石峰1贱枣，王偉偉2监署，鄒鋒1，朱超挺1纽哥，周天綺1
(1．浙江醫(yī)藥高等屇品Γ科學(xué)校，浙江寧波 315100春塌； 2．浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院晓避，浙江寧波 315012)
摘要：使用聚砜 (PSU)塑料注射成型醫(yī)療干粉吸入器底座塑件。成型前只壳，對(duì)PSU材料進(jìn)行干燥處理的工藝參數(shù)為溫度125～135℃俏拱，時(shí)間 4～6 h，平鋪吼句，鋪料厚度 18～22mm锅必，含水量控制在 0.1% 以下。針對(duì)塑件的注射成型設(shè)計(jì)了 1 副一模一腔熱流道兩板注塑模具惕艳，使用單點(diǎn)熱澆口進(jìn)行澆注搞隐； 模具分 2 次分型打開， 1次用于塑件定模側(cè)斜孔的 抽芯脫模远搪， 1 次用于塑件模腔的打開劣纲； 型腔的表面粗糙度為 0.4 以上，排氣孔的深度應(yīng)控制在 0.08 mm谁鳍；針對(duì)塑件14個(gè)斜孔內(nèi)壁的脫模癞季，設(shè)計(jì)了定模斜桿復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)，針對(duì)14 個(gè)斜孔外壁的脫模棠耕，設(shè)計(jì)了動(dòng)模“萬(wàn)能斜頂”復(fù)合機(jī)構(gòu)余佛。 運(yùn)用 CAE 分析獲得了模具中所需的成型時(shí)間為 1.542s，注塑壓力為 58 MPa窍荧。塑件成型后須退火處理辉巡，控制參數(shù)為空氣浴，溫度 150℃蕊退，時(shí)間 2～4h郊楣。
關(guān)鍵詞： 醫(yī)療塑件； 聚砜塑料瓤荔； 熱流道净蚤； 注塑工藝； 模具設(shè)計(jì)输硝； 脫模
1 塑件分析
圖1所示為一種醫(yī)療干粉吸入器底座塑件今瀑，塑件俯視外形呈葵花形狀，側(cè)視外形呈球冠形狀。塑件外沿圓周上布置了 14 個(gè)斜圓柱孔 (簡(jiǎn)稱斜孔)橘荠，其內(nèi)徑為8 mm屿附、外徑為10 mm、高度為14 mm哥童，斜孔軸心線與塑件中心線夾角為5º挺份。中間直徑127mm圓周內(nèi)布置了 4 個(gè)內(nèi)徑為8mm 的直圓柱孔和6個(gè)內(nèi)徑為4mm小孔，直圓柱孔的外徑為10mm贮懈，高度為12mm序六。塑件最小壁厚 1.8mm废酷，最大2.4 mm搁吓，平均壁厚2mm蝴光。
塑件
塑件使用聚砜 (PSU) 材料進(jìn)行注射成型，該材料為一種堅(jiān)韌且強(qiáng)度高的透明塑料抡医，與聚碳酸酯相比能提供較高的耐熱性和更好的水解穩(wěn)定性 [1–3] 伦吠； 具有良好的力學(xué)性能和耐化學(xué)性能，與蒸汽魂拦、氧化劑等接觸時(shí)具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性毛仪；有透明與不透明的各種彩色可供選擇。PSU的收縮率為0.4%～0.8%芯勘，不同方向收縮差異小箱靴，塑件脫模斜度一般取0.02º。PSU材料在醫(yī)衛(wèi)器材零部件制造方面應(yīng)用較為廣泛荷愕，典型有外科手術(shù)盤衡怀、噴霧器、加濕器等塑件零件 [4–6]安疗。
2 注射成型方案及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
塑件的注射成型方案設(shè)計(jì)受兩個(gè)因素的影響抛杨， 第一個(gè)是塑件的材料，第二個(gè)是塑件的結(jié)構(gòu)荐类。就材料而言怖现，PSU是一種非結(jié)晶聚合物，成型溫度 280℃以上玉罐，流動(dòng)性差屈嗤，流長(zhǎng)比為 80左右，塑件的壁厚須 控制在 1.5 mm 以上吊输，吸入器底座塑件的平均壁厚為 2mm饶号，因而可以使用 PSU 材料進(jìn)行注射成型。 PSU 材料對(duì)缺口較為敏感季蚂，塑件上的直角或者銳角都須使用圓弧過渡進(jìn)行處理茫船。PSU材料對(duì)含水量敏感琅束，塑件成型前，須對(duì)材料進(jìn)行干燥處理算谈，盡可能降低材料中含水量狰闪，塑件加工前，材料含水量控制在0.1% 以下濒生，以防高溫下熔體降解。
