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1、医用注射器筒体注塑模具设计摘要针对制造工艺是注射成型填充的医用注射器筒体塑料件，其注射工程原料为PP。医用注射器筒体塑料件为一款需求数量特大的用品,本次会对医用注射器筒体塑料件进行塑料件成型工艺分析与模具设计。分析中发现塑件在配合组装后的成品要求苛刻，因此对外观轮廓和需要配合的部位尺寸要求为中等精度，其余位置尺寸则可定为自由尺寸。秉着对塑件使用场合、环境、安装为塑件工艺分析条件，得出模具工艺方案。继而深入对模具设计技术刻苦钻研并查阅大量的典型案例,与本次医用注射器筒体塑料件并合构思校对选出最理性的设计方案。本次成型机构方案选定为一模八腔，既符合本次对塑件制造量基础要求，也能满足模具的成型工艺时
2、效。还需对模具分型面、模腔数目、填充浇注系统、脱模推出系统、温控调温系统等，让层层相环扣的各大系统更为可靠和协调，确保工艺的稳定并控制好最佳的成本。对此让模具更具有动作可靠、结构严谨等特点。可见更要精打细算好成型部件数据微距变化影响，校核各处细节，定要抢先挖掘出模具设计中存在错误或设计中较为粗糙之处。这样高精密高质量所构成的模具设计，才会对模成型填充时间的缩短、模具成型工作稳靠，大大提升生产时效上和塑件的质量。关键词：医用注射器；注射成型工艺；塑料模具；模具设计；ABSTRACTInviewofthemanufacturingprocessofinjectionmoldingfilledmed
3、icalsyringecylinderplasticparts,theinjectionengineeringrawmaterialisPRTheplasticpartsofmedicalsyringebarrelareingreatdemand.Thistime,wewillanalyzetheformingprocessanddesignthemoldfortheplasticpartsofmedicalsyringebarrel.Intheanalysis,itisfoundthatthefinishedproductoftheplasticpartsafterassemblyhasst
4、rictrequirements,sotheappearancecontourandthesizeofthepartsthatneedtobematchedarerequiredtobeofmediumprecision,andthesizeofotherpositionscanbedeterminedasfreesize.Accordingtotheuseofplasticparts,environment,installationastheplasticpartsprocessanalysisconditions,getthemoldprocessplan.Andthenin-depths
5、tudyofmolddesigntechnology,andaccesstoalargenumberoftypicalcases,combinedwiththeconceptofthismedicalsyringeplasticparts,proofreadandselectthemostrationaldesign.Thefirstmockexamisselectedasonemoldandeightcavities,whichnotonlymeetthebasicrequirementsforthemanufacturingofplasticparts,butalsomeetthemold
