CN103411810A - 便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置及方法。所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，包括夹持部分和切割部分，所述的夹持部分包括试样下夹持装置，所述的试样下夹持装置上侧设有试样上夹持装置，所述的试样上夹持装置为哑铃形，其由左夹持片和右夹持片组成，所述的试样下夹持装置上侧还设有二维精密微调平台；所述的切割部分包括固定平台，固定平台上设有哑铃形切割刀具，所述的哑铃形切割刀具包括刀架，所述的刀架包括左刀架和右刀架，所述的固定平台上还设有一维精密微调平台。本发明能对生物柔性材料，如血管、皮肤等，进行试样形状的加工。

Description

便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置及方法

技术领域

本发明用于生物力学领域，它涉及一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置及方法。

背景技术

对生物柔性材料进行力学性能研究时，往往要使用万能试验机对生物柔性材料进行拉伸等测试，测试过程中发现生物柔性材料在两端夹持处因夹持装置对其应力集中，较易发生试样提前断裂的现象，不能很好地反应材料本身的力学性能。因此，需要将试样的形状裁剪成哑铃形，从而避免夹持处断裂的问题。目前在国内现有的关于哑铃形试样制样装置如下：

(1)商品化的哑铃形制样机(XY-6079型哑铃制样机)：目前已有哑铃形试样的制样机，其原理是利用哑铃形的金属压片将被裁剪试样紧紧压在操作台上，然后用铣刀沿着金属压片边缘进行切割，获得哑铃形的试样；

(2)专利哑铃形制样机(专利号：CN202814768U)：该实用新型专利中设计的哑铃形试样装置是通过紧贴于样条模板的第一把裁刀，经传动机构传动，使得第二把裁刀运动轨迹与第一把裁刀一致，从而将被加工材料裁剪成样条模板所设置的哑铃形试样；

(3)专利哑铃形工件冲压模具(专利号：CN202343716U)：该实用新型专利中设计的哑铃形工件冲压模具是通过预制的哑铃形钢结构凹模和凸模对材料进行冲压，从而获得哑铃形的工件。

在国外，经专利、文献查阅，检索到有关拉伸试验中，使用哑铃形试样，但未检索到哑铃形制样装置。

以上提到的仪器存在以下两个缺点：(1)只能对有一定硬度的材料进行试样形状的加工，如果遇到血管、皮肤等生物柔性材料，通过加压的方式夹持材料，会产生较大的形变，这些装置就不适用；(2)试样尺寸不能进行改变和调节，如需制备不同规格的哑铃形试样，需要更换金属模具，比较繁琐复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置及方法，用于解决现有生物柔性材料无法一体切割成型哑铃形试样的技术问题，该装置能够快速便捷地实现血管、皮肤等生物柔性材料一体切割成型哑铃形试样的功能，同时可根据测试要求制备出各种规格的哑铃形试样。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，包括夹持部分和切割部分，所述的夹持部分包括试样下夹持装置，所述的试样下夹持装置上侧设有试样上夹持装置，所述的试样上夹持装置为哑铃形，其由左夹持片和右夹持片组成，所述的试样下夹持装置上侧还设有二维精密微调平台，所述的二维精密微调平台具有可调节试样下夹持装置与试样上夹持装置之间的竖直距离的Z轴方向位移旋钮和可调节左夹持片和右夹持片之间的水平距离的X轴方向位移旋钮；所述的切割部分包括固定平台，固定平台上设有哑铃形切割刀具，所述的哑铃形切割刀具包括刀架，所述的刀架包括左刀架和右刀架，所述的固定平台上还设有一维精密微调平台，所述的一维精密微调平台具有可调节左刀架和右刀架之间的水平距离的X轴方向位移旋钮。

优选地，所述的固定平台包括固定基座和轨道，所述的轨道为倒梯形并固定在固定基座上。

更优选地，所述的左刀架可滑动地设于固定平台的轨道上并可沿轨道滑动以靠近或远离右刀架，左刀架与一维精密微调平台通过螺丝钉固定相连，右刀架通过螺丝钉固定在固定基座上。

优选地，所述的哑铃形切割刀具还包括刀刃，所述的刀刃包括左刀刃和右刀刃，左刀刃和右刀刃分别通过螺丝钉固定在左刀架和右刀架上，刀架的材料选用316L不锈钢，刀刃的材料选用420J不锈钢。

