CN102189167A - 镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置及成形方法。包括旋压头和芯模；所述旋压头包括旋钮、滚珠、模环、弹簧、保持架、支架和壳体，旋钮内表面与支架螺纹联接，模环套在支架上，滚珠沿旋钮和模环组成的锥形槽均布一周，保持架与模环之间间隙配合的，保持架右侧由弹簧顶向滚珠一侧，支架的外表面与壳体的内表面配合；所述芯模包括芯轴，芯轴上设置有管坯定位机构。将旋压头装卡在普通车床的主轴上，镍钛形状记忆合金管坯料装在芯轴上，将带有坯料的芯模装在车床的尾顶上，进行热旋压成形。本发明是加工制造小直径薄壁管的理想工艺，旋压出的零件具有很高的力学性能、较好的尺寸精度和较高的表面光洁度。

Description

镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置及成形方法

技术领域

本发明涉及的是一种镍钛形状记忆合金薄壁管塑性成形装置，本发明也涉及一种镍钛形状记忆合金薄壁管塑性成形方法。具体地说是一种生物医用镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置及成形方法。

背景技术

镍钛形状记忆合金因为具有形状记忆效应、超弹性以及良好的生物相容性、力学相容性和耐蚀性，因而在生物医学领域得到了广泛的应用。镍钛形状记忆合金管材自二十世纪九十年代问世以来，在医学应用领域日益得到人们的重视，尤其在介入内腔支架应用方面，因其能够承受更大的机械应力、具有更强的径向支撑力、经历更大的弯曲变形以及具有更大的回弹和形状恢复，因而表现出了很好的应用前景。对于生物医学介入内腔支架用镍钛形状记忆合金管材，壁厚一般为几百微米，普遍采用拉拔工艺进行塑性加工，由于拉拔过程中拉应力的存在，经常使管材发生断裂，不利于制造出高精度的极薄壁镍钛形状记忆管。由于生物医学介入内腔支架要求壁厚尽可能薄，以利于内皮细胞生长，同时在尺寸公差、平直度和内外壁的表面质量方面都有严格的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够旋压出具有很高的力学性能、较好的尺寸精度和较高的表面光洁度的零件的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置。本发明的目的还在于提供一种镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置包括旋压头和芯模；所述旋压头包括旋钮、滚珠、模环、弹簧、保持架、支架和壳体，旋钮内表面与支架螺纹联接，模环套在支架上，滚珠沿旋钮和模环组成的锥形槽均布一周，保持架与模环之间间隙配合的，保持架右侧由弹簧顶向滚珠一侧，支架的外表面与壳体的内表面配合；所述芯模包括芯轴，芯轴上设置有管坯定位机构。

本发明的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置还可以包括如下结构特征：

1、还包括卸料机构，所述卸料机构卸料环和卸料螺栓组成，卸料环装配在芯轴上，卸料环的右侧与芯轴上的凸台贴合，卸料环上面开有两个用于安装卸料螺栓的螺纹孔。

2、所述管坯定位机构由挡销、第二弹簧及固定销，在芯轴内开一个垂直于芯轴轴线的台阶孔，挡销、第二弹簧及固定销装配在所述台阶孔中。

3、支架与壳体上开有注油孔，注油孔处安装有油嘴，油嘴内设置有由针阀、第二弹簧和挡环构成的单向阀。

4、旋钮的外锥面和支架外表面上刻有相对应的、可读取滚珠的径向调节量的标线。

5、在旋钮上设置手柄。

本发明的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形方法为：

采用由旋压头和芯模构成的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置；所述旋压头包括旋钮、滚珠、模环、弹簧、保持架、支架和壳体，旋钮内表面与支架螺纹联接，模环套在支架上，滚珠沿旋钮和模环组成的锥形槽均布一周，保持架与模环之间间隙配合的，保持架右侧由弹簧顶向滚珠一侧，支架的外表面与壳体的内表面配合；所述芯模包括芯轴，芯轴上设置有管坯定位机构；将旋压头装卡在普通车床的主轴上，镍钛形状记忆合金管坯料装在芯轴上，将带有坯料的芯模装在车床的尾顶上，开动车床，使旋压头随着车床主轴做高速旋转运动，而芯模则带着坯料随着车床尾顶做轴向进给运动，在进给过程中同时对镍钛形状记忆合金管进行加热，达到一定的旋压温度，当第一道次旋压结束后，将尾顶从旋压头中退出来，进一步调整滚珠的位置，进行第二道次的旋压，依此类推，直至旋到所要求的零件尺寸。

