CN101721265B - 镁合金假肢连接头及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金假肢连接头及其制作方法，该假肢连接头具有柱状主体，该柱状主体具有两个相互平行的侧面，柱状主体的另外两个侧面的下部为圆柱面，中部为上小下大的圆锥面，上部为接近球面的回转曲面，柱状本体的上表面上设有上大下小四棱台，柱状主体的底面上设有三角楔形凹槽，楔形凹槽的顶角为90度。本发明，采用成形车刀一次车削完成假肢连接头毛坯的外形，大大降低了加工成本，并通过时效处理，使镁合金的抗拉强度达到280～300MPa，延伸率达到12～14，韦氏硬度达到13～14，完全满足使用性能要求，为获得轻便灵活的假肢提供了有效保证。

Description

镁合金假肢连接头及其制作方法

技术领域

本发明涉及假肢，具体涉及镁合金假肢连接头及其制作方法。

背景技术

现代科技日新月异，许多先进技术为人类的康复所应用，假肢在代偿人体缺失功能方面也取得了很大的成绩。

假肢，也称“义肢”，是供截肢者使用以代偿缺损肢体部分功能的人造肢体，有上肢假肢和下肢假肢，多用铝板、木材、皮革、塑料等材料制作，其关节采用金属部件。对于下肢缺失的患者，穿戴下肢假肢完全可以达到对人体缺失功能的代偿，使患者生活自理，完成工作，从而回归社会。

下肢假肢中小腿假肢占有相当大的比例，其主要功能部件是小腿假肢衔接管、踝关节和假脚。假脚的主要功能是支撑身体重量，在运动中产生推力，同时可代偿小腿三头肌和屈肌的作用以保持身体正常行走的姿势。踝关节则是连接假脚和小腿假肢衔接管的接头部件，是小腿假肢中的关键部件。

假肢的质量对下肢截肢患者运动所消耗的能量有直接的影响，因此，在实际为患者装配选择假肢零部件时，应在充分考虑满足患者要求功能的前提下，尽可能选择质量轻的下肢配件。基于上述原因，一些强度高、质量轻的材料，如钛合金、超轻铝合金、碳纤维复合材料等，在设计与制造下肢假肢零部件时被广泛使用，使现代假肢功能更完善、质量更轻。然而，目前假肢连接头主要由不锈钢和铝合金来制作，重量较大。镁合金比重小、重量轻，是目前工程应用中最轻的金属材料，但是，用镁合金采用普通的加工工艺直接加工而成的假肢连接头，无法提供较高的强度和较好的塑性，在综合性能方面尚不能满足要求，因此，制作镁合金假肢连接头需要一种切实可行的加工工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决假肢连接头综合性能方面不能满足要求的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种镁合金假肢连接头，其具有柱状主体，该柱状主体具有两个相互平行的侧面，柱状主体的另外两个侧面的下部为圆柱面，中部为上小下大的圆锥面，上部为接近球面的回转曲面，柱状本体的上表面上设有上大下小的四棱台且该四棱台的顶部为圆柱状，柱状主体的底面上设有三角楔形凹槽，楔形凹槽的顶角为90度。

上述方案中，该假肢连接头的材质为AZ61镁合金。

本发明还提供了上述镁合金假肢连接头制作方法，包括以下步骤：

A10、将镁合金棒料挤压成假肢连接头毛坯，该毛坏具有柱状主体，柱状主体具有两个相互平行的侧面，另外两个侧面为圆柱面；

A20、用成形车刀车削假肢连接头毛坯的外形，在柱状主体的顶部加工出圆锥台，并同时加工出柱状主体中部的圆锥面和上部圆弧面；

A30、将圆锥台的圆周面铣成四棱台状形成四棱台，该四棱台的顶部为圆柱状，并在柱状主体的底面上铣切出三角楔形凹槽；

A40、在凹槽的底面上钻两个孔并攻丝形成螺纹连接孔；

A50、时效处理，时效处理工艺为加热至200℃～240℃，保温4小时，空冷；

A60、表面预处理；

A70、烤漆或电镀。

本发明，采用成形车刀一次车削完成假肢连接头毛坯的外形，大大降低了加工成本，并通过时效处理，使镁合金的抗拉强度达到280～300MPa，延伸率达到12～14，韦氏硬度达到13～14，完全满足使用性能要求，为获得轻便灵活的假肢提供了有效保证。

附图说明

图1为假肢连接头的俯视图；

图2为图1中的A-A剖面图；

图3为图2中的B-B剖视图；

图4为镁合金假肢连接头制作方法流程图；

图5为镁合金假肢连接头毛坏结构示意图；

图6为车削完成后的假肢连接头结构示意图；

图7为铣切成型柱状主体底面上的三角楔形凹槽后的假肢连接头结构示意图；

图8为钻孔、攻丝后的假肢连接头结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

图1为假肢连接头的俯视图，图2为图1中的A-A剖面图，如图1、图2所示，该假肢连接头具有柱状主体1，该柱状主体1具有两个相互平行的侧面11、12，柱状主体1的另外两个侧面的下部13、14为圆柱面，中部为上小下大的圆锥面15，上部为圆弧面16，柱状本体1的上表面上设有上大下小的四棱台17且该四棱台17的顶部呈圆柱状(参见图3)，柱状主体1的底面上设有三角楔形凹槽18，楔形凹槽18的顶角α为90度。楔形凹槽18的底面19上钻有两个螺纹连接孔20，该假肢连接头在使用时，通过上述两个螺纹连接孔20与假脚固定为一体，并四棱台17上套装一钢套筒，钢套筒连接在假肢的小腿部分上，钢套筒上沿其圆周面均布设有四个螺纹孔，四个小螺丝分别旋装在螺纹孔内并顶在四锥台的四个斜面上，调整小螺丝可以调节连接头在小腿部分上的中心位置。

