电缆用模具的分类和设计Word下载.docx
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b)拉制材料越硬,工作锥角越小,
c)拉制小直径的材料的材料为小,一般有金属及其合金拉伸时,角度为16〜26°
一般拉铜线圆锥角为16
18°
拉铝线时圆锥角为20〜24°
精心整理
2.3定径区:
它的作用是使制品得到最终尺寸,其高度的选择原则是:
a)拉制软金属材料较拉制金属材料要短,
b)拉制大直径材料应较拉制小直径的炎短,
c)湿式拉伸较之干式润滑拉伸的为短,一般选择h=0.5〜1.0d。
2.4出口区:
出口区是拉制材料离开模孔的最后一部分,它能保护定径区不致于崩裂,出口锥角可避免金属线材被定径
的出口处损伤和停机时线倒退被括伤,一般为45。
。
金属的强度极限与拉伸应力之比称为拉伸的安全系数。
它的
制范围:
1.4〜2.0。
电缆导体紧压成型模具
电缆行业紧压成型类模具最常见的是异型压轮,适用于多芯电缆线芯的压制。
按其用途及角度主要分:
180。
两芯电缆用、120。
三芯电缆用、90。
四芯或3+1芯电缆及3+2或4+1芯电缆用。
也有将3+1芯、3+2芯及4+1芯电缆用紧压成型模具细分为:
90。
100°
等。
圆形线芯经异型压轮紧压后,可获得我们设计给定的形状,从而较小电缆的外径,节省材料。
压轮的设计面积S
与线芯计算面积S1的关系为:
S=S1/k
k—填充系数,等于紧压系数k1x延伸系数k2。
根据线芯截面大小,一般:
70mm2及以下,k1取0.84,k2取1.03;
120mm2〜185mm2,k1取0.83,k2取1.03;
240mm2及以上,k1取0.85,k2取1.02。
以上均为全国标线芯的经验值,供大家可以参考,针对目前导体多元化的情形,k值一定需经验证后才能知
晓。
影响S值的关键因素有大圆弧半径R及扇高H。
因R、H值的计算公式较为烦琐,在此我就不详细说明,大
家可以参考电线电缆手册第一册P1133页相关资料。
电缆成缆模具
此类模具(图1)的设计主要是根据成缆模架的装配尺寸决定成缆压模的外形尺寸,其孔径根据我们成缆缆芯的外径来决定。
注意的是,在模具的两端有圆弧过渡,在进线端需取一个较大圆弧来保护线芯,其主要计算方法可以采用下列方法(本方法是实践总结得出,仅供大家参考):
图1
1、测出成缆绞笼的最大外径D1,测出绞笼至压模架的距离L,禾U用三角形计算出角度a见图2。
2、将a角引入到成缆模具中,从B点作a角线段BA与端面交于A点,作AB垂直平分线CO,作BO线与中心线垂直并相交CO线与O点,得到/COBa,设计时根据模架尺寸给定成缆压模的总长L1,设计给定
成缆模定径区长度L2,出线区长度等于圆弧半径(一般R1取5或10),通过求三角函数关系得到我们需要的大圆弧半径R=OB(见图3):
COSa=L1-L2-L3)/AB
sina=(0.5xAB)/OB
通过以上公式,可以计算得到大圆弧半径R=OB。
电缆用挤出模具的种类
模具是产品定型的装置,是塑料挤出全过程中最后热压作用装置,其几何形状、结构形式和尺寸,温度高低、
压力大小等直接决定电缆加工的成败,因此任何挤塑产品模具的设计、选配及其保温措施都受到高度重视。
在用
塑料挤出机挤制电线电缆的绝缘层和护套层时,模具是控制塑料挤包层厚度的关键。
般挤出模具按挤出方式可分为:
挤压式、挤管式、半挤管(挤压)式三种。
其配合方式见图:
挤压式模具:
模芯与模套定径区内侧有一定的距离,利用压力实现产品最后定型的,塑料通过挤压,直接挤
包在线芯或缆芯上,挤出紧密结实、表面平整光滑。
但其易偏心,使用寿命不长,配模要求较高,挤出线芯弯曲性能不好。
适合用于小规格线芯的挤出;
挤包要求紧密、外表要求圆整、均匀的线芯;
以及塑料拉伸比较小者等。
挤管式模具:
模芯有长嘴”配合时一般将模芯嘴与模套口持平,这样就组成挤管式模具。
其是利用塑料的可拉伸性,与挤压式模具相比,具有高效率、易调偏、挤出线芯的弯曲性能好、使用寿命长、配模互换性强等优点,但在挤出致密性、挤出质量等方面不如挤压式模具。
半挤管式模具:
又称半挤压式模具,模芯有短嘴”一般模芯模嘴在模套定径区的1/2处。
