纳米陶瓷手术刀刃磨技术与装备的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域。尤其涉及一种纳米陶瓷手术刀的刃磨技术与装备。

背景技术：

传统钢制一次性手术刀在使用和加热消毒时易腐蚀、钝化，寿命低；金刚石手术刀加工工艺复杂，透明，操作困难，价格昂贵。纳米陶瓷手术刀刃口锋利，无磁，无毒，无静电，寿命长，防腐蚀，具有生体组织相容性，精度高，刀口可快速愈合，术后无明显切痕，易于操作，可在高温下使用，且能够多次重复使用，永不磨损，成本适中。在眼科、整形科、血管手术、显微外科、神经外科、植皮手术等领域有很广泛的应用前景。但是纳米陶瓷硬度极高，虽然韧性较普通陶瓷提高很多，但较普通手术刀的cr6材质而言，韧性仍很低，在对刃口磨削时极易发生崩刃，因此传统加工方法成品率很低，致使纳米陶瓷手术刀价格很高。本发明将elid磨削技术用于制备纳米陶瓷手术刀，自行研制刃磨夹具，对纳米陶瓷手术刀的表面质量、刃口半径进行加工，成功制备出合格的纳米陶瓷弧形刃手术刀，并实现小批量生产。

技术实现要素：

传统手术刀一般用3cr13和4cr13马氏体不锈钢以及9cr18不锈弹簧钢等制造，其制造工艺方法是采用锻压方法进行批量生产；但是纳米陶瓷手术刀硬度较高，脆性较大，因此传统纳米陶瓷手术刀的制造方法不适于生产纳米陶瓷手术刀。

传统磨削方法在磨削纳米陶瓷手术刀时存在如下一些缺点：

易崩刃。由于磨床主轴旋转精度较低，进给速度不平稳，磨削加工时砂轮对刃口的冲击会造成刃口崩刃。

精度低。表面粗糙度达到ra0.2μm,刃口半径1.3-2.5μm。

效率低。由于采用通用夹具，每次只能磨削一个手术刀，因此磨削效率低。

成品率低。普通磨削方法对刃口的冲击造成崩刃，刀具成品率较低，成本很高。

在普通夹具上只能磨削直刃手术刀，对弧形刃手术刀不能磨削。

由于传统磨削方法存在易崩刃、效率低、成本高等缺点，因此为解决上述问题，提出用在线电解磨削技术（elid，electrolyticin-processdressing）加工手术刀刃口，由于elid磨削砂轮表面覆盖一层氧化膜，该氧化膜有效的隔离了机床主轴的振动，因此避免了振动对刃口的冲击，有效解决了刃口崩刃问题，提高了纳米陶瓷手术刀的成品率。同时氧化膜本身富含α-氧化铁抛光剂，具备抛光作用，能进一步提高刃口磨削精度，利用elid磨削技术实现了高精度刃磨，刃口半径达到200nm，刃口粗糙度达到6nm。并自行设计制造一套工艺装备，同时满足高效率要求，利用该套工艺装备，一套设备一次装夹能同时刃磨18-36个手术刀，因此能够大幅降低纳米陶瓷手术刀制作成本。

本发明是这样实现的：

首先利用自制的超声加工工具在超声加工设备上加工图1中手术刀的安装槽。并粗磨手术刀两侧面，用来刃磨时实现预定位。

其次将手术刀用电阻炉预热200-300℃，一侧面涂固定胶，并安装在图2定位夹具上，靠手术刀的安装槽和定位夹具上的和手术刀安装槽相配合的凸缘实现预定位，将手术刀涂胶的一侧压紧在定位夹具的端面上，使之粘接紧固，并用风机吹干、降温至室温。

第三，将安装有手术刀的定位夹具安装在图3所示的自制刃磨夹具上，安装时注意手术刀弧形一侧面向转台外缘，并和转台外缘相切。该夹具由转台和正弦台组成，转台用来实现磨削时弧形刃口的旋转进给要求，正弦台则实现了刃磨刃口的角度调整。因此该夹具满足了同时磨削刃口弧度和角度的要求，较好的实现了弧形手术刀的刃口刃磨。另外，在转台圆周上能够同时布置18-36个手术刀定位夹具（视手术刀的型号、大小而定），每转一转，能加工18-36个手术刀的刃口，因此实现了手术刀的中小批生产，提高加工效率，降低制造成本。

第四，将刃磨夹具安装在elid平面磨床上，用底部的紧固螺钉紧固，如果机床有磁力吸盘，则不需紧固。开动机床，进行刃口一侧的刃磨，转台夹具每转20°(沿转台圆周均布18个手术刀)或10°（沿转台圆周均布36个手术刀）则完成一个手术刀的刃磨，转动一周后，全部手术刀刃磨完毕。

