CN101172294A - 一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一种加工人体骨骼加固器具的复合模具及其操作方法。包括上凸模和下凹模，上凸模包括凸模块(1)和压板(2)，凸模块(1)与聚髌器(8)形状相吻合，在m爪和n爪间有空缺沟槽。下凹模包括凹模块(4)、凸轮(3)及杠杆轴(5)，凹模块(4)呈矩形体，上表面为放置平板料的平面，凹模块(4)侧面呈C字状，凹模块(4)下部设置杠杆轴(5)，上凸模下移以两段形式压入下凹模，压板(2)压迫凸轮(3)带动了凹模块(4)转动，平板料弯曲成形在凸模块(1)上，横向从凸模块(1)沟槽中取出成品。本发明减少了成形加工次数，降低成本提高工效。聚髌器成形过程中坯料仅处于单向应力状态，改善受力状态，提高了强度、刚性和产品质量。

Description

一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具及其操作方法

技术领域

本发明系一种加工人体骨骼加固器具的模具，特别是涉及镍-钛形状记忆合金聚髌器的一种热成形模具及其使用方法。

背景技术

髌骨骨折是骨科常见病。

髌骨骨折治疗原则是使关节面复位平滑，内固定牢固可靠，骨折愈合快，关节活动早恢复。故如有较明显移位及关节面不平整，宜行手术内固定治疗。以往常采用单纯钢丝或克氏针钢丝联合固定即张力带钢丝，前者须辅以石膏托外固定，影响关节功能练习，后者固定虽可靠，但手术操作繁琐且常见克氏针尾刺激皮肤，致关节活动练习时疼痛，而镍钛形态记忆合金的抗弯强度和极限强度是普通不锈钢板的18倍，弹性模量只有不锈钢的1/4，与骨接近，且耐腐蚀、生物相容性好。临床应用有操作简便，固定可靠，强度高、抗疲劳性能佳，允许早期关节功能练习，适用于各种类型髌骨骨折，无须钻孔损伤骨质，年纪较大者可不取出等优点。

形状记忆合金不但具有独特的形状记忆功能，即在低温0-5℃时，可随意变形，当温度升高至人体温度时，可以自行恢复至原来的形状，而且具有优良的生物相容性、低生物退变性和与人骨较为接近的弹性模量，这便给应用于骨科医疗领域的诸多方面提供了良好的发展前景。

聚髌器是形状记忆合金在骨科内固定领域应用的一个典型实例。聚髌器是根据髌骨的几何形状特征，制作成大小不等的系列产品，在治疗粉碎性髌骨骨折时，根据患者髌骨的实际尺寸，选用合适规格的聚髌器，在低温0-5℃的冰水中将其撑开，然后把它放在已经经过初步复位的粉碎髌骨外部，由于形状记忆合金具有独特的形状记忆功能，当其温度升高至人体温度时，可以自行恢复至原来的形状，将粉碎的髌骨牢牢固定，从而使得手术方便简捷。

聚髌器的原材料为镍-钛形状记忆合金板材，通过线切割获得产品毛坯，采用热成形获得产品的几何形状，然后再通过热处理的方式获得其记忆效应。

镍-钛形状记忆合金的热成形温度的允许温度一般范围比较小(±100℃)，过高过低的成形温度，过多的成形次数都将导致产品上出现微裂纹。聚髌器上的微裂纹有可能导致产品断裂在患者体内，产生医疗事故。因此，热成形工序必须尽可能控制好材料成形时的温度，尽可能减少成形次数。

公知，聚髌器的结构形状呈两端圆弧的凹字形。一侧为三根弯曲的爪条，另一侧为两根弯曲的爪条，三条爪和两条爪之间为一节平面底板，而且每一侧的三根或两根爪条并不在一个弧度上，相互略有差异。

