一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及医疗外科技术领域，尤其涉及一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺。


背景技术：

2.随着创伤骨科器械行业的发展，越来越多的可吸收植入产品进入了骨科器械市场，目前可吸收材料分为高分子聚合材料和镁金属材料两种，可吸收高分子聚合材料植入人体后能够被降解吸收，可以免除二次手术，但材料机械强度还不足以作为承力部位的骨折内固定材料，并且降解产物会导致局部酸性，引发炎症反应，镁金属材料与高分子材料相比具有更高的力学性能，能够满足固定或支撑力学要求，并且镁金属的降解产物镁离子是人体内第四大阳离子，过量的镁可随人体代谢排出体外，具有生物安全性基础。
3.在结构设计方向，现有的接骨螺钉设计往往为简单的渐紧螺纹结构，以达成植入固定效果，但该种结构设计在打入过程中，不具备对于角度的自我修复功能，且在植入后，基于各方向受力影响，容易对植入稳定性造成影响，在自身结构上，现有的螺钉往往采用一体式设计，对于接骨螺钉实际应用情况，不能够灵活调配长度以及所用螺纹，对于其使用灵活性造成了影响。
4.已有公司开发了稀土镁合金拉力螺钉和镁锌钙螺钉，研发的都是镁合金螺钉，镁合金材料力学性能较高，但其成分复杂，在人体内降解产物较多，不利于人体代谢，高纯镁螺钉生物安全性较优，但高纯镁材料力学性能较差，植入螺钉前需要使用丝锥预攻丝才能保证在旋入过程中不损坏，增加了手术操作的复杂性，并且植入后固定效果较差，不利于骨折固定，另外高纯镁降解速率较快，很难维持降解前期所需的力学性能，提高纯镁金属螺钉的力学性能可通过优化螺钉的整体结构实现，也可通过提高原材料镁棒性能来提高螺钉性能，普通的挤压工艺能够细化纯镁材料晶粒，但是由于晶粒并不均匀，能够提高的性能有限，挤压后纯镁的降解速率仍然很快。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种纯镁金属接骨螺钉是由钉头组件、一段螺纹轴、二段螺纹轴、三段螺纹轴和螺帽组件组成；所述钉头组件包括钉头主体，所述钉头主体的外表面具有一号螺纹，所述钉头主体设置为尖头结构，并且底径和直径逐渐增大；所述一段螺纹轴包括第一螺纹轴主体，所述第一螺纹轴主体的外表面具有二号螺纹，所述二号螺纹的螺距呈渐大分布，所述二号螺纹的初始螺距为0.5mm，所述二号螺纹的终止螺距为1.5mm；所述二段螺纹轴包括第二螺纹轴主体，所述第二螺纹轴主体的外表面具有三号螺纹，所述三号螺纹设置为相邻螺纹直径高低间隔的结构，所述三号螺纹的螺距为0.75mm；所述三段螺纹轴包括第三螺纹轴，所述第三螺纹轴的外表面具有四号螺纹，所述四号螺纹的螺距呈渐紧分布，所述四号螺纹的初始螺距为0.6mm，所述四号螺纹的终止螺距
为0.025mm；所述螺帽组件包括螺帽主体，所述螺帽主体的后端开设有梅花槽。
7.作为本发明的进一步方案，所述钉头主体的后端开设有第一内螺孔，所述第一螺纹轴主体的前端装有第一内螺杆，所述第一螺纹轴主体的后端开设有第二内螺孔，所述第二螺纹轴主体的前端装有第二内螺杆，所述第二螺纹轴主体的后端开设有第三内螺孔，所述第三螺纹轴的前端装有第三内螺杆，所述第三螺纹轴的后端开设有第四内螺孔，所述螺帽主体的前端装有第四内螺杆。
8.作为本发明的进一步方案，所述第一内螺孔、第二内螺孔、第三内螺孔、第四内螺孔与第一内螺杆、第二内螺杆、第三内螺杆、第四内螺杆相啮合。
9.作为本发明的进一步方案，所述钉头组件、一段螺纹轴、二段螺纹轴、三段螺纹轴和螺帽组件的原材料采用99.99%的纯镁金属棒材，所述纯镁金属棒材由铸态纯镁锭经过多道次挤压获得。