就塑件結(jié)構(gòu)而言幔欧，塑件整體形狀為圓片狀罪治，其包容圓的外徑為193 mm，為中等偏大型塑件礁蔗。為保證注塑時(shí)澆口到各流動(dòng)末端的長(zhǎng)度接近觉义，以保證塑件各局部位置的充填均衡性，塑件的最佳澆口位置以開設(shè)在塑件的幾何中心位置為最佳浴井。塑件模腔的冷流道設(shè)計(jì)要求高晒骇，流道設(shè)計(jì)時(shí)，其基本要求為：主流道盡可能短且粗磺浙，以利于熔體流動(dòng)洪囤，主流道直徑2mm以上，脫模斜度 3º～5º撕氧，分流道用圓形或梯形流道瘤缩，流動(dòng)路徑避免采用彎道形式。
對(duì)于塑件的脫模伦泥，其上所設(shè)置的 14 個(gè)斜孔剥啤，需要使用14個(gè)抽芯方向不同的圓柱型芯鑲件進(jìn)行抽芯脫模，顯然不脯，塑件不宜采用多腔布局成型府怯，采用單 腔布局既能保證塑件的成型精度，又能降低模具中 機(jī)構(gòu)件的安裝難度防楷。
塑件的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為：使用 1 模 1 腔單 腔布局牺丙，使用單點(diǎn)熱流道直接澆口進(jìn)行澆注 [7]，澆口設(shè)置在塑件的幾何中央位置复局，這樣可以避免冷流道的開設(shè)赘被，以免影響模腔的充填。該方案的 CAE 流動(dòng)分析如圖 2 所示肖揣，CAE 分析中民假，塑件材料選用巴斯夫公司 (BASF) 牌號(hào)為 P1700 的 PSU，澆口為圓柱形 Ø1.2 mm 澆口龙优，澆口長(zhǎng)度 1.0 mm羊异，進(jìn)料口的位置設(shè)置在模腔幾何中央厚壁處事秀。模具溫度設(shè)置為 140℃，熔體溫度 360℃野舶、最大溫度 380℃易迹，頂出溫度 165℃。注塑速率采用中速平道，以免高速造成熔體破裂睹欲， 充模困難。
澆注系統(tǒng) CAE 分析
從圖 2 可以看出一屋，在該成型方案下窘疮，模腔的充填性能好，各末端能獲得均衡充填冀墨，整體充填時(shí)間為1.542s 左右闸衫，能滿足塑件的生產(chǎn)周期要求。充填所需壓力為58MPa 左右诽嘉，對(duì)注塑機(jī)的使用要求不高蔚出。流動(dòng)路徑上熔接線主要出現(xiàn)在孔的末端位置處，形態(tài)為熔合線虫腋，可以通過提高模具溫度的方式來消除骄酗。 流動(dòng)路徑上氣孔較多，需要增強(qiáng)模腔的排氣來消除悦冀。 流動(dòng)分析中酥筝，不利的結(jié)果為：塑件成型中所產(chǎn)生的 內(nèi)應(yīng)力難以消除，只能通過保壓措施來盡可能減小雏门。
3 分型及成型件設(shè)計(jì)
如前所述嘿歌，塑件采用單腔模式成型時(shí)，將考慮 收縮率后的塑件表面作為成型件的成型面茁影，選用外沿分型線宙帝、各內(nèi)孔分型線以上的面作為型腔面，以下的面則作為型芯面募闲，如圖 3 所示步脓。其中，型芯面中浩螺，各斜孔內(nèi)側(cè)的局部區(qū)域面必須分割出來靴患，以用作斜頂?shù)姆中兔妫糜谠O(shè)計(jì)斜頂以實(shí)現(xiàn)斜孔內(nèi)側(cè)倒扣的成型和脫模 [8–12]要出。
圖 4 為單個(gè)斜孔內(nèi)側(cè)局部區(qū)域面 ( 圖 4 中倒扣區(qū)域 ) 的成型件設(shè)計(jì)鸳君。在圖 4 中，針對(duì) 14 個(gè)斜孔的脫模患蹂，使用斜桿鑲件成型斜孔的上端部分或颊，這樣可以將斜孔的下端設(shè)置成直桿鑲件砸紊，從而可以最大限度 降低14個(gè)斜孔的脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。因而囱挑，針對(duì)斜孔部位的脫淖硗纾可以采用以下方式：斜孔內(nèi)壁的成型 與脫模由位于型腔鑲件一側(cè)的斜桿鑲件來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于斜孔外壁倒扣區(qū)域的脫模平挑，則使用斜頂頂出方式實(shí)現(xiàn)游添。