其加工方式为落料、加热、热成型、脱模，由于现有技术的限制，其加工过程必须是，首先将经过线切割获得成形的平面板料毛坯加热，然后在模具中头道加热成形，将两端的三条爪和两条爪各自弯成向上弯起的弧形，这样便于上下垂直脱模，在头道热成形后再进行第二次热成形，即，将两端圆弧形的三条爪和两条爪向中间弯曲，使其达到最终凹字形成型的位置和形状。

现有技术，为了使上下模能垂直形式合模脱模，不受聚髌器产品向内弯曲凹入形状的影响，其加工工艺过程不得不采用分两次成型的办法，设置两套加工装置、制造两套上下模具，分两道工序加工制作。成型次数多，不但增加了加工的复杂性，提高了产品生产成本，而且由于在三条爪、两条爪与底部平板接触部位，在两次变形过程中变形的方向是相反的，存在双向应力，对材料的强度影响较大，使得产生裂纹的可能性进一步增大，影响产品的强度和质量，尤其是人体内部使用的辅助支架，其质量、使用寿命直接关系到患者的健康和生命安全，因此，很有必要改变其加工成形方式，改善和提高聚髌器部件的质量。

发明内容

本发明的目的拟提供一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具及其操作方法，通过一副复合模具，一次热成形来完成聚髌器加工并使聚髌器成品每一部位变形方向相同。

本发明的目的是如此来实现的。

本发明包括上凸模和下凹模。设上凸模在上方，下凹模在下方，靠近操作者的一面为模具的前方，反之为模具的后方。

其特征在于，上凸模包括凸模块和压板。

凸模块为两端呈圆弧的腰形实体，其形状、尺寸与弯曲成形后的聚髌器相匹配，即，一侧为呈弧形的m条爪，一侧为呈弧形的n条爪，m条爪和n条爪之间为平面底板，m条爪和n条爪的爪条各自之间有大于爪条宽度的空缺沟槽，本技术方案中m为三，n为两。

上凸模的压板部件呈长条形，位于凸模块的后方，凸模块下端面的上方。

下凹模包括转动凹模块和凸轮。

转动凹模块4呈矩形体，上表面为放置线切割成形聚髌器平板料的平面，为了保证平板料在平面上精确定位，在该平面上设置了突起的聚髌器平板料纵、横方向的定位销，或有一定高度的定位台阶。凹模块向着模具中心的侧面呈凹口，且与凸模块1相吻合的C字状。凹模块下部设置杠杆轴，杠杆轴不位于凹模块的下部中心位置，而是靠近模具中心的侧部。凸轮安装在杠杆轴上，杠杆轴通过支架固定在底座上。凸轮与凹模块互成一固定夹角，凸轮可带动凹模块向模具中心侧转动，凸轮朝向模具中心侧，凸轮位于凹模块的后方，凸轮与上方的压板前后位置相同。

下凹模的凹模块、凸轮、杠杆轴和支架在底座上左、右两侧相向各配置一套。

其使用方法为，将线切割获得的成形平板料加热后放置在凹模块上，受纵、横方向的定位销、定位台阶限止被精确定位在凹模块上。

上凸模下移以两段形式压入下凹模，前段压入时凹模块并不转动，由下凹模C字状的上端阻挡，将聚髌器的平板料弯成两端向上的U字形，上凸模继续下移，此时，上凸模的压板接触了下凹模凸轮，凸轮受压板压迫转动，同时也带动了凹模块向模具中心方向转动，当上凸模压至下凹模的下止点时，凹模块两侧的C字凹口完全包住了上凸模的凸模块，聚髌器的平板料弯曲成形在上凸模的凸模块和下凹模的转动凹模块C字凹口之间。

上凸模上移，带动下凹模的转动凹模块逆向翻转回复到原来位置，凹模块在重力作用下恢复在凹模块原来位置，凸模块携带成形后的聚髌器脱离了凹模，聚髌器被裹在上凸模的凸模块上，操作者将成形后的聚髌器沿上凸模爪条向前横向移动，使聚髌器的爪条位于凸模块上的爪条空缺沟槽中，从空缺沟槽中向下取出聚髌器成品。