10.一种纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，包括以下步骤：s1：选择99.99%纯镁铸锭作为原材料；s2：制备纯镁棒坯φ100mm；s3：第一次挤压获得纯镁棒φ35mm；s4：制备纯镁棒坯φ30mm；s5：第二次挤压获得纯镁棒φ10mm；s6：将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉。
11.作为本发明的进一步方案，所述s2中，所述制备纯镁棒坯φ100mm的步骤具体为：s201：对s1得到的99.99%纯镁铸锭进行加工，将其铸锭加热至350-450℃，通过锻造或挤压的方式将其形状改变为直径为100mm的圆柱；s202：采用砂纸打磨，清理镁圆柱氧化层或其他杂质；s203：对镁圆柱进行检查和测量，确保其直径为100mm，且表面平滑无杂质；s204：将处理好的镁圆柱进行冷却，然后储存起来，等待进行下一步的挤压处理。
12.作为本发明的进一步方案，所述s3中，所述第一次挤压获得纯镁棒φ35mm的步骤具体为：s301：准备一个直径为100mm的挤压筒，并将变径区的直径设定为35mm，挤压比为8.16；s302：将挤压筒预热到250℃-300℃的范围内，预热时间为2h，同步将纯镁棒坯预热到250℃-300℃的温度范围，预热时间为2h；s303：预热完成后，将石墨润滑剂均匀地涂抹在纯镁棒坯上；s304：将涂抹了润滑剂的纯镁棒坯放入已经预热过的挤压筒中，然后开始挤压，挤压的温度为350℃-400℃，挤压速率设置在5mm/s-8mm/s，挤压力设置在10mpa-20mpa；s305：将挤压过的纯镁棒坯从挤压筒中取出，并让其自然冷却。
13.作为本发明的进一步方案，所述s4中，所述制备纯镁棒坯φ30mm的步骤具体为：s401：选择cnc车床以及硬质合金刀具，设定切削速度为60-200m/min，反馈深度为0.5-1.5mm，进给速度为0.1-0.4mm/rev，转速范围为200-2000rpm；s402：在车削过程中，确保滑台运动平稳，每条切割路线都应根据刀具的形状和尺寸进行精确测量；
s403：采用数字显示游标卡尺或高精度千分尺，核验完成的工件直径；s404：选用醇或酮类有机溶剂，常温30-35℃，浸泡10-20min，并利用刷子在清洗时施加力度清洁；s405：冲洗有机溶剂，并将所得纯镁棒坯φ30mm使用烘干设备快速干燥，烘干设备内部温度设置为55-60℃。
14.作为本发明的进一步方案，所述s5中，所述第二次挤压获得纯镁棒φ10mm的步骤具体为：s501：准备直径为30mm的挤压筒，并设定变径区的直径为10mm；s502：将纯镁棒坯φ30mm与模具一同预热，预热温度范围为300℃-400℃，预热时间为4h；s503：将挤压温度设定在400℃到500℃的范围内，施加挤压力来推动纯镁棒通过挤压筒并形成所需的形状，挤压速率为3mm/s-6mm/s，挤压力为 30mpa-60mpa；s504：将挤压成型的纯镁棒从挤压筒中取出，并进行自然冷却，去除表面润滑剂和氧化物、修整表面。
15.作为本发明的进一步方案，所述s6中，所述将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉的步骤具体为：s601：设置数控机床参数，转速为800-3000rpm，进给速度为1-3mm/秒，切削深度为在0.1-1mm；s602：将纯镁棒φ10mm稳定固定在夹具中，避免振动和误差，根据该纯镁金属接骨螺钉的尺寸和几何特征，编写数控机床的加工程序，包括切削路径、刀具的运动轨迹、刀具轨迹与工件的相对位置以及切削参数等；s603：启动数控机床，按照编写的加工程序进行车削操作；s604：去除表面润滑剂和氧化物，进行粗糙度检测以及抗拉强度检测，确保表面粗糙度在ra0.4-ra0.8mm，抗拉强度在190mpa-210mpa范围区间。
