Способ электрохимической обработки стержневых заготовок для производства медицинского инструмента

 

Изобретение относится к электрохимическим методам обработки для производства медицинских инструментов и может быть использовано в стоматологии, нейрохирургии, микрохирургии и других областях, где требуется применение профильного стержневого изделия. Способ включает погружение в электрохимическую обработку заготовок при погружении и извлечении их из ванны с электролитом, причем при электрохимической обработке заготовки равномерно перемещают вдоль ванны и вращают вокруг своей оси, причем анодную плотность тока на заготовках снижают при извлечении их из электролита по сравнению с погружением, но не более чем в 4 раза. Анодную плотность тока на заготовках снижают путем изменения расстояния между заготовками и катодом. В концевых зонах заготовок располагают экраны и/или дополнительные катоды. Экраны и/или дополнительные катоды располагают последовательно и/или параллельно по отношению к основному катоду. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электрохимическим методам обработки для производства медицинских инструментов и может быть использовано в стоматологии, нейрохирургии и других областях, где требуется применение профильного стержневого изделия.

Известен способ электрохимической обработки, реализуемый в устройстве для электрохимического изготовления конусообразных изделий (1).

Способ заключается в том, что отрезки проволоки определенной длины для изготовления заготовок, используемые в качестве анода, помещают внутрь полых цилиндрических катодов. Анодную обработку ведут одновременно в двух ваннах, имеющих относительный перепад электролита, равный величине обработки конической части заготовки. Под электрической нагрузкой заготовок производят изменение уровней электролита в ваннах, при этом концевые участки, дольше подвергавшиеся электрохимической обработке, потеряют больше металла, тем самым создают конусность или конус-цилиндр и т.д.

Получение заготовок различных видов ограничено и изготовление медицинских инструментов из них имеет определенную номенклатуру, например, в стоматологии зонды, шпатели, гладилки и т.д. Изготовление этих типов инструментов не требует значительной дополнительной ручной доработки.

Получение заготовок от партии к партии изменяется, это зависит от квалификации оператора, поддержания постоянных условий проведения процесса.

По данному способу невозможно получать заготовки с утолщениями на концевой части, из которых изготавливают, например, штопферы, некоторые виды ножей и т.д.

Известен способ получения конусообразных изделий электрохимическим методом (2). По данному способу заготовку под напряжением с заданной частотой погружают в электрохимическую ванну с электролитом. При этом с участков, находящихся в электролите дольше, происходит больший съем металла, т.е. большее обнижение диаметра заготовки, тем самым формируют конусность изделий.

Недостатком данного способа является однотипность изделий, низкое качество, цикличность.

Известен способ получения конусообразных изделий, по которому заготовку, используемую в качестве анода, помещают внутрь полого цилиндрического катода и постепенно извлекают из электролита на необходимую высоту (3) (прототип).

Указанный способ имеет ряд недостатков. Так по этому способу не обеспечивается достаточно высокое и стабильное качество готовых заготовок, а следовательно и готового медицинского инструмента.

Причина этого явления состоит в неравномерности съема металла с заготовки при нарушении соосности ее установки.

Работа при высоких плотностях тока при такой схеме невозможна, так как на заготовках в верхней части получается серый черный налет от кислоты и высокой температуры самих заготовок. Кроме того, при извлечении заготовки из ванны с электролитом происходит изменение плотности тока. Обычно плотность тока при окончании процесса увеличивается и получение правильной формы затруднительно.

Изготовление заготовок различных видов ограничено, и получение медицинских инструментов из них имеет определенную номенклатуру, например, в стоматологии зонды, некоторые виды кюреток, гладилки.

По данному способу невозможно получать заготовки с утолщенным кончиком, из которых изготавливают, например, штопферы, экскаваторы и различные инструменты по фарфору и воску. Требуется много времени на переустановку заготовок, съем заготовок и т.д. до 30% времени тратится на подготовительную и не производственную работу.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение номенклатуры изготавливаемого инструмента и повышение производительности.

В способе электрохимической обработки стержневых заготовок для производства медицинского инструмента включающий электрохимическую обработку заготовок при погружении и извлечении их из ванны с электролитом, согласно изобретению при электрохимической обработке заготовки равномерно перемещают вдоль ванны и вращают вокруг своей оси, причем анодную плотность тока на заготовках снижают при извлечении их из электролита по сравнению с погружением, но не более чем в 4 раза.

Анодную плотность тока на заготовках снижают путем изменения расстояния между заготовками и катодом, кроме того в концевых зонах заготовки располагают экраны и/или дополнительные катоды, которые располагают последовательно и/или параллельно по отношению к основному катоду.

