CN102946821A - 利用非晶态合金的植体的制造装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用非晶态合金的植体的制造装置及其制造方法，尤其是一种利用非晶态合金，不采用拉模铸造方法，而是通过冲压成型方法，在内周面或外周面上形成螺纹的植体的制造装置及其制造方法。本发明的利用非晶态合金的植体制造装置由将非晶态合金的预成型件加热成半固体状态的加热部、利用冲压成型在被加热的所述预成型件上形成螺纹的成型部，及冷却形成螺纹的所述预成型件的冷却部构成。

Description

利用非晶态合金的植体的制造装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种利用非晶态合金的植体的制造装置及其制造方法，尤其是一种利用非晶态合金，不采用拉模铸造方法，而是通过冲压成型方法，在内周面或外周面上形成螺纹的植体的制造装置及其制造方法。
背景技术
近来，随着非晶态合金材料技术的迅速发展，开发出多种多样的非晶态合金材料。非晶态合金具有高强度、高硬度、高耐磨性及高耐腐蚀性，被广泛应用于生物机体。
上述非晶态合金的成型工程目前主要是通过拉模铸造来进行的，这是一种使合金升温，在高温下将其溶为液状，然后注入模具，通过凝固过程而进行成型的成型方法。
这种利用非晶态合金的拉模铸造成型方法，根据非晶态材质的特性，在溶解及成型工序中需对其环境进行必要的控制。也就是说，需要在氩等非活性气体环境或真空环境下进行。
由此可见，利用拉模铸造方法对非晶态合金进行成型时，为了满足上述的环境条件，需要另外备有用于溶解和成型工程的环境腔，为了安全稳定地进行成型，需要使用垂直式的拉模铸造装置。
但是，垂直式的拉模铸造装置的体积较大，与容量相比，高度过高，存在装置的尺寸较大以及构筑费用过高等缺点。
另外，在拉模铸造的特征上，包括需要在约1000摄氏度的温度下对铸块进行加热的工程、使其再溶解为液状的工程及将溶解的液体注入的工程，因此存在装置较大，工程复杂繁多，工程时间较长等问题。
不仅如此，非晶态合金在常温下，受到机械性重压时几乎不发生塑性变形，整体上具有弹性。
因此，被灵活使用在一般的常用材质（铁材、铝材等）的螺丝加工上的螺丝加工技术（滚丝加工或攻丝加工）在加工螺丝的同时，螺丝表面会发生塑性变形，在没有塑性变性的非晶态合金上，采取上述的滚丝或攻丝等常用的螺丝加工技术进行加工时，很难形成螺纹。
若要在非晶态合金上，通过滚丝或攻丝加工形成螺纹时，会导致材料破损，并损坏工具，从而使加工失败。
另外，用在人体内的金属植体材料必须是不会因输液液体而被腐蚀的安全材料，优选为具有高耐磨性、高强度的材料，目前主要使用钛合金或Co-Cr合金。
这种钛合金或Co-Cr合金具有卓越的机械及电气特性，溶点较高，难以用在拉模铸造等成型工程上，须采用三维机械加工制成。
但是，上述材料因其自身所具有的卓越的机械特性，难以对其进行加工，须采用三维成型进行加工制造时，其制造具有生产效率较低，成本高等缺点。
非晶态合金中的Zr-Ti合金或Pd合金等可用于人体。一般来说，牙科用或外科用植体，其内外周面上须形成螺纹，采用上述的方法进行生产时，存在以下的问题：利用钛合金或Co-Cr合金时，材料自身的高强度及高硬度特性，使植体的内外周面上不易形成螺纹，其成本较高；另外，利用非晶态合金时，因非晶态合金的特性，采用滚丝或攻丝加工无法形成螺纹，必须使用拉模铸造的方法进行成型，这时需要对溶液注入通道进行设定，成型工程设计具有难度，同时难以确保螺丝部位的表面品质，拉模铸造的装置价格较高，需要将铸块在高温下再溶解为液状注入，成型寿命较短，工程时间较长。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用非晶态合金，在内周面或外周面上形成螺纹的植体的制造装置，以及一种不采用拉模铸造成型法的成本相对较低，并可迅速生产的利用非晶态合金的植体的制造方法。
为了实现上述目的，本发明所提供的利用非晶态合金的植体的制造装置，其特征在于，所述利用非晶态合金的植体的制造装置，由将非晶态合金的预成型件加热成半固体状态的加热部、利用冲压成型在被加热的所述预成型件上形成螺纹的成型部，及冷却形成螺纹的所述预成型件的冷却部构成。
