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塑料模具 |
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基于UG的介入导管挤出模CAD系统开发 |
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作者：隋鹏举 郭丽华 来源：e-works |
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1 引言
随着介人医学在全球的迅速普及，介人式诊疗器(如图1所示)作为介入技术的主要器械之一，其市场需求迅速扩大，市场上成本、价格和质量的竞争越来越激烈，各个企业为了争取更大的市场份额，势必要走专业化规模发展的路子。因此，研制国产高质量介人器材及借助功能强大的通用CAD平台，开发专用产品的CADICAM系统是十分迫切和必要的。其中，介人导管直接与人体血管相接触，除了制管材料、结构形状、表面性能外，导管的挤出成型技术亦是决定其应用成败的关键因素之一:
本文针对介人导管的特点，设计了其专用挤出模具。选择UGNX 2.0作为介入导管挤出模具CAD系统的二次开发平台，在熟悉UGNX 2.0软件的基础上，完成了介人导管挤出模具CAD系统的开发。
图1 介入式诊疗器
2 管材挤出成型工艺
管材挤出成型是将塑料在旋转的螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化、定量地通过处于挤出机头部的口模和定型装置，生产出连续管材的加工工艺过程。
众所周知，机头的基本功能是成型，即保证制品得到所需要的形状与尺寸，而完成这个任务的关键零件则是口模和芯棒。对于微细导管来讲，其挤出成型工艺条件以及挤出机头的设计比较复杂。在此，作者对微细导管挤出机头的设计进行了一些初步的探讨，详细介绍了其中一种规格导管挤出成型机头的设计过程和基本思路，其余规格导管的设计类似.
3 挤出机头结构设计与工艺分析
介人导管材料为低密度聚乙烯(LDPE)，其外径D为Ф1 mm，内径d为Ф0.4mm ,壁厚仅为0.3mm ,属于微细型管材，所以采用直通式挤管机头，这种型式的机头结构简单，但其分流支架上的分流支撑筋必须加几成流线型，否则物料经过分流器及分流器支架时形成的分流痕迹不易消除，而直接采用线切割或铣削加工后的分流筋呈矩形，必须由高水平的模具工将矩形分流筋修整成流线型，对于直径小于Ф1Omm的管材，其分流孔较窄，刀具难以加工，为了解决上述问题，本机头采用圆孔分流支架(如图2所示)，该结构体积小，机加工简单，制品无接合缝痕迹，强度高。
如果口模和芯棒之间的环隙有微小的变化，管材挤出质量就会受到较大的影响，因此获得合理、均匀的流道系统就成为该挤出模设计成败的关键。通常情况下，口模间隙的均匀与否取决于口模板、芯棒的加工精度以及最终的钳工装配。对于芯棒来讲，其在口模中的装配方式是保证挤出模具型腔流道间隙尺寸精度要求的关键。考虑到介入导管的微细性，决定采用整体芯棒，从而避免了芯棒与分流锥及分流支架装配而带来的尺寸误差。所谓整体芯棒就是位于分流板出口处的芯棒与分流锥及分流支架用一块材料进行加工，加工后芯棒与分流锥及分流支架是整体不可拆分的(见图3)。这种方式是所有型芯装配方式中刚性最好的，而且有利于保证口模的型腔流道间隙的尺寸精度要求。
图3所示的机头还采用了多管挤出式结构，从而大大提高了生产效率。当物料进入人字形机头体后，在分流锥的作用下逐渐分成多股，分别进人单管流道并独立成型。但需要特别注意的是，在挤出过程中物料的流速要均匀，生产微管不必通人压缩空气。
最后，为加工方便，可以将机头体内的流道组合而成。口模靠固定板6压紧，多管模的支架为一体，由机头体7和8通过固定螺栓夹紧。口模调节螺钉各设置3个，用于微调管材壁厚的均匀性。
4 导管挤出机机头的芯棒和口模库的建立方法
利用UG/Open UIStyler对话框设计方法和对象的创建、访问方法，可以完成导管挤出机机头的芯棒和口模模块的初步设计。芯棒和口模的设计涉及到许多经验参数值，这些参数值都是一个范围，根据实验确定，一般利用通用CAD软件设计时，都要通过查找手册，相当繁琐巨易出错。二次开发的目的就是缩短产品设计的时间，提高产品设计的质量。所以，在本文中，采用如图4所示的对话框设计整体芯棒，口模的对话框原理相同，而且比较简单，不再列出.对话框的主要功能和工作原理如下:通过芯棒的具体设计可知，决定芯棒的主要尺寸参数为:芯棒外径d1、芯棒定型段长度L1,芯棒压缩段长度L2、分流锥长度L3,芯棒收缩角β、分流锥扩张角α等，其中芯棒外径d1、芯棒定型段长度L1,芯棒压缩段长度L2、分流锥长度L3可由经验公式算出，这样最终决定芯棒形状的参数为:拉伸比I、分流锥扩张角α、压缩比б、芯棒收缩角β、补偿系数k,与壁厚有关的参数c、导管外径D,导管内径d、分流孔的个数n。其中决定芯棒尺寸的基本参数有导管外径D、导管内径d、分流孔的个数n，其余的经验参数全和导管的材料有关，所以导管材料也是决定芯棒尺寸的基本因素。为了实现智能化，设计时由用户输人芯棒的基本参数，程序来自动选取经验参数，并计算其他参数，当选取不同材料时，经验参数输入框控件的标题中()的数值范围随之改变，如图5所示，方便用户的选取，省去了查找设计手册的时间。为了用户的使用方便，用户可以选择不采用默认值，只需把图4中复选框控件前的勾去掉，默认是被选上。去掉以后，就可以激活芯棒其他参数的输人框，用户可以根据输人框标题的提示范围来选取参数，如图6所示。图7是程序实现整体芯棒的流程图。
5 结束语
作者所设计的医用微细介人导管的挤出机头具有如下特点:采用整体芯棒，避免了芯棒与分流锥及分流支架装配所带来的尺寸误差;采用圆孔分流支架，使其机加工简单，制品无接合缝痕迹，强度高;采用多管挤出，节约了投资，提高了产量，提高了效率，最终提高了效益。
作者开发的介人导管挤出模具CAD系统在UG软件启动时自动加载到UG主菜单和工具栏上，简洁直观，操作方便，实现了与UG系统的无缝集成，具有良好的人机交互性、可扩充性和可移植性。该系统的使用不需UG操作专门知识，适合产品系列化设计，大大提高了介入导管挤出机机头的三维设计效率，为产品CAD/CAE/CAM并行化设计打下良好基础。(end)
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(2/17/2008) |
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