1、 10ml一次性注射器外套注射模具及成型工艺设计成型 背景与意义： 注塑模具是 当今 生产各种工业产品的重要 设备 ，随着塑料 行 业的迅速发展，以及塑料制品在 各领域的 推广应用， 塑料制 品对模具的 设计 要求也越来越高，传统的模具设计方法已 不能符合 当今 社会 的要求 . 与传统模具设计相比，计算机辅助工程（ CAE） 的 技术无论在提高生产、保证产品质量，还是在降低成本 和 劳动强度方面，都有极大的优越性。 一次性注射器是注塑模具的主要一个体现，也是医疗机构中应用最为广泛的器械，是医护人员每天基本上必定会接触到的器材，我们很有必要对其历史知识作一些了解。 以前，医护人员会采用对体内直
2、接用药的手段使药物快速被肌体吸收，但是由于条件的限制，必须先使用刀先在病人的身体表面划开口子，然后将装药的装置置于其内才能完成。 伴随着社会的发展，人类的文明程度提高，注射器的发展相应的 也从 15世纪开始进入了较为快速的发展时期，并经历了四个阶段。第一阶段： 15世纪到 20世纪 40年代，现代意义上的注射器的发明以及发展，出现了玻璃制的注射器；第二阶段： 20世纪 50年代到 80年代，发明并且大量得制造一次性注射器；第三阶段：20世纪末至今，安全注射器的设计；第四阶段：注射器未来的发展趋势将会是发明发展大量的微型注射器技术，降低注射时的疼痛，提升药物治疗效果。 1955年，塑料首次被应用
3、在注射器的设计中，全世界首个一次性塑料注射器问世，它不但降低了注射器的生产成本，而且使用起来更安全方便。从此以后，塑料注射器不断地受人关注，不断出现新的、更安全的、性能更好的、更廉价的产品。 目前，无论是小型诊所或者大型医院，除了给患者开方立药予以内服外敷外，药液的静脉注射或肌肉注射无非是最快捷有效的，但是，药液要顺利的注入人体的表皮以内，需要依赖带有针头的注射器。普通的一次性注射器由针筒、推杆、针头组成，针头插入人体的肌肉或皮下组织时，需要按住推杆往前推移，将针筒中的药液由针头注入人体。因此可见，注射器的三个部件缺一不可。 至今， 国际 市场中 医用塑料制品 的 市场年均增长率 已经 高达
4、15%至 18%， 占 各种医疗器械产品市场年增 长率 前列 。我国 的 医用塑料制品生产 起 始于上世纪 70年代，最早 使用 的医用塑料制品 名 为聚氯乙烯（ PVC）制输液袋， 它成功 取代了运输不便、 容 易破碎的 玻璃输液瓶 。 由此可见，注塑模具在人们的生活中已经占了很大的地位。 国内外研究现状： 我国模具工业的发展速度很快。我国模具行业 “十一五 “头 3 年模具工业产值年均增长率为 17.1%, 2003 年全国模具总产值达 450 亿元以上 , 2005 年总销售额超 600 亿元 , 从近 3 年多的发展情况来看 , 我国模具市场发展前景十分乐观。 按年均增长率为 15%推
5、算 , 2010 年全国模具总产值达约 1200 亿元 ,2020 年约为 3100 亿元。经过 10 年努力我国模具水平到 2010 年时将进入亚洲先进水平的行列 , 再经过 10 年的努力 , 2020 年时基本达到国际水平 , 我国不但成为模具生产大国 , 而且进入世界模具生产制造强国之列。在模具生产方面 , 国内已经能够生产精度达 2 m 的精密多工位级进模 ; 在汽车模具方面 , 已能制造新轿车的部分覆盖件模具。 许多模具企业十分重视技术发展 , 增大了用于模具技术进步的投资 , 现今从事模具技术研究的机构和院校已有 30 余家 ,从 事模具技术教育培训的院校已超过 50 家。 我国
6、塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、 6.5Kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 .K 模具有限公司制造多腔 VCD 和DVD 齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿 轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为 0.08mm 的一模两腔的航空杯
7、模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm 0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 10 30 万次，淬火钢模达 50 1000 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海 信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为
8、用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到 10%，与国外的 50% 80%相比，差距较大。 发展趋势 ： 近年来 ,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业 中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。 我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量己超过 3000 万台。