优选地，所述的左夹持片和右夹持片的材料均选用316L不锈钢，左夹持片、右夹持片固定在二维精密微调平台的侧面，试样下夹持装置和二维精密微调平台通过螺丝钉固定在一起。

本发明中的一维精密微调平台和二维精密微调平台是已有工业产品，可直接获得。

本发明还提供了一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样方法，其特征在于，采用上述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，具体步骤为：

第一步：调节一维精密微调平台和二维精密微调平台的X轴方向位移旋钮，以调节左刀架和右刀架之间的水平距离以及左夹持片和右夹持片之间的水平距离，使二者相等且等于所需的哑铃形生物柔性材料试样中间部分的宽度；锁定一维精密微调平台和二维精密微调平台的X轴方向位移旋钮；

第二步：准备测试用的生物柔性材料，将其裁剪成长度为64～66mm，宽度为W+19～W+21mm的方形块，将生物柔性材料置于试样下夹持装置和试样上夹持装置之间，调节二维精密微调平台的Z轴方向位移旋钮，使得试样下夹持装置与试样上夹持装置之间的竖直距离T等于所需的哑铃形生物柔性材料试样的厚度，在确认生物柔性材料所受压力为零后，锁定二维精密微调平台的Z轴方向位移旋钮；

第三步：将试样上夹持装置契合在左刀刃和右刀刃中间，对准位置后下压。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)能对生物柔性材料，如血管、皮肤等，进行试样形状的加工。由于生物柔性材料韧性非常好，常规的裁剪过程中容易产生滑移，甚至在挤压的过程中产生变形等问题，本装置不对生物材料加压或施加非常微小的压力，在保持材料不变形的状态下获得哑铃形试样；

2)试样尺寸可以进行调节，适用于不同厚度、宽度的生物柔性材料切割成型。通过一维精密微调平台和二维精密微调平台的调节，能够获得不同宽度的试样，同时适合加工不同厚度的生物柔性材料，无需更换模具，调节方便，使用便捷。

附图说明

图1是本发明的便携式可调节血管哑铃形试样制样装置示意图；

图2是固定平台示意图；

图3是哑铃形切割刀具和一维精密微调平台示意图；

图4是试样夹持装置及二维精密微调平台示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，本发明的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置由夹持部分和切割部分组成，所述的夹持部分由试样下夹持装置4、试样上夹持装置5以及二维精密微调平台6组成，所述的切割部分由固定平台1、哑铃形切割刀具2以及一维精密微调平台3组成。所述的试样下夹持装置4上侧设有试样上夹持装置5，所述的试样上夹持装置5为哑铃形，其由左夹持片51和右夹持片52组成，所述的试样下夹持装置4上侧还设有二维精密微调平台6，所述的二维精密微调平台6具有可调节试样下夹持装置4与试样上夹持装置5之间的竖直距离的Z轴方向位移旋钮和可调节左夹持片51和右夹持片52之间的水平距离的X轴方向位移旋钮；固定平台1上设有哑铃形切割刀具2，所述的哑铃形切割刀具2包括刀架，所述的刀架包括左刀架21和右刀架22，所述的固定平台1上还设有一维精密微调平台3，所述的一维精密微调平台3具有可调节左刀架21和右刀架22之间的水平距离的X轴方向位移旋钮。

如图2所示，所述的固定平台1由固定基座11和轨道12组成，轨道12加工成倒梯形，并固定在固定基座11上。

如图3所示，哑铃形切割刀具2由左刀架21、右刀架22、左刀刃23、右刀刃24组成。左刀架21安装在轨道12上，同时左刀架21与一维精密微调平台3通过螺丝钉25固定相连，通过调节一维精密微调平台3能够使左刀架21在轨道12上沿X轴方向滑动以靠近或远离右刀架22，右刀架22通过螺丝钉25固定在固定基座11上，左刀刃23和右刀刃24分别通过螺丝钉25固定在左刀架21和右刀架22上，便于拆卸维护，刀架的材料选用316L不锈钢，刀刃的材料选用420J不锈钢。

