醫用吸盤注射模結構的設計

袁開波，文根保

(中國航空工業航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002)

0 引言

“醫用吸盤”是一種心臟外科手術中的二級手術器械(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時，用于固定心臟需要手術的部位，便于進行手術?！搬t用吸盤”就是心臟固定器上的作用終端，當吸盤接觸心臟需要手術的部位，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合在一起，從而固定心臟的局部，方便醫生準確的進行手術。

1 醫用吸盤形體分析與注射模結構方案可行性分析

材料：醫用透明TPU-75A，收縮率：0.8%。加工工藝參數：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 醫用吸盤形體分析

醫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，其必然會產生運動干涉現象。發生了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，注射成型醫用吸盤需要制成能夠成型其形狀的模腔，為了使醫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，醫用吸盤Ⅰ-Ⅰ面就是該注射模的分型面Ⅱ-Ⅱ。

圖1 醫用吸盤形體分析與注射模結構方案可行性分析

1.3 注射模結構最佳優化方案可行性分析

注射模結構需要解決醫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。注射模結構方案主要是針對醫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構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，意味著模具應該需要溫控系統；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計需要考慮到收縮率；再要注意模具結構可能產生制品加工的缺陷，只有這樣便能制訂出完美的模具結構方案［3］。

（1）避讓運動干涉的措施：既然醫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生運動干涉，其結果是撞壞產生運動干涉的2種抽芯的型芯。方法就是要設法避讓這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型孔型芯抽芯復位。而要實現這種抽芯的機械形式的避讓方法，其結構非常復雜。若其中一處采用油缸抽芯機構就很容易實現運動干涉避讓，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，這就是為什么要采用油缸抽芯機構的原因。

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

（3）模具結構其它措施：考慮的注塑模生產效率，采用一模二腔。從醫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，采用油缸機構抽芯更為適當。由于是一模2腔，成型與抽芯2腔醫用吸盤的4個三角形型孔可以使用同一油缸機構抽芯。對2腔中8×Φ2 mm×30 mm型孔要素，可以采用2套斜導柱滑塊抽芯機構。

2 醫用吸盤注射模結構設計

根據醫用吸盤形體分析與注射模結構最佳優化方案可行性分析，應該分別采用油缸抽芯機構和斜導柱滑塊抽芯機構。

2.1 注射模澆注系統、模架和分型面設計

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

（1）注射模澆注系統的設計：如圖2的A-A剖視圖所示，注塑模以定位環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是防止澆道套20產生的位移。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）注射模模架的設計：如圖2的A-A剖視圖所示，由于醫用吸盤注射模澆注系統的設計，導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）注射模分型面的設置：如圖2的B-B旋轉剖視圖所示，在定模板和定模墊板與中模板結合面間設置分型面Ⅰ-Ⅰ，在動模板與中模板之間設置分型面Ⅱ-Ⅱ。為了保證分型面Ⅰ-Ⅰ的開模距離，需要利用開模板13的內六角螺釘的腰字長度加以控制， 此時的中模板懸掛在4根導柱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作用下實現醫用吸盤40的脫模。

2.2 注射模抽芯機構的設計

根據醫用吸盤注射模結構方案的可行性分析，吸盤注射模抽芯機構需要分別采用油缸和斜導柱滑塊抽芯機構來處置醫用吸盤的型孔要素。

（1）注射模油缸抽芯機構的設計：如圖2的A-A和D-D剖視圖所示，FA-40-C油缸30用內六角螺釘以油缸L形固定板29固定在在動模板的右側上。如圖2的A-A剖視圖和P向視圖所示，FA-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型槽產生左右移動，從而完成側向型芯對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）注射模斜導柱滑塊抽芯與限位機構的設計：如圖2的B-B剖視圖所示，開閉模時，2側的側向型芯39在斜導柱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，由于斜導柱的撥動，滑塊會產生運動慣性，導致滑塊慣性可能沖出模具T形槽，或滑塊斜導柱孔的抽芯距離大于斜導柱下端的距離，使得斜導柱無法插入滑塊斜導柱孔中，這樣便需要設置滑塊的限位機構。斜導柱滑塊抽芯機構的限位機構，由內六角螺桿42、L形固定板和彈簧44組成。內六角螺桿與滑塊連接，開模時，斜導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 注射模脫模機構和回程機構的設計

在注射模開啟并成型2型孔的型芯完成抽芯之后，醫用吸盤和澆注系統的冷凝料才能進行脫模。為了使醫用吸盤連續加工，脫模機構必須能回復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）醫用吸盤的脫模：如圖2的A-A所示，脫模機構由推板2、安裝板3、限位塊4和頂桿組成。脫模機構的推板、安裝板和頂桿，在注射機頂桿的作用下推動著動模嵌件9中成型的醫用吸盤脫模，限位塊是限制脫模機構脫模的距離。

（3）脫模機構的回程機構：如圖2的A-A所示，回程機構由推板、安裝板、回程桿31和彈簧32組成。脫模機構頂脫醫用吸盤后，注射機頂桿退出，在外力消失后。彈簧在彈力恢復的作用下，可初步將脫模機構推回。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推回到脫模前的位置。

2.4 注射模的導向構件的設計

動模板、定模板17和中模板的定位和導向構件，共采用了4組動模導套7、中模導套10、定模導套16和導柱15來保證。脫模機構的定位和導向構件：采用了以推板導柱49和動模板相應孔的配合來保證推板、安裝板與動模板的位置和運動導向。

2.5 注射模的溫控系統的設計

根據醫用吸盤形體分析中要求模具溫度在80～120 ℃之內，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，最終會導致塑料制品過熱碳化而成為廢品，故模具必須設置溫控系統。注射模的溫控系統是利用室溫水在模具中流道內的流道，將模具的熱量帶走而達到降低模具溫度的作用，模具溫控系統有動模部分和中模部分的溫控系統。

（1）中模部分的溫控系統的設計：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的設計：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置的。

4 注射模主要成型零件鋼材選擇和熱處理

由于醫用TPU-75A為透明性質的塑料，成型醫用吸盤的成型件表面的粗糙度值應該在Rc0.4以下，這樣成型醫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，其經特殊熔煉而成.該鋼為預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預硬狀態下。

（2）熱處理：經500 ℃和800 ℃兩次預熱后，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—為加工后應避免再用銼刀銼，應會使表面粗糙。

圖2 醫用吸盤注塑模結構設計

5 結束語

在對成型醫用吸盤形體分析時，醫用吸盤的三角形型孔和8×Φ2 mm×30 mm型孔要素是很容易發現。但成型這2型孔的型芯是垂直貫通抽芯運動會產生運動干涉，往往被忽視，其必然會產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的措施，才能制訂出完整注射模結構方案。醫用吸盤注射模的結構方案采用了一處油缸和2處斜導柱滑塊抽芯機構的最佳優化方案，利用計算機或單板機的編程很容易實現對醫用吸盤2處型孔型芯的順利抽芯。

由于主流道和分流道長度過長。會導致塑料熔體溫降過大而產生一些缺陷，應該在主流道處設置熱流道裝置。