输液瓶橡胶盖注射模具设计

中北大学2012届毕业设计说明书第1页共29页1引言1.1概述输液瓶盖由于使用的需要，都采用橡胶制成，可以保证玻璃瓶内液体药品的密封。目前市场上输液瓶橡胶塞都是用丁基橡胶，尤其是卤化丁基橡胶。丁基橡胶(异丁烯—异戊二烯共聚物，即2-甲基-1-丙烯与2-甲基-1，3-丁二烯共聚物)是使用三氯化铝作催化剂将异丁烯与1%-3%的异戊二烯在-100℃下共聚制备的[1]。溴化丁基橡胶除了保持了丁基橡胶原有的低透气性，高衰减性，耐老化性，耐天侯性，耐臭氧性及耐化学药品性等特性外，还增添了普通丁基橡胶所不具备的以下特性[2]：(1)硫化速度快；(2)与天然像胶，丁苯橡胶的相容性能好；(3)与天然橡胶，丁苯橡胶的粘接性能提高；(4)可单独用氧化锌硫化，硫化方式多样化；(5)有较好的耐热性。丁基橡胶是生产引用瓶塞的理想材料[3]。1.2国内外对异戊橡胶的研究医用胶塞丁基化是国内HIIR的第二大需求市场，为保证医药安全，国家医药主管部门规定国内所有药用胶塞一律停止使用普通天然橡胶瓶塞。医用胶塞生产厂商正在扩大丁基橡胶瓶塞生产能力，主要是用卤化丁基橡胶，以适应国内需要。溴化丁基橡胶由于硫化速度快、硫化效率高、硫化程度高、硫化剂用量少、可实现无硫无锌硫化等特点，从而赋予了溴化丁基橡胶瓶塞良好的物理性能和化学性能，使其具有良好的吸湿性，在冷冻干燥制品中应用较好。对于低分子量的凝血酶抑制溶液，用溴化丁基橡胶胶塞其稳定性显著提高；同时其化学指标可控制在一个较好的范围内，进而有力保证了与氨基酸、血液制品等大输液产品的相容性。欧美国家的丁基胶塞厂家多数采用溴化丁基橡胶，目前我国也有一些公司全部使用溴化丁基橡胶生产胶塞。目前国内较大的生产线有10多条，总生产能力达100亿只以上[4]。中北大学2012届毕业设计说明书第2页共29页合成丁基橡胶和卤化丁基橡胶的工艺路线目前有低温淤浆工艺和溶液法工艺。低温淤浆工艺是最早开发的合成丁基橡胶的工艺，一般是以氯甲烷作聚合介质，三氯化铝作引发剂，反应温度控制在-100-90℃。溶液法工艺是以烷烃为溶剂，在卤代烷基铝的催化下，与-90-50℃，异丁烯与共轭双烯共聚合成丁基橡胶[5]。1.3输液瓶橡胶盖的成型模具采用注射成型模具是指安装在橡胶注射机热板上，由注射机将已经在注射机筒内塑化、预热接近硫化温度的胶料，通过注射剂注射嘴和模具的浇注系统注入型腔硫化橡胶制品的模具。从结构上讲，橡胶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结构比压制成型模具和压铸成型模具结构要复杂得多，因而造价也要高很多。但是注射模具成型生产效率高，产品质量稳定，自动化程度高，因此注射成型模具一般只用于批量生产，在大批量生产中优势更明显[6]。注射模具结构式是由注射机的形式和橡胶制品形状及构造等因素决定的。一般由动模和定模两部分构成。定模安装在注射机的固定热板上，与注射机喷嘴相接，动模安装在注射机的活动热板上。动定模合模后形成型腔和浇注系统。橡胶注射模具的结构主要包括浇注系统、型腔部分、余胶和排气部分、合模导向机构、产品定出机构、模具与注射机的安装六部分[7]。浇注系统为橡胶由注射机喷嘴到模具型腔之间的通道，一般由主流道、分流道、浇口和冷料井四部分组成。多腔模具和一部分单腔模具的浇注系统四部分都有，有的橡胶产品的单腔模具则只有主流道和型腔。型腔是成型橡胶制品的部分，其复杂程度由橡胶制品本身决定，一般由两块或两块以上的模块组成。橡胶注射模具在分型面处开设余胶槽，一般产品不需专门开设排气槽，余胶槽和分型面本身就能满足排气要求。对于有些产品可在试模后在料流末端补充加工排气槽。合模导向机构是为保证模具各模板之间的准确对中定位而设计的，简单的模中北大学2012届毕业设计说明书第3页共29页具包括导向销、定位孔两部分，复杂的模具则增加有销套等零件。橡胶具有很高的弹性，大多数制品质地柔软。所以，多数橡胶注射成型的制品不需要顶出装置。