CN113679463B - 一种环抱式锌合金肋骨接骨板、加工方法及柔性成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环抱式锌合金肋骨接骨板，接骨板采用医用可降解锌合金制造，锌合金的力学强度达到TA1纯钛水平，降解速率适中，腐蚀均匀，无需二次手术，降低了病人的痛苦和医疗费用。还公开了接骨板加工方法，关键步骤采用交叉热温轧制，得到的锌合金板材沿初始轧向与垂直初始轧向的内部组织各向异性程度低，力学性能各向同性程度高，差异小于15%，进一步通过热塑成形得到锌合金肋骨接骨板，其抗弯性能优于TA1工业纯钛肋骨接骨板。还公开了柔性成形装置，可通过调节两个凸模的间距与两个凹模的间距，制备不同厚度、不同宽度肋骨接骨板。将所述凸模与凹模更换为不同侧面边缘曲率、不同长度的凸模与凹模，能够制备不同过渡圆弧曲率与不同长度接骨板。

Description

一种环抱式锌合金肋骨接骨板、加工方法及柔性成形装置

技术领域

本发明涉及可降解金属医疗植入器械及其制备加工技术领域，特别是指一种环抱式锌合金肋骨接骨板、加工方法及成形装置。

背景技术

随着社会发展，车辆逐渐普及，交通事故中受害者多根肋骨骨折导致严重胸部外伤成为常见症状。保守治疗并发症多，采用肋骨接骨板固定逐渐成为趋势，恢复效果得到了广泛认可。

目前，应用于临床治疗的肋骨接骨板由惰性金属制成，实用新型专利（ZL201720848094.7）公开了一种爪形形状记忆合金肋骨接骨板。爪形肋骨接骨板也称为环抱式肋骨接骨板，其特点在于使用环抱爪将接骨板与肋骨进行固定结合，不使用骨钉。手术中，使用特定施夹钳对环抱爪进行弯折，直至紧扣在断裂肋骨上以达到固定效果，此时环抱爪弯曲至接近180°。此类接骨板常见的形状设计如下所述：接骨板主体为板条状，板主体两侧分布着对称的两组环抱爪，环抱爪与接骨板主体呈90°夹角，接骨板由板材深加工制得。同时，环抱爪弯折处应具有良好的塑性以保证手术施夹过程中不发生断裂，并在进一步弯折后依然保持足够的力学性能，使肋骨与接骨板牢固结合。

现有的惰性医用金属制成的接骨板符合强度和形状的要求，但是需要二次手术取出，带来了手术风险，增加了病人的痛苦和医疗费用。此外，惰性金属肋骨接骨板没有生物活性，难以发挥促进骨组织再生的医学功能。

可降解材料中，可降解金属的强度远高于高分子材料，实用新型专利（ZL201520145649.2）公开了一种生物可降解镁合金爪形肋骨接骨板。但是镁合金腐蚀过快并产生氢气，导致接骨板存在提前失效的风险。

同时，患者的不同年龄、不同体型、不同受伤部位会导致其肋骨尺寸存在差异，因此需要不同尺寸型号的接骨板。实用新型专利（CN201642285U）提出了不同长、宽、高与环抱爪数量的型号分类。使用传统方法制备不同尺寸的接骨板需要相对应的多个模具，这增加了设计与制造的成本，且难以进行接骨板的优化改良。

发明内容

本发明提供了一种环抱式锌合金肋骨接骨板、加工方法及柔性成形装置，惰性医用金属制成的接骨板具有以下问题，需要二次手术取出，带来了手术风险，增加了病人的痛苦和医疗费用；可降解镁合金的接骨板具有以下问题，镁合金腐蚀过快并产生氢气，导致接骨板存在提前失效的风险；传统方法制备具有以下问题，设计与制造的成本高，难以进行接骨板的优化改良。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

本发明实施例提供一种环抱式锌合金肋骨接骨板，所述接骨板呈环抱式，所述接骨板为医用可降解锌合金材质。

优选地，所述接骨板包括板主体和连接在所述板主体两侧对称分布的环抱爪，在自然状态下，所述板主体与所述环抱爪之间呈80~100°夹角，在植入状态下，所述板主体与所述环抱爪之间呈140~180°夹角。

