輸液瓶橡膠蓋注射模具設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 引言1.1 概述輸液瓶蓋由于使用的需要，都采用橡膠制成，可以保證玻璃瓶內(nèi)液體藥品的密封。目前市場上輸液瓶橡膠塞都是用丁基橡膠，尤其是鹵化丁基橡膠。丁基橡膠( 異丁烯異戊二烯共聚物，即2-甲基-1-丙烯與2 -甲基-1，3 -丁二烯共聚物) 是使用三氯化鋁作催化劑將異丁烯與1%-3%的異戊二烯在-100 下共聚制備的1。溴化丁基橡膠除了保持了丁基橡膠原有的低透氣性，高衰減性，耐老化性，耐天侯性，耐臭氧性及耐化學(xué)藥品性等特性外，還增添了普通丁基橡膠所不具備的以下特性2：( 1 )硫化速度快 ；( 2 )與天然像膠，丁苯橡膠的相容性能好；( 3 )與天然橡膠，丁苯

2、橡膠的粘接性能提高；( 4 )可單獨(dú)用氧化鋅硫化，硫化方式多樣化 ；( 5 )有較好的耐熱性。丁基橡膠是生產(chǎn)引用瓶塞的理想材料3。1.2 國內(nèi)外對異戊橡膠的研究醫(yī)用膠塞丁基化是國內(nèi)HIIR的第二大需求市場，為保證醫(yī)藥安全，國家醫(yī)藥主管部門規(guī)定國內(nèi)所有藥用膠塞一律停止使用普通天然橡膠瓶塞。醫(yī)用膠塞生 產(chǎn)廠商正在擴(kuò)大丁基橡膠瓶塞生產(chǎn)能力，主要是用鹵化丁基橡膠，以適應(yīng)國內(nèi)需要。溴化丁基橡膠由于硫化速度快、硫化效率高、硫化程度高、硫化劑用量少、可實(shí) 現(xiàn)無硫無鋅硫化等特點(diǎn)，從而賦予了溴化丁基橡膠瓶塞良好的物理性能和化學(xué)性能，使其具有良好的吸濕性，在冷凍干燥制品中應(yīng)用較好。對于低分子量的凝血酶抑制溶液，用

3、溴化丁基橡膠膠塞其穩(wěn)定性顯著提高；同時(shí)其化學(xué)指標(biāo)可控制在一個(gè)較好的范圍內(nèi)，進(jìn)而有力保證了與氨基酸、血液制品等大輸液產(chǎn)品的相容性。歐美國 家的丁基膠塞廠家多數(shù)采用溴化丁基橡膠，目前我國也有一些公司全部使用溴化丁基橡膠生產(chǎn)膠塞。目前國內(nèi)較大的生產(chǎn)線有10多條，總生產(chǎn)能力達(dá)100億只以上4。合成丁基橡膠和鹵化丁基橡膠的工藝路線目前有低溫淤漿工藝和溶液法工藝。低溫淤漿工藝是最早開發(fā)的合成丁基橡膠的工藝，一般是以氯甲烷作聚合介質(zhì)，三氯化鋁作引發(fā)劑，反應(yīng)溫度控制在-100-90。溶液法工藝是以烷烴為溶劑，在鹵代烷基鋁的催化下，與-90-50，異丁烯與共軛雙烯共聚合成丁基橡膠5。1.3 輸液瓶橡膠蓋的成型模

4、具采用注射成型模具是指安裝在橡膠注射機(jī)熱板上，由注射機(jī)將已經(jīng)在注射機(jī)筒內(nèi)塑化、預(yù)熱接近硫化溫度的膠料，通過注射劑注射嘴和模具的澆注系統(tǒng)注入型腔硫化橡膠制品的模具。從結(jié)構(gòu)上講，橡膠注射成型模具更接近塑料注射成型模具，同一制品的注射成型模具結(jié)構(gòu)比壓制成型模具和壓鑄成型模具結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，因而造價(jià)也要高很多。但是注射模具成型生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，因此注射成型模具一般只用于批量生產(chǎn)，在大批量生產(chǎn)中優(yōu)勢更明顯6。注射模具結(jié)構(gòu)式是由注射機(jī)的形式和橡膠制品形狀及構(gòu)造等因素決定的。一般由動(dòng)模和定模兩部分構(gòu)成。定模安裝在注射機(jī)的固定熱板上，與注射機(jī)噴嘴相接，動(dòng)模安裝在注射機(jī)的活動(dòng)熱板上。動(dòng)定模

