CN109475918A - 用于制造铰刀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造铰刀(1)的方法，所述铰刀例如为用于铣削患者的髋臼腔的铣刀，该铰刀包括具有穿孔的壁(3)的基本半球形的中空刀体(2)。所述方法包括通过冲压该壁(3)以形成至少一个齿(4)的步骤，在该步骤中，该壁(3)的减薄部分(8)的邻近孔(10)的区域(8a)在冲头(5)和砧座(7)之间被挤压。

Description

用于制造铰刀的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造铰刀(扩孔器，扩孔钻，镗刀)的方法，该铰刀例如为用于在外科髋关节手术期间铣削(研磨)患者的髋臼腔的铣刀。

背景技术

已知一种铰刀、例如用于铣削患者的髋臼腔的铣刀，它包括具有穿孔壁的大致半球形中空刀体。为了在这种铣刀上形成齿，从文献EP 0879577A2中已知通过以下三个连续的步骤进行:

-在第一步骤中，在刀体的壁中形成孔以限定舌形件轮廓，

-在第二步骤中，通过铣削精确地形成基准边缘，并且通过铣削精确地锐化所述舌形件的自由边缘上的切削刃；

-在第三步骤中，通过在远离切削刃的区域引发折叠以将所述舌形件限制在冲头和砧座之来以精确的角度使舌形件抬起。

在使舌形件抬起之前的步骤中形成切削刃，以使切削刃相对于刀体的壁突出，这使得该制造方法冗长且成本高。此外，这种由折叠的舌形件形成的齿具有弱的结构刚性，并且当外科医生施加力时有变形的趋势。因此，这种铣刀的切削特征随着时间的推移不可靠或不耐用。

文献US 2014/188116 A1、WO 2016/071867 A1、US 2006/095041 A1和US 2003/132219 A1描述了一种制造方法，其包括以下步骤:

-在基本上与壁成直角的钻孔方向上对刀体的壁钻孔，

-通过机加工(借助于钻头或铣刀)对所获得的孔的周边倒角，以形成具有锐角轮廓的切削刃，

-通过冲压使壁的一部分从壁中形成的孔沿径向并远离所述孔延伸地塑性变形，以形成齿。

通过机加工进行倒角和通过冲压进行塑性变形的生产步骤的顺序有时会颠倒。

在这种方法中，切削刃是通过机加工(去除)孔周边的壁的一部分组成物质而制造的，这是漫长且昂贵的。倒角的斜面在孔的周边处提供厚度的逐渐径向增加，然后冲压操作使得该斜面的一部分能相对于中空刀体的基本上半球形的外表面突出，以获得在外科髋关节手术期间在患者的髋臼腔的铣削中切削骨质的齿。

然而，倒角并不总是能够获得足够的切削能力，从而经常对突出的倒角部分进行手动锐化。这种锐化是逐齿进行的，并且需要很长时间。因此，制造成本排除了实施一次性铰刀策略以降低卫生机构中的感染风险的可能性。

此外，对于负责锐化的操作者来说至关重要的是有一定的灵巧性以获得具有相对均匀的切削特征的齿。如果齿在其锐化结束时没有足够均匀的切削特征，则在髋臼腔的铣削中会产生在骨骼上不均匀分布的力，从而导致振动，这可能会使髋臼腔的横截面基本上为多边形(而不是圆形)。杯在髋臼腔中的正确安装和骨整合可能会受到影响。

最后，齿有磨损过快的趋势。因此，铰刀的切削特征会随时间十分快速地(甚至过快地)减小。这就降低了多次重复使用铰刀以摊销其购置成本的可能性。

应该注意的是，在文献US 2014/188116 A1、WO 2016/071867 A1、US 2006/095041A1和US 2003/132219 A1中，实际上使用了冲头。任何地方都没有使用所解释的要抵靠来进行挤压的砧座。