优选地，在所述板主体上位于所述板主体中心线与所述环抱爪中心线的交汇处设有锁定孔。

优选地，所述环抱爪远离所述板主体的端部设置为圆弧状结构，所述环抱爪与所述板主体连接处呈圆弧过渡连接。

本发明实施例提供一种环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，所述加工方法用于制造所述的环抱式锌合金肋骨接骨板，所述加工方法包括铸造、交叉热温轧制、肋骨接骨板毛坯的加工、柔性成形和表面处理。

优选地，所述铸造包括：

根据合金成分配置高纯金属原料，将所述原料置入熔炼设备中进行熔炼，熔体精炼温度为500~750°C，精炼保温5~15分钟后，将熔体浇注入石墨、钢材等支撑的模具中，冷却得到锌合金铸锭。

优选地，所述交叉热温轧制包括交叉热轧和交叉温轧；

所述交叉热轧包括：锌合金铸锭在210~380°C轧制至少2道次，单道次变形量为10~60%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，得到锌合金热轧板；

所述交叉温轧包括：将锌合金热轧板在80~200°C轧制至少2道次，单道次变形量为20~70%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，交叉温轧后，淬火将板材的温度迅速降到室温，得到锌合金板材。

优选地，所述肋骨接骨板毛坯的加工包括：

据毛坯图纸切割锌合金板材获得毛坯外形，加工出锁定孔，得到接骨板毛坯。

优选地，所述柔性成形包括：

将柔性成形装置与接骨板毛坯放入100~300°C加热炉中预热5~20分钟；

将接骨板毛坯放置在所述柔性成形装置内后，放置在加热炉中进行等温热塑成形，成形温度为100~300°C，成形速率为10^-5~10^-1s^-1，10分钟~5小时后，接骨板紧贴凹模，环抱爪弯折80~100°，热塑成形结束；

取出接骨板成品，冷却至室温。

本发明实施例提供一种环抱式锌合金肋骨接骨板柔性成形装置，所述柔性成形装置得以用于加工所述的环抱式锌合金肋骨接骨板，所述柔性成形装置得以应用于环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法中的柔性成形过程中，所述柔性成形装置包括两个对称分布的上模座，在两个所述上模座上安装有可调节两个所述上模座之间距离的上模座螺杆，在每个所述上模座的下部安装有凸模；

还包括两个对称分布的下模座，在两个所述下模座上安装有可调节两个所述下模座之间距离的下模座螺杆，在每个所述下模座的上部安装有凹模，在所述下模座螺杆的中心处设置有导柱，所述导柱得以穿过位于所述上模座螺杆上的限位孔；

所述凸模与所述凹模之间形成成型腔；

保持两个所述下模座的间距不变，调整两个所述上模座的间距，得以改变凸模与凹模之间所夹的间隙距离，改变接骨板的厚度；协同调整两个所述上模座的间距与两个所述下模座的间距，保持凸模与凹模之间的间隙距离不变，同时改变两个所述凸模的间距与两个所述凹模的间距，改变接骨板主体的宽度。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

上述方案中，环抱式锌合金肋骨接骨板采用医用可降解锌合金制造环抱式肋骨接骨板，锌合金的力学强度达到TA1纯钛水平，降解速率适中，腐蚀均匀，避免了现有惰性金属肋骨接骨板需要二次手术取出的问题，不需要二次手术取出，显著降低了病人的痛苦和医疗费用；

环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法采用交叉热温轧制工艺加工接骨板，交叉热温轧制得到的锌合金板材，其沿初始轧向与垂直初始轧向的内部组织各向异性程度低，力学性能各向同性程度高，差异小于15%，制得的锌合金肋骨接骨板的抗弯性能优于TA1工业纯钛肋骨接骨板；