5、合模后形成型腔和澆注系統(tǒng)。橡膠注射模具的結(jié)構(gòu)主要包括澆注系統(tǒng)、型腔部分、余膠和排氣部分、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品定出機(jī)構(gòu)、模具與注射機(jī)的安裝六部分7。澆注系統(tǒng)為橡膠由注射機(jī)噴嘴到模具型腔之間的通道，一般由主流道、分流道、澆口和冷料井四部分組成。多腔模具和一部分單腔模具的澆注系統(tǒng)四部分都有，有的橡膠產(chǎn)品的單腔模具則只有主流道和型腔。型腔是成型橡膠制品的部分，其復(fù)雜程度由橡膠制品本身決定，一般由兩塊或兩塊以上的模塊組成。橡膠注射模具在分型面處開設(shè)余膠槽，一般產(chǎn)品不需專門開設(shè)排氣槽，余膠槽和分型面本身就能滿足排氣要求。對于有些產(chǎn)品可在試模后在料流末端補(bǔ)充加工排氣槽。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是為保證模具各模板之間的準(zhǔn)確

6、對中定位而設(shè)計(jì)的，簡單的模具包括導(dǎo)向銷、定位孔兩部分，復(fù)雜的模具則增加有銷套等零件。橡膠具有很高的彈性，大多數(shù)制品質(zhì)地柔軟。所以，多數(shù)橡膠注射成型的制品不需要頂出裝置。但是對于一些帶有金屬骨架的制品和硬度較高的橡膠制品，還有一部分多腔模具，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一次取出都需要有專門的頂出機(jī)構(gòu)。另外還包括一些需要活動(dòng)模芯結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品8。模具與注射機(jī)上、下熱板的安裝方式根據(jù)注射機(jī)的具體情況設(shè)計(jì)9。1.4 輸液瓶橡膠蓋注射成型工藝設(shè)備以及國內(nèi)外最新技術(shù)橡膠由于本身粘度高、易焦燒的特性，使得它從模壓成型到注射成型經(jīng)歷了一段漫長的時(shí)間，到目前為止，橡膠注射成型已經(jīng)歷了3個(gè)階段：柱塞式注射、螺桿往復(fù)式注射和螺桿-柱塞

7、式注射10。柱塞式注射成型機(jī)注射成型方法是：將膠料從喂料口喂入料筒后 由料筒外部的加熱器對膠料進(jìn)行加熱、塑化，使膠料達(dá)到易于注射而又不會(huì)焦燒的溫度為止。最后由柱塞將已塑化膠料高壓注入模具中。螺桿式注射成型機(jī)注射成型方法是：膠料從喂料口進(jìn)入擠出機(jī)后，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下受到強(qiáng)烈的剪切。膠溫很快升高，當(dāng)膠料沿螺桿移動(dòng)到螺桿前端時(shí)，已得到充分而均勻的塑化，螺桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊向后移動(dòng)。當(dāng)螺桿前端積聚的膠料達(dá)到所需要的注射量時(shí)，軸向動(dòng)力機(jī)構(gòu)以強(qiáng)大的推力推動(dòng)螺桿向前移動(dòng)，從而將膠料注入模腔。螺桿-柱塞式注射成型機(jī)注射成型工藝過程為：首先將冷膠料喂入螺桿塑化系統(tǒng)，膠料經(jīng)螺桿塑化后，擠入到柱塞注射系統(tǒng)中。最后由柱