6、ingprocessagingofmoulds.Inaddition,themoldpartingsurface,cavitynumber,fillingandpouringsystem,demouldingandpushingsystem,temperaturecontrolsystem,etc.shouldbeadjustedtomakethemajorsystemsoflayerbylayermorereliableandcoordinated,soastoensurethestabilityoftheprocessandcontrolthebestcost.Inthisregard,t
7、hemoldhasmorereliableaction,rigorousstructureandothercharacteristics.Itcanbeseenthatitismoreimportanttocarefullycalculatetheinfluenceofmacrochangesinthedataofformingparts,checkthedetails,andbethefirsttodigoutthemistakesorroughpartsinthemolddesign.Inthisway,themolddesignwithhighprecisionandhighqualit
8、ycanshortenthefillingtimeofmoldforming,makethemoldformingworkstable,andgreatlyimprovetheproductionefficiencyandthequalityofplasticparts.Keywords:Medicalsyringe;Injectionmoldingprocess;Plasticmold;Molddesign;llIABSTRACTII序言1第111,1塑件成型与工乙分析.21.1 塑料件工艺分析与要求21.2 塑件的技术要求21.3 材料特性与用途31.3.1 成型材料充填信息31.4 塑件
9、注射容量与注射设备选取4第2章模具工艺选定与机构设计62.1 【S.jyts62.2 j白勺j72.2.1 型腔排位布局设计72.3 充填系统各机构设Il一.72.3.1 浇注主流道设计72.3.2 浇注分流道设计82.3.3 浇注浇口设计92.4 /1.i7lJ-jI、102.5 木T彳JlJ-i-VI102.6 l1.-VI112.6.1 脱模推出设计原则112.7 PuJ1.“一122.7.1 冷却方式选择122.7.2 冷却水路直径选定122.8.3冷却水路布局设计13第3章腔体成型部件设计与工作尺寸计算143.1 定模型腔工作尺寸验算143.2 动模型芯工作尺寸验算153.3 型腔的
10、结构设计163.4 型芯结构设计163.5 模具排气系统设计17第4章模架选取1841口184.2 、J-At18第5章模具与注射成型机技术参数验算205.1 成型机填充注射量校准205.2 成型机充填压力校准205.3 成型机合模锁紧力校准215.4 模具实际安装尺寸检验225.5 模具在成型机上工作行程检验225.5.1 推出机构工作行程校准222325265.5.2 模具移模拉开行程校准Q口参考文献致谢附图：二维装配图序言注塑模具能有高速发展，主要是具有出色可替代性、低廉的制造成本、批量制造工艺成熟。现已铺满了现代化社会中很多机器、工具、日常用品、特殊品的广泛用途，也是时代高速发展象征性
11、的表现。注塑模具制造工艺主要是利用热塑成型工艺，是通过特定的设备把原材料加热熔融液化并加压挤射到模具内塑造指定形状,在经过充填和冷却的工艺后，原材料逐渐由液化转化为固态而达到成型效果。近三四十年来，中国的注塑模具发展非常快，跳跃式的翻天覆地变化。从最先的空白期到核心技术能自主独立把控，工艺技术不间断地快速更新，轻易较比前后十年的工艺技术存在特大变化。至此技术的提升，更是推动了高新技术发展和模具产能的增加。部分技术还自我创新推进，所获取的成就也有属于自己的专利技术和加工制造设备。特别生产制造的能力，已经跃升至世界第一网。自2010年以来，因模具的需求剧增，也推动了加工设备、成型设备的工艺发展，能