柔性成形装置的上模座与下模座的移动是相互独立的，互不影响；保持两个下模座的间距不变，调整两个上模座的间距，改变凸模与凹模之间所夹的间隙距离，该距离对应着肋骨接骨板的厚度，可调节范围为0~3mm，由此实现制备不同厚度肋骨接骨板的功能。协同调整两个上模座的间距与两个下模座的间距，可在保持凸模与凹模之间所夹的间隙距离不变的情况下，同时改变两个凸模的间距与两个凹模间距，该间距对应了接骨板主体的宽度，可调节范围为5~30mm，由此实现制备不同宽度接骨板的功能。将所述凸模与凹模更换为不同侧面边缘曲率、不同长度的凸模与凹模，由此实现制备不同过渡圆弧曲率与不同长度接骨板的功能，曲率范围为3~6mm^-1，长度范围为20~200mm，可制备出多种尺寸型号的肋骨接骨板，提高迭代设计的效率，适用患者与损伤程度的范围广；导柱能够对上模座、凸模与接骨板毛坯在竖直方向上的运动进行限位，使其在热塑成形过程中不发生水平方向的偏移，保证了成形的精确性，成形效果好，尺寸精度高。

附图说明

图1为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板的接骨板毛坯图；

图2a为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板的主视图；

图2b为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板的左视图；

图2c为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板的俯视图；

图3为本发明的环抱式Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的产品图；

图4为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法的流程图一；

图5为本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法的流程图二；

图6为本发明的环抱式Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的微观组织；

图7为三种金属肋骨接骨板生物力学试验的力-位移曲线；

图8为本发明的柔性成形装置的主视图；

图9为本发明的柔性成形装置的立体图。

附图标记：

11、板主体；12、环抱爪；

20、上模座；21、上模座螺杆；22、导柱；23、下模座；24、下模座螺杆；25、凸模；26、凹模。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1、图2a、图2b、图2c和图3所示的，本实施例提供了一种环抱式锌合金肋骨接骨板，所述接骨板呈环抱式，所述接骨板为医用可降解锌合金材质。本实施例的环抱式锌合金肋骨接骨板采用医用可降解锌合金制造环抱式肋骨接骨板，锌合金的力学强度达到TA1纯钛水平，降解速率适中，腐蚀均匀，避免了现有惰性金属肋骨接骨板需要二次手术取出的问题，不需要二次手术取出，显著降低了病人的痛苦和医疗费用。

本实施例的所述接骨板包括板主体11和连接在所述板主体11两侧对称分布的环抱爪12，板主体11长度为20~200mm、宽度为5~30mm、厚度为0.7~2.0mm，环抱爪12长度为8~16mm，环抱爪12与所述板主体11连接处呈圆弧过渡连接，曲率为3~6mm^-1。在自然状态下，所述板主体11与所述环抱爪12之间呈80~100°夹角，在植入状态下，环抱爪12在接骨板施夹钳的施力下进一步弯折至紧扣住肋骨，所述板主体11与所述环抱爪12之间呈140~180°夹角。在所述板主体11上位于所述板主体11中心线与所述环抱爪12中心线的交汇处设有锁定孔，所述环抱爪12远离所述板主体11的端部设置为圆弧状结构，所述环抱爪12与所述板主体11连接处呈圆弧过渡连接，曲率为3~6mm^-1。本实施例的接骨板的尺寸设计可以应用于不同年龄段病人与不同损伤程度的肋骨修复；锁定孔能够在热塑成形过程中提供限位功能，保证接骨板成形的精确性；环抱爪12端部设置为圆弧状结构，与带尖角的形状相比，有效缓解应力腐蚀，减弱对生物组织的刺激；环抱爪12与所述板主体11连接处呈圆弧过渡连接，能够有效缓解应力集中，提高器件的抗断裂能力。