Заявляемая совокупность признаков способа позволяет получать заготовки различной формы цилиндрической, конусообразной со сферическим окончанием или утолщенной каплевидной формы, в виде обратного конуса с различной конусностью и т.д. за счет введения в концевой зоне заготовок экранов и/или дополнительных катодов.

Вращение заготовок вокруг своей оси обеспечивает идентичность, правильность и точность получаемых изделий.

Одновременное обрабатывание большого количества заготовок позволяет увеличить производительность.

Соотношение плотности тока не более, чем в 4 раза, обусловлено тем, что процесс доводки или электрополировки при меньших плотностях не дает существенного влияния на конечные размеры. Кроме того, меньшей плотности тока хватает для полировки необработанной цилиндрической формы самой заготовки.

Для осуществления способа применяли пруток из стали 12Х18Н10Т диаметром 2 мм с длиной обрабатываемой части 32 мм. Формирование профиля кончика заготовки обычно не превышало 10-12 мм, так как любой стоматологический инструмент с его профильным окончанием не превышает данной длины.

Для электрохимической обработки применяли электролит на основе фосфорной и серной кислот.

На фиг. 1-5 представлены схемы, с помощью которых реализуют данный способ.

Как видно из схем, в зоне обработки заготовок присутствует вращение заготовок в катодном пространстве, независимо от расположения и формы экранов и/или катодов.

Для осуществления способа применяли катоды в виде пластин, (одной или двух) проходящих по длине ванн.

Заготовки располагали обычно на расстоянии 15-50 мм от катода или располагали в зазоре между двумя пластинами катода.

Для осуществления способа заготовки 1 погружали в ванну 2 с электролитом 3. При обработке заготовок "минус" источника питания 4 подключали к катоду 5, а "плюс" к заготовкам.

Заготовки в зоне обработки подключали параллельно к источнику питания. Заготовки перемещали непрерывно и равномерно вдоль ванны, экрана 6 и катода 7, при необходимости. Заготовки перемещали вдоль ванны в устройстве крепления 8, вращения 9 и токоподвода 10, например, транспортером 11 в виде ценной передачи.

Перед ванной имелась зона загрузки 12 и выгрузки 13 заготовок. Получение конусообразной верхней части заготовок осуществляли за счет погружении заготовок в электролит, а формирование различного профиля концевой части заготовки при помощи экранов и/или катодов, расположенных у концевой части заготовок.

Данный способ подтверждается следующими примерами: Пример 1.

Первоначально заготовки 1 устанавливали в устройство крепления 8, вращения 9 и токоподвода 10. Затем производили перемещение заготовок вдоль ванны 2 транспортером 11. При этом концевую часть заготовок экранировали экраном 6.

В зависимости от конфигурации получаемой заготовки, величины съема металла и формообразования концевой части заготовки, форма экрана и его размеры имели различные геометрические характеристики. Рассмотрим случай, когда необходимо изготовить изделие состоящее из цилиндрической и конической частей, которое представлено на фиг. 1.

Изделие условно можно разбить на 4 участка: необрабатываемый, который идет под запрессовку в ручку инструмента, l_з, электрополировки, придается одинаковый внешний вид со всей остальной поверхностью изделия, l_э; конический, дает плавный переход от одного размера к другому или от одной формы к другой, l_к; рабочий, для каждого изготавливаемого инструмента этот участок имеет свою конфигурацию и размеры, он может быть в виде цилиндра, большой или маленькой оливки, обратного или прямого конуса и т.д. l_р.

На фиг. 2 представлена схема для реализации способа и получения заготовок такого вида.

Заготовки 1 устанавливали в зоне 1 (поз. 12) при этом транспортер 11 вместе с заготовками и устройствами крепления 8 находился в непрерывном равномерном движении. Затем эту заготовку перемещали во II зону. В этой зоне - первого экрана, заготовку погружали в электролит 3 на длину обработки цилиндрической части. После погружения на определенную глубину, заготовку перемещали в следующую зону III, где ее непрерывно продолжали погружать в электролит. В этой зоне производили электрохимичеcкое фрезерование, т.е. анодное растворение металла. Участок l_р дольше всего подвергался анодной обработке и поэтому съем металла был наибольший. Участок по мере опускания заготовки в электролит формировали коническим.

В IV зоне продолжали погружение заготовки в электролит еще на глубину l_э при этом в зоне второго экрана не производили электрохимический процесс.

В зоне V производили электрополировку всего изделия, снятие слоя металла на участке l_э составляло не более 10 мкм.

В последующих зонах, при необходимости, проводили процесс доводки, т.е. обнижение размеров, извлечение изделий из электролита и снятие их.

В VII зоне устанавливали третий экран для того, чтобы предотвратить формирование конусности в сформировавшейся цилиндрической части l_р при полном извлечении изделий, а также уменьшить или увеличить время пребывания заготовок в зоне доводки.