再将加热后的平板料放置在凹模块上，可继续进行下一个聚髌器的成形作业。

本发明的技术方案应用于镍-钛形状记忆合金聚髌器的加工生产，由于减少了聚髌器的成形加工次数，减少了一台冲压设备和一套模具以及加工工序，降低了投资，节约了成本，提高了加工制造效率。

更加重要的优点是，由于在聚髌器成形过程中坯料没有受反复两次、两个方向的弯曲受力，仅处于单向应力状态，大大改善了材料的受力状态，增加了聚髌器的强度和刚性，大幅度地减少了成形过程中微裂纹产生的可能性，稳定和提高了产品质量，对于涉及人体内部使用的辅助支架，关系到患者的健康和生命安全，其意义和作用是非同小可的。

本技术方案结构巧妙，对于产品的两侧呈内包形，一般的冲压模具无法一次成形，无法直接脱模的产品均有实施应用价值。即使每侧每根爪条的弯曲弧度不完全一致，只要爪条相互间的宽度大于爪条的宽度，通过在爪条之间开设沟槽的方案可以让爪条在沟槽中顺利脱模。

附图说明

图1是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具整体结构主视图；

图2是镍-钛形状记忆合金聚髌器产品图，其中(a)为平板坯料的俯视图；(b)为现有技术加工形式，头道模具成型后，两端m条爪和n条爪向上弯曲状态的主视图；(c)为现有技术加工形式，两道模具成型后，最终成形状态的主视图；

图3是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，凸模进入凹模前段行程时镍-钛形状记忆合金聚髌器成形状态主视图；

图4是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，凸模进入凹模后段行程时镍-钛形状记忆合金聚髌器成形状态主视图；

图5是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，凸模从凹模中上移退出镍-钛形状记忆合金聚髌器成形结束，镍-钛形状记忆合金聚髌器产品被裹在凸模块上的状态主视图；

图6是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具的凸模部分俯视图；

图7是本发明提出的一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具的凹模部分俯视图。

图中，1.凸模块  2.压板  3.凸轮  4.凹模块  5.杠杆轴6.支架  7.底座  8.聚髌器  9.定位销  10.定位台阶

具体实施方式

本发明包括上凸模和下凹模。设上凸模在上方，下凹模在下方，靠近操作者的一面为模具的前方，反之为模具的后方。

其特征在于，上凸模包括凸模块1和压板2。

凸模块1为两端呈圆弧的腰形实体，其形状、尺寸与弯曲成形后的聚髌器8相匹配，即，一侧为呈弧形的m条爪，一侧为呈弧形的n条爪，m条爪和n条爪之间为平面底板，m条爪和n条爪的爪条各自之间有大于爪条宽度的空缺沟槽，本实施例中m为三，n为两。

上凸模的压板2部件呈长条形，位于凸模块1的后方且位于凸模块1下端面的上方。

下凹模包括凹模块4和凸轮3。

凹模块4呈矩形体，上表面为放置线切割成形聚髌器平板料的平面，在该平面上设置向上突起的聚髌器8平板料纵、横方向的定位销9或有高度差的定位台阶10。凹模块4向着模具中心的侧面呈与凸模块1相吻合的C字状。凹模块4下部设置杠杆轴，杠杆轴不位于凹模块4的下部中心位置，而是靠近模具中心一侧。凸轮3安装在杠杆轴5上，杠杆轴5通过支架6固定在底座7上。凸轮3与凹模块4互成一固定夹角，凸轮3可带动凹模块4向模具中心侧转动，凸轮3朝向模具中心侧，凸轮3位于凹模块4的后方，且与上方的压板2前后位置相同。

