一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法与流程

本发明涉及医疗骨科植入物的精密锻造技术领域，特别涉及一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法。

背景技术：

现阶段接骨板一般采用机械加工板材制造，具体过程包括：通过剪切等方式得到接骨板毛坯，经过cnc铣削加工和表面处理，得到满足要求的接骨板产品，该方法存在材料利用率低、cnc加工耗时长、加工设备要求高、加工费用昂贵和接骨板力学性能存在各向异性等问题；随着制造业的发展，对精锻成形零件的要求越来越高，也对精密锻造工艺的研究和发展提出了更高的要求，精密锻造锁扣有两种基本类型，一种是平衡锁扣，另一种是平面锁扣。平衡锁扣多用于生产具有高度差的锻件产品，这类锻件产品分模面不在一个平面上，在锻造过程模具产生偏移，因此需要设计锁扣结构平衡错移力，例如：圆形锁、纵向锁扣。平面锁扣多用于平面分模锻模，包括：四角锁扣、侧面锁扣。

但是现有的技术是通过锻造得到接骨板，在锻造过程中存在定位困难导致锻造过程产品位置不固定，以及锻造过程产生水平错移力，使产品产生错移，影响生产效率，甚至导致产品报废等问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，可以有效解决背景技术中存在定位困难导致锻造过程产品位置不固定，以及锻造过程产生水平错移力，使产品产生错移，影响生产效率，甚至导致产品报废等问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为2～4mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.1mm～0.2mm，实现预锻件的准确定位，平衡了水平方向错移力，减少锻件错移量，提高锻件精度，同时便于生产调试，提高生产效率及保护设备。

优选的，所述凸锁扣的高度为10～20mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1～2mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明精密模锻模具锁扣的设计方法，实现预锻件的准确定位，平衡了水平方向错移力，减少锻件错移量，提高锻件精度，同时便于生产调试，提高生产效率及保护设备。

附图说明

图1为本发明一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法的凸锁扣示意图；

图2为本发明一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法的凹锁扣示意图；

图3为本发明一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法的精密锻造模具锁扣横向截面；

图4为本发明一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法的精密锻造模具锁扣纵向截面。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-4所示的一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为2～4mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.1mm～0.2mm，实现预锻件的准确定位，平衡了水平方向错移力，减少锻件错移量，提高锻件精度，同时便于生产调试，提高生产效率及保护设备。

优选的，所述凸锁扣的高度为10～20mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1～2mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

其中，将锻造模具按照凸锁扣、凹锁扣进行制造加工，保证凸锁扣和凹锁扣之间间隙为4mm，且凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，使得凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.2mm，凸锁扣的高度为10mm，凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角，凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系，设定初始几何接触条件，然后采用有限元分析软件对凸锁扣、凹锁扣成形过程进行数值建模，采用有限元法离散坯料弹塑性体，建立残余应力计算数值分析模型，根据实际工况设置边界条件并进行模拟计算，实际工况包括凸锁扣、凹锁扣尺寸形状、凸锁扣、凹锁扣近等温锻造、模具设备加热温度、润滑条件及锻造速度，上下模具坯料材质为304c，毛坯重0.25kg，坯料加热温度为1050℃，模具材质为35crmo，由计算机模拟结果可知，在弯曲过程中，上模下端恰好卡在凸锁扣、凹锁扣中部，可限制凸锁扣、凹锁扣中部材质向两侧鼓起，此时凸锁扣、凹锁扣相互靠近且凸锁扣和凹锁扣之间间隙为2～4mm，而且大大降低了冷加工难度，制件脱离下模座后即可落料，这样可使上模下模定位准确且锻造过程产品位置固定，保证了锻件内开档的质量，并使操作简便，从成形后的毛坯与加工零件比较来看，锻件采用本发明设计的模具对预成形毛坯进行锻造，平衡了水平方向错移力，减少锻件错移量，提高锻件精度，同时便于生产调试，提高生产效率及保护设备。而采用计算机模拟技术，既可以观察到不同位置的制件形变情况，也可以得到整个锻造过程的应力场、应变场和温度场的演化，更好地了解锻件的成形机理，而且可以预测出凸锁扣、凹锁扣制作时产生的填充不满、折叠等各种锻造缺陷，从而在制定工艺时加以避免，因此，计算机模拟可为实际工艺设计提供理论指导，通过在计算机平台上的反复试验，确定一种有利于保证锻件成形质量、操作简便的锻压工艺。

实施例1

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为2mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.1mm。

优选的，所述凸锁扣的高度为10mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工，作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系。

实施例2

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为2.5mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.1mm。

优选的，所述凸锁扣的高度为10mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系。

实施例3

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为3mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.15mm。

优选的，所述凸锁扣的高度为15mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差1.5mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系。

实施例4

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为3.5mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.2mm。

优选的，所述凸锁扣的高度为20mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差2mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系。

实施例5

一种基于接骨板用精密锻造模具锁扣的设计方法，包括一对凸锁扣、凹锁扣，所述凸锁扣和凹锁扣之间间隙为4mm，所述凹锁扣的工作面与垂线夹角为3～5°，所述凹锁扣的工作面与垂线之间间隙为0.2mm。

优选的，所述凸锁扣的高度为20mm。

优选的，所述凹锁扣的工作面棱角处和凸锁扣的工作面棱角处均开设有2～3mm的圆角。

优选的，所述凸锁扣和凹锁扣之间放置有预锻件，所述凸锁扣之间的距离与预锻件宽度相差2mm，且预锻件覆盖在凸锁扣的上方。

优选的，所述凸锁扣、凹锁扣的制件成品通过三维建模和有限元分析软件进行应力分析，运用三维造型软件建立凸锁扣、凹锁扣及其模具的三维几何模型，并建立模具与初始坯料之间的装配关系，三维造型软件根据锻造过程中上模，下模以及初始坯料的空间几何定位关系建立三者之间的装配关系。

按照上方的实施方案1-5进行加工，期间记录加工调试时间减少量、制件的主应力值、得到的制件错移量以及报废率。

表1通过该方法锻造得到接骨板数据

经测试，按照本发明精密模锻模具锁扣的设计方法，生产胫骨近端锁定接骨板锻件，最终错移量可以控制在0.15mm以内，调试时间减少70％，并且增加锻件的生产效率增加50％，通过机械式检测仪对制件进行检测，并且通过有限元分析结果与检测结果相近。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。