Наиболее важным в электрохимической обработке является процесс электрофрезерования в зоне III. Время прохождения зоны выбирали таким образом, чтобы оно равнялось времени электрохимического фрезерования изделий за счет длины зоны, скорости перемещения заготовок и плотности тока.

Плотность тока составляла 400-700 А/дм² и скорости вращения заготовок около 12 рад/сек. Вращение заготовок не превышало 18 рад/с.

Так как все заготовки подключены параллельно, в том числе в зоне электрополировки и доводки, то напряжение на заготовках одинаково. Поступающий ток на каждой заготовке пропорционален площади контакта заготовки с электролитом.

Уменьшение плотности тока осуществляется за счет увеличения расстояния между заготовками (анодом) и катодом, расстояние увеличивали до трех раз. За счет оммического сопротивления электролита плотность тока уменьшали до 100-175 А/дм², т.е. до четырех раз.

Следует отметить, что ванна с большей плотностью и меньшей плотностью обработки разделена диэлектрической перегородкой.

В данном примере применяли заготовки диаметром 2 мм с длиной обработки 33 мм. Количество заготовок 48. В зоне II заготовки погружали в желоб экрана на глубину 8 мм. Экран представлял собой изделие из диэлектрика с желобом, расположенным вдоль ванны с промежутками в зоне электрофрезерования, полировки и доводки, т.е. первый экран в зоне II, второй в зоне IV, третий зоне VII.

Заготовки перемещали с постоянной скоростью вдоль ванны, которые могли регулировать от 0,5 до 4 мм/с.

Заготовки располагали равномерно по длине ванны и при обработке все они одновременно участвовали в процессе в той или иной зоне, т.е. все заготовки последовательно проходят все зоны и каждая находится в одинаковых условиях. Площадь обработки в процессе не меняется, режим обработки легко поддерживать и регулировать.

Процесс от крепления заготовки до ее съема составлял 20-30 мин.

Таким образом, в процессе электрообработки катод разделен на две части, причем плотность тока на заготовках за счет изменения расстояния между анодами (заготовками) и катодом различна, а экран выполнен из 3-х частей, расположенный последовательно.

Пример 2.

Рассмотрим пример, когда изделие необходимо выполнить в виде конуса, например, изделие для стоматологического зонда. В данном случае l_р 0, т.е. l_р + l_к l_к На фиг. 3 представлена схема для реализации способа и получения заготовок для стоматологического зонда. Для осуществления способа применяли заготовки из нержавеющей стали 12Х18М10Т диаметром 1,5 мм с длиной обработки 45 мм.

Процесс электрофрезерования начинали со II зоны, когда кончик заготовки соприкасался с электролитом, глубину погружения в зоне II производили на 41 мм. Плотность тока составляла 600 А/дм².

В зоне III заготовку погружали еще на 4 мм. Эта зона зона экрана отделяла зону электрофрезерования от зоны электрополировки и доводки.

В IV зоне производили процесс электрополировки на всю глубину погружения заготовки. С этой зоны начинали производить извлечение заготовок из электролита. Зона электрополировки переходит в зону доводки V (условно). В этих зонах увеличивали расстояние между катодом и заготовками в 3 раза, т.е. плотность тока от катода уменьшали около 4 раз. Кроме того, здесь подключали дополнительный электрод, который располагали под заготовками. В процессе доводки его подключали к "минусу" источника питания. На этом участке производили съем металла со всей погруженной поверхности изделия, кроме того, дополнительный электрод способствует получению самой нижней части заготовки с большей крутизной и необходимым заострением.

Благодаря снижению катодной плотности тока и параллельной работе дополнительного электрода добились такой формы изделия, которое дает необходимую жесткость, форму и требуемое острие.

Последовательно-параллельное подключение основного катода и дополнительного электрода способствовало увеличению производительности, так как процесс формирования изделия производили во всей ванне.

Пример 3.

Рассмотрим пример, когда работу основного катода и дополнительного электрода производили параллельно.

На фиг. 4 представлен вид сбоку основного катода, дополнительного электрода и изготавливаемого изделия с экраном.

На фиг. 5 представлена схема для реализации способа получения изделий с утолщенным пикообразным окончанием например, для производства кюреток.

Злектрофрезерование производили при непосредственном влиянии экрана и дополнительного электрод-катода.

При помощи основного катода формировали верхнюю коническую часть за счет перемещения заготовки вдоль катода и ее погружения в электролит. Нижнюю конусообразную часть формировали, в основном, за счет дополнительного электрода, который подключали к "минусу" источника питания.