所述成型部由内侧面凹陷且形成第一螺纹的第一外部成型部、使所述第一外部成型部移动的第一汽缸、结合在所述第一外部成型部上，内侧面凹陷方向与所述第一外部成型部的凹陷方向相反，且形成第二螺纹的第二外部成型部、使所述第二外部成型部移动的第二汽缸构成；在所述第一外部成型部和所述第二外部成型部之间，配置有被加热成半固体状态的所述预成型件，在所述预成型件的外周面上，形成与所述第一螺纹及所述第二螺纹相对应的外部螺纹；所述第一外部成型部及所述第二外部成型部的热膨胀系数大于所述预成型件的热膨胀系数。
所述成型部还包括：配置在所述第一外部成型部及所述第二外部成型部之间，外周面上形成第三螺纹的型芯部；及使所述型芯部升降的第三汽缸；所述型芯部插入配置在所述第一外部成型部及所述第二外部成型部之间的所述预成型件的内铸槽内，在所述预成型件的内周面上形成与所述第三螺纹对应的内部螺纹。
所述第三汽缸使所述型芯部旋转，所述第三汽缸使插入所述预成型件的内铸槽的所述型芯部旋转，并从所述预成型件中取出。
为了实现上述目的，本发明的利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，在外周面或内周面上形成螺纹的所述植体的制造方法，包括：将非晶态合金制成铸块状态的预成型件的预成型件制造工序；将所述预成型件加热成半固体状态的加热工序；为加工螺纹，将加热成半固体状态的所述预成型件配置在冲压成型模具上的配置工序；利用冲压成型模具，在被加热的所述预成型件上形成螺纹的加工工序；冷却并从所述冲压成型模具上分离出形成螺纹的所述预成型件的冷却分离工序；在所述加热工序中，加热温度要高于所述预成型件的玻璃化温度(Tg:Glass temperature)，且低于非晶态合金的结晶化温度(Tn:Nosetemperature)；在所述冷却分离工序中，要以低于玻璃化温度的温度对所述预成型件进行冷却。
在所述冷却分离工序中，利用所述冲压成型模具和所述预成型件的热膨胀系数，使所述冲压成型模具和所述预成型件分离。
在所述加工工序中，利用由包住所述预成型件外部的外部成型部和插入所述预成型件内部的型芯部构成的冲压成型模具，在被加热的所述预成型件的外周面或内周面分别形成螺纹；在所述冷却分离工序中，使插入所述预成型件内部的所述型芯部旋转，并从所述预成型件中分离出来。
本发明的有益效果是：依据上述本发明的利用非晶态合金的植体的制造装置及其制造方法，不采用拉模铸造的方式，可通过冲压成型的方式对非晶态合金进行加工，制成在内周面及/或外周面上形成螺纹的植体，并以相对较低的费用，迅速生产出对人体无害的植体，可大大提高经济性及生产性。
附图说明
图1是本发明实施方式的利用非晶态合金的植体的制造装置的结构图；
图2是本发明实施方式的利用非晶态合金的植体的制造方法的顺序图；
图3是利用本发明实施方式的制造装置，制造在外周面上形成螺纹的植体的制造工程说明图；
图4是利用本发明实施方式的制造装置，制造在内外周面上形成螺纹的植体的制造工程说明图；
图5是图示本发明实施方式的热可塑性成型工程的图。
具体实施方式
图1是本发明实施方式的利用非晶态合金的植体的制造装置的结构图；图2是本发明实施方式的利用非晶态合金的植体的制造方法的顺序图；图3是利用本发明实施方式的制造装置，制造在外周面上形成螺纹的植体的制造工程说明图；图4是利用本发明实施方式的制造装置，制造在内外周面上形成螺纹的植体的制造工程说明图；图5是图示本发明实施方式的热可塑性成型工程的图。
在本发明提供一种对非晶态合金的预成型件(Pre-form)，无需进行液状的溶解，在半固体状态下进行加热制成植体的装置及其方法。
如图1所示，本发明的利用非晶态合金的植体的制造装置，由加热部20、成型部30、冷却部40构成。
在图1中，虽对上述的加热部20、成型部30及冷却部40分开进行了标记，但是其也可以设置在同一装置上。也就是说，可在同一装置上进行加热、成型及冷却。
加热部20用于将非晶态合金的预成型件10加热成半固体状态。在加热部20中，对预成型件10加热时的加热温度，如图5所示，要高于所述预成型件的玻璃化温度(Tg:Glass temperature)，且低于非晶态合金的结晶化温度(Tn:Nosetemperature)，使预成型件10成为半固体状态，即类似胶状的状态，而非液态。
加热部20可通过高频加热或发热体加热等方法对预成型件10进行预热。
成型部30用于利用冲压成型模具，在被加热的预成型件10上形成螺纹。
成型部30在预成型件10的外周面上形成螺纹时，如图3所示，由第一外部成型部31、第一汽缸37及第二外部成型部33和第二汽缸38构成。
