Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные медицинские инструменты. Учебное пособие.pdf
циклического нагружения и деформирования объекта испытаний с
укрупненным шагом 50000 циклов нагружения. приведены в таблице.
Проведенные испытания позволяют сделать вывод, что
пластины и винты обладают достаточно высокой циклической
прочностью в пределах до 2·10
6
циклов нагружения в диапазоне
нагрузок от 0.25 до 2.18 кН.
Пластины и винты из наноструктурного титана марки ВТ 1-0
обладают достаточно высокой циклической прочностью в пределах до
6
2·10
циклов нагружения в диапазоне нагрузок от 0.25 до 2.18 кН.
Экспериментальные исследования пластин выполнялись в
соответствии с требованиями ИСО 9585.
На рис. 24 приведена схема стенда для испытания пластин на
прочность при циклическом нагружении. Нагрузка на испытуемую
пластину 1 создается винтовой парой 2 вращением рукоятки 5.
Испытуемая пластина устанавливается на два внешних ролика 3,
уложенных на основную опору 4. Вращением рукоятки 5 предметный
столик снизу прижимает ролик 3 к пластине 1. Сверху пластина
прижимается внутренними роликами 7 через промежуточную опору 8
и динамометром сжатия 9 к корпусу стенда 10. Нагрузка измеряется
индикатором 11 часового типа ИЧ-10 динамометра сжатия 9. Прогиб
пластины определяется индикатором 12 часового типа.
Сопротивление изгибу М
определяли по формуле
изг
= 0.5 F*h, (2)
М
изг
где F* - безопасная нагрузка, Н;
h - расстояние между внутренними и внешними роликами, м.
В данной серии опытов h оставалась неизменной - 0.017 м.
Эквивалентную жесткость Е
. = [(2h + 3k)·S h2]/12, Н·м2, (3)
Е
экв
. определяли по формуле
экв
где k - расстояние между внутренними роликами, м;
S - уклон кривой нагрузка - прогиб, Н/м.
Для определения безопасной нагрузки F* (согласно ИСО 9585)
рекомендовано предварительно рассчитать остаточную деформацию:
q = 0.02(2h−k). (4)
Для данной серии опытов остаточная деформация q равна
1,48 мм. Результаты экспериментальных исследований пластин
71
представлены в табл. 6-8. Характерные графики зависимости
«нагрузка - прогиб» для некоторых пластин приведены на рис. 25.
Рис. 24. Схема стенда для испытания пластин
на прочность при циклическом нагружении
72
73
Прогиб/ост.
деф.
1
103 х 16x5.5
ВТ1-0 сер.
14.9
7.4
0.89/0.04
1755
2
183 х 16x5.5
ВТ1-0 НСТ
24.1
5.9
1.77/0.04
2835
3
183 х 16x5.5
ВТ1-0 НСТ
21.1
7.16
1.55/0.04
2970
4
103 х 16x5.5
ВТ1-0 сер.
14.9
6.68
1.14/0.04
1890
5
199 х 15x4.5
ВТ1-0 сер
13.7
4.56
1.73/0.05
1620
6
135 х 12x4.0
ВТ1-0 НСТ
6.3
2.23
1.27/0.05
810
7
119 х 12x4.0
ВТ1-0 НСТ
5.95
2.37
1.15/0.04
675
8
119 х 11 х 4.0
ВТ1-0 НСТ
4.59
1.63
1.57/0.04
675
9
135х13x5.0
ВТ1-0 НСТ
19.5
8.35
1.02/0.04
2295
10
135 х 13x5.0
ВТ1-0 сер.
9.18
5.56
0.73/0.04
1080
11
167 х 14x5.0
ВТ1-0НСТ
12.6
5.57
1.01/0.04
1350
12
114 х 11 х 4.0
ВТ1-0 НСТ
3.71
1.8
0.61/0.04
270
13
120 х 16x5.0
ВТ1-0 сер.
13.7
7.96
0.42
1910
14
150 х 15.5x4.5
12Х18Н10Т
13.7
7.05
0.46
1910
15
100 х 17x4.8
ВТ1-0 сер.
13.8
7.84
0.42
1910
16
87 х 11.5x4.0
12X18Н10Т
8.33
3.41
0.44
1010
Таблица 6
Результаты экспериментальных исследований пластин
№ п/п. Размер пластин, мм Материал М
Н·м Е
изг,
экв.
, Н·м2
F*, Н
74
Материал
ВТ16
сер.
