管道模具听起来像是把“洞”做出来的工具，但真正的难点并不在“有无”，而在“均匀”“同心”和“可复制”。为什么明明是同一套配方与设备，有的产线能长时间稳定挤出，有的却频繁出现椭圆度超差、壁厚波动、表面波纹甚至承插口不配合?关键就在模具的设计细节与工艺窗口是否被系统性地拿捏住了。

一、先厘清对象：两大类“管道模具”

1)挤出管道模具(Pipe Die & 定径系统)

用于连续生产直管，典型材料：PVC-U、CPVC、HDPE、LDPE、PP-R、PVDF、PA12 等。应用覆盖给排水、燃气输送、化工介质、超纯水、电缆护套等。核心由口模—心轴形成环隙出料，配合真空定径套与冷却段实现尺寸稳定与表面质量。

2)管件注塑模具(Fitting Mould)

用于弯头、三通、四通、变径、承插、法兰座等配件的成型。材料与管材对应，强调厚壁件的均匀冷却、深腔抽芯与收缩补偿。良率与周期高度依赖浇注系统与冷却系统的均衡。

二、从需求倒推：决定模具方案的“指标清单”

关键尺寸：外径、壁厚、椭圆度、承插口配合(插口/承口)

力学与使用：压力等级(PN)、落锤冲击、长期蠕变与应力开裂

外观与几何：表面粗糙度、光泽、波纹与鲨鱼皮、颜色均匀性

环境与介质：温度范围、化学介质、氯化物/溶剂敏感性

效率与成本：可换规格速度、开车稳定时间、维护与清洗便利度

只有把这些目标前置，模具的结构与材料、工艺窗口才有据可循。

三、挤出管道模具的设计要点(把“环隙”做成“均匀环流”)

1)流道均衡：让熔体“同工同酬”

分配结构：蜘蛛式、衣架式或螺旋分流结构，以等压/等速为目标。

环隙设计：口模—心轴间隙沿周向均一，设置精密同心调节与定位锥，避免偏肉。

驻留时间：体积与温控匹配，降低死角与降解;分区加热，防止过热发黄或凝胶点。

2)定径与冷却：尺寸稳定的真功夫

真空定径套：槽形、吸附孔与冷却水路形成稳定水膜与负压，控制初始定径;

真空度与水温：常用 -0.04～-0.08 MPa、冷却水 20～28 ℃;

牵引与口模距离：缩短“自由收缩段”，减少椭圆与波纹的生成;

长径比与表面处理：定径套内壁抛光/镀铬，降低摩擦与拉伤。

3)材料与热处理：耐磨、抗腐、易维护

口模/心轴：38CrMoAlA 氮化(层深 0.5–0.8 mm)或 S136 抛光;

表面工程：硬铬/氮化/PVD 涂层，降低粘料与磨耗;

快换设计：同心可调垫片、分瓣式结构，快速换规格与清理。

4)经验工艺窗口(因牌号而异，取中位区间起步)

PVC：料温约 160–185 ℃;

HDPE：料温约 180–220 ℃;

PP-R：料温约 190–230 ℃;

线速度：与冷却能力/壁厚匹配，避免表面“鲨鱼皮”。

上述为常用范围，具体仍以原料商建议与试机曲线为准。

四、管件注塑模具：厚壁件的冷却、抽芯与补缩管理

1)浇注系统：稳压充模，避免喷射与取向痕

热流道优先：阀针热咀配合环形/扇形浇口，降低剪切与流痕;

冷料井与过渡 R：在主流道前设置冷料井，关键转角做 R0.5–1.0 过渡，减少熔体折返痕。

2)抽芯与机构：深腔不“卡人”

侧向抽芯/滑块：油缸驱动，燕尾导向，防止偏磨;

可收缩芯(Collapsible Core)/分瓣镶件：用于承插口、环形倒扣与外螺纹;

顶出系统：顶管/环形顶出+推板组合，施力均匀，防白化与顶痕。

3)冷却系统：把热量均匀“拿走”

螺旋水道/环形水路贴近厚截面;

**仿形冷却(3D 打印水路)**用于大尺寸件，明显缩短周期并降低变形;

温控分区：厚区延迟开模，薄区快速降温，实现同步脱模强度。

4)钢材与表面

PVC/CPVC：建议 S136/1.2083 等耐腐蚀钢或镍系涂层，抑制 HCl 导致的点蚀;

通用：P20 预硬用于中等产量，H13/1.2344 抗热疲劳，镜面区抛至 Ra≤0.2 μm。

5)收缩率与公差(经验值，仍以牌号测试为准)