半挤管式模具与挤管式模具大体相同,只是模嘴长度比挤管式短,模套定径区长度也比挤管式稍短,其吸取了挤管式和挤压式的优点,改善了上面两种方式模具的缺点,适用性较广,但线芯柔软性较差或线芯弯曲时,不宜采用此类模具挤出。
电缆挤出用挤压式模具的设计
1模芯
1)模芯外锥最大外径①D1该尺寸是由模芯座的尺寸决定的,要求严格吻合,不得出现前台”也不可出
现后台”否则会造成存胶死角,直接影响塑料组织和挤出表面质量。
2)内锥最大外径①D2该尺寸决定于加工条件及模芯螺纹壁厚,在保证螺纹壁厚的前提下,①D2越大越好,
便于穿线,也便于加工。
3)连接螺纹M1:
该尺寸必须与模芯座的螺纹尺寸一致,保证螺纹连接紧密。
4)模芯孔径①dl此尺寸是影响挤出质量最大的结构尺寸,按线芯结构特性及其几何尺寸设计。
一般情况
下,单线取d仁线芯直径+(0.05〜0.15)mm;
绞合线芯取d仁线芯外径+(0.3〜1.3)mm,具体根据线芯大小而定。
5)模芯外锥最小外径①d2实际上是模芯出线端口厚度的尺寸,端口厚度△=1/2(d2-d1)不能太薄,否则
影响模具使用寿命;
也不宜太厚,否则塑料不能直接流到线芯上,且在结合处容易形成涡流区,引起挤出压力的
波动,挤出质量不稳定,一般壁厚控制在0.5〜1mm为宜。
6)模芯定径区长度11:
11决定了线芯通过模芯的稳定性,不能设计的太长,否则造成加工困难,工艺要求的必要性也不大,一般取11=(0.5〜1.5)d1。
但同时必须考虑加工制造的因素,太短或太长,都会引起加工困难,在设计时需综合考虑,根据模芯总长度取一个合适的值。
7)模芯外锥角度3:
这是设计给出的参考尺寸,从图6中不难看出,tg3/2=(D1-d2)/[2*(L1-12)],即
(L1-12)=(D1-d2)/[2*tg(3⑵]。
所以,模芯外锥部分长度可以依据上述决定的尺寸确定,经计算如果太长或太短,与机头内部结构配合不当,可回过头来修正锥角3,然后在计算外锥长度,直至合适。
设计时,一般
模芯外锥角度3应不大于45°
与模套内锥角度丫的角度差应控制在3〜10°
具体应根据机头实际结构尺寸及挤出材料的不同,选择一个合理角度。
2模套
1)模套最大外径①D3根据模套座(或机头内筒直径)设计,一般小于筒径2〜3mm,此间隙工艺调整偏
心、确保同心度的必须。
2)内锥最大直径①D4这是模套设计的精密尺寸之一。
其尺寸必须严格与模套座(或机头内锥)末端内径一致,否则装配后将产生阶梯死角,这是工艺设计不允许的。
3)模套定径区直径①d3这也是模套设计的精密尺寸之一。
要根据产品外径、考虑挤出各工艺参数及塑料
特性严格设计。
一般d3=成品标称直径+(0.1〜0.3)mm,根据材料的不同,有时则设计为d3=成品标称外径-
(0.1〜0.3)mm。
4)模套内锥角Y:
角丫是由①D4①d3及模套长度制约的,角丫同时又受到与其配套的模芯的外锥角的制
约,需控制模套内锥角Y模芯外锥角3=3〜10°
若角度差过小,保证不了挤出压力;
角度差也不能太大,太大
则挤出压力过大,减少挤出量,影响生产效率,可能会引起生产时厚度不能满足我们的工艺要求。
5)模套定径区长度13:
一般取13=(0.5〜1)d3为宜,定径区长些对成型有利,但越长阻力越大,影响产量。
所以当模套孔径d3较大时,不能取上限。
6)模套压座厚度14:
按模套座深度(或机头内筒出口处深度)设计,一般要大0.5〜1mm。
7)模套总长L2:
这是设计给出的参考尺寸,由模套内锥角y模套内锥最大外径①D4及模套定径区长度13
来决定。
但还应考虑到,设计的模套在装配时,模套最外端伸出机头部分的长度不宜过长,太长会影响传热效果,
导致模套口塑料的温度受到影响,从而影响挤出质量。
电缆挤出用挤管式模具的设计
1挤管式模芯
其结构设计除定径区部分外,其余外形尺寸与挤压式模芯基本相同,现对挤管式模芯定径部分的尺寸设计进
行说明。
1)模芯定径区内径①di:
又叫模芯孔径。
该尺寸根据选用材料的耐磨性、半制品(线芯或缆芯)尺寸的大小及其材质与外径规整程度等进行设计,一般设计为:
绝缘时,d仁d线芯+(2〜3)mm;
护套时,d仁d线芯+(3〜7)mm。
通常,在设计模具规格时,应考虑系列化,将模具尺寸调整成整数。
2)模芯定径区外圆柱直径①d2从图8中,我们可以看出d2决定于di及其壁厚&