但是对于一些带有金属骨架的制品和硬度较高的橡胶制品，还有一部分多腔模具，为实现产品的一次取出都需要有专门的顶出机构。另外还包括一些需要活动模芯结构的产品[8]。模具与注射机上、下热板的安装方式根据注射机的具体情况设计[9]。1.4输液瓶橡胶盖注射成型工艺设备以及国内外最新技术橡胶由于本身粘度高、易焦烧的特性，使得它从模压成型到注射成型经历了一段漫长的时间，到目前为止，橡胶注射成型已经历了3个阶段：柱塞式注射、螺杆往复式注射和螺杆-柱塞式注射[10]。柱塞式注射成型机注射成型方法是：将胶料从喂料口喂入料筒后由料筒外部的加热器对胶料进行加热、塑化，使胶料达到易于注射而又不会焦烧的温度为止。最后由柱塞将已塑化胶料高压注入模具中。螺杆式注射成型机注射成型方法是：胶料从喂料口进入挤出机后，在螺杆的旋转作用下受到强烈的剪切。胶温很快升高，当胶料沿螺杆移动到螺杆前端时，已得到充分而均匀的塑化，螺杆一边旋转一边向后移动。当螺杆前端积聚的胶料达到所需要的注射量时，轴向动力机构以强大的推力推动螺杆向前移动，从而将胶料注入模腔。螺杆-柱塞式注射成型机注射成型工艺过程为：首先将冷胶料喂入螺杆塑化系统，胶料经螺杆塑化后，挤入到柱塞注射系统中。最后由柱塞将胶料注射到模腔中，为了使胶料按照一定的顺序流动，在螺杆挤出机的端部安装一个止逆阀。胶料塑化后通过止逆阀进入注射系统中并将柱塞顶起，这时胶料不会从喷嘴出去，因为喷嘴通道狭窄，阻力大。当柱塞将胶料以高压从喷嘴注入模腔时，因为止逆阀的作用，胶料不会倒流进入挤出机中[11]。注射成型是一种设定硫化温度后,把已塑化预热过的混炼胶快速注入模具内,在短时间内使橡胶制品成型的硫化方法[12]。注射成型的成型周期短，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确的模塑品。成型方法适应性强，生产效率高。近年来在许多橡胶加工方法中,通过注射成型制造各种制品正在不断增加,制品质量一致性好[13]。中北大学2012届毕业设计说明书第4页共29页随着橡胶注射成型工艺的发展，人们在提高制品精度、节约原材料、降低能耗、减少制品缺陷等方面进行了大亮研究，从而使橡胶注射成型工艺得到了很大的发展[14]。最新技术有以下几种：抽真空注射成型工艺、冷流道注射成型工艺、气体辅助注射成型工艺[15]。注射硫化温度一般在170℃～200℃之间。在高温、高压、高剪切力下胶料的门尼粘度低、流动性好，胶料钻缝现象严重。因此对注射模具加工精度、配合间隙等要求很高，特别是模具的水平平行度、镶件与板面的配合间隙、模具分型面的表面粗糙度都要求高于普通模具l--2级[16].。1.5输液瓶橡胶盖模具设计小结国内外关于橡胶成型更多采用了压制成型。而由于输液瓶盖用量大，而且结构简单，更倾向于大批量生产，因此输液瓶的橡胶盖多采用了注射成型。输液瓶橡胶盖结构和大小原因，更加适宜于螺杆-柱塞式注射成型机，可以调高制品精度，节约原料，降低能耗等。中北大学2012届毕业设计说明书第5页共29页2模具结构设计2.1橡胶件的材料选择和塑件图2.1.1橡胶件材料选择橡胶件使用溴化丁基橡胶，具体编号是燕化公司的IIR-1751。其具体参数是：表2.1溴化橡胶材料参数不饱和度1.68%数均相对分子量Mn236600重均相对分子量Mw498400Mn/Mw2.11硬度（邵氏A）60300%定伸强度7.78MPa拉断伸长率582%拉伸强度17.48MPa撕裂强度42.35KN/m永久变形28%滞后损失21.9%弹性7%密度1.123g/cm门尼粘度ML（1+8）125℃51.02.1.2橡胶件图橡胶件是输液瓶瓶塞结构见图1。中北大学2012届毕业设计说明书第6页共29页图2.12.2模具结构的确定2.2.1模具结构形式和腔数确定丁基橡胶的瓶塞具有注射成型条件，而且可以大批量生产，所以模具结构形式为注射成型。瓶塞批量大、规格小、形状简单和精度偏低的制品，为了提高生产效率、降低成本，在设备加工条件允许的情况下，应采用多孔结构，直径约为20mm左右的制品可以采用6个型腔数。