如图4所示，所述的左夹持片51、右夹持片52通过螺丝钉25固定在二维精密微调平台6的侧面，能够实现上下移动，试样下夹持装置4和二维精密微调平台6通过螺丝钉25固定在一起，调节二维精密微调平台6，根据所需的哑铃形生物柔性材料试样的大小要求确定试样宽度，根据试验材料的性质确定其厚度，使试样材料不产生明显的变形，从而保护材料，左夹持片51和右夹持片52的材料均选用316L不锈钢。

本发明的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样方法，采用上述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，具体步骤为：

1、检查装置

测试前，检查整套装置零件是否完整，尤其是一维精密微调平台和二维精密微调平台能否顺利运行，如有异常，要及时进行调整；

2、安装装置

将左刀刃23、右刀刃24通过螺丝钉25安装在左刀架21、右刀架22上，右刀架22通过螺丝钉25固定在固定平台1上，左刀架21安装在轨道12上并用螺丝钉25固定在一维精密微调平台3上；

调节一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮，以调节左刀架21和右刀架22之间的水平距离W1以及左夹持片51和右夹持片52之间的水平距离W，使二者相等且等于所需的哑铃形生物柔性材料试样中间部分的宽度；锁定一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮；

3、准备生物柔性材料

准备测试用的生物柔性材料，将其裁剪成长度为64～66mm，宽度为W+19～W+21mm的方形块；

4、安装试样

将生物柔性材料置于试样下夹持装置4和试样上夹持装置5之间，调节二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮，使得试样下夹持装置4与试样上夹持装置5之间的竖直距离T等于所需的哑铃形生物柔性材料试样的厚度，在确认生物柔性材料所受压力为零后，锁定二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮；

5、切割试样

将试样上夹持装置5契合在左刀刃23和右刀刃24中间，对准位置后迅速下压。

实施例2

使用实施例1中的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，测试材料选用猪降主动脉血管壁，其平均厚度为1.504mm，欲制备中间部分的宽度为10mm的猪降主动脉血管哑铃形试样，具体操作步骤如下：

1、检查装置

测试前，检查整套装置零件是否完整，尤其是一维精密微调平台和二维精密微调平台能否顺利运行，如有异常，要及时进行调整；

2、安装装置

将左刀刃23、右刀刃24通过螺丝钉25安装在左刀架21、右刀架22上，右刀架22通过螺丝钉25固定在固定平台1上，左刀架21安装在轨道12上并用螺丝钉25固定在一维精密微调平台3上；

调节一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮，以调节左刀架21和右刀架22之间的水平距离W1以及左夹持片51和右夹持片52之间的水平距离W，使二者相等且等于所需的猪降主动脉血管哑铃形试样中间部分的宽度10mm；锁定一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮；

3、准备血管材料

准备测试用的猪降主动脉血管壁材料，将其裁剪成长度为66mm，宽为31mm的矩形试样；

4、安装试样

将猪降主动脉血管壁材料置于试样下夹持装置4和试样上夹持装置5之间，调节二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮，使得试样下夹持装置4与试样上夹持装置5之间的竖直距离T等于所需的猪降主动脉血管哑铃形试样的厚度1.504mm，在确认猪降主动脉血管壁材料所受压力为零后，锁定二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮；

5、切割试样

将试样上夹持装置5契合在左刀刃23和右刀刃24中间，对准位置后迅速下压。

至此，就能获得一个宽度W为10mm，长度为65mm的猪降主动脉血管壁哑铃形试样，进行拉伸试验。

实施例3

使用实施例1中的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，测试材料选用猪皮，其平均厚度为5.352mm，欲制备中间部分的宽度为5mm的猪皮哑铃形试样。具体操作步骤如下：

1、检查装置

测试前，检查整套装置零件是否完整，尤其是一维精密微调平台和二维精密微调平台能否顺利运行，如有异常，要及时进行调整；

2、安装装置

将左刀刃23、右刀刃24通过螺丝钉25安装在左刀架21、右刀架22上，右刀架22通过螺丝钉25固定在固定平台1上，左刀架21安装在轨道12上并用螺丝钉25固定在一维精密微调平台3上；

调节一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮，以调节左刀架21和右刀架22之间的水平距离W1以及左夹持片51和右夹持片52之间的水平距离W，使二者相等且等于所需的猪皮哑铃形试样中间部分的宽度5mm；锁定一维精密微调平台3和二维精密微调平台6的X轴方向位移旋钮；

