丁永峰

（重慶文理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，重慶 402160）

醫(yī)用塑膠制品在使用過程中，大都要與人體直接接觸。因此，同普通塑料制品相比，對(duì)其成型提出更嚴(yán)苛的要求[1]。流行病學(xué)調(diào)查研究顯示，阻塞性睡眠呼吸暫停通氣綜合征(OSAHS)與高血壓密切相關(guān)，50%的OSAHS患者合并高血壓，同時(shí)高血壓患者中至少30%為OSAHS患者[2]。目前，持續(xù)氣道正壓通氣是治療OSAHS合并高血壓的有效手段之一，但大多數(shù)患者不能夠或不愿意接受此種治療方式，從而影響并限制了其臨床應(yīng)用[3]。口腔阻鼾器是通過修正下頜的前移位置，擴(kuò)大并穩(wěn)定上氣道，從而改善通氣功能，以達(dá)到治療OSAHS的目的，在臨床上取得較滿意的療效。

本文作者以圖1所示某品牌阻鼾器上牙套產(chǎn)品為例，運(yùn)用塑料成型及模具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，在UG中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維造型，并在MoldWizard模塊完成上牙套產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)。

圖1 阻鼾器上牙套產(chǎn)品模型Fig.1 The productmodelofsnore guard upperbrace

1 MoldWizard設(shè)計(jì)流程

作為UG軟件中設(shè)計(jì)注塑模的專業(yè)模塊，MoldWizard提供快速的、全相關(guān)的、3D實(shí)體的解決方案，為模具設(shè)計(jì)的型芯、型腔、滑塊、推桿、嵌件等提供進(jìn)一步的建模工具[4-6]，可使模具設(shè)計(jì)更加簡捷，最終創(chuàng)建出與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維模具，并可用于加工[7-8]。

MoldWizard的一般設(shè)計(jì)流程如圖2所示，主要分為準(zhǔn)備階段與設(shè)計(jì)階段。通過對(duì)模型的創(chuàng)建、驗(yàn)證及修復(fù)后，進(jìn)入模具的設(shè)計(jì)階段，MoldWizard以向?qū)У男问?，在?duì)話框中選擇設(shè)計(jì)步驟，設(shè)置各零件的相關(guān)參數(shù)，即可依次對(duì)模架、頂桿、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)柱等元件進(jìn)行參數(shù)化建模，從而完成模具的設(shè)計(jì)。

圖2 MoldWizard一般設(shè)計(jì)流程Fig.2 The generaldesign process ofMoldWizard

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝分析

所選材料為醫(yī)用級(jí)EVA，具備良好的理化特性，與體液以及組織接觸過程中能保持其原有的彈性和柔軟度，不易被降解，是一種相對(duì)穩(wěn)定的惰性物質(zhì)，對(duì)人體組織無刺激性、機(jī)體排異反應(yīng)極少。該塑件壁厚不等，平均壁厚約為4 mm，長71 mm，寬46 mm，高16.7 mm，在UG中計(jì)算其體積為V塑＝8.85 cm3，密度ρ＝1.15 g/cm3，質(zhì)量m=10.18 g。產(chǎn)品對(duì)溫度適應(yīng)性較強(qiáng)，能保持良好的彈性和力學(xué)性能，零件尺寸較小，熔體流程短，可以進(jìn)行注塑成型。

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 注射成型工藝方案的選擇

為使注塑成型順利進(jìn)行，生產(chǎn)前需要進(jìn)行原料預(yù)處理、料筒清洗等工作。注射成型結(jié)束后，需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行足夠的退火與調(diào)濕處理，以降低產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力，減小其翹曲變形，防止對(duì)口腔造成任何不適。參考同類產(chǎn)品的注塑成型工藝，擬定如下工藝參數(shù)：（1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30 r/min；（2）料筒溫度：前段240～260℃，中段220～260 ℃，后段 210～240 ℃；（3） 熔化溫度：220～240℃；（4）模具溫度：80～110℃；（5）注塑壓力：120～150 MPa；（6）成型時(shí)間：50 s（注射時(shí)間2 s，保壓時(shí)間10 s，冷卻時(shí)間24 s，輔助時(shí)間14 s）。

