基于UG的介入導管擠出模CAD系統開發

作者：信息來源:模具 2008-5-17

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其中，介人導管直接與人體血管相接觸，除了制管材料、結構形狀、表面性能外，導管的擠出成型技術亦是決定其應用成敗的關鍵因素之一: 本文針對介人導管的特點，設計了其專用擠出模具。0作為介入導管擠出模具CAD系統的二次開發平臺，在熟悉UGNX 2。0軟件的基礎上，完成了介人導管擠出模具CAD系統的開發。2 管材擠出成型工藝管...

1 引言

隨著介醫學在全球的迅速普及，介人式診療器(如圖1所示)作為介入技術的主要器械之一，其市場需求迅速擴大，市場上成本、價格和質量的競爭越來越激烈，各個企業為了爭取更大的市場份額，勢必要走專業化規模發展的路子。因此，研制產高質量介人器材及借助功能強大的通用CAD平臺，開發專用產品的CADICAM系統十分迫切和必要的。其中，介人導管直接與人體血管相接觸，除了制管材料、結構形狀、表面性能外，導管的擠出成型技術亦是決定其應用成敗的關鍵因素之一:

本文針對介人導管的特點，設計了其專用擠出模具。選擇UGNX 2.0作為介入導管擠出模具CAD系統的二次開發平臺，在熟悉UGNX 2.0軟件的基礎上，完成了介人導管擠出模具CAD系統的開發。

2 管材擠出成型工藝

管材擠出成型是將塑料在旋轉的螺桿與料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化、定量地通過處于擠出機頭部的口模和定型裝置，生產出連續管材的加工工藝過程。

眾所周知，機頭的基本功能是成型，即保證制品得到所需要的形狀與尺寸，而完成個任務的關鍵零件則是口模和芯棒。對于微細導管來講，其擠出成型工藝條件以及擠出機頭的設計比較復雜。在此，作者對微細導管擠出機頭的設計進行了一些初步的探討，詳細介紹了其中一種規格導管擠出成型機頭的設計過程和基本思路，其余規格導管的設計類似.

3 擠出機頭結構設計與工藝分析

介人導管材料為低密度聚乙烯(LDPE)，其外徑D為Ф1 mm，內徑d為Ф0.4mm ,壁厚僅為0.3mm ,屬于微細型管材，所以采用直通式擠管機頭，這種型式的機頭結構簡單，但其分流支架上的分流支撐筋必須加幾成流線型，否則物料經過分流器及分流器支架時形成的分流痕跡不易消除，而直接采用線切割或銑削加工后的分流筋呈矩形，必須由高水平的模具工將矩形分流筋修整成流線型，對于直徑小于Ф1Omm的管材，其分流孔較窄，刀具難以加工，為了解決上述問題，本機頭采用圓孔分流支架(如圖2所示)，該結構體積小，機加工簡單，制品無接合縫痕跡，強度高。

如果口模和芯棒之間的環隙有微小的變化，管材擠出質量就會受到較大的影響，因此獲得合理、均勻的流道系統就成為該擠出模設計成敗的關鍵。通常情況下，口模間隙的均勻與否取決于口模板、芯棒的加工精度以及最終的鉗工裝配。對于芯棒來講，其在口模中的裝配方式是保證擠出模具型腔流道間隙尺寸精度要求的關鍵。考慮到介入導管的微細性，決定采用整體芯棒，從而避免了芯棒與分流錐及分流支架裝配而帶來的尺寸誤差。所謂整體芯棒就是位于分流板出口處的芯棒與分流錐及分流支架用一塊材料進行加工，加工后芯棒與分流錐及分流支架是整體不可拆分的(見圖3)。這種方式是所有型芯裝配方式中剛性最好的，而且有利于保證口模的型腔流道間隙的尺寸精度要求。

圖3所示的機頭還采用了多管擠出式結構，從而大大提高了生產效率。當物料進入人字形機頭體后，在分流錐的作用下逐漸分成多股，分別進人單管流道并獨立成型。但需要特別注意的是，在擠出過程中物料的流速要均勻，生產微管不必通人壓縮空氣。

最后，為加工方便，可以將機頭體內的流道組合而成。口模靠固定板6壓緊，多管模的支架為一體，由機頭體7和8通過固定螺栓夾緊。口模調節螺釘各設置3個，用于微調管材壁厚的均勻性。

4 導管擠出機機頭的芯棒和口模庫的建立方法

利用UG/Open UIStyler對話框設計方法和對象的創建、訪問方法，可以完成導管擠出機機頭的芯棒和口模模塊的初步設計。芯棒和口模的設計涉及到許多經驗數值，這些參數值都是一個范圍，根據實驗確定，一般利用通用CAD軟件設計時，都要通過查找手冊，相當繁瑣巨易出錯。二次開發的目的就是縮短產品設計的時間，提高產品設計的質量。所以，在本文中，采用如圖4所示的對話框設計整體芯棒，口模的對話框原理相同，而且比較簡單，不再列出.對話框的主要功能和工作原理如下:通過芯棒的具體設計可知，決定芯棒的主要尺寸參數為:芯棒外徑d1、芯棒定型段度L1,芯棒壓縮段長度L2、分流錐長度L3,芯棒收縮角β、分流錐擴張角α等，其中芯棒外徑d1、芯棒定型段長度L1,芯棒壓縮段長度L2、分流錐長度L3可由經驗公式算出，這樣最終決定芯棒形狀的參數為:拉伸比I、分流錐擴張角α、壓縮比б、芯棒收縮角β、補償系數k,與壁厚有關的參數c、導管外徑D,導管內徑d、分流孔的個數n。其中決定芯棒尺寸的基本參數有導管外徑D、導管內徑d、分流孔的個數n，其余的經驗參數全和導管的材料有關，所以導管材料也是決定芯棒尺寸的基本因素。為了實現智能化，設計時由用戶輸人芯棒的基本參數，程序來自動選取經驗參數，并計算其他參數，當選取不同材料時，經驗參數輸入框控件的標題中()的數值范圍隨之改變，如圖5所示，方便用戶的選取，省去了查找設計手冊的時間。為了用戶的使用方便，用戶可以選擇不采用默認值，只需把圖4中復選框控件前的勾去掉，默認是被選上。去掉以后，就可以激活芯棒其他參數的輸人框，用戶可以根據輸人框標題的提示范圍來選取參數，如圖6所示。圖7是程序實現整體芯棒的流程圖。

5 結束語

作者所設計的醫用微細介人導管的擠出機頭具有如下特點:采用整體芯棒，避免了芯棒與分流錐及分流支架裝配所帶來的尺寸誤差;采用圓孔分流支架，使其機加工簡單，制品無接合縫痕跡，強度高;采用多管擠出，節約了投資，提高了產量，提高了效率，最終提高了效益。

作者開發的介人導管擠出模具CAD系統在UG軟件啟動時自動加載到UG主菜單和工具欄上，簡潔直觀，操作方便，實現了與UG系統的無縫集成，具有良好的人機交互性、可擴充性和可移植性。該系統的使用不需UG操作專門知識，適合產品系列化設計，大大提高了介入導管擠出機機頭的三維設計效率，為產品CAD/CAE/CAM并行化設計打下良好基礎。

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