8、塞將膠料注射到模腔中，為了使膠料按照一定的順序流動(dòng)，在螺桿擠出機(jī)的端部安裝一個(gè)止逆閥。膠料塑化后通過止逆閥進(jìn)入注射系統(tǒng)中并將柱塞頂起，這時(shí)膠料不會(huì)從噴嘴出去，因?yàn)閲娮焱ǖ廓M窄，阻力大。當(dāng)柱塞將膠料以高壓從噴嘴注入模腔時(shí)，因?yàn)橹鼓骈y的作用，膠料不會(huì)倒流進(jìn)入擠出機(jī)中11。注射成型是一種設(shè)定硫化溫度后,把已塑化預(yù)熱過的混煉膠快速注入模具內(nèi),在短時(shí)間內(nèi)使橡膠制品成型的硫化方法12。注射成型的成型周期短，成型制品質(zhì)量可由幾克到幾十千克，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確的模塑品。成型方法適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。近年來在許多橡膠加工方法中,通過注射成型制造各種制品正在不斷增加,制品質(zhì)量一致性好13。隨著橡膠注射成

9、型工藝的發(fā)展，人們在提高制品精度、節(jié)約原材料、降低能耗、減少制品缺陷等方面進(jìn)行了大亮研究，從而使橡膠注射成型工藝得到了很大的發(fā)展14。最新技術(shù)有以下幾種：抽真空注射成型工藝、冷流道注射成型工藝、氣體輔助注射成型工藝15。注射硫化溫度一般在170200之間。在高溫、高壓、高剪切力下膠料的門尼粘度低、流動(dòng)性好，膠料鉆縫現(xiàn)象嚴(yán)重。因此對注射模具加工精度、配合間隙等要求很高，特別是模具的水平平行度、鑲件與板面的配合間隙、模具分型面的表面粗糙度都要求高于普通模具l-2級16.。1.5 輸液瓶橡膠蓋模具設(shè)計(jì)小結(jié)國內(nèi)外關(guān)于橡膠成型更多采用了壓制成型。而由于輸液瓶蓋用量大，而且結(jié)構(gòu)簡單，更傾向于大批量生產(chǎn)，因

10、此輸液瓶的橡膠蓋多采用了注射成型。輸液瓶橡膠蓋結(jié)構(gòu)和大小原因，更加適宜于螺桿-柱塞式注射成型機(jī)，可以調(diào)高制品精度，節(jié)約原料，降低能耗等。2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 橡膠件的材料選擇和塑件圖2.1.1 橡膠件材料選擇橡膠件使用溴化丁基橡膠，具體編號是燕化公司的IIR-1751。其具體參數(shù)是：表 2.1溴化橡膠材料參數(shù)不飽和度1.68%數(shù)均相對分子量Mn236 600重均相對分子量Mw498 400Mn/Mw2.11硬度（邵氏A）60300%定伸強(qiáng)度7.78MPa拉斷伸長率582%拉伸強(qiáng)度17.48MPa撕裂強(qiáng)度42.35KN/m永久變形28%滯后損失21.9%彈性7%密度1.12門尼粘度ML（1+8

11、）12551.02.1.2 橡膠件圖橡膠件是輸液瓶瓶塞結(jié)構(gòu)見圖1。圖2.12.2 模具結(jié)構(gòu)的確定2.2.1 模具結(jié)構(gòu)形式和腔數(shù)確定丁基橡膠的瓶塞具有注射成型條件，而且可以大批量生產(chǎn)，所以模具結(jié)構(gòu)形式為注射成型。瓶塞批量大、規(guī)格小、形狀簡單和精度偏低的制品，為了提高生產(chǎn)效率、降低成本，在設(shè)備加工條件允許的情況下，應(yīng)采用多孔結(jié)構(gòu)，直徑約為20mm左右的制品可以采用6個(gè)型腔數(shù)。型腔的布置如圖2所示，均勻分布。圖2.22.2.2 分型面的確定 由于制件很簡單，可以很明顯確定分型面，在冠部和塞緊部分分界的平面。2.3 收縮率的確定通過查表取丁基橡膠的常用平均收縮率為1.6%。2.4 注射機(jī)選擇和校核2.

