醫(yī)用吸盤注射模結(jié)構(gòu)的設(shè)計

袁開波，文根保

(中國航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002)

0 引言

“醫(yī)用吸盤”是一種心臟外科手術(shù)中的二級手術(shù)器械(心臟固定器)上的一個部件，“心臟固定器”的作用是在心臟做不停跳手術(shù)時，用于固定心臟需要手術(shù)的部位，便于進行手術(shù)?！搬t(yī)用吸盤”就是心臟固定器上的作用終端，當(dāng)吸盤接觸心臟需要手術(shù)的部位，通過吸盤上的通道，給吸盤施加負壓作用，吸盤就可以牢牢吸住與心臟接觸的部位，使得心臟的局部與吸盤結(jié)合在一起，從而固定心臟的局部，方便醫(yī)生準(zhǔn)確的進行手術(shù)。

1 醫(yī)用吸盤形體分析與注射模結(jié)構(gòu)方案可行性分析

材料：醫(yī)用透明TPU-75A，收縮率：0.8%。加工工藝參數(shù)：烤料濕度：110～120%，干燥時間：4～6 h，料筒溫度：270～300 ℃；模具溫度：80～120 ℃。

1.1 醫(yī)用吸盤形體分析

醫(yī)用吸盤形狀要素存在著2種型孔要素［1］，并且成型2種型孔型芯的抽芯過程中存在運動干涉［2］。

（1）型孔要素：如圖1所示，醫(yī)用吸盤形狀如n字，存在著2×5.5 mm×4.53 mm×1.61 mm×55°×41.5 mm三角形型孔要素和8×Φ2 mm×30 mm型孔要素.

（2）運動干涉要素：如圖1所示，2種型孔抽芯運動的型芯是相互垂直貫穿，其必然會產(chǎn)生運動干涉現(xiàn)象。發(fā)生了2種型孔抽芯運動的型芯干涉，必定會折斷種型孔的型芯。

1.2 分型面

如圖1所示，注射成型醫(yī)用吸盤需要制成能夠成型其形狀的模腔，為了使醫(yī)用吸盤能夠順利地脫模，模腔必須分成能夠打開的動模和中模型腔。動模板和中模板之間的型面就是分型面，醫(yī)用吸盤Ⅰ-Ⅰ面就是該注射模的分型面Ⅱ-Ⅱ。

圖1 醫(yī)用吸盤形體分析與注射模結(jié)構(gòu)方案可行性分析

1.3 注射模結(jié)構(gòu)最佳優(yōu)化方案可行性分析

注射模結(jié)構(gòu)需要解決醫(yī)用吸盤上三角形型孔與8×Φ2 mm×30 mm型孔相互垂直貫穿抽芯及抽芯運動干涉的方案。注射模結(jié)構(gòu)方案主要是針對醫(yī)用吸盤在形體分析中提出解決形體要素來進行，解決了形體要素所提出注塑模結(jié)構(gòu)就意味著模具大部分方案得到了有效的解決，剩下的是一些對模具具體的要求。如對模具溫度為80～120 ℃要求，意味著模具應(yīng)該需要溫控系統(tǒng)；透明TPU-75A，意味著需要注意模具成型零部件的選材和熱處理；TPU-75A收縮率，意味著模具成型零部件的模腔和型面尺寸的設(shè)計需要考慮到收縮率；再要注意模具結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生制品加工的缺陷，只有這樣便能制訂出完美的模具結(jié)構(gòu)方案［3］。

（1）避讓運動干涉的措施：既然醫(yī)用吸盤上三角形型孔與8×Φ2 mm×30 mm型孔相互垂直貫穿抽芯會產(chǎn)生運動干涉，其結(jié)果是撞壞產(chǎn)生運動干涉的2種抽芯的型芯。方法就是要設(shè)法避讓這2種干涉的運動，即三角形型孔型芯的抽芯需要超前于8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯進行抽芯，滯后于8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯進行復(fù)位。換句話說：三角形型孔型芯的抽芯要先于8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯抽芯，后于8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯抽芯復(fù)位。而要實現(xiàn)這種抽芯的機械形式的避讓方法，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。若其中一處采用油缸抽芯機構(gòu)就很容易實現(xiàn)運動干涉避讓，即可用計算機或單板機編程來自動控制2種抽芯運動的時間就能實現(xiàn)，這就是為什么要采用油缸抽芯機構(gòu)的原因。