文献US 2003/0181916和US 2005/0113837 A1描述了根据权利要求1的前序的制造方法。在在刀体的壁上形成突出齿的冲压之前或之后，孔的边缘不进行锐化。因此，文献2003/0181916和US 2005/0113837 A1的制造方法成本较低。然而，齿的切削特征随时间的可靠性和持久性并不令人满意。实际上，齿的切削特征在不同的齿之间事实上变化很大，并且随着时间的推移，它们很快会变差，特别是在铰刀的多次使用之后。

发明内容

本发明提出的一个问题是提出一种快速且廉价的制造铰刀的方法，所述铰刀例如为用于铣削患者的髋臼腔的铣刀。

同时，本发明的目的是提供一种制造方法，该方法可以容易地自动化，并且即使在多次使用之后，也可以获得更可靠和更持久的切削特征。

为了实现这些以及其它目的，本发明提出了一种制造铰刀的方法，所述铰刀例如为用于铣削患者的髋臼腔的铣刀，该铰刀包括基本半球形的中空刀体，该刀体具有穿孔的壁，所述方法包括形成至少一个齿的步骤，该齿通过借助于冲头冲压该壁来使该壁的至少一部分从该壁中形成的孔径向地并远离该孔延伸地塑性变形；根据本发明，在齿的冲压中，该壁的变形部分的邻近孔(孔洞)的区域通过冲头压靠在砧座上并且减薄(变薄)。

冲压和随后在冲头和变形壁部分的区域的砧座之间的挤压提供了壁的减薄，该壁被拉伸以在刀体的壁上形成突出齿。这种减薄在适当成形的齿的自由边缘提供了切削能力。通过适当地控制挤压力，实现了减薄，该减薄对于所有齿之间更均匀的切削特征被更好地控制并可再现。

这种减薄不是通过去除材料而是通过拉伸、然后通过夹紧过程中的加压和蠕变来完成的。切削刃因此在冲压中形成。在挤压(或夹紧)过程中，随后发生了齿的一种局部冷加工(或材料的纤维取向)，这在铰刀的重复使用期间提供了增加的结构强度和更好的时间耐久性。

齿的形成可以容易地自动化，快速，并且可以例如容易地以相继的工具(刀具，模具)实现。因此，铰刀的生产成本大大降低。

优选地，可以设想：

-冲头包括具有设定挤压表面的自由端部，

-在形成齿的步骤中，该挤压表面的母线相对于由孔的孔口(开口)限定的平面倾斜。

这种冲头制造起来相对简单且便宜。

优选地，可以设想：

-砧座包括设定挤压表面，该挤压表面的母线相对于由孔的孔口限定的平面倾斜，

-在齿的形成中，砧座的挤压表面的母线和由孔的孔口限定的平面之间的角度小于冲头的挤压表面的母线和由孔的孔口限定的平面之间的角度。

这种角度差使得在齿的自由边缘附近材料的强冷加工或纤维定向的情况下，可以获得良好的逐渐减薄(旨在形成齿的切削边缘)。另一方面，通过远离切削刃和并远离孔移动来保持材料的较大厚度，给齿提供了良好的结构刚性。实际上，角度差可以优选地为约2度。

有利的是，直至形成齿的步骤(在形成齿的步骤之前)，可以将刀体设置为穿孔的扁平金属坯件的形式。因此，可以通过使用多个相互平行的冲头同时形成多个齿。

有利的是，扁平金属坯件可以具有在约0.4mm至约1mm之间的厚度。

优选地，在形成齿之后，扁平坯件可以被切割以获得从中心区域径向地延伸的多个穿孔且带齿的瓣片，这些瓣片从该中心区域延伸到自由端，并且通过径向方向上的侧向(横向)空间彼此分离。

有利地，在切割扁平坯件以形成瓣片之后，可以：

-使该扁平坯件成形为半球形，

-将这些瓣片的自由端添加并且固定到至少部分为圆形的基体上。

有利地，刀体可以由不锈钢制成，优选地由304L或316L级的不锈钢制成。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点将从下面结合附图给出的特定实施例的描述中显现出来，其中：