第五，刃磨刃口一侧后，将定位夹具卸下，在电阻炉上加热，待胶熔化后，拿下手术刀，在乙醇溶液中清洗干净、风干后，在手术刀另一侧涂胶，并粘贴在定位夹具上，然后将定位夹具再安装到刃磨夹具转台上，进行手术刀的另一侧刃口的刃磨。由于第四步已经刃磨了对侧刃口，因此在磨削另一侧时，刃口变薄，而且另一侧悬空，没有支撑，极易造成刃口崩刃。此时需要在刃口悬空一侧加上如图4所示的辅助楔块，该楔块外形和手术刀相同，也是利用手术刀安装槽实现安装定位，在刃口部位的角度与手术刀相反，从而增加刃口支撑，能够有效避免崩刃。

在本发明中，纳米陶瓷手术刀定位夹具是利用手术刀安装槽和夹具上的凸缘配合，实现定位。夹具上凸缘的形状、尺寸随手术刀的安装槽形式变化，因此不同的手术刀要有不同的定位凸缘。图2所示只是其中一种，当凸缘变化为其他形式，也能实现定位。

本发明中，纳米陶瓷手术刀刃磨夹具的运动实现是靠正弦台和转台的组合，图示正弦台只是自制的非常简单的一种，换成其他正弦台也能够实现。刃口辅助支撑采用的楔块，根据刃口形式和角度有不同的形式，比如直线刃的刃口，楔块需是直线形状，弧形刃的刃口，根据弧度的大小，相应的调整楔块的弧度，图4所示的楔块只是其中一种。

实现本发明一种纳米陶瓷手术刀elid磨削装置，其完整的elid磨削工艺路线以及工艺参数、电解修锐参数，其中elid磨削工艺路线如下：

1）首先，对elid磨削系统进行预电解30分钟，保证砂轮电解均匀，表面形成均匀一致的氧化膜。

2）粗磨纳米陶瓷手术刀刀体两侧面，做为定位基准；

先磨削刀体一侧面，然后翻转，磨削另一侧面。磨削参数：磨床主轴转速1500r/min，磨削深度0.01mm，进给速度300mm/min。砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w40。电解修锐参数：电压120v，电流50a-2a，脉冲50μs，脉间50μs.电解液型号：hdmy50

3）粗磨纳米陶瓷手术刀刃口刀面；

将磨好定位基准的纳米陶瓷手术刀粘接固定在专用工装上，轻摇转台进给手柄，进行缓慢圆周进给，圆周进给速度200mm/min，磨削深度0.005mm，砂轮速度1500r/min，电解修锐参数：砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w40。电解修锐参数：电压120v，电流50a-2a，脉冲50μs，脉间50μs.电解液型号：hdmy50

4）精磨纳米陶瓷手术刀刃口刀面；

粗磨后，刃口一侧刀面大部分磨削余量已经去除，精磨工序是为了去除上道工序的较大的切削划痕，以及表面缺陷，进一步提高表面质量，减少表面残余应力。工艺参数：圆周进给速度100mm/min，磨削深度0.002mm，砂轮速度1500r/min，电解修锐参数：砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w10。电解修锐参数：电压90v，电流10a-2a，脉冲40μs，脉间40μs.电解液型号：hdmy50

5）超精密磨削纳米陶瓷手术刀刃口刀面；

精磨后，手术刀刃口一侧刀面基本成型，超精密磨削工序是为了去除上道工序的较深的切削划痕，改善表面粗糙度，降低表面参与应力。工艺参数：圆周进给速度80mm/min，磨削深度0.001mm，砂轮速度1500r/min，电解修锐参数：砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w1。电解修锐参数：电压60v，电流2a-0.2a，脉冲20μs，脉间20μs.电解液型号：hdmy50

6）翻转纳米陶瓷手术刀，重新粘接手术刀，磨削另一侧刃口刀面；

此工序需要重复工序3、工序4）、工序5）。

7）刃口磨削完成后，精磨磨削刀体一侧面；

将纳米陶瓷手术刀粘接在超精密平板上，固定在elid磨削系统的磁力吸盘上，精磨手术刀刀体的一侧面。工艺参数：进给速度100mm/min，磨削深度0.002mm，砂轮速度1500r/min，电解修锐参数：砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w10。电解修锐参数：电压90v，电流10a-2a，脉冲40μs，脉间40μs.电解液型号：hdmy50