PP-R ≈ 1.5–2.0%

HDPE ≈ 1.5–3.0%

PVC-U ≈ 0.4–0.6%

PVDF ≈ 1.2–1.5%

五、缺陷与对策：从现象直达根因

椭圆度超差/壁厚不匀：口模心轴不同心、定径吸附不稳、牵引抖动

→ 校正同心、优化定径槽与真空度、平稳牵引与线速度匹配。

表面波纹/鲨鱼皮：熔体温度偏低或线速度过高

→ 提升口模区温度、减速并加强初段冷却均匀性。

注塑件缩水/陷坑：厚截面补缩不足、保压传递差

→ 增大保压压力/时间、改浇口位置与尺寸、加近壁冷却。

应力白化/翻影：厚薄突变、冷却不均或取向过强

→ 筋厚控制在外观壁厚 0.5–0.6t，内角 R≥0.5t，升模温降剪切，必要时退火。

熔接痕明显/强度不足：多点进胶汇合温度低、排气差

→ 升料/模温、改善排气、改进浇口布局或增加溢边。

六、工艺窗口与在线监控：把“感觉”变成“数据”

挤出线：熔体温度、口模压力、真空度、牵引速度、冷却水温/流量形成闭环;

注塑线：多段速度+保压曲线，型腔压力传感器用于切换点与保压优化;

上游准备：原料干燥(特别是 PP-R、PVDF、PA 系)、色母分散、过滤网目数匹配。

试模 DOE：一次只动一个变量，记录周期、良率、尺寸与外观的响应曲线，固化工艺卡。

七、材料匹配与后处理：为“长期可靠”兜底

材料选择：按介质与温度选 PVC-U/CPVC、HDPE、PP-R、PVDF、PA12 等，关注 ESCR(环境应力开裂)与长期强度;

退火去应力：厚壁件与外观件收益明显。PVC/ABS 约 70–80 ℃ 保温 2–4 h;PP-R/PE 80–100 ℃ 1–2 h;随炉缓冷并做好支撑，避免二次变形。

表面稳定：镜面区细抛与镀层能降低粘料与拉伤，延长清洗周期。

八、从研发到量产：一条高通过率的路线图

需求评审：规格、PN、配合、公差、颜色、年产量与节拍目标。

DFM/CAE：流动/保压/冷却仿真，锁定浇口与水路、口模环隙与定径吸附。

材料与钢材：确认牌号窗口与钢材热处理方案。

加工与装配：五轴/慢走丝/放电、应力消除与精密研配;关键面一次装夹保证同心。

T0/T1 试模：按尺寸—外观—周期顺序验证;记录型腔压力与温度曲线。

量产爬坡：标准作业、维护周期、易损件清单与备件、换模时间优化。

验收关注点(示例)：外径与壁厚稳定度、椭圆度、承插口规、表面粗糙度、周期、良率、落锤冲击、耐压、热回缩(热塑性管材)、氧化诱导期(PP-R)等。

九、成本与交付：把钱花在刀刃上

成本构成：钢材与热流道、抽芯油缸、温控/传感、加工工时、试模与调机。

降本思路：

规格族模块化口模与通用定径套;

关键部位可换镶件、标准化抽芯，缩短停机维护时间;

仿形冷却提升节拍，折合到单件成本往往更低。

十、两则简短案例

案例 A：DN110 PP-R 管道挤出“开车不稳”

症状：初段椭圆度波动、表面细波纹。

举措：口模—心轴同心微调，定径套吸附孔重布+真空度从 -0.05 提至 -0.07 MPa，口模温区上调 10 ℃，牵引与喷淋段距离缩短。

结果：开车时间从 45 min 降到 20 min，椭圆度稳定在 0.3% 以内，连续生产 8 h 无清洗。

案例 B：PVC-U 90° 弯头注塑周期优化

症状：顶面陷坑与白化，周期 55 s。

举措：环形浇口扩大 0.4 mm，热流道阀针延迟关针 0.15 s，厚区增设螺旋水道并分区控温;保压曲线改为“三段递减”。

结果：外观缺陷消除，周期降至 36 s，良率 98% 以上。

无论是连续挤出的管材还是厚壁的管件，流动均衡与冷却一致性是稳定良率的第一性原理。只要围绕这两个核心做结构与工艺的组合优化，配上可复现的试模与监控方法，管道模具就能从“能出品”走向“高产、可复制、好维护”。