12、有自己独特的技术领域和制造能力。因而很多先进国家的生产制造都投放在中国，让中国制造的标签更为响亮。注射模的特点：（八）通过把成型原料输入到特定的设备，即注射成型机内进行电热棒加热熔融化为也特,再通过成型机射筒内螺旋工作的推动杆把熔融化为液体的原料迅速挤射到模具浇注系统中，并逐步充填充填到零件成型腔。此过程属为成型充填的部分，要合理的分析好材料特性，贴合零件的所有需求。更要了解材料的成型性能，让模具设计参照材料成型流动性更好设计好浇注形式。(b)在成型充填部分完成后，模具还需经过的调温系统冷却后塑化成型。因为先前对原料的加热熔融，温度提升非常高，塑化成型在自然冷却状态下非常缓慢1叫而且成型充填过
13、程，温度的精准调控，也便于成型流动稳定性，可见调温系统主要起到辅助成型充填的流动性与塑化成型。(C)模具工作部件具有很多的共通性，其推出运作、导向引导、模板固定装配都拥有各自的标准配件，让配件得意精密的标准规范。在模具智造中，大部分都可以采用标准配件完动作导向和各零件之间固定。第1章塑件成型与工艺分析1.1 塑料件工艺分析与要求这次设计所需分析零件是一个指定尺寸与外形数据的塑料件,并要自行使用工具对其测量获取完整数据，并使用UG构建绘出3D模型。接着对模具结构设计、对零件用途分析出塑件工艺要求，最后完成塑件在生产注射工艺时所需的模具设计。在UG软件功能下可对塑件分析，测量塑件的体积和大小等信息
14、得出医用注射器筒体塑件外形尺寸不大，属于小型件。观其外形可见塑件外侧部位光亮平滑，圆形内侧也要较为光滑。从医用注射器筒体零件的名称，顾名思义可知零件实际用途，因而可锁定塑件外侧上表面部位对成型时有外观光亮平滑生产制造要求。可见这些部位有特定的尺寸公差精度把控要求和材料选取时达到物理强度要求，其余则无更多的特殊要求。结合所发现的医用注射器筒体塑件属于外观零部件，还需满足组装配合、尺寸精度、消耗用量大的要求。如下图1.1所示，分别为本次医用注射器筒体筌件的三维模型：图1.1:医用注射器筒体塑件三维建模图1.2 塑件的技术要求零件属于食品级的用途，需要保证材料无毒，而且为了防止医用注射器跌落摔破摔，
15、也需要材料极需要很强韧性。选取成本低廉，但强度性能极好、日常环境极为稳定的PP作为本次成型工程材料。PP的材料特性，并在产品壁厚设计相互配合下，轻易能满足。零件成型后的稳定性和可塑性，也非常合适控制好医用注射器筒体塑件的精度要求。对此根据零件所分析可知技术要求要满足以下几点：(1)制造量大，采用注射成型方式成型，材料为PP；(2)指定部位采用MT3精度等级、未指定部位则按照自由公差。（3）表面要求光滑平整、零件中间部位不能有明显的推出痕迹、不能出现成型收缩痕、拖伤表面、明显的溢边等缺陷；1.3 材料特性与用途所选PP材料对外观可造型强，尺寸精度把控容易，强度和冲击性所表现出的物理性满足产品技术
16、要求所需。PP的投入成本低廉，并且成型工艺方式稳定可靠，满足医用注射器筒体塑件大批量生产需求。在诸多工程塑料中，PP是一款廉价成本和成型工艺优异出色，是食品级材料中最为常用的材料之一。因凭着成本低廉、拥有极优良的韧性而大受欢迎，是一款非常合适日常环境随处可见的。对于材料我们也要充分了解，下列表2-1为对搜索PP材料的整理。表2.1：PP主要物理性能参数特性指标参数值特性指标参数值体积比重0.9020.906(gcm3)抗击37Mpa缩水率1.8(%)抗弯67.5Mpa吸水0.l0.82h%)硬度8.65HBR121熔融点170(t/)1.3.1 成型材料充填信息工程PP材料其成型填充主要参数与
17、数据见表2-1显示。表中统筹零件所用PP材料成型填充各项所需的成型特性信息，从而让设计既能保证零件需求，还能更精准和缩减成型时间而起到承上启下效果。表2-21：PP材料与成型设备各项充填参数信息PP在成型设备各项参数设置单位对应信息充填注射螺转速转/每分钟30-50浇口接触喷嘴部位温度摄氏度170180模具主体部位温度监测摄氏度5080注射充填所需成型压力兆帕/Mpa60100充填后保压阶段所需压力兆帕/Mpa40%50%的射胶压力凝固成形时冷却所需时间秒2060s成型过程共进周期时间秒50220前期对材料干燥除湿所需时间小时24最佳1.4 塑件注射容量与注射设备选取在选取注射设备时，设备注射