镁合金在实用金属中是最轻的金属，其比重大约是铝的2/3，是钢的1/4，具有高强度和高刚性，如果应用到假肢连接头将会大大降低假肢的重量，但是，用镁合金采用普通的加工工艺直接加工而成的假肢连接头，无法提供较高的强度和较好的塑性，在综合性能方面尚不能满足要求。为此，本发明提供了一种镁合金假肢连接头制作方法，如图4所示，包括以下步骤：

A10、挤压成型，即将镁合金棒料挤压成假肢连接头毛坯，如图5所示，成型后的假肢连接头毛坯具有柱状主体1，柱状主体1具有两个相互平行的侧面11、12，另外两个侧面13、14为圆柱面。在上述挤压成型工序中，兼顾强度和塑性的要求选择假镁合金的型号为AZ61镁合金，通过塑性变形，大大提高了镁合金材料的综合性能。连接头工作中要支撑人体的重量，又要承受行走中颠簸震动，根据其使用过程的特点，对所使用的材料性能的要求是具有较高的强度和塑性，即具有较好的综合性能。所以选择AZ61镁合金是因为该合金含合金元素适中，是具有综合性能较好的合金，合金元素太高，其强度高但是塑性差，合金元素太少，强度低，均不能恨好的满足连接头对性能的要求。

A20、用成形车刀一次车削完成假肢连接头毛坯的外形，在柱状主体1的顶部加工出圆锥台17-1，并同时加工出柱状主体1中部的圆锥面15和接近球面的回转曲面16，如图6所示。由于镁合金的易切削加工性能，用成形车刀直接加工其回转表面即可，而铝和不锈钢材料制作的接头，因其切削性能不好，一般需要通过数控机床来加工，因此，本发明大大降低了加工成本。

A30、将圆锥台17-1的圆周面铣成四棱台状形成四棱台17，该四棱台的顶部为圆柱状，并在柱状主体1的底面上铣切出三角楔形凹槽18，如图7所示；

A40、在凹槽18的底面19上钻两个孔并攻丝形成螺纹连接孔20，如图8所示，上述两个连接孔20用于与假脚连接；

A50、时效处理，时效处理工艺为加热至200℃～240℃，保温4小时，空冷，该步骤是本发明的关键步骤，经上述时效处理工艺后，镁合金的抗拉强度可达到280～300MPa，延伸率达到12～14，韦氏硬度达到13～14经过试验完全满足使用性能要求；

A60、表面预处理，使用无铬镁合金处理液进行，该处理的主要目的是去除零件表面的油污和氧化物并形成有利于烤漆和电镀的表面层；

A70、烤漆或电镀。

利用本发明提供的方法制作镁合金假肢连接头具有如下优点：

(1)、镁合金比重小、重量轻是目前工程应用中最轻的金属材料。用镁合金制作假肢连接头减轻假肢重量，减轻人体运动中的负担，使残疾人能更灵活的运动。

(2)、镁合金切削性能好，表面光洁度好，而且切削阻力小，成形刀刃口可以作的较长，本产品成形刀刃口长达30mm，这么长的成形刀不可能用来切割钢和铝，镁合金可以用成形车刀直接加工出曲面而替代数控车床，

(3)、加工方法简单，降低成本，用数控机床加工该零件大约需要50元加工费，而用成形刀只需要10元加工费，且有利于批量生产。

(4)、镁合金减震性能好，可以吸收运动过程中的能量，减少冲击，使人在运动中感到舒服。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.镁合金假肢连接头，其特征在于该假肢连接头具有柱状主体，该柱状主体具有两个相互平行的侧面，柱状主体的另外两个侧面的下部为圆柱面，柱状主体的中部为上小下大的圆锥面，柱状主体的上部为接近球面的回转曲面，柱状主体的上表面上设有上大下小的四棱台且该四棱台的顶部为圆柱状，柱状主体的底面上设有三角楔形凹槽，楔形凹槽的顶角为90度，楔形凹槽的底面上钻有两个用于连接假脚的螺纹连接孔。

2.如权利要求1所述的镁合金假肢连接头，其特征在于该假肢连接头的材质为AZ61镁合金。

3.镁合金假肢连接头制作方法，包括以下步骤：

A10、将镁合金棒料挤压成假肢连接头毛坯，该毛坏具有柱状主体，柱状主体具有两个相互平行的侧面，另外两个侧面为圆柱面；

A20、用成形车刀一次车削完成假肢连接头毛坯的外形，在柱状主体的顶部加工出圆锥台，并同时加工出柱状主体的中部圆锥面和上部圆弧面；

A30、将圆锥台的圆周面铣成四棱台状形成四棱台，该四棱台的顶部为圆柱状，并在柱状主体的底面上铣切出三角楔形凹槽；

A40、在凹槽的底面上钻两个孔并攻丝形成螺纹连接孔；

A50、时效处理，时效处理工艺为加热至200℃～240℃，保温4小时，空冷；

A60、表面预处理；

A70、烤漆或电镀。 

4.如权利要求3所述的镁合金假肢连接头制作方法，其特征在于镁合金的型号为AZ61镁合金。

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