可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具及方法

摘要

本发明公开一种可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具及方法，其模具是在凸模和凹模之间设芯杆及芯杆固定板，芯杆嵌于芯杆固定板内，芯杆底部伸入凹模中，凸模底部与芯杆固定板顶部相接，芯杆固定板一侧伸入挤压筒中部的空间，芯杆固定板与挤压筒中部的空间形成带缺口的环形空间。其方法是先将镁合金原料通过球磨制成粉末，然后放入挤压筒内，加热模具使镁合金材料变为固液两相共存的半固态坯料，通过凸模下压半固态坯料上，使其进入凹模触变成型为微细管。通过本发明成型的镁合金微细管结构精确，成型效率高，可很好地应用于医用永久性植入支架的使用。

说明书

技术领域

本发明涉及医用金属材料的成型技术领域，特别涉及一种可降解镁合金微 细管的半固态挤压触变成型模具及方法。

背景技术

经导管介入治疗是血管疾病（狭窄、血栓、斑块等）最常用的治疗手段之 一，尤其是经皮穿刺腔内冠状动脉血管成形术是冠状动脉粥样硬化疾病非常有 效的治疗方法。目前临床使用的金属支架（316L、NiTi合金等）是永久性植 入，病人需要长期服用抗凝抗炎药物；而聚合物支架的力学性能差，降解时容 易产生热、单体、小分子等对人体有害的物质。研究表明，可降解镁合金支架 有较好的生物相容性，且镁是人体必需元素，在一定的时间范围内体内降解后 可被吸收，但其制造难度大，目前该材料并未普遍使用，其制造工艺及制造装 置也有待开发。镁合金支架除了应用于血管疾病，还可用于人体其他部位，用 于保证各种管道的通畅，如尿道、胆管、食道等，所以研制镁合金血管支架具 有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成型工艺简单、成品质 量较高的可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述模具实现的可降解镁合金微细 管的半固态挤压触变成型方法。

本发明的技术方案为：一种可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模 具，包括相配合的凸模和凹模，凹模固定于挤压筒底部，凸模设于挤压筒上部， 凸模和凹模之间还设有芯杆及芯杆固定板，芯杆嵌于芯杆固定板内，芯杆底部 伸入凹模中，凸模底部与芯杆固定板顶部相接，芯杆固定板一侧伸入挤压筒中 部的空间，芯杆固定板与挤压筒中部的空间形成带缺口的环形空间。

所述凹模包括左凹模和右凹模，左凹模和右凹模之间形成瓶状空间，芯杆 伸入至瓶状空间的颈部下方，芯杆与左凹模和右凹模之间留有间隙，间隙的宽 度为0.1～0.5mm。左凹模、右凹模与芯杆之间间隙的宽度由所需微细管的壁 厚决定，挤压触变成型过程中，半固态坯料先在瓶状空间的颈部成型，然后落 入瓶状空间的下部开始冷却。

所述凹模内的瓶状空间与挤压筒中部的空间连通。

所述左凹模和右凹模上部分别设有凸台，凸台顶部带有圆角，凸台底部带 有倒角，左凹模的凸台与右凹模的凸台之间形成瓶状空间的颈部。凸台上圆角 的设置可方便半固态坯料更均匀的流入芯杆与左凹模、右凹模之间的间隙，使 成型后的微细管壁厚均匀。

所述挤压筒中部的空间包括相连通的圆柱空间和环形空间，圆柱空间为位 于芯杆固定板顶部的凸模活动空间，环形空间为位于芯杆固定板一侧的坯料流 动空间。

所述凸模顶部通过凸模固定板与上模座固定连接，凹模和挤压筒固定于下 模座上，上模座通过导柱与下模座活动连接；凹模通过凹模衬套固定于挤压筒 内。

所述挤压筒通过挤压筒衬套与下模座相接，挤压筒和挤压筒衬套底部通过 垫块与下模座固定连接。

本发明通过上述模具可实现一种可降解镁合金微细管的半固态挤压触变 成型方法，包括以下步骤：

（1）将镁合金原料通过球磨制成粉末，粉末粒度为0.01～0.1mm，在球磨 过程中加入作为惰性保护气体的氩气，防止粉末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数；