第一外部成型部31的内侧面凹陷，可形成第一螺纹32；第二外部成型部33与第一外部成型部31结合，其内侧面的凹陷方向与第一外部成型部31的凹陷方向相反，可形成第二螺纹34。
第一汽缸37和第二汽缸38分别用于使第一外部成型部31和第二外部成型部33移动。
在上述第一外部成型部31和第二外部成型部33之间配置有被加热成半固体状的预成型件10，在预成型件10的外周面上，形成与第一螺纹32和第二螺纹347相对应的外部螺纹。
此外，成型部30在预成型件10的内周面及外周面上形成螺纹时，如图4所示，还包括：型芯部35和第三汽缸39。
型芯部35配置在第一外部成型部31和第二外部成型部33之间，外周面上形成第三螺纹36。
第三汽缸39用于使型芯部35旋转及上下升降。
型芯部35插入配置在第一外部成型部31和第二外部成型部33之间的预成型件10的内铸槽内，预成型件10的内周面上形成与第三螺纹36相对应的内部螺纹。
冷却部40用于冷却在成型部30上形成螺纹的预成型件10，并将其从冲压成型模具中分离出来。
上述第一外部成型部31及第二外部成型部33的热膨胀系数优选为大于预成型件10的热膨胀系数。
也就是说，在向第一外部成型部31和第二外部成型部33及预成型件10加热或是冷却时，第一外部成型部31和第二外部成型部33的变形要多于预成型件10的变形。
插入预成型件10的内铸槽的型芯部35因第三汽缸39而旋转，并从预成型件10中取出。
接下来，就具有上述结构的本发明的植体的制造方法进行详细说明。
本发明的利用非晶态合金的植体的制造方法包括：预成型件制造工序S10、加热工序S20、配置工序S30、加工工序S40及冷却分离工序S50。
预成型件制造工序S10是将非晶态合金制成具有一定大小及形态的铸块状预成型件10的工序。
如图5所示，可通过非晶态合金的急速冷却进行制造。
加热工序S20是利用加热部20，将预成型件10加热成半固体状的工序。
在加热工序S20中，如图5所示，预成型件10的加热温度要高于所述预成型件的玻璃化温度(Tg:Glass temperature)，且低于非晶态合金的结晶化温度(Tn:Nose temperature)。由此以来，将非晶态合金的预成型件10加工成可进行塑性加工的状态。
配置工序S30是为加工螺纹，将被加热成半固体状的预成型件10配置在成型部30上的工序。
更进一步，如图3(a)及图4(a)所示，在第一外部成型部31和第二外部成型部33之间配置被加热成半固体状的预成型件10。
在本发明的实施方式中，可在加热预成型件10后配置至成型部30上，也可以是先将预成型件10配置在成型部30上后进行加热。
加工工序S40是将通过配置工序S30配置在第一外部成型部31和第二外部成型部33之间的预成型件10，利用成型部30即冲压成型模具，在预成型件10上形成螺纹的工序。
在上述加工工序S40中，如图3(b)所示，仅在预成型件10的外周面上形成螺纹，或是如图4(b)所示，在预成型件10的外周面及内周面上均形成螺纹。
仅在预成型件10的外周面上形成螺纹时，如图3(b)所示，利用第一汽缸37及第二汽缸38，使第一外部成型部31和第二外部成型部33移动，向配置在其间的预成型件10施压。
由此以来，在预成型件10的外周面上形成与第一螺纹32及第二螺纹34相对应的外部螺纹。
另外，在预成型件10的内周面及外周面上均形成螺纹时，如图4(b)所示，利用第三汽缸39，将型芯部35插入预成型件10的内周槽后，利用第一汽缸37暨第二汽缸38，使第一外部成型部31和第二外部成型部33移动，向配置在其间的预成型件10施压。
由此以来，在预成型件10的外周面上形成与第一螺纹32及第二螺纹34相对应的外部螺纹，在内周面上形成与第三螺纹36相对应的内部螺纹。
此时，加工工序S40如图5所示，预成型件10的加热温度要高于玻璃化温度，低于结晶化温度，由此以来，预成型件10发生塑性变形，形成外部螺纹及/或内部螺纹。
冷却分离工序S50如图5所示，对形成螺纹的预成型件10进行低于玻璃化温度的冷却，并将其从冲压成型模具即成型部30中分离出来。
在冷却分离工序S50中，利用冲压成型模具和预成型件10的热膨胀系数，对冲压成型模具和预成型件10进行分离。
也就是说，第一外部成型部31、第二外部成型部33及型芯部35的热膨胀系数要大于非晶态合金的预成型件10的热膨胀系数。
由此以来，在冷却分离工序S50中，同时对第一外部成型部31、第二外部成型部33、型芯部35及预成型件10进行冷却时，第一外部成型部31、第二外部成型部33、型芯部35的收缩要多于预成型件10的收缩，预成型件10自然而然地从第一外部成型部31、第二外部成型部33及型芯部35分离出来。