ВТ6.НСТ
(Томск)
Grade 4
(УФА)
ВТ1-0
НСТ, (Томск)
ВТ1-0 НСТ (Бел.ГУ)
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
Диаметр, мм
4.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4.5
4.5
4.5
4.5
4.5
Номера винтов
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
Угол пов., град
11
50
30
32
30
26
26
24
44
38
44
44
40
22
100
63
60
48
36
36
36
70
53
55
62
62
34
106
67
60
50
39
38
38
72
60
65
66
68
45
110
78
60
52
40
38
40
73
64
68
67
70
56
113
80
62
56
40
39
41
73
65
70
68
70
67
114
84
64
57
40
40
42
74
66
71
68
71
78
114
88
65
58
40
41
43
74
67
72
68
72
90
116
90
66 6 41
41
44
74
68
72
69
72
Таблица 7
Результаты испытаний винтов на кручение
Р, Н Усилие кручения, Н
75
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
101
66
63
42
42
45
76
69
72
69
72
112
43
43
46
78
70
72
70
72
123
45
43
46
80
71
73
71
74
134
46
44
47
82
72
75
71
74
146
47
45
47
83
73
76
72
75
157
47
46
48
84
74
78
73
77
190
77
81
75
81
202
78
82
76
83
347
93
99
91
99
358
93 370
94 381
97
М
изг
(Н•м)
4.6 3.6 2.5 2.7 2.7 3.8 2.7 5.1 5.3 2.9 5.5 5.5
Окончание табл. 7
76
Рисунок 25. Характерные графики зависимости
«нагрузка - прогиб» для некоторых пластин
77
№ п/п
Число
(103)
Миним.
Макс.
нагр.
Размах
Размах
перемещения,
1
6.02
0.25
2.05
1.55
0.55
2
50.0
0.26
2.00
1,55
0.57
3
100.0
0.27
2.10
1.56
0.57
4
150.0
0.27
2.11
1.58
0.58
5
200.0
0.28
2.12
1.57
0.58
6
250.0
0.26
2.12
1.58
0.59
7
300.0
0.25
2.13
1.57
0.58
8
350,0
0.27
2.12
1.56
0.59
9
400.0
0.28
2.13
1.58
0.60
10
450.0
0.27
2.13
1.57
0.61
11
500.0
0.26
2.12
1.58
0.62
12
550.0
0.25
2.13
1.57
0.62
13
600.0
0.26
2.10
1.57
0.63
14
650.0
0.26
2.11
1.58
0.64
15
700.0
0.27
2.12
1.59
0.64
16
750.0
0.25
2.13
1.57
0.65
17
800.0
0.26
2.12
1.58
0.66
18
850.0
0.25
2.13
1.59
0.66
19
900.0
0.26
2.14
1.58
0.67
20
950.0
0.25
2.14
1.59
0.68
Таблица 8
Результаты контроля параметров циклического
нагружения и деформирования пластин и винтов
циклов
нагруж.
нагрузка,
кН
кН
нагрузки,
кН
мм
следующие выводы:
нагрузку (в отличие от ИСО 9585) приняли нагрузку,
соответствующую остаточной деформации равной 0,04 мм.
Анализ проведенных исследований позволяет сделать
1. При расчетах изгибной прочности пластин за безопасную
78
2. Эквивалентная жесткость серийных пластин, изготовленных
из ВТ1-0 и пластин из наноструктурного титана марки ВТ1-0
практически одинакова. Изгибная прочность пластин НСТ на 25-35 %
выше, чем у пластин серийного производства из ВТ1-0.
3. Величина эквивалентной жесткости зависит от размеров,
формы, профиля сечения, наличия ограниченного контакта, размеров
пазов и т.д.
4. Для практической оценки прочности пластин установлены
минимально допустимые значения эквивалентной жесткости и
изгибной прочности:
-для пластин из НСТ размерами шириной 16 мм, толщиной 5,5
мм - Е
-6.5 Н·м2 и М
. - 6.5 Н·м2 и М
экв
- 13.5 Н·м
изг
- 20 Н·м; пластин серийных из ВТ1-0 - Е
изг .
экв
-для пластин из НСТ размерами шириной 12, толщиной 4 мм,
для пластин из ВТ1-0 серийных - Е
. не менее 2 Н·м2 и М
экв
не менее
изг
4 Н·м.