成型面分割
單個(gè)斜孔內(nèi)側(cè)局部區(qū)域面的成型件設(shè)計(jì)
使用圖 3 中所示外沿分型線對(duì)模腔進(jìn)行分型后，將所獲得的型腔鑲件通熄、型芯鑲件及斜孔的斜頂唆涝、 斜桿鑲件和直桿鑲件進(jìn)行拼合組裝，由此構(gòu)成的模腔 (局部) 如圖5所示棠隐。設(shè)計(jì)斜頂時(shí)，必須設(shè)置高度掛臺(tái)檐嚣、水平掛臺(tái)兩個(gè)限位措施以保證斜頂復(fù)位時(shí)在高度方向助泽、水平方向都有定位。設(shè)置外沿分型面時(shí)嚎京，分型面設(shè)置為延拓面+水平面的組合形式嗡贺，以便于排氣槽開設(shè)、分型面的加工及模腔的閉合配 模鞍帝。加工型腔鑲件成型面時(shí)诫睬，表面粗糙度控制在 0.4
模腔成型件的構(gòu)成
以上以確保塑件的表面光亮。中速注塑時(shí)帕涌，模腔分型面上須開設(shè)環(huán)繞型排氣間隙及排氣槽摄凡，排氣間隙 0.02，用于引氣的排氣槽的深度0.08 mm蚓曼。
綜上所述亲澡，最終成型件的設(shè)置及組裝如圖 6 所示。
圖 6 成型件設(shè)計(jì)
定模成型組件中纫版，包括1個(gè)型腔鑲件床绪、14個(gè)斜 桿鑲件、4個(gè)上圓柱鑲件其弊。14個(gè)斜桿鑲件的上端通 過橫位銷安裝在導(dǎo)槽板上對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)槽內(nèi)癞己，導(dǎo)槽板上端用上蓋板蓋住，以防止斜桿鑲件滑落梭伐。 14 個(gè)斜 桿鑲件通過導(dǎo)槽板和上蓋板組裝后痹雅，構(gòu)成定模斜桿 復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)，再插入型腔鑲件中各自對(duì)應(yīng)的斜孔 內(nèi)糊识。定模成型件的材料使用 M461 預(yù)硬鏡面塑膠模具鋼练慕。
動(dòng)模成型組件中惰匙，包括 1 個(gè)型芯鑲件、14 個(gè)直桿鑲件铃将、14 個(gè)斜頂项鬼。14個(gè)斜頂采用“萬(wàn)能斜頂”結(jié) 構(gòu)形式，由推桿推動(dòng)其上端的斜頂頂出劲阎。14個(gè)直桿鑲件采用肩臺(tái)定位方式固定安裝在型芯鑲件內(nèi)绘盟。 14個(gè)斜頂通過相應(yīng)的14根推桿推動(dòng)，推桿安裝在模具的頂針推板上悯仙，構(gòu)成動(dòng)模“萬(wàn)能斜頂”復(fù)合機(jī)構(gòu)龄毡。動(dòng) 模材料成型件使用 Cr12MoV 模具合金鋼。
4 模具結(jié)構(gòu)布置
功能零部件在模具結(jié)構(gòu)中的布置如圖 7 所示锡垄，模具使用兩板模結(jié)構(gòu)沦零，2次分型打開。所選用模架為一種非標(biāo)準(zhǔn)模架货岭，由兩板模模架改造而獲得路操，改造的地方在于：定模板與定模座板之間增加 1 次分型打開，并增加 4 副模腔導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向千贯。模具中的模腔布置為 1模1 腔屯仗。型腔鑲件、型芯鑲件均使用雙邊定位方式搔谴，通過楔緊塊楔緊方式安裝在定模板魁袜、動(dòng)模板內(nèi)。定模板敦第、動(dòng)模板的精確閉合定位由定模板導(dǎo)柱峰弹、模腔導(dǎo)柱、邊鎖共同實(shí)現(xiàn) [13–14]芜果。定模板導(dǎo)柱主要用于定模板打開／閉合時(shí)的滑動(dòng)導(dǎo)向垮卓；模腔導(dǎo)柱主要用于定模板和動(dòng)模板之間打開／閉合時(shí)的滑 動(dòng)導(dǎo)向。定模板與定模座板之間的打開使用 4 根定距拉桿進(jìn)行定距控制师幕。定模板與動(dòng)模板的臨時(shí)閉合粟按，使用模板鎖控制。
圖 7 模具布局
5 模具機(jī)構(gòu)件組裝