-图1是根据本发明的铰刀的示例性实施例的立体图；

-图2是后续工具工作站的立体图；

-图3是冲头的主视图；

-图4是图3的冲头的侧视图；

-图5是图3的冲头的立体图；

-图6至图8是第二工作站的立体图和剖视图，在该第二工作站上冲压扁平金属坯件以形成齿；

-图9是图8的细部的侧视图；

-图10是图2的工作站在冲压金属坯件以形成齿之后的立体剖视图；

-图11是冲压形成齿后的金属坯件的立体图；

-图12是示出用于制造图1的铰刀的方法的示意性立体图。

具体实施方式

图1示出了铰刀1，所述铰刀1是用于铣削患者的髋臼腔的铣刀。该铰刀1包括具有穿孔壁3的基本上半球形的中空刀体2。通过壁3的变形已经形成了多个齿4。它们的形成更具体地通过在相继的工具中冲压来完成，这将在下文中使用图2至12进行解释。

在所述冲压中，使用如图3至5所示的冲头5。该冲头5包括自由端部5a，该自由端部5a具有设定挤压表面5b，该挤压表面5b的横截面呈半径为R的圆弧形状(图3)。该冲头5旨在以由双箭头6所示的在轴向方向III-III上的双向平移运动被驱动，同时待变形的壁3位于图6所示的平面P1中。因此，在形成齿4的步骤中，挤压表面5b的母线I-I相对于平面P1倾斜(图9)。

在所述冲压中，同时使用如图2所示的砧座7。该砧座7包括设定挤压表面7a，该挤压表面7a也具有半径略大于半径R的圆弧形状的横截面。如图6中更特别地可见的，砧座7的挤压表面7a的母线II-II相对于壁3的不与砧座7接触的面所在的平面P1倾斜。更具体地，平面P1由在壁3中形成的孔10的孔口9限定。

挤压表面5b和7a可以具有不同形状的横截面。例如，可以设想由三个不同半径的连续圆弧组成的横截面，它特别地具有等于和小于第二半径的第一和第三半径。于是，挤压表面5b具有稍微平坦的顶部(而挤压表面7a具有底部)。

在图9的详细视图中，更具体地示出了冲头5和砧座7在形成齿4时的协作，可以看出，砧座7的挤压表面7a的母线II-II和平面P1之间的角度A2小于冲头5的挤压表面5b的母线I-I和平面P1之间的角度A1。这个差值是大约2度。

在图1的铰刀1的制造中，直到形成齿4的步骤，刀体2采取图6中部分地示出的扁平金属坯件11的形式。该扁平金属坯件11设有带有孔口9的孔10。该孔10优选地在相继的工具的前一工作站上制造，并且在该工作站上通过冲压来切削该扁平金属坯件11。孔10限定了平面P1，该平面P1在此与扁平金属坯件11的顶面11a的平面重合。

扁平金属坯件11的厚度E在约0.4mm和约1mm之间。该扁平金属坯件11由304L或316L级不锈钢制成。

在图6中，金属坯件11通过表面11b支承在砧座7上。壁3的一部分8从在壁3中形成的孔9径向并远离该孔9地延伸，并且位于与砧座7的挤压表面7a相对应的位置。

在随后的步骤中，如图7所示，冲头5在轴向方向III-III上基本上与平面P1成直角地朝向砧座7移位(如箭头12所示)。

在该位移中，冲头5使壁3的一部分8塑性地变形，如图8所示。通过材料守恒原理，壁3的变形部分8的邻近孔10的区域8a由于其相对于扁平坯件11的表面11b的突出位移而减薄。

在冲头5的某一行程结束时，壁3的变形部分8的邻近孔10的区域8a被冲头5压靠在砧座7上(图9)。

冲压和随后在冲头5和壁3的变形部分8的区域8a的砧座7之间的挤压提供了壁3的拉伸和减薄以形成齿4。这种减薄赋予适当成形的齿4的自由边缘4a切削能力。通过适当地控制挤压力，实现了在切削特征方面被很好地控制并可重复的减薄，所述切削特征对于所有齿4基本相同。