8）超精密磨削纳米陶瓷手术刀刀体一侧面。

精磨后的纳米陶瓷手术刀，其刀体一侧的厚度尺寸已经基本符合要求，超精密磨削工序的目的是为了去除上道工序的较大的切削划痕，改善表面粗糙度，降低表面残余应力。工艺参数：进给速度80mm/min，磨削深度0.001mm，砂轮速度1500r/min，电解修锐参数：砂轮选择：铁基金刚石砂轮，粒度w1。电解修锐参数：电压60v，电流2a-0.2a，脉冲20μs，脉间20μs.电解液型号：hdmy50

9）翻转纳米陶瓷手术刀，粘接固定后精密磨削刀体另一侧面；

重复工序7）。

10）超精密磨削纳米陶瓷手术刀刀体另一侧面。

重复工序8）。

11）抛光

已经完成刀体两侧面、刃口两侧面磨削的纳米陶瓷手术刀，其边、角比较尖锐，需要手工抛光边角锋锐的地方，进行钝化处理。

12）包装、检测

对成品纳米陶瓷手术刀进行检测，用原子力显微镜测量表面粗糙度及刃口半径，因成品纳米陶瓷手术刀极薄，性脆，需要妥善保管，因此需要用专用包装，包装好后保存。

纳米陶瓷手术刀elid磨削工艺参数、电解参数如表1、表2、表3所示。

表1纳米陶瓷手术刀粗磨工艺参数

表2纳米陶瓷手术刀精磨工艺参数

表3纳米陶瓷手术刀超精磨工艺参数

与现有技术相比，本发明纳米陶瓷手术刀刃磨技术与装备带来的有益效果：

用本发明提供的elid磨削技术的工艺参数、电解参数、电解磨削液配方，成功制造了纳米陶瓷手术刀，具有下列优点：

1、高精度：由于采用elid磨削技术，实现纳米陶瓷手术刀的高精度刃磨，表面粗糙度达到6nm，刃口半径达到200nm。

2、高效率：采用自制刃磨夹具提高磨削效率18-36倍，该夹具适于纳米陶瓷手术刀的中小批生产。

3、低成本：由于采用刃口侧面支撑技术，避免了刃磨另一侧刃口时崩刃，因此成品率大大提高，制造成本显著降低。

4、本发明提供了一套完整的工艺路线与工艺参数、电解修锐参数；

5、本发明所用的砂轮为金属结合剂，磨粒为金刚石或氧化铝，砂轮表面电解后形成均匀的氧化膜，能够减缓珩磨振动，冲击，避免磨削表面刮伤、烧伤，有助于磨削表面精度与质量的提高；

6、本发明提供了一套适于弧形纳米陶瓷手术刀刃口刃磨的专用工装，能够避免刃口崩刃、断裂，实现对纳米陶瓷手术刀刃口的精密磨削。

附图说明

图1纳米陶瓷手术刀设计图

图2手术刀定位夹具效果图（纳米陶瓷手术刀刀垫如图2所示）

图3纳米陶瓷手术刀刃磨夹具效果图

图4刃口辅助支撑楔块效果图

图5纳米陶瓷手术刀表面粗糙度原子力显微镜检测图片

图6纳米陶瓷手术刀刃口半径原子力显微镜检测图片

具体实施方式：

下面参照附图对本发明的最佳实施方式加以说明：

实施例一：

上述elid磨削工艺与装备制造纳米陶瓷手术刀，是典型的常用的方式。具体实施时，可以将一些工序加以合并，以提高效率，节约工时。下列工艺流程供参考：

1，粗磨纳米陶瓷手术刀两侧面，减薄到0.8mm。。

2，粗精磨纳米陶瓷手术刀刃口，一侧合格。

3，翻转粗精磨纳米陶瓷手术刀刃口，另一侧合格。

4，精磨、超精密磨削纳米陶瓷手术刀两侧面，减薄到0.3mm。

5，抛光纳米陶瓷手术刀，尖边倒钝。

6，检测，包装。

经过上述的elid磨削工艺制造的纳米陶瓷手术刀的表面粗糙度及刃口半径用原子力显微镜检测，测试结果如图5、图6所示。图5显示纳米陶瓷手术刀刀刃表面粗糙度ra0.006μm，图6显示纳米陶瓷手术刀刃口半径为0.25μm。其中表面粗糙度用来衡量手术刀的磨削表面精度，而刃口半径用来表征手术刀的刃口锋利度。由此可知，纳米陶瓷手术刀的表面粗糙度达6nm，纳米陶瓷手术刀刃口半径达250nm。而参考“中华人民共和国医药行业标准（yy0293一1997）”《无菌手术刀片》中规定了普通不锈钢手术刀的表面粗糙度为0.4μm，可见用我们的技术与装备刃磨的纳米陶瓷手术刀已经远远超过了标准要求。