機(jī)構(gòu)件在模具上的組裝如圖 8 所示霹粥。模具的定模由定模座板 3灭将、定模板 4 及附屬機(jī)構(gòu)零件構(gòu)成，動(dòng)模由動(dòng)模板8后控、方鐵 9庙曙、動(dòng)模座板 10 等零件構(gòu)成。蓋板 11浩淘、頂針推板12等零件構(gòu)成動(dòng)模的頂出機(jī)構(gòu)捌朴，注塑機(jī)頂桿通過頂桿套 13 推動(dòng)頂針推板 12吴攒。定模板 4 和定模座板 3 之間的開模面為 P1，定模板 4 與定 模座板 3 之間的分離距離通過定距拉桿 5 限制砂蔽；動(dòng) 模板 8 與定模板 4 之間的開模面為 P2洼怔。開模面打 開的順序?yàn)?P1 → P2，閉合順序也為 P1 → P2左驾。開模時(shí)镣隶，P1 面打開，P2 面閉合诡右，該閉合控制由圖 7 中 所示的模板鎖進(jìn)行控制安岂，模板鎖由鎖鉤桿 6 等 8 個(gè)零件組成。閉模前帆吻，P1域那，P2 面都處于打開狀態(tài)，閉 合時(shí)猜煮，模板鎖控制模具按 P1 → P2 順序閉合次员。型芯 鑲件 17、型腔鑲件 18 分別通過螺釘緊固安裝在動(dòng) 模板8友瘤、定模板4 內(nèi)翠肘。
定模斜桿復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)中檐束，上蓋板 27辫秧、導(dǎo)槽板 28 用螺絲緊固組合在一起，再通過螺絲緊固安裝在 定模座板 3 所開設(shè)的槽內(nèi)被丧，斜桿鑲件 25 的上端通過橫銷 26 進(jìn)行開模方向的限位后盟戏，安裝在導(dǎo)槽板28開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)，下端插入型腔鑲件 18 內(nèi)的斜孔內(nèi)甥桂。 P1 面打開時(shí)柿究，定模板 4 往下運(yùn)動(dòng)，將塑件從 14 個(gè)斜桿鑲件 25 上推出黄选。
圖 8 模具結(jié)構(gòu)安裝
動(dòng)模“萬(wàn)能斜頂”復(fù)合機(jī)構(gòu)中蝇摸，斜頂 22 安裝在 型芯鑲件 17 內(nèi)，其下端設(shè)置有 T 型槽办陷，與頂桿21上端所設(shè)置的 T 型導(dǎo)軌滑動(dòng)連接貌夕，頂桿 21 用頂針 推板 12 推動(dòng)。 P2 面打開后民镜，模腔打開啡专，注塑機(jī)頂桿 通過頂針推板 12 推動(dòng)斜頂 12 對(duì)塑件進(jìn)行頂出。
模具中制圈，模板鎖機(jī)構(gòu)為一種新型模板開閉控制 機(jī)構(gòu)们童，如圖9所示畔况。機(jī)構(gòu)的組成零件包括鎖鉤桿6，件30 ～件37慧库。導(dǎo)動(dòng)凸塊 30 安裝在定模座板 3 上跷跪，其上設(shè)置有導(dǎo)動(dòng)銷 31 的導(dǎo)動(dòng)凸臺(tái)；鎖鉤桿 6 與鎖鉤37用鎖鉤螺絲 38 組裝在一起完沪，鎖鉤桿6 用轉(zhuǎn)動(dòng)銷 32 與底座 35 鉸接在一起域庇，底座 35 用螺絲緊固安 裝在動(dòng)模板 8 的側(cè)邊。耐磨鎖塊 36 用螺絲安裝在定模板 4 上覆积； 外簧片 33 和內(nèi)簧片 34 疊裝在一起听皿， 用螺絲緊固組裝在底座 35 上，用于阻擋鎖鉤桿 6 按T1 轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)宽档。鎖鉤 37 勾住耐磨鎖塊 36 用于鎖緊動(dòng)模板 8 和定模板 4尉姨。
模板鎖機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理為：當(dāng)模具動(dòng)模按 Z–向下行時(shí)，導(dǎo)動(dòng)銷31暫時(shí)不能接觸導(dǎo)動(dòng)凸塊30上的導(dǎo)動(dòng)凸臺(tái)吗冤，因而又厉，鎖鉤桿6 在外簧片33 和內(nèi)簧片34 的彈壓下，不能繞轉(zhuǎn)動(dòng)銷 32 的中心按 T1 轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)椎瘟，此時(shí)動(dòng)模板 8 和定模板 4 被鎖鉤37 和耐磨鎖塊 36 鎖閉覆致，模具只能在 P1 面打開；P1 面打開一定距離后肺蔚，導(dǎo)動(dòng)銷 31 被導(dǎo)動(dòng)凸塊 30 上的導(dǎo)動(dòng)凸臺(tái)按F1 向推動(dòng)煌妈，迫使鎖鉤37和耐磨鎖塊36脫離接觸，從而宣羊，動(dòng)模板 8 與定模板 4 分離璧诵，模具在 P2 面處打開。