9、到 2010 年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普及率将达到 50%，这些都会大大增加对模具的需求量。 建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。预测 2005年建筑用 塑料制品的占总产量 16%，约 400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。由于国家己明令限制使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计 2010年全国新建住宅室内排水管 80%及城市供水 50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，到 2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%，塑料排水管的市场占有率将超过 50%。 我国模具发展趋势包括 10
10、个方面： 1、 模具日趋大型化。 2、 模具的精度将越来越高。 10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现已达到 2-3 微米， 1 微米精度的模具也将上市。 3、 多功能复合 模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。 4、 热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。 5、 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。 6、 标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。 7、 快速经济模具的前景十分
11、广阔。 8、 随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和 复杂程度也将提出越来越高的要求。 9、 以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 10、 模具技术含量将不断提高。 塑料模具方面：塑料模具占模具总量的很大的比例，近 40%，而且这个比例还在不断的上升。 而塑料模具 CAD/CAM技术也在向集成化、微型化、网络化、智能化、最优化、新型化、综合可视化发展。 研究成果： 快速原型制造 (RP)技术 RP 技术在模具制造领域的应用主要是制作模具设计制造过程中所用的母模
12、, 有时也 用于直接制造模具。 RP 技术可分为直接快速模具与间接快速模具技术。如 SL、 LOM、 SLS、 SDM。其优点是制造环节简单 , 能够较充分地发挥其技术优势 ; 对于那些需要复杂形状的内流道冷却模具与零件 , 采用直接 RT(由 RP 直接制造出使用模具的技术称为直接 RT 技术 )有着其他方法不能替代的独特优势。间接快速模具制造 , 通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合制造模具。 一方面可以较好地控制模具的精度、 表面质量、机械性能与使用寿命 , 另一方面也可以满足经济性的要求。如基于喷射的成型技术 , 如 FCM、 3DP、 快速精密铸造模具等。 RP 各成形工艺都是
13、基于离散 -叠加原理而实现快速加工原型或零件 . 虚拟制造技术 (VMT) 虚拟制造是采用计算机仿真与虚拟现实技术 , 在计算机上实现产品的设计、 工艺规划、 加工制造、 性能分析、 品质检验以及企业各级过程的管理与控制等的产品制造全过程 , 是一种通过计算机虚拟模型来模拟生产各场景和预估产品功能、性能及加加工性等各方面可能存在的问题 , 从而提高人们的预测和决策水平。 虚拟制造技术是以三维建模和仿真技术为基础 , 以虚拟现实技术为支撑的全新的技术。 反求工程技术 RE 随着检测技术的发展 , 将现代测量技术不断融入模具产品设计中 , 进一步推动了模具制造产品快速制造的能力。 反求工程是以设计
14、方法学为指导 , 以现代化设计理论、 方法、 技术为基础 ,运用各种专业人员的工程设计经验、 知识和创新思维 , 对已有产品进行解剖、 深化和再创造。 反求工程是通过对存在实物模型或零件进行测量 , 然后根据数据进行重构设计。 有限元仿真、 模拟技术的应用 随着计算机技术的迅速发展 , 融合了 CAD、数值计算、 CAM、 CG 等各类技术的数值模拟技术 有限元分析 , 逐步应用在模具的设计制造中。 数值模拟技术通用或专用的软件各类很多 , 如 DYN - 3D、 OPTRIS、 ANSYS、 MARC、 ANAQUAS、 ALGOR 等。可直观地在计算机屏幕上观察到材料变形和流动的详细过程
15、, 了解材料的应变分布、 材料厚度变化、 破裂及皱曲的形成。 设计人员根据已有的经验来调整模具参数及成型工艺、修改毛料形状和尺寸 , 极大缩短试模和修模时间 , 有效地提高产品质量和生产效率。 模具中其他的先进制造技术 除了上述模具先进制造技术 , 还有模具微细加工、 模具纳米加工、 模具微型机械加工、 模具的敏捷制造技术、 模具柔性制造技术、 模具集成制造技术、 模具企业网络制造联盟技术、 模具制造 CAPP 技术、 模具的智能制造技术等。模具制造技术种类繁多 , 大部分的先进制造技术都可以应用到模具制造中 , 而且在不断发展之中。 存在问题： 金融危机为外资企业入驻中国注塑模具行业创造了条