本发明的所述接骨板为医用可降解锌合金材质，医用可降解锌合金材质包括Zn，还包括Mn、Mg、Li、Ti、Cu、Ca、Sr、Fe、Ag、Zr、Ge、Nd、Y、La、Ce、Pr中的至少一种。合金化元素的含量为（默认为质量分数）：Mn 0~10%，Mg 0~10%，Li 0~5%，Ti 0~2%，Cu 0~10%，Ca 0~5%，Sr0~5%，Fe 0~5%，Ag 0~10%，Zr 0~5%，Ge 0~5%，Nd 0~5%，Y 0~5%，La 0~10%，Ce 0~10%，Pr 0~10%且不同时为0。加入Mn、Cu和Ag能够提高轧板的塑性成形能力，加入Mg、Li、Cu、Ca和Fe能够提高肋骨接骨板的强度，加入Ti、Zr和Ge能够提高肋骨接骨板的降解均匀性，加入Mg、Ca、Sr提高促成骨性能。

实施例二

如图4所示的，本实施例提供了一种环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，所述加工方法用于制造环抱式锌合金肋骨接骨板，所述加工方法包括铸造、交叉热温轧制、肋骨接骨板毛坯的加工、柔性成形和表面处理。本实施例采用交叉热温轧制工艺加工接骨板，交叉热温轧制得到的锌合金板材，其沿初始轧向与垂直初始轧向的内部组织各向异性程度低，力学性能各向同性程度高，差异小于15%，制得的锌合金肋骨接骨板的抗弯性能优于TA1工业纯钛肋骨接骨板。

如图5所示的，本实施的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法还可以包括涂覆药物涂层步骤。

实施例三

再如图4所示的，本发明提供了一种环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，加工方法包括：

S1、所述铸造，根据合金成分配置高纯金属原料，将所述原料置入熔炼设备中进行熔炼，熔体精炼温度为500~750°C，精炼保温5~15分钟后，将熔体浇注入石墨、钢材等支撑的模具中，冷却得到锌合金铸锭。优选将所述原料置入真空感应熔炼炉等熔炼设备中。

S2、所述交叉热温轧制包括交叉热轧和交叉温轧；

所述交叉热轧包括：所述锌合金铸锭在210~380°C轧制至少2道次，单道次变形量为10~60%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，得到锌合金热轧板；显著降低了热轧板内部组织各向异性程度，显著提高了热轧板力学性能的各向同性程度；

所述交叉温轧包括：将锌合金热轧板在80~200°C轧制至少2道次，单道次变形量为20~70%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，交叉温轧后，淬火将板材的温度迅速降到室温，得到锌合金板材，锌合金板材沿初始轧向与垂直初始轧向的内部组织各向异性程度低，力学性能各向同性程度高，差异小于15%；

锌合金铸锭在交叉热温轧制过程中，锌晶粒由于在轧制过程中发生了动态再结晶，尺寸（默认为等效直径）被细化至小于10mm；锌晶粒的形态以等轴晶（即晶粒的长/宽比≤2）为主，等轴晶的比例大于90%。

所述交叉热温轧制特别适合制备高强高塑的过共晶Zn-Li基锌合金（Li含量大于0.44%，默认为质量分数）板材。交叉热轧过程同时细化了软的金属Zn相和硬的金属间化合物LiZn₄相的晶粒组织，在交叉温轧过程中不仅在Zn相诱发

相变形成纳米网状LiZn₄析出相，还在LiZn₄相中诱发

相变形成针状Zn析出相，同时实现Zn相强化和LiZn₄相塑化，使得上述双相均具有高强高塑的性能。得到了高强高塑的过共晶Zn-Li基锌合金板材，其室温延伸率大于20%，适于深加工为肋骨接骨板。作为对比，现有的热轧的过共晶Zn-Li基锌合金板材的塑性很差，其室温延伸率小于5%，难以深加工为肋骨接骨板。

S3、所述肋骨接骨板毛坯的加工包括：据毛坯图纸切割锌合金板材获得毛坯外形，加工出锁定孔，得到接骨板毛坯。具体地，据毛坯图纸，利用线切割等方式加工出毛坯外形，用台式钻床等工具加工出锁定孔。

S4、柔性成形包括：

将柔性成形装置与接骨板毛坯放入100~300°C加热炉中预热5~20分钟；

将接骨板毛坯放置在所述柔性成形装置内后，放置在加热炉中进行等温热塑成形，成形温度为100~300°C，成形速率为10^-5~10^-1s^-1，10分钟~5小时后，接骨板紧贴凹模26，环抱爪12弯折80~100°，热塑成形结束；