所述达到一定的旋压温度是加热到500-800℃。

本发明的优点在于：

1.通过热旋压成形显著降低镍钛形状记忆合金管的变形抗力，提高镍钛形状记忆合金管的塑性，可以制造出小直径和薄壁镍钛形状记忆合金管。该方法可以制造出高精度的生物医用镍钛形状记忆合金薄壁管，并通过细化晶粒来提高材料的性能。

2.滚珠旋压成形属于多点局部成形，变形区小，所需力学载荷较小，工装简单，设备较为轻便，可以在普通车床上进行。

3.滚珠旋压过程中，变形区始终处于三向压应力状态，有利于提高镍钛形状记忆合金管材的塑性，进而提高了镍钛形状记忆合金管材的变形能力。

4.滚珠旋压成形时，滚珠沿着工件周向均匀分布，力学载荷相对较为对称，有效防止变薄旋压过程中筒形件的失稳问题，有利于保证镍钛形状记忆合金薄壁管的内径精度。

5.滚珠旋压成形时，滚珠旋压工装可以更换不同尺寸的滚珠，并且可以通过调节滚珠直径的轴向距离来调节滚珠与芯模的间隙，从而实现不同的减薄量，可以制造出不同壁厚和不同内径的镍钛形状记忆合金薄壁管，节省工装数量，显著降低成本。

6.适合制造高力学性能、高精度的小直径镍钛形状记忆合金薄壁管，热旋压成形会显著降低镍钛形状记忆合金的变形抗力，最小壁厚可达到0.1mm，最小内径可达到3mm。该方法所用工装的滚珠径向位置可通过旋钮进行精确控制，只需一次装卡便可完成多个道次的旋压过程，大大提高了成形精度。采用该方法生产的镍钛形状记忆合金薄壁管尺寸精度高，表面光洁度好，成本低，效率高，可用于多种壁厚、多种内径的镍钛形状记忆合金薄壁管的制造。

本发明采用滚珠旋压成形生物医用介入支架用镍钛形状记忆合金薄壁管，是一种新成形方法。滚珠旋压作为一种连续局部塑性成形工艺，是加工制造小直径薄壁管的理想工艺，旋压出的零件具有很高的力学性能、较好的尺寸精度和较高的表面光洁度。

附图说明

图1镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置的原理结构图；

图2是芯模结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图1，镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置包括旋压头、芯模和卸料装置三个部分。

旋压头部分由手柄1、旋钮2、滚珠5、模环6、弹簧9、保持架11、支架12、壳体13、油嘴14、球阀15、弹簧16和挡环17组成。手柄1为两个，用螺纹与旋钮2联接；旋钮2外侧面开两个螺纹孔，用于拧入两个手柄，内表面与支架12用螺纹联接，旋钮2的外锥面上刻有标线，与支架12外表面的标线相对应可读取滚珠的径向调节量；模环6与支架12是过盈配合的；滚珠5沿旋钮2和模环6组成的锥形槽均布一周；保持架11与模环6是间隙配合的，右侧由弹簧9将其向滚珠5一侧顶住，以防止滚珠5的径向脱落；支架12的外表面与壳体13的内表面采用过盈配合，油嘴14与壳体13上的注油孔之间采用螺纹联接，针阀15在注油时可在压力作用下通过弹簧16的压缩打开，注油结束后可由弹簧16的弹力作用将其关闭，防止工作过程中漏油现象的发生。

同时结合图2，芯模部分由芯轴3、挡销7和芯轴内部的弹簧18及固定销19组成，详细结构如图2所示。在芯轴内开一个垂直于其轴线的台阶孔，挡销7与轴孔采用间隙配合，固定销19与芯轴孔采用过盈配合。

卸料装置部分由卸料环10和卸料螺栓8组成。卸料环10与芯轴3之间采用间隙配合，其右侧一端与芯轴上的凸台贴合，可防止其向左侧的轴向运动；卸料环10侧面开有两个螺纹孔，用于旋压过程结束后，安装卸料螺栓进行手工卸料。

本发明的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形方法分为三个阶段，即准备阶段、旋压阶段和卸料阶段。