（4）在真空环境或惰性保护气体环境中加热模具，模具的升温速率为 10～60℃/min，然后保温至固液两相共存的半固态坯料，半固态坯料中液体所 占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

所述步骤（5）中，微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行 防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

所述步骤（1）中，镁合金原料为同一系列不同牌号镁合金材料的混合物。

利用上述模具及方法成型的镁合金微细管，其内径一般为1.5～5mm，壁 厚一般为0.1～0.5mm。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具及方法，主要是针对目 前人类死亡病因的第一杀手——心脑血管疾病，解决临床上采用医用不锈钢、 钛合金、钴铬合金等支架材料普遍存在的不可降解问题，利用镁的易腐蚀降解 特性和它是人体内不可缺少微量元素的特点，提供其专用的成型模具及方法， 利用该模具及方法可成型镁合金超细薄壁管，其原理简单，工艺易实现，成品 的质量也较高，可广泛应用于永久性植入支架的使用。

本可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具的各组成部件均采用 热作模具钢，其热变形小、具有一定的红硬性。另外，各组成部件经过热处理 后，再经过磨削，凸模、凹模和芯杆等关键零件的工作表面粗超度达到0.05， 同时要求导向零件和配合零件的形位公差达到公差等级6级（包含6级）以下， 其精度高，可更精确地成型镁合金微细管。

附图说明

图1为本可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具的结构示意图。

图2为图1的A向视图。

图3为可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具装配于成型装置 上后的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实 施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种可降解镁合金微细管的半固态挤压触变成型模具，如图3 所示，包括相配合的凸模1和凹模2，凹模固定于挤压筒3底部，凸模设于挤 压筒上部，如图2所示，凸模和凹模之间还设有芯杆4及芯杆固定板5，芯杆 嵌于芯杆固定板内，芯杆底部伸入凹模中，凸模底部与芯杆固定板顶部相接， 芯杆固定板一侧伸入挤压筒中部的空间，如图3所示，芯杆固定板与挤压筒中 部的空间形成带缺口的环形空间。

如图2所示，凹模包括左凹模2-1和右凹模2-2，左凹模和右凹模之间形 成瓶状空间，芯杆伸入至瓶状空间的颈部下方，芯杆与左凹模和右凹模之间留 有间隙，间隙的宽度为0.1～0.5mm。左凹模、右凹模与芯杆之间间隙的宽度 由所需微细管的壁厚决定，挤压触变成型过程中，半固态坯料先在瓶状空间的 颈部成型，然后落入瓶状空间的下部开始冷却。

凹模内的瓶状空间与挤压筒中部的空间连通。

左凹模和右凹模上部分别设有凸台，凸台顶部带有圆角，凸台底部带有倒 角，左凹模的凸台与右凹模的凸台之间形成瓶状空间的颈部。凸台上圆角的设 置可方便半固态坯料更均匀的流入芯杆与左凹模、右凹模之间的间隙，使成型 后的微细管壁厚均匀。

挤压筒中部的空间包括相连通的圆柱空间和环形空间，圆柱空间为位于芯 杆固定板顶部的凸模活动空间，环形空间为位于芯杆固定板一侧的坯料流动空 间。

如图3所示，凸模1顶部通过凸模固定板6与上模座7固定连接，凹模2 和挤压筒3固定于下模座8上，上模座通过导柱9与下模座活动连接；凹模通 过凹模衬套（见图2）固定于挤压筒内。

挤压筒3通过挤压筒衬套11与下模座相接，挤压筒和挤压筒衬套底部通 过垫块12与下模座固定连接。

实施例2

本实施例通过实施例1所述模具制备内径为1.5mm、厚度为0.1mm的可 降解镁合金微细管，其成型方法包括以下步骤：

（1）将ZK60(40%)+WE43（60%）的镁合金材料通过球磨制成粉末，粉 末粒度为0.01～0.1mm，在球磨过程中加入作为惰性保护气体的氩气，防止粉 末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数，如压力为80～100KN， 速度自动，温度为580～650℃；