冲头5和砧座7之间的夹紧提供了齿4的一种局部冷加工(或材料的纤维取向)，它赋予了齿在铰刀1的使用过程中增加的结构强度和更好的随着时间推移的耐久性。

这里，壁3的所有部分8被夹在冲头5的挤压表面5b和砧座7的挤压表面7a之间。然而，有可能夹紧部分8的仅一部分，所述部分从孔10延伸以至少形成齿4的自由边缘4a，从而赋予齿4令人满意的切削性能和结构强度。

从图9中可以看出，由于角度A1和A2之间的差值，形成齿4的部分8的厚度远离齿4的自由边缘4a逐渐增加。

冲头5然后通过与图7中箭头12所示的运动相反的运动从砧座7移开。坯件11然后处于图10所示的构型，然后通过喷射器(顶出器)被从砧座7移除。

图11部分地示出了设有齿4的坯件11，该齿4在面11b上形成突起。

一旦所有的齿4都形成在扁平金属坯件11中，就切削扁平金属坯件，以获得从中心区域14径向延伸的多个穿孔且带齿的瓣片13a至13h，所述瓣片13a至13h从该中心区域14延伸到自由边缘130a至130h。瓣片13a至13h通过径向的侧向空间彼此分开(步骤a)(见图12)。

接下来，在步骤b)中，扁平坯件11成形为半球形。然后，在步骤c)中，瓣片13a至13h的自由端130a至130h被添加并被固定到至少部分为圆形的基体15上。然后，坯件11保持为基本半球形圆顶形状，从而形成能够铣削患者的髋臼腔的刀体2。

本发明不限于已经明确描述的实施例，而是包括包含在以下权利要求范围内的各种变型及其概括。

Claims (8)

1.一种用于制造铰刀(1)的方法，所述铰刀例如为用于铣削患者的髋臼腔的铣刀，该铰刀包括具有穿孔的壁(3)的、基本半球形的中空刀体(2)，所述方法包括通过利用冲头(5)冲压该壁(3)以使该壁(3)的一部分(8)塑性变形而从形成在该壁(3)中的孔(10)径向地并远离该孔地延伸来形成至少一个齿(4)的步骤，其特征在于，在冲压该齿(4)时，通过冲头(5)使该壁(3)的变形部分(8)的邻近该孔(10)的区域(8a)抵靠砧座(7)被挤压并减薄。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：

-该冲头(5)包括具有设定挤压表面(5b)的自由端部(5a)，

-在形成齿(4)的步骤中，该挤压表面(5b)的母线(I-I)相对于由孔(10)的孔口(9)限定的平面(P1)倾斜。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：

-该砧座(7)包括设定挤压表面(7a)，该设定挤压表面的母线(II-II)相对于由孔(10)的孔口(9)限定的平面(P1)倾斜，

-在齿(4)的形成中，砧座(7)的挤压表面(7a)的母线(II-II)与由孔(10)的孔口(9)限定的平面(P1)之间的角度(A2)小于冲头(5)的挤压表面(5b)的母线(I-I)与由孔(10)的孔口(9)限定的平面(P1)之间的角度(A1)，优选地小约2度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于，直至形成齿(4)的步骤，刀体(2)采取穿孔的扁平金属坯件(11)的形式。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，扁平金属坯件(11)的厚度(E)在约0.4mm和约1mm之间。

6.如权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，在形成齿(4)之后，切割扁平坯件(11)以获得从中心区域(14)径向延伸的多个穿孔且带齿的瓣片(13a-13h)，这些瓣片(13a-13h)从所述中心区域延伸到自由端(130a-130h)，并且通过径向的侧向间隔彼此分离。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在切割扁平坯件(11)以形成瓣片(13a-13h)之后：

-将该扁平坯件(11)成形为半球形，

-将这些瓣片(13a-13h)的自由端(130a-130h)添加并且固定到至少部分为圆形的基体(15)上。

8.如权利要求1至7中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述刀体(2)由不锈钢制成，优选地由304L或316L级的不锈钢制成。