一种嵌入式快速冷却骨科麻花钻及制造方法与流程

本发明涉及骨科麻花钻及加工技术，尤其涉及一种嵌入式快速冷却骨科麻花钻及制造方法。

背景技术

骨钻属于医疗器械的一种，常用于骨折手术中。在手术中，医务人员需利用骨钻，在患者骨面打洞，最终使手术得以完成。已有的研究证明，骨钻的切削力以及切削温度对钻孔的效果存在显著影响。较高切削速度与进给量随可降低骨骼裂纹与对骨骼的热损伤，但相对的对骨钻的磨损与持续散热有着新的挑战。骨骼是复杂的各向异性、多孔和粘弹性复合材料对骨钻的磨损带来切削力与切削效果带来的影响是十分敏感的，因而长时间切削磨损对于手术的效果是有严重危害的。除此之外皮质骨是相对较差的热导体，据估计，在金属切削钻孔加工中，约80％的热量通过断屑带走，而在钻骨过程中大约只有60％的热能可以通过骨碎片耗散掉，然而当温度升高到50℃以上，这可能导致骨坏死，因此骨钻的冷却性能缺陷是钻骨操作对患者造成危害的另一研究方向。

激光选区熔化(slm)技术是一种融合辅助计算机设计、材料加工技术和激光技术的综合制造技术，较传统机械加工对复杂结构具有非常好的成型能力。将slm技术应用于刀具的制造中，可在保证刀具的机械性能的基础上，实现通过对刀具内、外结构的优化大大提高刀具的加工效率与寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种嵌入式快速冷却骨科麻花钻及制造方法。本发明公开的骨科麻花钻降低了骨骼钻孔操作中热量对骨组织的影响，并且切削部与钻身为分体式可拆卸更换结构，实现钻头关键部位的快速维修与更换。

本发明通过下述技术方案实现：

一种嵌入式快速冷却骨科麻花钻，包括依次连接的钻柄1、钻身连接杆6和钻身14；

钻柄1与钻身连接杆6之间具有一连接段，沿连接段的外圆周壁开设有两道冷却水环槽；

沿着钻身14的轴向方向内嵌有一条内循环螺旋冷却水道9；所述内循环螺旋冷却水道9的入水口7位于其中一个冷却水环槽内，出水口8位于另一个冷却水环槽内；

在两道冷却水环槽的外部套设有一可旋转的套环4；在套环4上对应于两道冷却水环槽的位置，分别各设置有一个冷却水入口接头2和一个冷却水出口接头3；

冷却水由冷却水入口接头2进入冷却水环槽内，再由入水口7进入内循环螺旋冷却水道9，最后由出水口8进入与其对应的冷却水环槽内，再由套环4上的冷却水出口接头3流出；

套环4活动嵌套在两道冷却水环槽的外部，构成了可360°旋转输送液体介质的密闭旋转连接结构。

钻身14的端部为切削部12，该切削部12与钻身14为分体式可拆卸结构。

分体式可拆卸结构包括分别对称安装在钻身14端部的两个钻身嵌入平台10；

在两个钻身嵌入平台10的侧面分别设有定位连接孔11；所述切削部12嵌入该两个钻身嵌入平台10之间，并由紧定螺钉5将切削部12通过其上的定位连接孔13与定位连接孔11相互连接，使切削部12固定在钻身14的端部。

内循环螺旋冷却水道9的截面呈三角形；内循环螺旋冷却水道9的迂回部到达钻身14的端部。

本发明嵌入式快速冷却骨科麻花钻的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：根据嵌入式快速冷却骨科麻花钻的类型结构及尺寸对钻身14、内循环螺旋冷却水道9、钻身连接杆6、切削部12进行设计，分别得到切削部12与钻身14的分体式可拆卸结构的三维建模数据，以及得到套环4的机加工数据；

步骤二：根据得到的套环4的尺寸数据，通过传统车削加工获得套环4的加工数据；

步骤三：在利用激光选区熔化技术分别成型钻身14与切削部12时：将设计好的钻身14与切削部12模型导入materialise公司的magics软件加支撑、切片，再将数据导入slm设备；设置好slm成型参数后开始成型；成型结束后，取出嵌入式快速冷却骨科麻花钻的本体与切削部12进行后序热处理及修整工艺；

步骤四：完成后序热处理及修整工艺后，对钻身14与切削部12进行装配：将切削部12嵌入该两个钻身嵌入平台10之间，并由紧定螺钉5将切削部12通过其上的定位连接孔13与定位连接孔11相互连接，使切削部12同轴固定在钻身14的端部。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

套环活动嵌套在两道冷却水环槽的外部，它们之间构成了可360°旋转输送液体介质的密闭旋转连接器；通过外部的输送的冷却液，内循环螺旋冷却水道在不污染患者伤口的前提下实现了骨钻的快速散热。合理的冷却水道设计在保证钻身结构强度的前提下会增大内部结构的湍流效应有助于传热。