18、容量应合理选取满足塑件容量。确保设备的恰用，亦是对制造成本控制，并且后期模具各系统设计和注射设备也要相互对应结合。因此应进行统计塑件对体积的需求，单个塑件体积可在塑件三维模型模后，操作UG软件直接进行测量所得，对医用注射器筒体塑件三维模型测量的体积，得出塑件体积：V1=6667.27mm3o而塑件得质量要与材料的密集度进行公式计算,翻阅资料查得PP密度可取:P=0.906g/Cm3。塑件质量m公式计算：/22=V1P塑件得体积需转换公式单位对等，得：6667.27mm36.67cm3;代入计算式，得出单个塑件质量（m）为：tn=6.67X0.906=6.043g经过计算得到塑件质量，结合成型方
19、案和模具设计，进而锁定所匹配注射设备的形式及其详细型号参数。在没有得到准确模具布局设计前,浇注总凝料部分的质量可根据外形与质量定义类型后进行指定质量范围。这里见医用注射器筒体塑件工程图外形尺寸和体积，可判断医用注射器筒体塑件属为小型等级塑料零件。借助三维软件对塑件模型直接测量得出，单个医用注射器筒体塑件的体积为Vp=6.67cn0查文献资料参考，低于200cm3的中小型等级塑件其浇注总凝料质量暂时取10Cm3。结合所知晓的信息，可求取本次对医用注射器筒体塑件进行一模八腔设计所需成型原材料充填的总用量Va,计算如下：。K=K+Vz,HVa=医用注射器筒体塑件所需成型原材料充填的总用量；Vr=小型
20、等级塑件，低于200cm3的塑件选取10cm3；VP=单个医用注射器筒体塑件自身体积，三维软件测量得6.67cm3;n二腔数，一模八腔，取8代入已知信息得：Vtt=10+6.678=63.36cmy经计算得出了本次成型所需原材料总用量医用注射器筒体63.36cm3;在选取成型注射机时，要注意注塑机的注射容量，不能百分百的使用，应该设置安全值的保障，一般推荐推出用总用量的80%,进而锁定所匹配注射设备必须能满足医用注射器筒体63.36/0.8=79.25?的机器成型充填容量。还需满足成型机的压力、锁模力与PP原材料在成型方面的特性相匹配，以及还需成型机与模具设计的满足，以此因素作为选定依据进行甄
21、选出最佳规格的成型机例。通过预设模具各系统工艺方案，选定国内知名海天品牌的HTF系列卧式螺旋挤射成型机，逐一较比后甄选出HTF160X-1A牌号的成型机最为匹配本次医用注射器筒体塑件模具设计。成型注射设备工艺性能与功能使用说明信息见表1.2o表1.2：成型机工艺性能与使用信息工艺类型单位数据挤射螺旋杆外径mm50注塑充填总容量（MaX）cm3253注塑成型压力Mpa202合模锁紧力KN1600拉杆内部距离（横向X竖向）mm455455支持模具最高厚度（MaX）mm500支持模具最小厚度（Min）11m180移模打开工作行程mm420射料嘴喷口直径mm3.0射料嘴球弧半径（SR）mm10液压推动
22、棍推起行程mm140第2章模具工艺选定与机构设计2.1主分型面选定分型面选定位置至关重要,通过对医用注射器筒体号件的外轮廓模型分析和脱模以及浇注方式，此筌件选定分型面需遵定以下5个重要守则：（1）通常情况下，零件动定模脱离打开的分型面部位应优选在零件沿脱模打开水平方向的最外侧轮廓边缘；（2）分型面在零件所留下的分型线，则不应设在塑件美观区域；（3）分型面设计应保障动定模脱离分开过后，零件还能确保停留在动模腔体内；（4）分型面选择位置应承上启下结合零件外观和脱模推出，因此还要保障零件脱模方式合理可行。（5）分型面设计应结合机加工工艺，尽可能优化简易而又精准的加工制造工艺错误!未找到引用源。见下图