取出接骨板成品，冷却至室温。

具体地，将柔性成形装置调节至与接骨板相对应的特定尺寸，安装特定尺寸的凸模25与凹模26，将接骨板毛坯放入100~300°C加热炉中预热5~20分钟。对凸模25和凹模26喷洒脱模剂，便于成形后的脱模。将肋骨接骨板毛坯放置于下模座23的上面，将导柱22穿过接骨板的锁孔，组装上模座20，使导柱22穿过位于上模座螺杆21上的限位孔。柔性成形装置和接骨板放在加热炉中进行等温热塑成形，成形温度为100~300°C，成形速率为10^-5~10^-1s^-1。10分钟~5小时后，肋骨接骨板紧贴凹模26，环抱爪12完成80~100°弯折，热塑成形结束。将上模座20取下，取出肋骨接骨板成品，冷却至室温。

S5、表面处理，用砂纸打磨接骨板成品表面至具有新鲜金属光泽，磨去加工过程中引入的尖锐边缘，用水进行清洗，得到具有低粗糙度洁净表面的肋骨接骨板，肋骨接骨板作为植入器件，发挥了锌合金本身具备的促成骨效果。

如图5所示的，本实施例的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法还可以包括涂覆药物涂层；

S6、涂覆药物涂层，在所述接骨板表面添加聚乳酸洗脱涂层，涂层的厚度为10~30mm，同时添加具有促进成骨细胞增殖效果的生物活性物质如骨形成蛋白、甲状旁腺激素等。

具体地，在涂覆药物涂层过程中，本实施例的医用可降解锌合金肋骨接骨板表面进行治疗性药物和涂层的涂覆，涂层的厚度为20mm，为聚乳酸洗脱涂层，同时添加具有促进成骨细胞增殖效果的骨形成蛋白。

本发明的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法利用交叉热温轧制技术，能够制备出高强高塑、组织性能各向异性小的锌合金板材，由它制成的肋骨接骨板力学支撑能力强、降解均匀性高，能够很好实现肋骨修复。

本实施例提供了应用于加工厚度1.2mm、板主体11宽度15mm、Zn-0.5Li环抱式锌合金的肋骨接骨板的加工方法，加工方法包括：

S1、铸造制得如表1成分的锌合金铸锭，在熔炼锌合金时采用变质处理、磁搅拌等方式对铸态锌合金晶粒进行初步细化，得到锌合金铸锭。所述合金成分默认为质量分数；

S2、采用交叉热温轧制的塑性变形方法，将锌合金铸锭热轧为板材，热轧温度为350°C，温轧温度为100°C，每一个道次将轧板旋转90°。控制其总塑性变形量大于90%，得到平均晶粒尺寸（等效直径）小于10mm的所述锌合金板材，板材的厚度为1.2mm。对锌合金板材沿初始轧向与垂直初始轧向进行力学测试，材料在两个方向上的抗拉强度、屈服强度与塑性的差异小于10%；

S3、利用线切割方法切割锌合金板材，再利用台式钻床加工出锁定孔，获得肋骨接骨板毛坯；

S4、利用柔性成形装置，柔性成形装置尺寸匹配厚度1.2mm、板主体11宽度15mm的肋骨接骨板。利用加工方法的实施例三所述的加工方法，将接骨板毛坯进行等温热塑成形，得到肋骨接骨板成品；

S5、处理接骨板的表面，消除加工残留和表面附属物。具体地，用砂纸打磨接骨板的表面至具有新鲜金属光泽，并磨去加工过程中引入的尖锐边缘，再用水清洗。

本实施例的接骨板的实物形状如图3所示，制品的表面光洁、无毛刺。显微组织如图6所示，合金由等轴Zn晶粒组织和Zn+LiZn₄片层组织构成，其中Zn晶粒组织的平均晶粒尺寸（即等效直径）为9.0±1.0mm，Zn+LiZn₄片层组织片层间距为0.51±0.10mm。