3.2 創(chuàng)建型腔/型芯

3.2.1 分型面的選擇

分型面的位置確定之后，才能較好地確定模具的結(jié)構(gòu)形式。分型面設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件的質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具復(fù)雜程度具有很大影響[9]。依據(jù)分型面的選取原則，選擇產(chǎn)品的最在外輪廓為分型線（圖3），向外延伸生成模具的分型面（圖4）。

圖3 分型線Fig.3 The parting line

圖4 分型面Fig.4 The parting surface

3.2 .2建立型腔/型芯

通過模具分型工具對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)域計(jì)算、檢查與歸類后，選擇定義型腔和型芯命令，完成模具型腔與型芯的創(chuàng)建，如圖5、6所示。

圖5 型腔Fig.5 The cavity

圖6 型芯Fig.6 The core

3.3 調(diào)用模架及標(biāo)準(zhǔn)件

MoldWizard提供電子表格驅(qū)動(dòng)的模架庫和模具標(biāo)準(zhǔn)件庫，通過計(jì)算產(chǎn)品的投影面積，可以確定模架的長度、寬度以及A、B板的厚度等參數(shù)。在模架管理窗口中，選擇目錄及相應(yīng)的模具類型，彈出模架索引列表，選擇并設(shè)置模架各零部件的參數(shù)，生成模架的三維模型。調(diào)用完模架后，選擇標(biāo)準(zhǔn)件命令，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的管理與調(diào)用。設(shè)置相應(yīng)的B板尺寸，即型腔固定板與型芯固定板的參數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)件后處理過程中，設(shè)置頂桿直徑為3.5 mm，用成型面對(duì)其進(jìn)行修剪處理，使其完全避空，從而設(shè)置合適的配合長度。調(diào)用彈簧、拉料桿及復(fù)位桿等桿件，完成推出及復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置。

3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在標(biāo)準(zhǔn)件庫中，通過設(shè)置相應(yīng)的類型及參數(shù)，得出定位圈及主流道襯套的三維模型，如圖7所示。利用草圖及管道、拉伸等命令創(chuàng)建澆注系統(tǒng)，如圖8所示。

圖7 定位圈及主流道襯套Fig.7 Locating ring and the sprue

圖8 澆注系統(tǒng)Fig.8 The gating system

3.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在冷卻標(biāo)準(zhǔn)件庫中，采取環(huán)繞型冷卻水路，設(shè)置冷卻管道直徑為5 mm，選擇恰當(dāng)?shù)姆胖梦恢茫⑦M(jìn)行相應(yīng)的后處理，得到模具的冷卻系統(tǒng)，如圖9所示。設(shè)計(jì)完上述創(chuàng)建工作后，還需對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)件及型腔/型芯（工件）進(jìn)行建腔，設(shè)計(jì)安裝吊環(huán)的螺絲孔，模板倒角等后處理工作，最終完成的模具裝配如圖10所示。

圖9 冷卻系統(tǒng)Fig.9 The cooling system

圖10 模具裝配圖Fig.10 Assembly drawing ofthe mold

4 結(jié)論

本文作者運(yùn)用交互式CAD/CAM系統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)專業(yè)模塊MoldWizard，對(duì)阻鼾器上牙套零件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，結(jié)論如下：（1）以阻鼾器上牙套為對(duì)象，運(yùn)用塑料模具設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，并確定注塑成型工藝方案。（2）利用MoldWizard注塑成型模塊，可快速對(duì)模具進(jìn)行分型與設(shè)計(jì)，有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，并為后續(xù)生產(chǎn)加工奠定良好的基礎(chǔ)。