23、2.1所指示为本医用注射器筒体号件脱模分型面打开示意图，见图面上的箭头指示方向为打开位置。分型面处于零件的下表面，整体形成一个平整面，即便于成型核心工件加工又便于零件的脱模打开推出。图2.1:医用注射器筒体塑件分型面打开示意图2.2 型体的排位布局2.2.1 型腔排位布局设计在腔体数量选择过程也考虑到腔体排位布局，而排位布局要讲究结构合理，便于浇口和脱模机构设计，成型过程和运动过程能让模具整体受力平等u1.结合浇注机构设计预设，因而采选对角复制旋转排布方式，此方式布局，最大好处能优化浇口选择与保障整体受力均布，在制造加工、脱模机构、冷却系统也得到最合理的工艺方案表现“3。本次对医用注射器筒体零
24、件成型腔体布局设计见示意图2.2o图2.2:腔体布局设计示意图2.3 充填浇注系统各机构设计2.3.1 浇注主流道设计浇注衬套其内孔的主流道呈圆锥形,该形状设计可减免大部分充填压力过大而产生的应力。而衬套圆锥形的小孔（d）是与成型机接触，正确的方式还需要保障该小孔（d）要比射料嘴的射口（dl）小0.5lmm.而浇注衬套头部与射料嘴接触面也要过接顺畅避免碰撞后内部产生空隙，因此要保证成型机射料嘴的凸球面半径（SRl）比模具浇注衬套顶部的凹球面半径（SR）小于l-3mm即可。可见模具浇注衬套与成型机射料嘴具有指定配合关系和指定数据要求。成型机射料嘴的SRl和dl可从成型机工艺性能与使用信息进行查得
25、,从表格使用信息可知射料嘴凸球面为SRI=IOmm、喷嘴射料嘴的射口为dl=3.0;应需要满足如下表达式，并从中求得模具浇注衬套的设计数据范围：SR=SRM13）（2-1）d=di+（0.5-1）（22）从计算结果得知，浇注衬套顶部凹球面SR可设计ll14mm为最理想标准尺寸，而衬套内圆锥形小孔d可设计3.54mm为最理想标准尺寸。而浇注衬套内圆锥形的角度标准尺寸可取26度范围。而主浇注流道总高度同理越短越好，超小型模具的浇注最好能控制小于100mm,但最终还是要结合设计情况。整合设计数据后本次对医用注射器筒体冬件模具主浇注流道与浇注衬套设计效果如图2.3所示。图2-3浇注衬套及主浇注流道设计
26、示意图2.3.2 浇注分流道设计分流道截面与尺寸数据设计如下：（1）分流道长度设计主要取决于排位和浇注位置。因此在先前排位布局就已经考虑好浇口设置位置，而分流道则需要把浇口与主流道之间进行相互连贯一起。其所形成的长度距离应着重考虑好流动、冷料、缩减长度节约原料三大设计要素。对于侧浇注方式的填充，分流道末端跟塑件最近边缘需要留出1.52.5mm安全密封距离。（2）分流道截面最为常用形状有：圆形、半圆形、梯形；圆形较为容易加工和填充时有着优质流动性，在常用三种流道形状重，是充填熔融原料流动时阻力最小的（。而半圆和梯形两种截面则在流动性能略差,而且主要针对分型面加工制造工艺不同方会采用,并且分流道加
27、工后的表面粗糙度应低于Rao.8。因此本次选择流动性能最佳的圆形，便于流动也便于加工改善粗糙度。（3）分流道截面直径尺寸，通常依据材料的流动性能和塑件构造作为评判调节，适合在210mm中取决，过小反而流动差，过大流动超标同样也会增加了凝料冷却时间。分流道直径D经验计算公式如下：D=0.2654Jml（2-3）式中:D分流道截面径向尺寸；m为塑件质量，从先前计算得m=6.043g;1.各分流道长度距离，按现有布局设计测量得1.=58mm;则可进行计算：D=0.26546.043z同上公式3-1与公式3-2中描述(1)动模型芯腔体径向尺寸计算如下1m=20(l0.0l8)+340.246z3=20
28、.5408oIM=2.5x(1+0.018)+3/4x0.12：3=263540(2)动模型芯腔体高度尺寸计算：hM=90(l+0.018)+2/3x0.521OW3=91.96720l73hM=101(l+0.018)+23O.58o%=l3.205001933.3 型腔的结构设计型腔分为整体式和镶嵌是，在定模板中开一个槽，型腔就是放在这个槽里的，型腔通过螺丝被锁紧在动模上，一般在较小的模具中，直接用螺丝锁定就可以，在一些大模中，模仁的锁定还需要加锁紧块，以加固锁定和更好的使模仁锁正。在型腔模仁里还布置得有冷却水道。整体型腔是指只是由一块板料加工成的型腔，这种方式既有结构简单、安装牢固、模具