（2）抽芯機構(gòu)：既然是一種型孔的抽芯是要采用油缸抽芯機構(gòu)，另一種則采用斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)［4］?？嫉阶⑸淠橐荒６?，2腔的三角形型孔可以應(yīng)用同一處油缸抽芯機構(gòu)來完成，另一種2腔8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯采用2處斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)，這便是該注射模最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案。反之，則要使用2套油缸抽芯機構(gòu)。

（3）模具結(jié)構(gòu)其它措施：考慮的注塑模生產(chǎn)效率，采用一模二腔。從醫(yī)用吸盤形體分析中得知該制品存在2種型孔要素。其中2×5.5 mm×4.53 mm×1.61 mm×55°×41.5 mm為三角形型孔要素，采用油缸機構(gòu)抽芯更為適當(dāng)。由于是一模2腔，成型與抽芯2腔醫(yī)用吸盤的4個三角形型孔可以使用同一油缸機構(gòu)抽芯。對2腔中8×Φ2 mm×30 mm型孔要素，可以采用2套斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)。

2 醫(yī)用吸盤注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)醫(yī)用吸盤形體分析與注射模結(jié)構(gòu)最佳優(yōu)化方案可行性分析，應(yīng)該分別采用油缸抽芯機構(gòu)和斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)。

2.1 注射模澆注系統(tǒng)、模架和分型面設(shè)計

分型面形狀和數(shù)量的設(shè)置除了取決于注塑件的形狀，還取決于注射模的澆注系統(tǒng)的形式。澆注系統(tǒng)確定后，即可確定模架的形式和分型面的數(shù)量。

（1）注射模澆注系統(tǒng)的設(shè)計：如圖2的A-A剖視圖所示，注塑模以定位環(huán)21安裝在注射機模具定位孔中，并用壓板將注射模定模和動模部分安裝在注射機的定板和動板上。壓塊18是防止?jié)驳捞?0產(chǎn)生的位移。塑料熔體從澆道套20的主流道進入中模板22的左端分流道。如圖2的H向視圖所示，再進入動模型芯8的U形分流道，然后分別從U形分流道的再分成2股分支進入醫(yī)用吸盤的2處澆口后流入模腔充模成型。

（2）注射模模架的設(shè)計：如圖2的A-A剖視圖所示，由于醫(yī)用吸盤注射模澆注系統(tǒng)的設(shè)計，導(dǎo)致注射模必須采用三模板的模架。三模板的模架由動模板6、中模板、定模板17和定模墊板14組成。

（3）注射模分型面的設(shè)置：如圖2的B-B旋轉(zhuǎn)剖視圖所示，在定模板和定模墊板與中模板結(jié)合面間設(shè)置分型面Ⅰ-Ⅰ，在動模板與中模板之間設(shè)置分型面Ⅱ-Ⅱ。為了保證分型面Ⅰ-Ⅰ的開模距離，需要利用開模板13的內(nèi)六角螺釘?shù)难珠L度加以控制， 此時的中模板懸掛在4根導(dǎo)柱15上。型面Ⅰ-Ⅰ開模距離是為了能取出主流道、分流道中的冷凝料，分型面Ⅱ-Ⅱ打開后就以在多個頂桿48作用下實現(xiàn)醫(yī)用吸盤40的脫模。

2.2 注射模抽芯機構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)醫(yī)用吸盤注射模結(jié)構(gòu)方案的可行性分析，吸盤注射模抽芯機構(gòu)需要分別采用油缸和斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)來處置醫(yī)用吸盤的型孔要素。

（1）注射模油缸抽芯機構(gòu)的設(shè)計：如圖2的A-A和D-D剖視圖所示，F(xiàn)A-40-C油缸30用內(nèi)六角螺釘以油缸L形固定板29固定在在動模板的右側(cè)上。如圖2的A-A剖視圖和P向視圖所示，F(xiàn)A-40-C油缸的活塞桿與墊塊28、連接塊27、T形槽塊26、油缸抽芯滑塊24和側(cè)向型芯23連接。FA-40-C油缸的活塞桿的移動，可以使油缸抽芯滑塊在動模板的T型槽產(chǎn)生左右移動，從而完成側(cè)向型芯對2×5.5 mm×4.53 mm×1.61 mm×55°×41.5 mm三角形型孔的成型與抽芯。由于油缸多少存在著少許的間隙，合模時，油缸楔緊塊25可以楔緊油缸抽芯滑塊，以防止缸抽芯滑塊后退造成型孔深度不到位。