本实施例的肋骨接骨板与同尺寸的TA1、纯Zn肋骨接骨板进行生物力学弯曲测试，结果如图7所示。Zn-0.5Li合金肋骨接骨板的抗弯性能明显优于纯Zn肋骨接骨板，也优于TA1工业纯钛肋骨接骨板，压头下压10mm后未发生断裂，抗弯性能良好。根据标准GB10124-88，将该肋骨接骨板在模拟体液中进行30天的体外降解测试，发现它的降解均匀，30天内腐蚀速率为20~80mm/y。

使用传统单向热轧工艺对Zn-0.5Li、Zn-0.8Li、Zn-0.5Li-0.1Ca、Zn-0.5Li-0.5Mg、Zn-0.8Li-0.1Ca、Zn-0.8Li-0.5Mg合金铸锭进行加工，热轧温度为300°C，形变量90%。线切割得到肋骨接骨板毛坯，切割时使环抱爪12方向沿轧板的轧向。尽管切割时已使环抱爪12对塑性有要求的方向沿轧板的轧向，但热轧工艺导致锌合金本身塑性较差，小于5%，部分肋骨接骨板毛坯在热塑过程中发生脆断。对于其余能够正常成形的肋骨接骨板，在进行生物力学弯曲测试中，由于接骨板的板主体11受到了垂直于轧板轧向的弯曲应力，而合金垂直于轧向的塑性进一步劣于沿轧向的塑性40%以上，肋骨接骨板在试验过程中断裂，无法起到固定断裂肋骨的效果。本实施例的肋骨接骨板加工方法加工出的接骨板的不会发生断裂，抗弯性能良好。

将本实施例的Zn-0.5Li锌合金肋骨接骨板植入成年羊体内（55kg）。首先对实验羊的第七肋骨进行45°斜切，然后使用本实施例的肋骨接骨板对断裂的肋骨进行固定。手术后使用X射线对肋骨接骨板植入部位进行观察，发现肋骨接骨板在X射线下具有良好的可视性。实验期间定期检查实验羊的活动行为与生理状况，未发现异常。3个月后取出部分实验羊的第七肋骨与接骨板，对肋骨进行组织学评价并评估接骨板情况。发现接骨板与肋骨的骨整合水平良好，未出现接骨板松动或失效的情况，环抱爪12弯折处无裂纹，接骨板已经开始降解。肋骨断裂处有明显的新生骨组织与血管长入，皮质桥接水平良好，骨体积分数恢复至接近正常水平。6个月后取出剩余实验羊的第七肋骨与接骨板，发现接骨板进一步降解，骨折线基本消失。说明环抱式医用可降解锌合金肋骨接骨板在能够为受损骨提供稳定力学支撑，保持力学性能至受损肋骨完全恢复，且能够在体内逐渐降解。

表1锌合金铸锭成分表

实施例四

如图8-图9所示的，本实施例提供一种环抱式锌合金肋骨接骨板柔性成形装置，所述柔性成形装置得以用于加工所述的环抱式锌合金肋骨接骨板，所述柔性成形装置得以应用于环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法中的柔性成形过程中，所述柔性成形装置包括两个对称分布的上模座20，在两个所述上模座20上安装有可调节两个所述上模座20之间距离的上模座螺杆21，在每个所述上模座20的下部安装有凸模25；还包括两个对称分布的下模座23，在两个所述下模座23上安装有可调节两个所述下模座23之间距离的下模座螺杆24，在每个所述下模座23的上部安装有凹模26，在所述下模座螺杆24的中心处设置有导柱22，优选导柱22直径为0.5~2mm，所述导柱22得以穿过位于所述上模座螺杆21上的限位孔；所述凸模25与所述凹模26之间形成成型腔；保持两个所述下模座23的间距不变，调整两个所述上模座20的间距，得以改变凸模25与凹模26之间所夹的间隙距离，改变接骨板的厚度；协同调整两个所述上模座20的间距与两个所述下模座23的间距，保持凸模25与凹模26之间的间隙距离不变，同时改变两个所述凸模25的间距与两个所述凹模26的间距，改变接骨板主体11的宽度。