12、4.1 注射機(jī)的選擇計(jì)算橡膠件的體積： 由此可以選擇橡膠注射機(jī)的型號為XZL-系列角型（C型）橡膠注射成型機(jī)。這種型號注射機(jī)適用于高精度中小型橡膠制品的注射硫化成型。其主要技術(shù)參數(shù)如表2.2。 表 2.2XZL-系列角型（C型）橡膠注射機(jī)參數(shù)工作界面尺寸原料模具最小厚度50mm模具定位圈尺寸100mm最大合模行程350mm注射容量160裝機(jī)容量16.5KW冷卻水容量20L/min2.4.2 注射機(jī)的校核2.4.2.1 注射量的校核總注射膠料體積；成型全部膠料零件的體積；澆注系統(tǒng)的膠料體積所以可知小于注射機(jī)的理論注射容量的80%。2.4.2.2 開模行程的校核開模距離，mm；取出或頂出產(chǎn)品所需空

13、間，mm；注射機(jī)最大開模行程，mm。所以開模行程符合要求。2.4.2.3 噴嘴尺寸和定位圈要求由注射機(jī)的參數(shù)可以得到，噴嘴尺寸為半徑16mm，定位圈尺寸為半徑100mm。所以定位圈的尺寸如圖3所示。圖2.3 定位圈使用45號鋼制成，熱處理達(dá)到HRC5055。2.5 澆注系統(tǒng)從注射機(jī)的噴嘴到制品澆口的通道稱作澆注系統(tǒng)，包括主澆道、分澆道、澆口和冷料井四個(gè)部分。2.5.1 主澆道設(shè)計(jì)主流道的錐度選擇5°，澆道內(nèi)壁的表面粗糙度為0.8。可知注射機(jī)主噴嘴是球面的，半徑為16mm，所以主澆道始端的球面半徑選擇大于噴嘴直徑，定為20mm。主澆道小端直徑取3.5mm。主流道襯套與模板之間的配合應(yīng)該

14、是不能相對移動(dòng)的，所以采用H7/n6的配合。主流道襯套的形狀和尺寸如圖2.5所示。圖2.4 主流道襯套采用T8A，熱處理HRC5357。2.5.2 分澆道分澆道在動(dòng)模上的分型面上，選擇U形分澆道斷面，如圖2.5所示。圖2.5分澆道的分布形式采用均衡式，如圖2.2所示。2.5.3 冷料井冷料井設(shè)計(jì)在主澆道對面的動(dòng)模板上，形狀為倒錐形，如圖2.6所示。圖2.62.5.4 澆口設(shè)計(jì)考慮到橡膠之間的形狀、模具結(jié)構(gòu)以及型腔分布，采用側(cè)澆口。形狀如圖2.7所示。圖2.72.6 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成型零件主要包括型芯、型腔。2.6.1 型腔結(jié)果后設(shè)計(jì)由于制品簡單，所以型腔設(shè)計(jì)為整體式，直接在模板上加工而成。

15、見圖2.8。圖2.8型腔部分詳圖如下：圖2.9圖2.10尺寸計(jì)算：計(jì)算公式為 （2-1） （2-2）由前面的內(nèi)容可知收縮率C為1.6%。定模板使用45號鋼，熱處理HRC3035。2.6.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于推出的需要選擇推管推出機(jī)構(gòu)，所以型芯采用鑲?cè)胧?。因?yàn)樾托臼且粋€(gè)管狀結(jié)構(gòu)，所以直接設(shè)計(jì)成長桿狀，下端固定在墊塊后面的型芯固定板上，外面套上推管，推管固定在推管固定板上。型芯結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.11型芯與推出管以及板之間的結(jié)構(gòu)如圖2.12所示。圖2.12相關(guān)計(jì)算：型芯與推管之間有相對滑動(dòng)，但也要防止注射時(shí)產(chǎn)生溢料，所以型芯與推管之間的配合選擇H7/n6。型芯使用T8A制成，熱處理HRC5055。