（4）在真空热压炉中加热模具，模具的升温速率为30～60℃/min，加热 6min，然后保温25～40min，此时镁合金材料为固液两相共存的半固态坯料， 半固态坯料中液体所占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

实施例3

本实施例通过实施例1所述模具制备内径为2.0mm、厚度为0.1mm的可 降解镁合金微细管，其成型方法包括以下步骤：

（1）将MB1(40%)+MB15（60%）的镁合金材料通过球磨制成粉末，粉 末粒度为0.01～0.1mm，在球磨过程中加入作为惰性保护气体的氩气，防止粉 末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数，如压力为100～ 120KN，速度自动，温度500～550℃；

（4）在真空热压炉中加热模具，模具的升温速率为20～50℃/min，加热 8min，保温15～30min，此时镁合金材料为固液两相共存的半固态坯料，半固 态坯料中液体所占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

实施例4

本实施例通过实施例1所述模具制备内径为3.0mm、厚度为0.1mm的可 降解镁合金微细管，其成型方法包括以下步骤：

（1）将AZ31(40%)+AZ91（60%）的镁合金材料通过球磨制成粉末，粉 末粒度为0.01～0.1mm，在球磨过程中加入作为惰性保护气体的氩气，防止粉 末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数，如压力为70～95KN、 速度自动，温度为450～550℃；

（4）在真空热压炉中加热模具，模具的升温速率为10～30℃/min，加热 15～20min，保温25～40min，此时镁合金材料为固液两相共存的半固态坯料， 半固态坯料中液体所占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

实施例5

本实施例通过实施例1所述模具制备内径为4.0mm、厚度为0.1mm的可 降解镁合金微细管，其成型方法包括以下步骤：

（1）将AZ80A(40%)+WE43（60%）的镁合金材料通过球磨制成粉末， 粉末粒度为0.01～0.1mm，在球磨过程中加入作为惰性保护气体的氩气，防止 粉末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数，如压力为120～ 150KN，速度自动，温度为600～650℃；

（4）在真空热压炉中加热模具，模具的升温速率为30～50℃/min，加热 13～15min，保温25～50min，此时镁合金材料为固液两相共存的半固态坯料， 半固态坯料中液体所占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

实施例6

本实施例通过实施例1所述模具制备内径为5.0mm、厚度为0.1mm的可 降解镁合金微细管，其成型方法包括以下步骤：

（1）将ZK60(30%)+WE43（50%）+MB1(20%)的镁合金材料通过球磨制 成粉末，粉末粒度为0.01～0.1mm，在球磨过程中加入作为惰性保护气体的氩 气，防止粉末氧化；

（2）将作为润滑剂的石墨均匀涂覆于挤压筒内表面、凹模内表面、凸模 外表面、芯杆固定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面；

（3）将粉末放入挤压筒内，并调节压力设备的参数，如压力为150～ 200KN，速度自动，温度为500～580℃；

（4）在真空热压炉中加热模具，模具的升温速率为30～60℃/min，加热 10～12min，保温25～40min，此时镁合金材料为固液两相共存的半固态坯料， 半固态坯料中液体所占体积百分数为40～60%；

（5）凸模在挤压筒内下降，以5～60mm/min的挤压速度作用于半固态坯 料上，半固态坯料从挤压筒下部的环形空间进入凹模内，触变成型为微细管； 凸模活动于挤压筒内的圆柱空间，挤压半固态坯料使其进入环形空间，再进入 凹模；半固态坯料进入凹模后，先在瓶状空间的颈部成型，然后落入瓶状空间 的下部开始冷却。

微细管成型后，将微细管置于碱性溶液中浸泡，进行防氧化处理。

加工完成后，对模具中挤压筒内表面、凹模内表面、凸模外表面、芯杆固 定板位于挤压筒内的侧面和芯杆外表面进行清理，以便下一次的微细管成型 用。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰， 都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。