在塑料管材、異型材的生產線上，擠出機如同精密的心臟，而口模與芯模則是決定產品形態的核心部件。它們的協同工作直接關系到產品尺寸精度、表面光潔度及生產效率。本文將深入剖析這對關鍵組件的運行機制，揭示它們在熱塑性材料加工中的科學原理與工程智慧。

一、擠出成型系統的“黃金搭檔”

擠出機的核心功能是將熔融塑料通過特定流道轉變為所需截面形狀的連續型材。在這個過程中，口模（Die）與芯模（Mandrel）組成了一套精密模具系統：

• 口模負責定義產品外輪廓，控制熔體流動方向與截面形狀；
• 芯模則通過內部支撐結構，精確塑造型材內腔或中空部分。 兩者的配合間隙通常控制在*0.05-0.5mm*范圍內，既要保證熔體順暢流動，又要避免因壓力波動導致的產品變形。

二、工作原理的力學與熱力學解析

1. 熔體流動的“雙人舞”

當高溫熔融物料進入口模區域時，口模與芯模形成的環形流道開始發揮關鍵作用：

• 剪切速率控制：流道截面從寬到窄的設計（典型壓縮比3:1至10:1）增加熔體剪切力，消除物料中的氣泡并提升密實度；

• 壓力梯度優化：通過*漸縮式流道*設計，將擠出機螺桿產生的20-50MPa壓力均勻分布，避免局部湍流導致的熔體破裂。

  2. 溫度協同機制

  口模與芯模通常配備獨立溫控系統：

• 口模溫度一般設定在物料熔點以上10-30℃，確保熔體流動性；

• 芯模溫度則需降低5-15℃，通過*梯度降溫*加速型材表層固化，維持結構穩定性。

  

三、協同工作機制的三大關鍵點

1. 流量平衡設計

對于復雜截面的異型材（如門窗密封條），口模與芯模需采用多腔流道技術：

• 通過調整各流道長度與截面積，補償因形狀差異導致的流速不均；

• 在芯模內部集成阻流塊或導流筋，精確控制局部流量。

  2. 壓力動態補償

  當生產速度變化時，系統通過彈性支撐結構實現自動調節：

• 芯模支架采用彈簧或液壓裝置，在±0.1mm范圍內微調位置；

• 口模安裝面設計為可調式法蘭，補償熱膨脹引起的尺寸偏差。

  3. 表面處理技術

  為提高耐磨性與脫模效率，模具工作面常進行特殊處理：

• 口模內壁采用等離子氮化，硬度可達HV1200以上；

• 芯模表面鍍硬鉻或DLC涂層，摩擦系數降低至0.1以下。

四、典型應用場景與技術突破

1. 管材生產中的創新設計

在HDPE雙壁波紋管制造中，芯模創新采用氣體輔助成型技術：

• 通過芯模內部氣孔注入0.3-0.8MPa壓縮空氣，輔助外壁貼緊波紋成型模塊；

• 相比傳統真空定型，能耗降低40%，波紋成型速度提升至25m/min。

  2. 微孔結構的精密控制

  醫療導管等微孔產品生產中，口模與芯模的配合精度要求極高：

• 采用*激光微加工*技術，在芯模表面制備孔徑50-200μm的微孔陣列；

• 配合口模的錐形導流結構，實現微孔分布密度偏差%。

五、設計制造的核心考量因素

1. 材料選擇：優先選用H13熱作模具鋼或鎢鋼，確保在300℃高溫下的尺寸穩定性；
2. 加工精度：流道表面粗糙度需達到Ra0.2μm以下，減少熔體滯留；
3. 結構優化：通過有限元分析模擬熔體流動，優化流道曲線曲率半徑與過渡角度。 從汽車密封條到光纖護套，從食品包裝膜到建筑型材，口模與芯模的精密配合始終是擠出成型技術的核心。隨著3D打印模具技術的興起，這對經典組合正在向更復雜的拓撲結構和智能化調控方向發展，持續推動著高分子材料加工領域的革新。