16.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明中，在接骨螺钉结构设计方向，采用多段螺纹的设计，可以根据具体需求选择合适的螺距和段数来定制螺钉的功能和性能，提升基于应用场景的灵活性以及专业性，钉头组件的结构设计中，由于底径和直径的逐渐增大，能在旋入过程中自我锁紧，提高螺钉的稳定性，且二号螺纹的螺距逐渐增大，使得在打入过程中能够对螺钉置入位姿进行调节，四号螺纹的螺距逐渐减小，这样的设计可以在打入过程中稳定打入路径，减少偏斜和偏差，使螺钉能够安全、牢固地固定在目标物上，在三号螺纹中采用相邻螺纹直径高低间隔的结构，使得螺钉在旋入过程中可以在不同深度有不同的抗拉和抗压性能，从而提供更稳健的固定效果。
17.选择99.99%纯镁铸锭作为原材料，可以保证产品的良好生物相容性，并且降低了可能的杂质对螺钉性能的影响。通过两次挤压将纯镁棒从φ100mm压缩到φ10mm，逐步改变其形状，可以有效避免材料因一次性变形过大而产生的内部应力或损伤。挤压过程要求在特定的温度范围内进行，过高或过低的温度都可能造成材料的性能损失。这通过确保挤压的均匀性可以避免产生微观裂纹或飞边，从而提高挤压件的质量。采用数控加工方法，可以在高精度和高重复性的前提下制造出带有复杂形状和尺寸的螺钉。这一步可以保证螺钉的
特定尺度，并保证每个螺钉的一致性。每个步骤结束后，都会对镁棒进行清洁、干燥，以去除表面的氧化层和其他杂质。这个步骤确保了材料的纯度，提高了产品的生物相容性。基于温度控制和冷却的对应数据，控制螺钉的冷却以防止锻造过程中产生的热影响材料的性能。
附图说明
18.图1为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的整体结构示意图；图2为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的部件1、5组合状态示意图；图3为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的部件1、3、5组合状态示意图；图4为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的部件1、3、4、5组合状态示意图；图5为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的钉头组件示意图；图6为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的一段螺纹轴示意图；图7为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的二段螺纹轴示意图；图8为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的三段螺纹轴示意图；图9为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的螺帽组件示意图；图10为本发明提出一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺的整体流程图。
19.图中：1、钉头组件；101、钉头主体；102、一号螺纹；103、第一内螺孔；2、一段螺纹轴；201、第一螺纹轴主体；202、二号螺纹；203、第一内螺杆；204、第二内螺孔；3、二段螺纹轴；301、二螺纹轴主体；302、三号螺纹；303、第二内螺杆；304、第三内螺孔；4、三段螺纹轴；401、第三螺纹轴；402、四号螺纹；403、第三内螺杆；404、第四内螺孔；5、螺帽组件；501、螺帽主体；502、第四内螺杆；503、梅花槽。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
22.请参阅图1至图9，一种纯镁金属接骨螺钉是由钉头组件1、一段螺纹轴2、二段螺纹