即d2=d1+23,这个
壁厚的设计既要考虑到模芯的寿命,又要考虑塑料的拉伸特性及挤包紧密程度等因素,一般都设计为d2=d1+2
(0.5〜1.5)mm,即模芯壁厚为0.5〜1.5mm。
3)模芯定径区外圆柱长度11:
该尺寸依照尺寸d1考虑挤出塑料成型特性设计,一般设计为11=(0.5〜1)
d1+(1〜2)mm。
4)定径区内圆柱长度12:
该尺寸由加工条件及半制品结构特性所决定。
无论如何12都必须比11长2〜4mm,
主要是保证模芯模嘴部分的强度。
2挤管式模套
挤管式模套的结构型式与挤压式模套基本相同,如图7所示。
所不同之处是其结构尺寸中的模套定径区的直
径d3及其长度13,必须按与其配合的挤管式模芯来设计
2)模套定径区长度13:
该尺寸往往根据塑料的成型特性和模芯定径区外圆柱的长度12而定。
一般设计为
13=12-(1〜6)mm,同时应满足13=(0.5〜1)d3mm,而且厚度小时取下限,否则,反之。
半挤管式模具的设计与挤管式模具的设计基本是一样的,所不同的是:
模芯一一模嘴部分的长度没有挤管式长,
且模嘴应在模套定径区的1/2处;
模套一一定径区的长度较挤管式模套的定径区稍短。
其他参数的设计与挤管式模具的设计是一样的。
总之,设计模具时,除考虑材料、加工、使用寿命外,还应满足下列条件:
1增加模具的压力,使塑料从机筒进入模具后的压力均匀稳定增加,增加塑料的致密性;
2增长模具配合部分的塑料流动通道,使流动中的塑料进一步塑化,从而提高塑料塑化的程度;
3消除模具配合中产生的流动死角,防止塑料在死角中发生老化、产生老胶。
挤出模具装配尺寸的设计
模具设计,可以先设计模芯再设计模套,也可以先设计模套再设计模芯。
为了较少设计验证次数,一般先
9、绘制模芯草图(如图)
11、根据模头尺寸结构,取d4=18mm;
14、根据线芯大小,我们确定模芯定径区直径
(10-23厚度)+65-31-8-15=31-23
/(2*(31-23厚度))*180/PI()
模芯外锥最小外径d2=d1+0.5*2=d线芯+1.2mm
15、那么根据以上数据,我们可以得出模芯外锥部分的长度=L-a-b-c=10+
厚度mm;
16、根据锥角计算公式,求的模芯外锥角3=ATAN((18-d线芯+1.2)
17、将计算出模芯的锥角3与计算的模套外锥角丫比较,看看其差值是不是符合我们设计要求,若在设计范
围内,设计成功,绘制零件图;
若有出入,再次循环以上内容,直至符合设计要求为止,但必须保证在满足角度的前提下,还必须满足装配上的要求。
以上,我们是用最简单的65型挤出机模具设计来举的一个例子,实际中比以上设计要复杂多,但万变不离
其中,请大家在设计时,必须根据机头的装配图及零件图的尺寸来合理设计。
具体步骤大致如下:
1、根据机头的零件图设计模套:
1.1先根据给定一个角度以及模套不要伸出机头太长的原则,将模套的总长确定;
1.2根据机头零件图,确定模套装配尺寸,包括模套内锥最大外径、模套外径等尺寸;
1.3根据产品工艺要求,暂现确定模套孔径及定径区长度;
1.4根据确定好的模套各数据,计算出模套的内锥角。
2、根据机头装配图、模芯座零件图以及设计好的模套,来设计模芯:
2.1首先确定挤出类型:
挤压式、挤管式、半挤管式,确定好模芯与模套的距离;
2.2在机头装配图中,选择一个基准面,以基准面来计算相关长度;
2.3得到模芯的长度后,根据模芯座的结构尺寸确定模芯装配尺寸;
2.4根据线芯规格确定模芯孔径以及模芯外锥最小外径等尺寸;
2.5根据获得的模芯的相关数据计算处模芯外
锥锥角,并验证与模套的角度差是否符合设计要求;
3、根据模芯、模套的相关尺寸绘制零件图,加工使用验证。
3.6下面,我们再简单介绍挤出机螺杆的压力及出胶量等方面的知识,供大家参考:
361普通挤出机用等距不等深螺杆(渐变型螺杆)的出胶量计算公式:
Q=(ubXh1Xh2)/(h1+h2)-(bxgxpxh12xh22)/(bM1+K2)为
其中:
Q:
挤出量cm3/min
u:
螺杆在推进方向的速度(即螺杆转速)cm/min
b:
螺槽的宽度(法向)cm
h1:
填实点螺杆深度(进料口螺杆深度)cm
h2:
端部螺杆深度(出料口螺杆深度)cm
g:
重力加速度cm/min
n塑料的粘度kg/cm?