5. Винты кортикальные, изготовленные из наноструктурного
титана, имеют повышенные значения минимального крутящего
момента и пластичности, превышающие требования ГОСТ 50581 на
15-20 %.
2.9. Материалы дли многолезвийных режущих инструментов
.
К группе многолезвийных режущих инструментов относятся
зубные боры, фрезы и другие стоматологические инструменты.
Зубные боры служат для сверления зубов, фрезерования, чистовой
обработки зубов и пломб при лечении и пломбировании зубов, а также
для зуботехнических работ. Они выполняют функции режущего
инструмента при высоких скоростях резания труднообрабатываемых
материалов.
Сталь и сплавы для боров должны обладать очень высокой
твердостью и износостойкостью. Для этих целей применяют
вольфрамовые инструментальные стали высокой твердости марок
ХВ5, ХВ4, стали того же класса, но с меньшим содержанием
вольфрама, спеченные твердые сплавы на основе карбидов вольфрама,
например, ВК6-ОМ.
79
2.10. Материалы для зондирующих и оттесняющих инструментов
При изготовлении зондирующих и оттесняющих инструментов
к стали не предъявляется каких-либо специальных требований.
Основным требованием можно считать повышенную коррозионную
стойкость. Поэтому эти инструменты изготавливают из коррозионностойких, менее дефицитных, дешевых сталей, обладающих наиболее
высокими для данной конструкции технологическими свойствами. Это
стали мартенситного класса марки 20X13, мартенситно-ферритного
класса марки 12X13, латуни с покрытием из хрома и никеля.
Применяют также хромоникелевую сталь аустенитного класса
12Х18Н9Т, титан, можно использовать ферритные стали типа 1X17.
2.11. Стержневые стоматологические инструменты
К группе стержневых стоматологических инструментов
относятся дрильборы, пульпоэкстракторы, каналонаполнители, буравы
корневые, предназначенные для обработки канала зуба. Эти
инструменты работают как пружины под воздействием значительных
изгибающих нагрузок, и сталь для них должна обладать очень
высоким сопротивлением малым и большим пластическим
деформациям (высокими значениями пределов текучести и
прочности). Для их изготовления применяют применяются хромистые
и хромоникелевые коррозионно-стойкие стали. С целью улучшения
пластической деформации их легируют кремнием, молибденом,
ванадием, марганцем. Защита металлических изделий от коррозии
производится с помощью покрытия сплавами на основе никеля или
титана.
2.12. Материалы для инструментов с особыми свойствами
Микроинструменты независимо от назначения характеризуются малыми размерами рабочих частей. Главное требование, предъявляемое к сталям и сплавам для изготовления микроинструментов, - это
обеспечение возможности формирования и сохранения в процессе изготовления тончайших рабочих частей. Вместе с этим сталь для изготовления микроинструментов должна быть высокопрочной и коррозионно-стойкой. Этого можно достичь при использовании дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей, упрочняющихся примерно
80
при 500 °С, что уменьшает деформацию и глубину обезлегированного
слоя при термообработке.
Наиболее рациональным является применение для этих целей
высоколегированных коррозионно-стойких дисперсионнотвердеющих (мартенситно-стареющих) сталей. В ряде случаев
используют также коррозионно-стойкие стали мартенситного (20X13,
30X13) и аустенитного (12X18Н9T) классов.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие требования предъявляются к материалам, применяе-
мым для изготовления медицинских инструментов?
2. Из каких технологических процессов состоит производство
хирургических инструментов на заводах?
3. В чем заключается технологическая операция – штамповка?
4. Какие технологические операции производятся с целью при-
дания инструменту соответствующей формы?
5. С какой целью проводится термическая обработка?
6. Как производится внешняя отделка инструмента?
7. Какие инструменты не подвергаются гальваническому по-
крытию?
8. Какие материалы используют для производства медицин-
ских инструментов?
9. По каким критериям выбирают материалы для изготовления
медицинских инструментов?
10 Каковы требования к материалам для режущих инструментов?
11. Какие виды медицинской нержавеющей стали Вам извест-
ны?
12. Каково применение молибденхромовой стали?
13. В чем преимущества хромоникелевых сталей?
14. Из какого материала чаще всего изготовлены медицинские
инструменты?
15. На какие классы подразделяются нержавеющие хромистые
стали по структуре после закалки?
16. Каково применение сталей мартенситного класса
(20X13,30X13,40X13,65X13 и др.)?
17. От чего зависит коррозионная стойкость сталей мартенсит-
но-ферритного класса?