16、件，国际许多注塑模具企业已经看中在中国低成本拓展市场的机会，随着外资投入逐步加大，中国国内企业改革重组迅速加快。同时新的行业制度等政策的颁布和实施将促使我国注塑模具行业洗牌，企业兼并重组将在政策的促使下大力发展。随着国内环保经济的发展，低碳 已经成为“十二五规划”中的主题，注塑模具行业的产业升级已经迫在眉睫。 与 世界发达国家的差距 ： 目前全世界模具年产值约为 600 亿美元 , 日本、 美国等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。 虽然中国模具工业近几年设计、 制造技术、 模具质量水平等取得了很大的发展 ,但与世界发达国家相比仍存在较大的差距。 ( 1 ) 模具设计体系 规范模具设计软
17、件系统开发是当务之急。 ( 2) 制造工艺水平 国内模具生产厂家工艺条件参差不齐。不少厂家特别是私有企业 , 由于设备不配套 , 很多工作依赖手工完成 , 严重影响精度 和质量。 而欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的。 ( 3) 调试水平 模具属于工艺装备 , 生产出合格制品才是最终目的。国内模具的质量、 性能检验大多放在用户处 , 易给用户造成大量的损失和浪费。而国外大都拥有自己的试模场所和设备 , 可以模拟用户的工作条件试模 , 所以能在最短时限达到很好的效果。 ( 4) 原材料问题 国产模具多采用 2Cr13 和 3Cr13, 而国外则采用专用模具材料 DINI、 2316,
18、 其综合机械性能、 耐磨、 耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。 材料从根本上影响国产 模具的外观质量和使用寿命。 ( 5) 价格因素 对用户而言合理的质量价格比是最优选择 ,所以进口模具价格比国产模具高 810 倍 , 仍有其市场空间。 ( 6) 配套体系 我国模具生产企业往往忽视与其它设备、 原料供应商合作 , 无形中使用户走了许多弯路。 从 20 世纪 90 年代开始发展的模具计算机辅助工程分析 (CAE)技术现在也已有许多企业应用 , 一些工业发达模具企业应用 CAD技术已从二维设计发展到三维设计 , 而且三维设计已达 70%以上 , 它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显著的作用
19、。 CAE 软件的应 用国外已较普遍 , 国内应用还比较少。 总结： 当今产品的概念不仅仅是满足于产品的功能 , 还要求外表美观、 精致、 豪华、 技术含量高、 舒适、 人性化、 绿色化等。因此适应市场对产品多样化的需求 , 设计、 加工出造型独特、 尺寸精良批量产品 , 就必须进一步提高模具设计加工的技术含量 , 为此模具制造难度自然增大。 所以及时了解模具现状与发展动态 , 找出差距 , 确定目标 , 寻求最佳模具设计加工技术 , 相信随着计算机技术及信息化技术的不断发展 , 模具中先进制造技术相互渗透 ,必将带动模具技术取得长足的发展。 本次设 计注射器模具虽然不能为整个行业做出什么贡献
20、，但我希望能够通过本次的设计制作有所体会和认识，发现一些问题，提供一些有用的资料。 参考文献 1 杨立平编著，模具制造基础，化学工业出版社， 2007 年 04 月 2 模具设计与制造技术教育丛书编委会编著，模具制造工艺与装备，机械工业出版社， 2006年 01月 3 李钟猛 编著，塑料模设计，西安电子科技大学出版社， 1994年 01月 4 肖爱民 沈春根 编著，塑料模具设计与制造完全自学手册，兵器工业出版社 ,北京希望电子出版社， 2006 年 10 月 5 屈华昌 .塑料成型工艺与模具设计 .北京 :机械工业出版社 .2003.3. 6 张六玲 .国内外模具工业的基本现状与市场预测 J.
21、模具制造 ,2002,(01) 7 Q. Shen and A. Chouchoulas, “FuREAP: A fuzzy-rough estimator of algae populations”, Artificial Intelligence in Engineering, 15, pp. 1324, 2001. 8 胡兴军 .我国模具业的发展及改进措施 J.世界制造技术与 装备市场 , 2005,(01) 9 赵昌盛 .实用模具材料应用手册 M.北京：机械工业出版社 ,2005,6 10 F. Shi, Z. L. Lou and Y. Q. Zhang, “An improved strategy for attribute reduction in rough set”, Sixth International Conference for Young Computer Scientists, 1, pp. 4144, October 2001. 11 樊泽兴 许洪斌编著，塑料注射成型工艺及模具，化学工业出版社， 2007 年01 月 12 欧阳军 .注射器的由来 .模具制造 ,2009,(04)