轴3、三段螺纹轴4和螺帽组件5组成；钉头组件1包括钉头主体101，钉头主体101的外表面具有一号螺纹102，钉头主体101设置为尖头结构，并且底径和直径逐渐增大；一段螺纹轴2包括第一螺纹轴主体201，第一螺纹轴主体201的外表面具有二号螺纹202，二号螺纹202的螺距呈渐大分布，二号螺纹202的初始螺距为0.5mm，二号螺纹202的终止螺距为1.5mm；二段螺纹轴3包括第二螺纹轴主体301，第二螺纹轴主体301的外表面具有三号螺纹302，三号螺纹302设置为相邻螺纹直径高低间隔的结构，三号螺纹302的螺距为0.75mm；三段螺纹轴4包括第三螺纹轴401，第三螺纹轴401的外表面具有四号螺纹402，四号螺纹402的螺距呈渐紧分布，四号螺纹402的初始螺距为0.6mm，四号螺纹402的终止螺距为0.025mm；螺帽组件5包括螺帽主体501，螺帽主体501的后端开设有梅花槽503。
23.具体而言，在接骨螺钉结构设计方向，采用多段螺纹的设计，可以根据具体需求选择合适的螺距和段数来定制螺钉的功能和性能，提升基于应用场景的灵活性以及专业性，钉头组件1的结构设计中，由于底径和直径的逐渐增大，能在旋入过程中自我锁紧，提高螺钉的稳定性，且二号螺纹202的螺距逐渐增大，使得在打入过程中能够对螺钉置入位姿进行调节，四号螺纹402的螺距逐渐减小，这样的设计可以在打入过程中稳定打入路径，减少偏斜和偏差，使螺钉能够安全、牢固地固定在目标物上，在三号螺纹302中采用相邻螺纹直径高低间隔的结构，使得螺钉在旋入过程中可以在不同深度有不同的抗拉和抗压性能，从而提供更稳健的固定效果。
24.纯镁螺钉可以在完成其功能后在体内进行生物降解，从而避免了二次手术。传统的钛合金螺钉制备过程通常简单，将钛合金棒材通过车削、钻孔或磨削等过程直接加工成螺钉。而纯镁螺钉的制备更有技术含量，通过两次挤压、cnc加工等步骤，不仅保证了螺钉的精度和一致性，还确保了镁材的微观结构和性能。在处理过程中，钛合金螺钉经常需要进行表面处理（如酸洗或球面喷砂）来改善生物相容性和抗腐蚀性。而纯镁螺钉则不需要这些处理步骤，因为纯镁本身就具有良好的生物相容性和降解性。
25.请参阅图5至图9，钉头主体101的后端开设有第一内螺孔103，第一螺纹轴主体201的前端装有第一内螺杆203，第一螺纹轴主体201的后端开设有第二内螺孔204，第二螺纹轴主体301的前端装有第二内螺杆303，第二螺纹轴主体301的后端开设有第三内螺孔304，第三螺纹轴401的前端装有第三内螺杆403，第三螺纹轴401的后端开设有第四内螺孔404，螺帽主体501的前端装有第四内螺杆502，第一内螺孔103、第二内螺孔204、第三内螺孔304、第四内螺孔404与第一内螺杆203、第二内螺杆303、第三内螺杆403、第四内螺杆502相啮合。
26.具体而言，通过不同的螺纹轴和螺帽自由组合，以适应不同的需求和应用场景，根据具体情况选择适当的螺纹轴和螺帽组合，以实现所需的参数和性能，通过使用内螺孔和内螺杆进行自由组合，螺纹轴和螺帽之间的连接可以更加灵活和可调节，这种设计具有灵活组装、可调节性和交换性，提供了更多的选择和可能性，以适应不同的需求和应用场景。
27.请参阅图1，钉头组件1、一段螺纹轴2、二段螺纹轴3、三段螺纹轴4和螺帽组件5的原材料采用99.99%的纯镁金属棒材，纯镁金属棒材由铸态纯镁锭经过多道次挤压获得。
28.具体而言，选择99.99%的纯镁金属棒材作为原材料，确保了螺钉组件的高纯度和优质性能，可以保证产品的良好生物相容性，并且降低了可能的杂质对螺钉性能的影响。高纯度的纯镁金属可以减少杂质和夹杂物的含量，提高螺钉的材料强度和耐腐蚀性能，通过多道次挤压将铸态纯镁锭加工成纯镁金属棒材，采用经过多道次挤压的纯镁金属棒材作为
原材料，可以获得均匀分布的细晶组织。这种细晶组织可以提高螺钉的强度、硬度和抗拉强度。相较于传统制备方法，使用多道次挤压工艺制备的纯镁金属棒材可以提高螺钉的力学性能和可靠性，高纯度的纯镁金属和细晶组织结构可以改善螺钉的耐腐蚀性能。这对于纯镁金属在特定环境中的应用尤为重要，可以增加螺钉的使用寿命和稳定性。