29、的成型和强度比较高、可以做到分形量处的夹缝比较小，本次采用的就是整体式型腔。型腔的具体结构如下图3.1所示：图3.1型腔结构形式3.4 型芯结构设计型芯和型腔不同的是接触产品的区域不同，型腔一般接触的是产品的外表面，而型芯接触的是产品的内表面，型芯是固定在动模板上的，型芯和型腔一样，在大模具上，型芯的锁定不仅仅靠螺丝还有锁紧块来辅助锁紧。在型芯上不仅有冷却水道，还有推杆、斜推杆、镶件等。在进行型芯的设计时，要注意各个部件之间的位置关系，不能有干涉，孔之间的强度要保。在本次设计中采用的是镶嵌式型芯结构，具体设计如下图所示：3.5 模具排气系统设计成型融融的液态原料在进入模具成型腔体内部时候，而腔
30、体是含有自然空气在内，再快速充填进入时候,空气排出存在很大的阻碍。尤其在零件特点部位的造型排放极度困难。然而这些少量而又极度排放出来的空气会严重影响着塑件成型质量。本次对模具排气方式与排出设计表现：（1）模具分型表面自然间隔排气，占模具整体主要排气份额,：（2）针对塑件深台阶造型的排气困难部位做镶嵌，让气体从镶嵌缝隙中排出；（3）推杆与其它脱模机构的自身滑动配合缝隙排放；（4）通过模流分析或已成型塑件成品，针对性对塑件排气困难部位做排气入子；（5）当镶嵌和滑动缝隙作为排气方式部位还是得不到充足排气时，在保证机构稳定性下对工件做排气槽引导；第4章模架选取4.1 模架组合类型选取模架类型和规格很多
31、，主要要取决于模具的结构形式和强度需求。模具主要通过浇注分型动作与装配要求，并结合模具的脱模形式来锁定模具的动作需求进而选出模架类型。本次医用注射器筒体塑件的浇注方式为点浇口、脱模推出方式为推板推出。通过分析得出浇注方式适合标准三板模模架类型，而脱模机构需求上则选用DA型组合形式。该DA型模架组合强度较好，符合医用注射器筒体塑件塑件模具动作与浇口要求。它的组成架构如下图4.1所示：4.2 模架尺寸选定模架规格则可以按照成型腔体总投影面积对照等级数值进行选定模框尺寸,该尺寸确保模具强度基础1刈。但实际尺寸还需要考虑到模架自身导向机构、固定螺钉、推出机构的安装位置。模架规格选定最先要满足塑件在推出
32、机构的要求。因此可以先计算出推杆板的尺寸范围，即可从模架标准规格中选出合格型号。选定推杆板尺寸计算公式如下：推杆板径向宽度：WlW2+52(4-1)推杆板径向长度：1.lN1.2+15X2+d(4-2)式中：Wl、1.l分别为推杆板宽度与长度；W2、1.2分别为塑件排位平铺外形宽度与长度尺寸；d为复位杆外径；5x2、15X2分别为小型模架选型时两端外侧的经验值；通过推算可选出推杆板平面规格为18OmmX450mm,查得对应塑料注射模中小型模架主模板尺寸为30OmmX450mm。再通过查找成型腔体总投影面积总和选出动模板与定模板强度的厚度尺寸。最后模架推出机构中的垫板厚度要满足塑件的推出高度IO
33、lrnm,需模架满足此高度，如若不够高度，可加厚后垫块的高度来增添推出行程高度。继而对复位弹簧与推出塑件空间的条件因素考虑，最终垫块在满足推出高度后，其厚度选定为150mm。由此选出了完整的模架尺寸型号为：EDI-3045-13080150,该型号模架各模板尺寸如下表4-1：表4-1模架各模板尺寸模板名称标准尺寸动定模板长宽300X400定模板高度A=130mm动模板高度B=80mm垫块高度C=150mm推板高度30mm模架组立总高度495mm模架最大外形350450495mm第5章模具与注射成型机技术参数验算5.1 成型机填充注射量校准依照生产安全需求和对产品稳定性的需要,要求成型机注射充填的喷射量安全标准使用要控制总体的80%以内。则可依以下公式验算：SZVSJX80%(5-1)Sz=nVl+V2(5-2)上述公式中：SZ是模具成型需求注射充填容量；SJ是成型机注射充填总容量；n成型制造零件个数；Vl零件体积；V2浇注凝料体积；选定的成型机总注射