閉合時(shí)仇冯，P1 面先閉合之宿，模具繼續(xù)閉合過程中，鎖鉤 37 被耐磨鎖塊 36 先推開而后再勾住耐磨鎖塊 36苛坚，從而實(shí)現(xiàn)再次鎖緊動(dòng)模板 8 和定模板 4 的功能比被。
6 模具工作原理
結(jié)合圖 8 所示，模具分 2 次分型打開泼舱，第一次打開在 P1 面處打開等缀，該面打開時(shí)，14 個(gè)斜桿鑲件 25 從模腔內(nèi)塑件上對(duì)應(yīng)的 14 個(gè)斜孔中抽芯抽出柠掂。第二次在 P2 面處打開项滑，塑件從型腔鑲件 18 內(nèi)脫出并留于型芯鑲件17 上。而后，隨著模具動(dòng)模的繼續(xù)下行枪狂，注塑機(jī)頂桿頂住頂針推板 12危喉，從而推動(dòng) 14 根頂桿 21 和 14個(gè)斜頂 22將塑件從型芯鑲件 17 上頂出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模州疾。
模具復(fù)位時(shí)辜限，頂針推板 12 先復(fù)位，確保動(dòng)模“萬(wàn)能斜頂”復(fù)合機(jī)構(gòu)先復(fù)位严蓖；模具閉合時(shí)薄嫡，先在 P1 面處閉合，確保定模斜桿復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)先復(fù)位颗胡，而后在 P2 面處閉合復(fù)位毫深，等待下一次注塑循環(huán)。
7 注塑工藝事項(xiàng)
注塑時(shí)毒姨，注塑工藝需要注意以下事項(xiàng)：
①注塑前哑蔫，須對(duì) PSU 進(jìn)行干燥，干燥方式為熱 風(fēng)干燥弧呐，溫度為 125～135℃闸迷，時(shí)間為 4～6 h，鋪料方式為平鋪俘枫，鋪料厚度為 18～22mm腥沽，含水量控制在 0.1% 以下；
②不能使用脫模劑鸠蚪；
③ PSU 的成型溫度較高今阳，在注塑前必須將料筒 內(nèi)清潔干凈；
④成型后須對(duì)塑件進(jìn)行退火處理邓嘹，退火方式使 用空氣浴方式酣栈，退火溫度為 150℃险胰，退火時(shí)間為 2～4h 汹押。
8 結(jié)語(yǔ)
(1) 使用 PSU 塑料對(duì)醫(yī)療用干粉吸入器底座塑 件進(jìn)行注射成型。運(yùn)用 CAE 分析獲得了塑件熱流 道單腔模腔所需的成型時(shí)間為 1.542s起便，注塑壓力為58MPa棚贾。
(2) 設(shè)計(jì)了塑件 1 模 1 腔兩板熱流道模具；澆注使用單點(diǎn)熱澆口進(jìn)行澆注榆综；模具分 2 次分型打開妙痹， 1 次用于塑件定模側(cè)斜孔的抽芯脫模， 1 次用于塑件模腔的打開鼻疮。針對(duì)塑件 14 個(gè)斜孔內(nèi)壁的脫模怯伊，設(shè)計(jì) 了定模斜桿復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)，針對(duì) 14 個(gè)斜孔外壁的脫 模判沟，設(shè)計(jì)了動(dòng)模“萬(wàn)能斜頂”復(fù)合機(jī)構(gòu)耿芹。
(3) 模具型腔的表面粗糙度為 0.4 以上崭篡，排氣間 隙 0.02 mm，排氣槽的深度 0.08 mm吧秕。
(4) 注塑前琉闪，PSU 材料熱風(fēng)循環(huán)干燥工藝參數(shù)為：溫度125～135 ℃，時(shí) 間 4～6h砸彬，鋪料厚度20mm 左右颠毙，確保含水量控制在 0.1% 以下。成型后塑件的退火工藝使用熱風(fēng)空氣浴方式退火砂碉，溫度150℃蛀蜜，時(shí)間2～4h。
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