16、2.7 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為了避免模具裝配時(shí)方向搞錯(cuò)而損壞模具，保證合模后的型腔形狀符合要求，不會(huì)偏移造成制品型腔錯(cuò)位或者壁厚不均勻，同時(shí)合模時(shí)能隊(duì)正合模而不損壞模芯等，注射模具各模之間必須有與其結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。首先導(dǎo)柱導(dǎo)套的位置選擇常用的等孔徑的四孔對稱方式。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的形狀都采用有肩形式。所以導(dǎo)柱導(dǎo)套的具體形狀分別見圖2.13和圖2.14。導(dǎo)柱導(dǎo)套在板上的裝配采用導(dǎo)套在定模板，導(dǎo)柱在動(dòng)模板的方式。圖2.13圖2.14導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間的配合是可以相互滑動(dòng)的間隙配合，選用H8/f7，導(dǎo)柱與動(dòng)模板的配合是固定的，采用H7/k6，導(dǎo)柱與定模板的配合也是固定的，也采用H7/k6。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的

17、材料都選用T8A，熱處理淬火，硬度HRC5055。2.8 頂出機(jī)構(gòu)和制品取出的考慮由于制品尺寸很小，而且截面是圓柱狀，所以把頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為推管機(jī)構(gòu)，推管與型芯和模板的裝配形式見圖2.12。推管的具體形狀尺寸見圖2.15。圖2.15推管與動(dòng)模板配合段可以相對滑動(dòng)，配合為H8/f8。推管固定在推管固定板上，材料采用T8A，熱處理硬度HRC5055。2.9 模架和其他板類零件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)模架由定模底板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模底板、墊塊、型芯固定板、型芯固定底板、推管固定板和推管固定底板構(gòu)成。定模底板和型芯固定底板尺寸為，推管固定板和推管固定底板的尺寸是，墊塊有兩塊，尺寸為，其余板尺寸都為，所有板都使用4

18、5號鋼，熱處理硬度HRC3035。定模底板具體下圖：圖2.16動(dòng)模板：圖2.17動(dòng)模底板：圖2.18墊塊：圖2.19型芯固定板：圖2.20型芯固定底板：圖2.21推管固定板：圖2.22推管固定底板：圖2.232.10 其他零件的設(shè)計(jì)首先需要保證每次模具脫模后合模的時(shí)候能讓推管和推管固定板回到固定的位置，所以需要復(fù)位桿，固定在推管固定板上，直接伸到分型面表面，如圖2.24所示。材料采用T8A，熱處理硬度HRC5055。圖2.24為了防止灰塵進(jìn)入推管固定板與型芯固定板之間的間隙，避免造成的推管不能回到初始位置，在型芯固定板上設(shè)計(jì)上四個(gè)均勻分布的限位釘，如圖2.25所示。材料選擇T8A，熱處理硬度H

19、RC5055。圖2.253 模具裝配圖主視圖：圖3.1 側(cè)視圖：圖3.2 俯視圖：圖3.3參考文獻(xiàn)：1 N.Harmsworth.丁基橡膠和鹵化丁基橡膠在非輪胎制品中的應(yīng)用J.橡膠工業(yè)，1995,42：6046072 張雪琪，張杰.丁基橡膠基本性能研究J.石化技術(shù)，2005,12（2）：143 劉洪.橡膠注射成型技術(shù)J.塑料工業(yè)，2011,39（z1）：1041084 張秀英.橡膠模具設(shè)計(jì)方法與實(shí)例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.3273585 虞福榮.橡膠模具實(shí)用手冊.第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.1456 鄭洪喜，毛智琛.橡膠注射模具的設(shè)計(jì)程序J.模具制造，2006,6（10）：70727 趙大力，皇甫喜樂，李小銀等.大眼窗面罩罩體橡膠注射模設(shè)計(jì)J.模具工業(yè)，2010,36（2）：56588 張惠敏.橡膠注射成型技術(shù)J.特種橡膠制品，2005,26（5）：33369 黃娜斌，江波.橡膠注射成型技術(shù)及設(shè)備J.橡塑技術(shù)與裝備，2007,33（7）：323710 卜繁冬.塑料壓力蓋模具設(shè)計(jì)與制造J.新技術(shù)新工藝，2010（3）：515311 肖啟元，史飛，孤島炯等.摩托車后視鏡外罩成型工藝與模具設(shè)計(jì)J.模具技術(shù)，2008（4