此后，第一外部成型部31和第二外部成型部33如图3(c)及图4(c)所示，利用第一汽缸37及第二汽缸38，使第一外部成型部31和第二外部成型部33移动，取出预成型件10即植体。
另外，如图4所示，利用型芯部35在预成型件10的内周面上形成螺纹时，如图4(c)所示，利用第三汽缸39，使型芯部35旋转，并使其从预成型件10内分离出来，然后使第一外部成型部31和第二外部成型部33移动，取出形成内部螺纹及外部螺纹的预成型件10即植体。
综上所述，本发明的制造装置及其制造方法，不利用拉模铸造的方式，可通过冲压成型的方式，制造内周面及/或外周面上形成螺纹的植体。
以上仅为本发明的优选实施方式，用于说明及理解本发明的内容，但本发明并不局限于此，凡在本发明的技术思想及精神原则内所做的多种替换、变更、变形等，均属于本发明的保护范围内。
产业上应用的可能性
本发明不利用拉模铸造的方式，可通过冲压成型的方式，制造内周面或外周面上形成螺纹的植体。

Claims (7)

1.一种利用非晶态合金的植体的制造装置，其特征在于，所述利用非晶态合金的植体的制造装置，由将非晶态合金的预成型件加热成半固体状态的加热部、利用冲压成型在被加热的所述预成型件上形成螺纹的成型部，及冷却形成螺纹的所述预成型件的冷却部构成。
2.根据权利要求1所述的利用非晶态合金的植体的制造装置，其特征在于，所述成型部由内侧面凹陷且形成第一螺纹的第一外部成型部、使所述第一外部成型部移动的第一汽缸、结合在所述第一外部成型部上，内侧面的凹陷方向与所述第一外部成型部的凹陷方向相反，且形成第二螺纹的第二外部成型部、使所述第二外部成型部移动的第二汽缸构成；
在所述第一外部成型部和所述第二外部成型部之间，配置有被加热成半固体状态的所述预成型件，在所述预成型件的外周面上，形成与所述第一螺纹及所述第二螺纹相对应的外部螺纹；
所述第一外部成型部及所述第二外部成型部的热膨胀系数大于所述预成型件的热膨胀系数。
3.根据权利要求2所述的利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，所述成型部还包括：配置在所述第一外部成型部及所述第二外部成型部之间，外周面上形成第三螺纹的型芯部；及使所述型芯部升降的第三汽缸；
所述型芯部插入配置在所述第一外部成型部及所述第二外部成型部之间的所述预成型件的内铸槽内，在所述预成型件的内周面上形成与所述第三螺纹对应的内部螺纹。
4.根据权利要求3所述的利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，所述第三汽缸使所述型芯部旋转，所述第三汽缸使插入所述预成型件的内铸槽的所述型芯部旋转，并从所述预成型件中取出。
5.一种利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，在外周面或内周面上形成螺纹的所述植体的制造方法，包括：将非晶态合金制成铸块状态的预成型件的预成型件制造工序；将所述预成型件加热成半固体状态的加热工序；为加工螺纹，将加热成半固体状态的所述预成型件配置在冲压成型模具上的配置工序；利用冲压成型模具，在被加热的所述预成型件上形成螺纹的加工工序；冷却并从所述冲压成型模具上分离出形成螺纹的所述预成型件的冷却分离工序；
在所述加热工序中，加热温度要高于所述预成型件的玻璃化温度(Tg:Glasstemperature)，且低于非晶态合金的结晶化温度(Tn:Nose temperature)；
在所述冷却分离工序中，要以低于玻璃化温度的温度对所述预成型件进行冷却。
6.根据权利要求5所述的利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，在所述冷却分离工序中，利用所述冲压成型模具和所述预成型件的热膨胀系数，使所述冲压成型模具和所述预成型件分离。
7.根据权利要求5或6所述的利用非晶态合金的植体的制造方法，其特征在于，在所述加工工序中，利用由包住所述预成型件外部的外部成型部和插入所述预成型件内部的型芯部构成的冲压成型模具，在被加热的所述预成型件的外周面或内周面分别形成螺纹；
在所述冷却分离工序中，使插入所述预成型件内部的所述型芯部旋转，并从所述预成型件中分离出来。
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