（2）注射模斜導(dǎo)柱滑塊抽芯與限位機構(gòu)的設(shè)計：如圖2的B-B剖視圖所示，開閉模時，2側(cè)的側(cè)向型芯39在斜導(dǎo)柱38的撥動下，滑塊37可在動模板的T型槽中移動完成對8×Φ2 mm×30 mm型孔的成型和抽芯。閉模時，楔緊塊36可以楔緊滑塊，以防止滑塊和側(cè)向型芯的后退造成型孔深度尺寸不到位。注射模開啟時，由于斜導(dǎo)柱的撥動，滑塊會產(chǎn)生運動慣性，導(dǎo)致滑塊慣性可能沖出模具T形槽，或滑塊斜導(dǎo)柱孔的抽芯距離大于斜導(dǎo)柱下端的距離，使得斜導(dǎo)柱無法插入滑塊斜導(dǎo)柱孔中，這樣便需要設(shè)置滑塊的限位機構(gòu)。斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)的限位機構(gòu)，由內(nèi)六角螺桿42、L形固定板和彈簧44組成。內(nèi)六角螺桿與滑塊連接，開模時，斜導(dǎo)柱迫使滑塊壓縮彈簧可阻止滑塊脫離模具。但彈簧的需要調(diào)整好彈力和位置，彈簧只能使滑塊停留在抽芯終止的位置上。

2.3 注射模脫模機構(gòu)和回程機構(gòu)的設(shè)計

在注射模開啟并成型2型孔的型芯完成抽芯之后，醫(yī)用吸盤和澆注系統(tǒng)的冷凝料才能進行脫模。為了使醫(yī)用吸盤連續(xù)加工，脫模機構(gòu)必須能回復(fù)到脫模之前的位置才能進行下一次加工后的脫模。

（1）澆注系統(tǒng)的冷凝料的脫模：如圖2的A-A所示，在澆道套和中模板處只要在主流道冷凝料處設(shè)置的倒鉤。分型面Ⅰ-Ⅰ開啟后，倒鉤中冷凝料就能將主流道的冷凝料拉出澆道套。另一方面拉料桿19的雙倒錐也能將下方臺階形流道中冷凝料拔出。拉料桿雙倒錐和中模板的冷凝料的倒鉤共同作用，可將中模板分流道中冷凝料拉脫模。

（2）醫(yī)用吸盤的脫模：如圖2的A-A所示，脫模機構(gòu)由推板2、安裝板3、限位塊4和頂桿組成。脫模機構(gòu)的推板、安裝板和頂桿，在注射機頂桿的作用下推動著動模嵌件9中成型的醫(yī)用吸盤脫模，限位塊是限制脫模機構(gòu)脫模的距離。

（3）脫模機構(gòu)的回程機構(gòu)：如圖2的A-A所示，回程機構(gòu)由推板、安裝板、回程桿31和彈簧32組成。脫模機構(gòu)頂脫醫(yī)用吸盤后，注射機頂桿退出，在外力消失后。彈簧在彈力恢復(fù)的作用下，可初步將脫模機構(gòu)推回。之后在回程桿端面抵著中模板的端面時，隨著模具的閉合回程桿將脫模機構(gòu)推回到脫模前的位置。

2.4 注射模的導(dǎo)向構(gòu)件的設(shè)計

動模板、定模板17和中模板的定位和導(dǎo)向構(gòu)件，共采用了4組動模導(dǎo)套7、中模導(dǎo)套10、定模導(dǎo)套16和導(dǎo)柱15來保證。脫模機構(gòu)的定位和導(dǎo)向構(gòu)件：采用了以推板導(dǎo)柱49和動模板相應(yīng)孔的配合來保證推板、安裝板與動模板的位置和運動導(dǎo)向。

2.5 注射模的溫控系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)醫(yī)用吸盤形體分析中要求模具溫度在80～120 ℃之內(nèi)，塑料熔體將熱量傳遞到金屬零件中。隨著注射加工不斷地進行，模具的溫度也不斷地升高，最終會導(dǎo)致塑料制品過熱碳化而成為廢品，故模具必須設(shè)置溫控系統(tǒng)。注射模的溫控系統(tǒng)是利用室溫水在模具中流道內(nèi)的流道，將模具的熱量帶走而達到降低模具溫度的作用，模具溫控系統(tǒng)有動模部分和中模部分的溫控系統(tǒng)。