下凹模的凹模块4、凸轮3、杠杆轴5和支架6在底座7上左、右两侧相向各配置一套。

具体地说，其使用方法为，将线切割获得的聚髌器8成形平板料加热后放置在凹模块4上，受纵、横方向的定位销9、定位台阶10限止被精确定位在凹模块4上。

上凸模下移以两段形式压入下凹模，前段压入时凹模块4并不转动，由凹模块4C字状的上端阻挡，将聚髌器8的平板料弯成两端向上的U字形，上凸模继续下移，此时，上凸模的压板2接触了下凹模凸轮3，凸轮3受压板2压迫转动，同时也带动了凹模块4向模具中心方向转动，当上凸模压至凹模块4的下止点时，凹模块4两侧的C字凹口完全包住了上凸模的凸模块1，聚髌器8的平板料弯曲成形在上凸模的凸模块1和下凹模的转动凹模块4C字凹口之间。

上凸模上移，带动下凹模的转动凹模块4逆向翻转回复到原来位置，凹模块4在重力作用下保持在凹模块4原来位置，凸模块1携成形后的聚髌器脱离了凹模，聚髌器8被裹在上凸模的凸模块1上，操作者将成形后的聚髌器8沿凸模块1爪条向前横向移动，使聚髌器8的爪条位于凸模块1上的爪条空缺沟槽中，从空缺沟槽中向下取出聚髌器8成品。

再将加热后聚髌器8的平板料放置在凹模块4上，可继续进行下一个聚髌器的成形作业。

Claims (6)

1.一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，包括上凸模和下凹模，设上凸模所在位置为上方，下凹模为下方，靠近操作者的一面为模具的前方，反之为模具的后方，

其特征在于，上凸模包括凸模块(1)和压板(2)，

凸模块(1)为两端呈圆弧的腰形实体，其形状、尺寸与弯曲成形后的聚髌器(8)相匹配，即，一侧为呈弧形的m条爪，一侧为呈弧形的n条爪，m条爪和n条爪之间为平面底板，m条爪和n条爪各自爪条之间有大于爪条宽度的空缺沟槽，上凸模的压板(2)部件呈长条形，位于凸模块(1)的后方、凸模块(1)下端面的上方，

下凹模包括凹模块(4)和凸轮(3)，

凹模块(4)呈矩形体，上表面为放置线切割成形聚髌器平板料的平面，凹模块(4)向着模具中心的侧面呈凹口、与凸模块(1)相吻合的C字状，凹模块(4)下部设置杠杆轴(5)，杠杆轴(5)位于凹模块(4)靠近模具中心的一侧，凸轮(3)安装在杠杆轴(5)上，凸轮(3)与凹模块(4)互成一角度固定的夹角，凸轮(3)朝向模具中心侧，凸轮(3)位于凹模块(4)的后方且与上方的压板(2)前后位置相同，杠杆轴(5)通过支架(6)固定在底座(7)上，

下凹模的凹模块(4)、凸轮(3)、杠杆轴(5)和支架(6)在底座(7)上左、右两侧相向各配置一套。

2.根据权利要求1所述一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，其特征在于，在凹模块(4)上平面设置若干突起的、限止聚髌器(8)纵、横方向的定位销(9)。

3.根据权利要求1所述一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，其特征在于，在凹模块(4)上设置若干有高度的、限止聚髌器(8)纵、横方向的定位台阶(10)。

4.根据权利要求1所述一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，其特征在于，m条爪为三条爪。

5.根据权利要求1所述一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具，其特征在于，n条爪为两条爪。

6.一种镍-钛形状记忆合金聚髌器一次热成形复合模具的操作方法，其特征在于，聚髌器(8)平板料加热后放置在凹模块(4)上平面，由定位销(9)及/或定位台阶(10)定位，

上凸模下移以两段形式压入下凹模，前段压入聚髌器(8)的平板料弯成两端向上的U字形，上凸模继续下移，上凸模的压板(2)压迫凸轮(3)转动，带动了凹模块(4)向模具中心方向转动，聚髌器(8)的平板料弯曲成形在凸模块(1)和凹模块(4)C字凹口之间，

上凸模上移，聚髌器(8)被裹在上凸模的凸模块(1)上，将成形后的聚髌器(8)沿凸模块(1)爪条向前横向移动，使聚髌器(8)的爪条位于凸模块(1)上的爪条空缺沟槽中，向下取出聚髌器(8)成品。

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