本实施例的柔性成形装置，上模座20与下模座23的移动是相互独立的，互不影响；保持两个下模座23的间距不变，调整两个上模座20的间距，改变凸模25与凹模26之间所夹的间隙距离，该距离对应着肋骨接骨板的厚度，可调节范围为0~3mm，由此实现制备不同厚度肋骨接骨板的功能。协同调整两个上模座20的间距与两个下模座23的间距，可在保持凸模25与凹模26之间所夹的间隙距离不变的情况下，同时改变两个凸模25的间距与两个凹模26间距，该间距对应了接骨板主体11的宽度，可调节范围为5~30mm，由此实现制备不同宽度接骨板的功能。将所述凸模25与凹模26更换为不同侧面边缘曲率、不同长度的凸模25与凹模26，由此实现制备不同过渡圆弧曲率与不同长度接骨板的功能，曲率范围为3~6mm^-1，长度范围为20~200mm，本实施例的柔性成形装置可进行任意调节，可制备出多种尺寸型号的肋骨接骨板，提高迭代设计的效率，适用患者与损伤程度的范围广；本实施例的导柱22能够对上模座20、凸模25与接骨板毛坯在竖直方向上的运动进行限位，使其在热塑成形过程中不发生水平方向的偏移，保证了成形的精确性，成形效果好，尺寸精度高。

具体地，两个上模座20由水平设置的上模座螺杆21进行连接，利用上模座螺杆21实现上模座20的水平移动，得以改变两个上模座20的间距，利用螺母进行位置固定；两个下模座23由水平设置的下模座螺杆24进行连接，利用下模座螺杆24实现下模座23的水平移动，得以改变两个下模座23的间距，利用螺母进行位置固定。凸模25与上模座20可通过螺栓或榫卯等结构进行连接，凹模26与下模座23可通过螺栓或榫卯等结构进行连接。

具体地，凸模25与凹模26的形状与位置是相对应的，两个凸模25的底面轮廓围成一个矩形，两个凹模26的底面轮廓也围成一个矩形，矩形的长边对应接骨板主体11的长度，矩形的宽边对应接骨板主体11的宽度。凸模25与凹模26的侧面边缘均为弧形，弧度保持一致，曲率为3~6mm^-1，该曲率对应接骨板热塑成形后板主体11与环抱爪12连接段圆弧的曲率。

本实施例的上模座20与凸模25的自重均为0.5~5kg；施加方式包括液压、在上模座20放置重物等。柔性成形装置选用15CrMo、12Cr1MoV、16Mo、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V等牌号的耐热钢中的一种或几种制备而成。

实施例五

本发明的柔性成形装置的应用实施例：

通过上模座螺杆21与下模座螺杆24调节柔性成形装置的尺寸，安装侧面边缘曲率3mm^-1、长度40mm的凸模25，使之匹配厚度1mm、板主体11宽度11mm、过渡圆弧曲率3mm^-1、长度20mm的接骨板；

将柔性成形装置和对应尺寸的接骨板毛坯放入200°C加热炉中预热15分钟，取出后对凸模25和凹模26喷洒脱模剂；

将接骨板毛坯放置于下模座23上，使接骨板的锁定孔穿过导柱22以保证接骨板位置准确，将上模座20与凸模25压在接骨板毛坯上，同时使导柱22穿过上模座螺杆21的限位孔，保证上模座20与凸模25在下压过程中始终沿竖直方向；

将组合后的接骨板毛坯和柔性成形装置放置在高温电阻炉中，对肋骨接骨板进行等温热塑成形，依靠上模座20与凸模25的自重进行下压。成形温度为300°C，应变速率为10^{- 4}s^-1，成形持续30分钟后，接骨板已经紧贴下模座23，热塑成形结束；