29.请参阅图10，一种纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，包括以下步骤：s1：选择99.99%纯镁铸锭作为原材料；s2：制备纯镁棒坯φ100mm；s3：第一次挤压获得纯镁棒φ35mm；s4：制备纯镁棒坯φ30mm；s5：第二次挤压获得纯镁棒φ10mm；s6：将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉。
30.具体而言，选择99.99%纯镁铸锭作为原材料，可以保证产品的良好生物相容性，并且降低了可能的杂质对螺钉性能的影响。通过两次挤压将纯镁棒从φ100mm压缩到φ10mm，逐步改变其形状，可以有效避免材料因一次性变形过大而产生的内部应力或损伤。挤压过程要求在特定的温度范围内进行，过高或过低的温度都可能造成材料的性能损失。这通过确保挤压的均匀性可以避免产生微观裂纹或飞边，从而提高挤压件的质量。采用数控加工方法，可以在高精度和高重复性的前提下制造出带有复杂形状和尺寸的螺钉。这一步可以保证螺钉的特定尺度，并保证每个螺钉的一致性。每个步骤结束后，都会对镁棒进行清洁、干燥，以去除表面的氧化层和其他杂质。这个步骤确保了材料的纯度，提高了产品的生物相容性。基于温度控制和冷却的对应数据，控制螺钉的冷却以防止锻造过程中产生的热影响材料的性能。
31.请参阅图10，s2中，制备纯镁棒坯φ100mm的步骤具体为：s201：对s1得到的99.99%纯镁铸锭进行加工，将其铸锭加热至350-450℃，通过锻造或挤压的方式将其形状改变为直径为100mm的圆柱；s202：采用砂纸打磨，清理镁圆柱氧化层或其他杂质；s203：对镁圆柱进行检查和测量，确保其直径为100mm，且表面平滑无杂质；s204：将处理好的镁圆柱进行冷却，然后储存起来，等待进行下一步的挤压处理。
32.具体而言，首先，将铸锭加热至350-450℃的温度范围内。加热镁铸锭可以使其变得更加可塑，便于进一步的加工。然后，可以使用锻造或挤压的方式将铸锭的形状改变为直径为100mm的圆柱。这一步骤可以通过对镁铸锭施加压力，使其在特定的模具或设备中形成所需的形状。采用砂纸打磨镁圆柱，以清除其表面的氧化层或其他杂质。氧化层是由于镁与空气中的氧发生反应而形成的薄层，可能会影响材料的性能。通过使用砂纸进行打磨，可以将氧化层和其他杂质从镁圆柱的表面去除，使其表面更加平整和洁净。对经过加工和清理的镁圆柱进行检查和测量。这一步是为了确保镁圆柱的直径达到了100mm，并且表面平滑无杂质。通过使用合适的测量工具，例如卡尺或显微镜，可以测量镁圆柱的直径，并进行视觉检查以确保其表面没有杂质或缺陷。将处理好的镁圆柱进行冷却，然后储存起来，等待进行下一步的挤压处理。通过加工铸锭为圆柱形、清理氧化层和杂质、确保尺寸和表面质量，以及适当的冷却和储存，可以获得具有所需尺寸和表面质量的镁圆柱。这些步骤的有益效果包括提供合适的工件形状、提高表面质量、确保尺寸准确性，并保护材料的稳定性，从而为
后续的加工过程奠定基础。
33.请参阅图10，s3中，第一次挤压获得纯镁棒φ35mm的步骤具体为：s301：准备一个直径为100mm的挤压筒，并将变径区的直径设定为35mm，挤压比为8.16；s302：将挤压筒预热到250℃-300℃的范围内，预热时间为2h，同步将纯镁棒坯预热到250℃-300℃的温度范围，预热时间为2h；s303：预热完成后，将石墨润滑剂均匀地涂抹在纯镁棒坯上；s304：将涂抹了润滑剂的纯镁棒坯放入已经预热过的挤压筒中，然后开始挤压，挤压的温度为350℃-400℃，挤压速率设置在5mm/s-8mm/s，挤压力设置在10mpa-20mpa；s305：将挤压过的纯镁棒坯从挤压筒中取出，并让其自然冷却。