准备阶段：首先将旋压头安装在车床主轴的卡盘上，通过油嘴14向旋压头内注入一定量的润滑油后，搬动手柄1使旋钮2旋转并沿轴向向右移动，由于旋钮2与模环6之间的距离减小，将使滚珠5沿径向向轴心移动。同时由于滚珠的径向移动，需要保持架11与旋钮2之间有更大的间隙，这样就迫使保持架11向右侧移动并使弹簧9产生压缩。据此，可按旋压工艺要求的第一道次减薄量调整好滚珠的位置(此值可从旋钮刻度上读取)。接下来，将装好卸料装置的芯模固定在车床尾顶上，再将开好孔的管坯4套在芯轴3上，安装管坯4时要先用手将挡销7压入芯轴3，并调整管坯4的位置使挡销7穿入其上的孔，这样可防止旋压过程中管坯4相对芯轴3发生转动。

旋压阶段：开动车床，使旋压头随着车床主轴做高速旋转运动，而芯模则带着管坯随着车床尾顶做轴向进给运动，在进给过程中同时对镍钛形状记忆合金管进行加热，达到一定的旋压温度，这样便可实现旋压过程。所述的加热通常采用外部热源进行加热，当然也可以在芯轴中设置电加热装置，加热温度一般在500-800℃。当第一道次旋压结束后，将尾顶从旋压头中退出来，再按第一阶段的调整方法来进一步调整滚珠的位置，并按上述方法进行第二道次的旋压，依此类推，直至旋到所要求的零件尺寸。

卸料阶段：成形过程完成之后，将装有芯模和管坯4的尾顶从旋压头中退出来，再将两个卸料螺栓8拧入卸料环10上的两个螺纹孔中。先用手或工具将芯轴3上的挡销7按入芯轴内，再用工具沿轴向敲打卸料螺栓8使卸料环10沿轴向向管坯4方向滑动，便可带动管坯4一起沿轴向滑动而实现卸料。这样就完成了整个旋压成形过程。

Claims (8)

1.一种镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，包括旋压头和芯模；其特征是：所述旋压头包括旋钮、滚珠、模环、弹簧、保持架、支架和壳体，旋钮内表面与支架螺纹联接，模环套在支架上，滚珠沿旋钮和模环组成的锥形槽均布一周，保持架与模环之间间隙配合的，保持架右侧由弹簧顶向滚珠一侧，支架的外表面与壳体的内表面配合；所述芯模包括芯轴，芯轴上设置有管坯定位机构。

2.根据权利要求1所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，其特征是：还包括卸料机构，所述卸料机构卸料环和卸料螺栓组成，卸料环装配在芯轴上，卸料环的右侧与芯轴上的凸台贴合，卸料环上面开有两个用于安装卸料螺栓的螺纹孔。

3.根据权利要求2所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，其特征是：所述管坯定位机构由挡销、第二弹簧及固定销，在芯轴内开一个垂直于芯轴轴线的台阶孔，挡销、第二弹簧及固定销装配在所述台阶孔中。

4.根据权利要求3所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，其特征是：支架与壳体上开有注油孔，注油孔处安装有油嘴，油嘴内设置有由针阀、第二弹簧和挡环构成的单向阀。

5.根据权利要求4所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，其特征是：旋钮的外锥面和支架外表面上刻有相对应的、可读取滚珠的径向调节量的标线。

6.根据权利要求5所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置，其特征是：在旋钮上设置手柄。

7.一种镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形方法，其特征是：采用由旋压头和芯模构成的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形装置；所述旋压头包括旋钮、滚珠、模环、弹簧、保持架、支架和壳体，旋钮内表面与支架螺纹联接，模环套在支架上，滚珠沿旋钮和模环组成的锥形槽均布一周，保持架与模环之间间隙配合的，保持架右侧由弹簧顶向滚珠一侧，支架的外表面与壳体的内表面配合；所述芯模包括芯轴，芯轴上设置有管坯定位机构；将旋压头装卡在普通车床的主轴上，镍钛形状记忆合金管坯料装在芯轴上，将带有坯料的芯模装在车床的尾顶上，开动车床，使旋压头随着车床主轴做高速旋转运动，而芯模则带着坯料随着车床尾顶做轴向进给运动，在进给过程中同时对镍钛形状记忆合金管进行加热，达到一定的旋压温度，当第一道次旋压结束后，将尾顶从旋压头中退出来，进一步调整滚珠的位置，进行第二道次的旋压，依此类推，直至旋到所要求的零件尺寸。

8.根据权利要求7所述的镍钛形状记忆合金薄壁管滚珠热旋压成形方法，其特征是：所述达到一定的旋压温度是加热到500-800℃。

Images