3、准备猪皮材料

准备测试用的猪皮试样，将其裁剪成长度为65mm，宽为25mm的矩形试样；

4、安装试样

将猪皮试样置于试样下夹持装置4和试样上夹持装置5之间，调节二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮，使得试样下夹持装置4与试样上夹持装置5之间的竖直距离T等于所需的猪皮试样的厚度5.352mm，在确认生物柔性材料所受压力为零后，锁定二维精密微调平台6的Z轴方向位移旋钮；

5、切割试样

将试样上夹持装置5契合在左刀刃23和右刀刃24中间，对准位置后迅速下压。

至此，就能获得一个宽度W为5mm，长度为65mm的猪皮哑铃形试样，进行拉伸试验。

Claims (6)

1.一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，包括夹持部分和切割部分，所述的夹持部分包括试样下夹持装置(4)，所述的试样下夹持装置(4)上侧设有试样上夹持装置(5)，所述的试样上夹持装置(5)为哑铃形，其由左夹持片(51)和右夹持片(52)组成，所述的试样下夹持装置(4)上侧还设有二维精密微调平台(6)，所述的二维精密微调平台(6)具有可调节试样下夹持装置(4)与试样上夹持装置(5)之间的竖直距离的Z轴方向位移旋钮和可调节左夹持片(51)和右夹持片(52)之间的水平距离的X轴方向位移旋钮；所述的切割部分包括固定平台(1)，固定平台(1)上设有哑铃形切割刀具(2)，所述的哑铃形切割刀具(2)包括刀架，所述的刀架包括左刀架(21)和右刀架(22)，所述的固定平台(1)上还设有一维精密微调平台(3)，所述的一维精密微调平台(3)具有可调节左刀架(21)和右刀架(22)之间的水平距离的X轴方向位移旋钮。

2.如权利要求1所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，所述的固定平台(1)包括固定基座(11)和轨道(12)，所述的轨道(12)为倒梯形并固定在固定基座(11)上。

3.如权利要求2所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，所述的左刀架(21)可滑动地设于固定平台(1)的轨道(12)上并可沿轨道(12)滑动以靠近或远离右刀架(22)，左刀架(21)与一维精密微调平台(3)通过螺丝钉(25)固定相连，右刀架(22)通过螺丝钉(25)固定在固定基座(11)上。

4.如权利要求1所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，所述的哑铃形切割刀具(2)还包括刀刃，所述的刀刃包括左刀刃(23)和右刀刃(24)，左刀刃(23)和右刀刃(24)分别通过螺丝钉(25)固定在左刀架(21)和右刀架(22)上，刀架的材料选用316L不锈钢，刀刃的材料选用420J不锈钢。

5.如权利要求1所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，其特征在于，所述的左夹持片(51)和右夹持片(52)的材料均选用316L不锈钢，左夹持片(51)、右夹持片(52)固定在二维精密微调平台(6)的侧面，试样下夹持装置(4)和二维精密微调平台(6)通过螺丝钉(25)固定在一起。

6.一种便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的便携式可调节哑铃形生物柔性材料试样制样装置，具体步骤为：

第一步：调节一维精密微调平台(3)和二维精密微调平台(6)的X轴方向位移旋钮，以调节左刀架(21)和右刀架(22)之间的水平距离(W1)以及左夹持片(51)和右夹持片(52)之间的水平距离(W)，使二者相等且等于所需的哑铃形生物柔性材料试样中间部分的宽度；锁定一维精密微调平台(3)和二维精密微调平台(6)的X轴方向位移旋钮；

第二步：准备测试用的生物柔性材料，将其裁剪成长度为64～66mm，宽度为W+19～W+21mm的方形块，将生物柔性材料置于试样下夹持装置(4)和试样上夹持装置(5)之间，调节二维精密微调平台(6)的Z轴方向位移旋钮，使得试样下夹持装置(4)与试样上夹持装置(5)之间的竖直距离T等于所需的哑铃形生物柔性材料试样的厚度，在确认生物柔性材料所受压力为零后，锁定二维精密微调平台(6)的Z轴方向位移旋钮；

第三步：将试样上夹持装置(5)契合在左刀刃(23)和右刀刃(24)中间，对准位置后下压。

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