切削部在磨损后不再需要具有丰富经验的人员对刀具进行修磨，直接对磨损件进行更换，且激光选区熔化技术所使用的材料均为金属粉末材料，在废弃刀具的回收与再利用方面具有一定经济效益优势。

钻身与其端部的切削部通过slm技术进行各自的独立成型，意味着切削部与钻身可采用不同材料进行激光选区熔化成型从而满足差异性职能带来的差异性性能需求，切削部则选用钛合金材料等较好机械性能材料，并利用pvd(物理气相沉积)进行表面镀tic、ticn等生物相容性材料提高切削部分的耐磨性、硬度等性能，从而满足切削职能的性能需求，而钻身部分则采用价格较低、性能一般的不锈钢材料或者钴铬合金材料等材料来满足导向职能的性能需求。

基于激光选区熔化技术的切削部分、刀身的成型，在结构参数方面更加自由，不同规格的骨钻在slm直接成型后再经过标准的检测与修整就可投入使用。

轧制工艺是一种传统的麻花钻生产工艺，而轧裂率一直是影响生产企业经济效益的问题，基于slm工艺的麻花钻生产则可以在保证钻体晶粒质量和性能的基础上避免轧裂率的影响。

除以上几条概述的优点，激光选区熔化技术在钻身、钻头的轻量化、拓扑化的内部结构设计上有极大的优势与进步。

附图说明

图1为本发明嵌入式快速冷却骨科麻花钻结构示意图。

图2为冷却水环槽及可旋转的套环与内循环螺旋冷却水道的配合结构示意图。

图3为嵌入式快速冷却骨科麻花钻局部透视结构示意图。

图4为切削部局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

本发明公开了一种嵌入式快速冷却骨科麻花钻，包括依次连接的钻柄1、钻身连接杆6和钻身14；

钻柄1与钻身连接杆6之间具有一连接段，沿连接段的外圆周壁开设有两道冷却水环槽；

沿着钻身14的轴向方向内嵌一条内循环螺旋冷却水道9；所述内循环螺旋冷却水道9的入水口7位于其中一个冷却水环槽内，出水口8位于另一个冷却水环槽内；

在两道冷却水环槽的外部套设有一可旋转的套环4；在套环4上对应于两道冷却水环槽的位置，分别各设置有一个冷却水入口接头2和一个冷却水出口接头3；

冷却水由冷却水入口接头2进入冷却水环槽内，再由入水口7进入内循环螺旋冷却水道9，最后由出水口8进入与其对应的冷却水环槽内，再由套环4上的冷却水出口接头3流出；

套环4活动嵌套在两道冷却水环槽的外部，它们之间构成了可360°旋转输送液体介质的密闭旋转连接器。

钻身14的端部为切削部12，该切削部12与钻身14为分体式可拆卸结构。

分体式可拆卸结构包括分别对称安装在钻身14端部的两个钻身嵌入平台10；

在两个钻身嵌入平台10的侧面分别设有定位连接孔11；所述切削部12嵌入该两个钻身嵌入平台10之间，并由紧定螺钉5将切削部12通过其上的定位连接孔13与定位连接孔11相互连接，使切削部12固定在钻身14的端部。

内循环螺旋冷却水道9的截面呈三角形；内循环螺旋冷却水道9的迂回部到达钻身14的端部。内循环螺旋冷却水道9的截面形状，对结构强度与冷却性能均有较大影响，采用三角形截面形状相比传统圆形截面形状下的冷却液流动效果可提升10％～35％。

钻身部分采用价格较低、性能一般的不锈钢材料或者钴铬合金材料等材料来满足导向职能的性能需求。切削部则选用钛合金材料等较好机械性能材料，并利用pvd(物理气相沉积)进行表面镀tic、ticn等生物相容性材料提高切削部分的耐磨性、硬度等性能，从而满足切削职能的性能需求。

本发明嵌入式快速冷却骨科麻花钻的制造方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：根据嵌入式快速冷却骨科麻花钻的类型结构及尺寸对钻身14、内循环螺旋冷却水道9、钻身连接杆6、切削部12进行设计，分别得到切削部12与钻身14的分体式可拆卸结构的三维建模数据，以及得到套环4的机加工数据；

步骤二：根据得到的套环4的尺寸数据，通过传统车削加工获得套环4的加工数据；

步骤三：在利用激光选区熔化技术分别成型钻身14与切削部12时：将设计好的钻身14与切削部12模型导入materialise公司的magics软件加支撑、切片，再将数据导入slm设备；设置好slm成型参数后开始成型；成型结束后，取出嵌入式快速冷却骨科麻花钻的本体与切削部12进行后序热处理及修整工艺；

步骤四：完成后序热处理及修整工艺后，对钻身14与切削部12进行装配：将切削部12嵌入该两个钻身嵌入平台10之间，并由紧定螺钉5将切削部12通过其上的定位连接孔13与定位连接孔11相互连接，使切削部12同轴固定在钻身14的端部。

对装配后的精度等指标进行检查，对套环4与内循环螺旋冷却水道9之间的气密性，以及适配性，根据转动性能等指标进行检查与修整。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。