min
p:
挤出压力kg/cm2
L:
从填实点到端部螺纹展开长度(螺纹旋合长度)cm
从上式中,我们可以发现:
1、挤出压力越大,挤出量就越小;
2、螺槽深度越浅,挤出量越稳定;
3、螺槽宽度越大,挤出量越大,但宽度加大会使得螺纹宽度减小或塑化路径缩短;
4、螺纹深度要适当控制,螺纹深度越浅,则螺槽容积减小,挤出量减小,故太浅不行,但也不宜太深,太深则形成挤出量不稳定;
3.6.2塑料在螺杆中呈螺旋运动,螺杆旋转产生剪切力,产生的剪切力将塑料剪切塑化,不同的材料需要不同
的剪切力,才能达到理想的塑化效果,故使用不同的材料,螺杆也应不同。
产生的剪切应变率的大小是由螺杆与套筒间的剪切应变力所决定。
△=(nXDXN)/h
业剪切应变率(1/min)
h:
螺槽深度(cm)
D:
螺杆直径(cm)
N:
螺杆转速(转/min)
由此可见:
螺槽深度越浅,转速越高,剪切应变率就越大。
363挤出压力传输关系
塑料在挤出中的流向为:
螺杆--机头分流面--模具--线芯表面。
从上面的流程中,我们分析出:
1、从螺杆到分流面的压力是靠挤出机螺杆的剪切力及旋转推力产生的,将其压力视为零损耗,那么它就是面积的转换:
分流面压缩比K仁S螺杆筒末端截面IS分流面截面
2、从分流面到模具口的压力是靠模具的角度差产生的:
模具口压缩比K2=K1x(1+tanaXK损耗
a—莫套与模芯的角度差;
K损耗一塑料在行程中的损耗。
3、从模具到线芯表面是靠1和2的压力将塑料挤出的:
分流面与电缆出口压缩比K3=S螺杆筒末端截面IS塑料实际挤出截面,考虑到在模具配合中压力变化的复杂性,直接用分流面变化到线芯。
1)模套定径区直径d3:
该尺寸按挤管式模芯模嘴外圆直径d2、线芯或缆芯外径、挤包塑料厚度等因素来
设计。
一般设计为d3=d2+23厚度+拉伸余量。
挤管式模具应用理论基础是塑料的可拉伸性,我们在设计模具时
要了解塑料的拉伸特性,利用并控制它。
拉伸比的定义:
塑料模口的圆环面积S1与包覆于电缆的圆环面积S2之比。
(实际上,拉伸比就是面积转换)
S仁n/4(d312-d22)
22、
S2=n/4(d挤包后2-d线芯2)
拉伸比K=S1/S2=(d32-d22)/(d挤包后2-d线芯2)
一般设计时,聚氯乙烯(PVC)的拉伸比取1.2〜1.8,聚乙烯(PE)及交联聚乙烯(XLPE)的拉伸比取1.3〜2.0。
则,模套定径区直径d3=d2+(2+K)3厚度,K值根据绝缘和护套的不同,适当调整。
由此,可以看出,
挤管式模具的适用范围较广。
设计模套再设计模芯。
我们以65型挤出机机头来举例,已知机头装配尺寸,要求设计模芯、模套。
经测绘,得65型挤出机模头尺寸。
1、先设计模套,根据模套拆装要求,其伸出模头的长度约10mm,则得到模套的总长10+20=30mm;
2、确定模套内锥最大外径=①25mm;
3、根据要求,确定模套定径区直径①D;
4、取定径区长度=0.5D;
5、计算模套内锥半角丫/2=ATAN((25-D)/(2*(30-0.5D))*180/PI();
绘制模套的草图(见图10);
6、因采用挤压式,模芯与模套的模间距L=23厚度;
7、选模头右边平面为基准面A,模芯口至基准面A的距离=10-23厚度;
8、为模芯拆卸方便以及模芯强度,选模芯伸出模头左边约10mm,则可以得到模芯总长=10+(10-23厚度)+65;
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