（1）中模部分的溫控系統(tǒng)的設(shè)計：如圖A-A剖視圖和H向視圖所示，中模左端的室溫水從中模板的冷卻水接頭52流入，經(jīng)過中模板、中模嵌件11、中模型芯12中流道和冷卻水接頭流出，將熱量帶走達到降低模具溫度的作用。中模右端的室溫水從中模板的2處冷卻水接頭51流入，經(jīng)過中模板、中模嵌件、中模型芯中流道和冷卻水接頭流出，將熱量帶走達到降低模具溫度的作用。

（2）動模部分的溫控系統(tǒng)的設(shè)計：如圖A-A剖視圖和H向視圖所示，動模左端的室溫水從動模板的冷卻水接頭57流入，經(jīng)過2處動模板、動模嵌件、中模型芯8中流道和冷卻水接頭流出，將熱量帶走達到降低模具溫度的作用。動模右端的室溫水從動模板的冷卻水接頭55流入，經(jīng)過動模板、動模嵌件、動模型芯中流道和冷卻水接頭流出，將熱量帶走達到降低模具溫度的作用。

“O”形密封圈46、50、52、54、56是為了防止室溫水的外泄而設(shè)置的。

4 注射模主要成型零件鋼材選擇和熱處理

由于醫(yī)用TPU-75A為透明性質(zhì)的塑料，成型醫(yī)用吸盤的成型件表面的粗糙度值應(yīng)該在Rc0.4以下，這樣成型醫(yī)用吸盤模具零件必須具有一定的硬度才能進行拋光。

（1）注射模主要成型零件鋼材選擇：采用SUPER-STAR（S-STAR）鋼，是日本超鏡面拋光性、高硬度和耐腐蝕的馬氏體型不銹塑料模具鋼，其經(jīng)特殊熔煉而成.該鋼為預(yù)硬抗腐蝕高拋光不銹鋼，適合要求高鏡面，高耐磨，抗腐蝕的模具。其交貨硬度可在≤229HB下或在30～34HRC預(yù)硬狀態(tài)下。

（2）熱處理：經(jīng)500 ℃和800 ℃兩次預(yù)熱后，加熱至1 020～1 070 ℃奧氏體化，然后油冷、空冷或氣淬，淬火硬度可達56HRC，回火視耐蝕性或硬度要求在200～400 ℃或490～510 ℃范圍進行，一般要求2次，回火后空冷，達53HRC左右，也可進行冷處理。

（3）一般研磨和拋光順序如下：砥石研磨*（由粗→細：＃46－＃80－＃120－＃150－＃220－＃320－＃400）→砂紙研磨加工（＃220－＃280－＃320－＃400－＃600－＃800－＃1000－＃1500）→鉆石膏（15μm－9μm－6μm－3μm－1μm）

注：帶*號—為加工后應(yīng)避免再用銼刀銼，應(yīng)會使表面粗糙。

圖2 醫(yī)用吸盤注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計

5 結(jié)束語

在對成型醫(yī)用吸盤形體分析時，醫(yī)用吸盤的三角形型孔和8×Φ2 mm×30 mm型孔要素是很容易發(fā)現(xiàn)。但成型這2型孔的型芯是垂直貫通抽芯運動會產(chǎn)生運動干涉，往往被忽視，其必然會產(chǎn)生運動干涉造注射模撞壞抽芯的型芯。因此，在對注射件形體分析中找對找全所有的注射件形體要素十分重要，有了形體要素才會想出采取對應(yīng)的措施，才能制訂出完整注射模結(jié)構(gòu)方案。醫(yī)用吸盤注射模的結(jié)構(gòu)方案采用了一處油缸和2處斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)的最佳優(yōu)化方案，利用計算機或單板機的編程很容易實現(xiàn)對醫(yī)用吸盤2處型孔型芯的順利抽芯。

由于主流道和分流道長度過長。會導(dǎo)致塑料熔體溫降過大而產(chǎn)生一些缺陷，應(yīng)該在主流道處設(shè)置熱流道裝置。