型腔的布置如图2所示，均匀分布。中北大学2012届毕业设计说明书第7页共29页图2.22.2.2分型面的确定由于制件很简单，可以很明显确定分型面，在冠部和塞紧部分分界的平面。2.3收缩率的确定通过查表取丁基橡胶的常用平均收缩率为1.6%。2.4注射机选择和校核2.4.1注射机的选择计算橡胶件的体积：2223318.813.28=6[3.33.14()5.53.14()6.63.14()420910222Vcm由此可以选择橡胶注射机的型号为XZL-系列角型（C型）橡胶注射成型机。这种型号注射机适用于高精度中小型橡胶制品的注射硫化成型。其主要技术参数如表2.2。中北大学2012届毕业设计说明书第8页共29页表2.2XZL-系列角型（C型）橡胶注射机参数工作界面尺寸400400mmmm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1602cm装机容量16.5KW冷却水容量20L/min2.4.2注射机的校核2.4.2.1注射量的校核a12VVVaV——总注射胶料体积；1V——成型全部胶料零件的体积；3V——浇注系统的胶料体积所以34.2091014.209aVcm可知小于注射机的理论注射容量的80%。2.4.2.2开模行程的校核12jHHH1H——开模距离，mm；2H——取出或顶出产品所需空间，mm；jH——注射机最大开模行程，mm。中北大学2012届毕业设计说明书第9页共29页12(124)20350所以开模行程符合要求。2.4.2.3喷嘴尺寸和定位圈要求由注射机的参数可以得到，喷嘴尺寸为半径16mm，定位圈尺寸为半径100mm。所以定位圈的尺寸如图3所示。图2.3定位圈使用45号钢制成，热处理达到HRC50～55。2.5浇注系统从注射机的喷嘴到制品浇口的通道称作浇注系统，包括主浇道、分浇道、浇口和冷料井四个部分。2.5.1主浇道设计主流道的锥度选择5°，浇道内壁的表面粗糙度为0.8。可知注射机主喷嘴是球面的，半径为16mm，所以主浇道始端的球面半径选择大于喷嘴直径，定为中北大学2012届毕业设计说明书第10页共29页20mm。主浇道小端直径取3.5mm。主流道衬套与模板之间的配合应该是不能相对移动的，所以采用H7/n6的配合。主流道衬套的形状和尺寸如图2.5所示。图2.4主流道衬套采用T8A，热处理HRC53～57。2.5.2分浇道分浇道在动模上的分型面上，选择U形分浇道断面，如图2.5所示。中北大学2012届毕业设计说明书第11页共29页图2.5分浇道的分布形式采用均衡式，如图2.2所示。2.5.3冷料井冷料井设计在主浇道对面的动模板上，形状为倒锥形，如图2.6所示。图2.62.5.4浇口设计考虑到橡胶之间的形状、模具结构以及型腔分布，采用侧浇口。形状如图2.7所示。中北大学2012届毕业设计说明书第12页共29页图2.72.6成型零件的结构设计成型零件主要包括型芯、型腔。2.6.1型腔结果后设计由于制品简单，所以型腔设计为整体式，直接在模板上加工而成。见图2.8。图2.8中北大学2012届毕业设计说明书第13页共29页型腔部分详图如下：图2.9图2.10尺寸计算：计算公式为100%DDCD模制制（2-1）=1+C)DD模制（（2-2）中北大学2012届毕业设计说明书第14页共29页由前面的内容可知收缩率C为1.6%。010.0588(10.016)8.1Lmm28(10.016)8.10.029Lmm0.048104(10.016)4.1Hmm020.040.3(10.016)0.3Hmm0.04300.3(10.016)0.3Hmm定模板使用45号钢，热处理HRC30～35。2.6.2型芯的结构设计由于推出的需要选择推管推出机构，所以型芯采用镶入式。因为型芯是一个管状结构，所以直接设计成长杆状，下端固定在垫块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