Плотность тока во время электрофрезерования устанавливали 600-800 А/дм². Для реализации способа применяли заготовки диаметром 2 мм из стали 12Х18Н10Т с длиной обрабатываемой части 36 мм.

Наибольшее утолщение в концевой части (фиг. 4), получаемое при электрофрезеровании заготовок, остается там, где меньше зазор между заготовкой и частями экрана.

Перемещение заготовок проводят таким образом, чтобы эта часть находилась все время у выступов экрана, т.е. угол наклона перемещения заготовок равен углу наклона самого экрана.

Заготовки устанавливали в зоне I. По мере поступления заготовок в зону II, их плавно погружали. При поступательном движении заготовок вдоль экрана производили электрофрезерование, начиная с концевой части. В этом случае работал дополнительный электрод, который формирует коническую часть кодьевидной оливки. После того, как заготовку заглубили до образования копьевидной оливки, то начинали формирование корпусной части от оливки на длину формирования конической части l_к (фиг. 1).

Дополнительный электрод располагали между двумя половинами экрана, расстояние между ним и концами заготовок устанавливали 15-20 мм.

В зоне III без нагрузки производили заглубление еще на глубину примерно на 4 мм для последующей электрополировки всей поверхности заготовки в IV зоне. Зона IV также предназначена для доводки заготовок. Так как готовые инструменты кюретки, имеют различные размеры, то и оливковая часть должна иметь свои размеры. Это связано с последующим изготовлением самого инструмента. Концевую часть заготовки в последующем штампуют, а затем производят заточку.

Доводку на определенный размер проводят следующим образом.

Так как объем снимаемого металла в этой зоне намного меньше, чем в зоне II, то окончательный съем металла регулировали плотностью тока и временем пребывания самой заготовки. Время пребывания можно регулировать изменением скорости подъема в зоне, но это конструктивно сложно, во-первых. Во-вторых, уменьшать или увеличивать зону взаимодействия заготовок с катодом. Это также приводит к усложнению конструкции устройства.

Наиболее простым решением является регулировка плотности тока. С уменьшением нагрузки съем металла уменьшается. В IV зоне заготовки извлекали из электролита и обнижение изделия происходило по всей длине обрабатываемого изделия. При больших плотноcтях тока заготовки обычно перегреваются и на поверхности изделия остается налет от испаряемого электролита. Чтобы этого избежать плотность тока уменьшали в несколько раз. Этого достигали путем изменении расстояния между анодом (заготовками) и катодом.

В данном примере катоды подключали к одному источнику питания, но соединение к катоду в зоне электрополировки и доводки проводили через регулятор тока, в самом простом случае через переменное сопротивление. Необходимо отметить, что регулировку производили в небольших пределах, плотность тока уменьшали не более чем в 1,5-2 раза. Для доводки заготовок обычно применяли изменение расстояния между заготовками и катодом и регулировку тока.

Плотность тока при электрофрезеровании относилась к плотности тока при электрополировке (доводке) не более, чем в 4 раза.

Этого отношения достаточно для регулирования всего процесса, особенно на стадии доводки, т.е. такой регулировки вполне достаточно для получения различных типоразмеров идентичных изделий. Вполне возможно, что это отношение может быть и больше.

Как видно из этого примера, данный способ предусматривает работу катода как параллельно, так и последовательно.

Из всех приведенных примеров видно, что снижение плотности тока более, чем в четыре раза нет необходимости. При такой плотности съем металла значительно снижается и довольно легко его регулировать в процессе электрообработки.

В примерах представлены различные варианты схем для реализации данного способа.

Заготовки получали с высокой чистотой поверхности и точностью изготовления, а также с высокой производительностью при данном процессе изготовления.

Таким образом, данный способ позволяет получать заготовки для изготовления рабочих частей медицинского инструмента различного предназначения, например,зонды, штопферы, экскаваторы, гладилки, ножи и т. д. За счет необходимого процесса изготовления заготовок увеличили производительность и точность изготовления заготовок.

Формула изобретения

1. Способ электрохимической обработки стержневых заготовок для производства медицинского инструмента, включающий электрохимическую обработку заготовок при погружении и извлечении их из ванны с электролитом, отличающийся тем, что при электрохимической обработке заготовки равномерно перемещают вдоль ванны и вращают вокруг своей оси, причем анодную плотность тока на заготовках снижают при извлечении их из электролита по сравнению с погружением, но не более чем в 4 раза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодную плотность тока на заготовках снижают путем изменения расстояния между заготовками и катодом.

3. Способ по пп.1 2, отличающийся тем, что в концевых зонах заготовок располагают экраны и/или дополнительные катоды.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что экраны и/или дополнительные катоды располагают последовательно и/или параллельно по отношению к основному катоду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5