将上模座20取下，取出接骨板成品，冷却至室温，环抱爪12无回弹现象。由此得到了适用于较小尺寸、受损程度较低肋骨的接骨板。

实施例六

本发明的柔性成形装置的另一种应用实施例：

通过上模座螺杆21与下模座螺杆24调节柔性成形装置的尺寸，安装侧面边缘曲率5mm^-1、长度100mm的凸模25，使之匹配厚度1.5mm、板主体11宽度15mm、过渡圆弧曲率5mm^-1、长度100mm的肋骨接骨板。按前述实施例一的方式对接骨板毛坯进行加工，得到适用于较大尺寸、受损程度较高肋骨的接骨板。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，其特征在于，所述加工方法用于制造环抱式锌合金肋骨接骨板，所述接骨板呈环抱式，所述接骨板为医用可降解锌合金材质；所述接骨板包括板主体和连接在所述板主体两侧对称分布的环抱爪，在自然状态下，所述板主体与所述环抱爪之间呈80~100°夹角，在植入状态下，所述板主体与所述环抱爪之间呈140~180°夹角；在所述板主体上位于所述板主体中心线与所述环抱爪中心线的交汇处设有锁定孔；所述环抱爪远离所述板主体的端部设置为圆弧状结构，所述环抱爪与所述板主体连接处呈圆弧过渡连接；

所述加工方法包括铸造、交叉热温轧制、肋骨接骨板毛坯的加工、柔性成形和表面处理；

所述交叉热温轧制包括交叉热轧和交叉温轧；

所述交叉热轧包括：锌合金铸锭在210~380°C轧制至少2道次，单道次变形量为10~60%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，得到锌合金热轧板；

所述交叉温轧包括：将锌合金热轧板在80~200°C轧制至少2道次，单道次变形量为20~70%，每隔1~2道次将轧板旋转30~90°送入轧机，使得旋转前后轧板的轧向夹角为30~90°，交叉温轧后，淬火将板材的温度迅速降到室温，得到锌合金板材。

2.根据权利要求1所述的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，其特征在于，所述铸造包括：

根据合金成分配置高纯金属原料，将所述原料置入熔炼设备中进行熔炼，熔体精炼温度为500~750°C，精炼保温5~15分钟后，将熔体浇注入石墨或钢材支撑的模具中，冷却得到锌合金铸锭。

3.根据权利要求1所述的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，其特征在于，所述肋骨接骨板毛坯的加工包括：

据毛坯图纸切割锌合金板材获得毛坯外形，加工出锁定孔，得到接骨板毛坯。

4.根据权利要求1所述的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法，其特征在于，所述柔性成形包括：

将柔性成形装置与接骨板毛坯放入100~300℃加热炉中预热5~20分钟；

将接骨板毛坯放置在所述柔性成形装置内后，放置在加热炉中进行等温热塑成形，成形温度为100~300℃，成形速率为10^-5~10^-1s^-1，10分钟~5小时后，接骨板紧贴凹模，环抱爪弯折80~100°，热塑成形结束；

取出接骨板成品，冷却至室温。

5.一种环抱式锌合金肋骨接骨板柔性成形装置，其特征在于，所述柔性成形装置得以用于加工环抱式锌合金肋骨接骨板，所述柔性成形装置得以应用于如权利要求1~4任意一项所述的环抱式锌合金肋骨接骨板加工方法中的柔性成形过程中，所述柔性成形装置包括两个对称分布的上模座，在两个所述上模座上安装有可调节两个所述上模座之间距离的上模座螺杆，在每个所述上模座的下部安装有凸模；

还包括两个对称分布的下模座，在两个所述下模座上安装有可调节两个所述下模座之间距离的下模座螺杆，在每个所述下模座的上部安装有凹模，在所述下模座螺杆的中心处设置有导柱，所述导柱得以穿过位于所述上模座螺杆上的限位孔；

所述凸模与所述凹模之间形成成型腔；

保持两个所述下模座的间距不变，调整两个所述上模座的间距，得以改变凸模与凹模之间所夹的间隙距离，改变接骨板的厚度；协同调整两个所述上模座的间距与两个所述下模座的间距，保持凸模与凹模之间的间隙距离不变，同时改变两个所述凸模的间距与两个所述凹模的间距，改变接骨板主体的宽度。

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