34.具体而言，通过控制挤压筒的设计和参数，进行预热操作，采用润滑剂进行涂抹，控制挤压温度、速率和力度，以及进行冷却处理，可以实现纯镁棒的挤压加工并获得理想的直径和质量。这些步骤的有益效果包括确保均匀的加热、降低摩擦损失、控制挤压参数、提高纯镁棒的强度和密度，并保证制程的稳定性和一致性。挤压筒的直径、挤压比、预热温度、预热时间、挤压温度、挤压速率和挤压力等都作了明确的数值设定，整个制备过程可以高度控制，对于提升产品质量和一致性具有重要的影响，在预热完成后，就涂抹了石墨润滑剂，这样既降低了制备过程中的摩擦，也有利于提高产量和产品的一致性。当挤压完成后，纯镁棒坯是自然冷却，这样可以减少额外能源的投入。
35.请参阅图10，s4中，制备纯镁棒坯φ30mm的步骤具体为：s401：选择cnc车床以及硬质合金刀具，设定切削速度为60-200m/min，反馈深度为0.5-1.5mm，进给速度为0.1-0.4mm/rev，转速范围为200-2000rpm；s402：在车削过程中，确保滑台运动平稳，每条切割路线都应根据刀具的形状和尺寸进行精确测量；s403：采用数字显示游标卡尺或高精度千分尺，核验完成的工件直径；s404：选用醇或酮类有机溶剂，常温30-35℃，浸泡10-20min，并利用刷子在清洗时施加力度清洁；s405：冲洗有机溶剂，并将所得纯镁棒坯φ30mm使用烘干设备快速干燥，烘干设备内部温度设置为55-60℃。
36.具体而言，cnc车床是一种计算机数控机床，可以通过预先设定的程序精确控制刀具的运动和加工过程。硬质合金刀具通常用于加工具有一定硬度的材料，如镁。在设定切削参数时，切削速度应在60-200m/min的范围内，反馈深度为0.5-1.5mm，进给速度为0.1-0.4mm/rev，转速范围为200-2000rpm。这些参数的选择可以根据具体的加工要求和实际情况进行调整。
37.确保在车削过程中滑台运动平稳非常重要。平稳的滑台运动可以避免因振动或不稳定的运动导致加工表面质量下降。此外，每条切割路线都应根据使用的刀具的形状和尺寸进行精确测量。这可以确保切削工具与工件表面的接触达到期望的位置和深度，以保证加工的准确性和一致性。
38.使用数字显示游标卡尺或高精度千分尺等测量工具来核验完成的工件直径。这些工具具有较高的测量精度，可以提供准确的尺寸测量结果。通过测量工件的直径，可以确保
其与所需规格的直径一致，并进行必要的调整或修正。
39.选用醇或酮类有机溶剂来清洗工件。这些有机溶剂有较好的溶解能力，可以有效去除工件表面的杂质和污染物。常温下30-35℃是一个适宜的清洗温度范围。可以将工件浸泡在有机溶剂中10-20分钟，以确保彻底清洁。在清洗时，可以使用刷子施加适度的力度清洁工件表面，以帮助去除顽固的污染物。
40.冲洗有机溶剂是为了去除残留的溶剂和杂质。确保工件表面干净。然后，将所得纯镁棒坯φ30mm放入烘干设备中进行快速干燥。内部温度设置为55-60℃可以提供适当的干燥条件，以确保工件干燥彻底。干燥后，纯镁棒坯就可以进入下一步的加工或使用阶段。
41.通过适当设定切削参数、保证滑台运动平稳、测量和核验工件直径、进行有机溶剂清洗和快速干燥等步骤，可以获得直径为30mm的纯镁棒坯，这些步骤的有益效果包括准确性和精确性的工件尺寸、表面质量的提高、去除杂质和油脂以及保护工件免受腐蚀，该过程为后续加工提供了高质量的纯镁棒坯。
42.请参阅图10，s5中，第二次挤压获得纯镁棒φ10mm的步骤具体为：s501：准备直径为30mm的挤压筒，并设定变径区的直径为10mm；s502：将纯镁棒坯φ30mm与模具一同预热，预热温度范围为300℃-400℃，预热时间为4h；s503：将挤压温度设定在400℃到500℃的范围内，施加挤压力来推动纯镁棒通过挤压筒并形成所需的形状，挤压速率为3mm/s-6mm/s，挤压力为 30mpa-60mpa；s504：将挤压成型的纯镁棒从挤压筒中取出，并进行自然冷却，去除表面润滑剂和氧化物、修整表面。
43.具体而言，准备一个直径为30mm的挤压筒，该挤压筒将用于将纯镁棒坯φ30mm挤压成φ10mm的形状。挤压筒的变径区直径需要设置为10mm，以确保在挤压过程中纯镁棒可以得到所需的直径减小。
44.将纯镁棒坯φ30mm与模具一同进行预热。预热的目的是提高材料的可塑性，以使其更容易通过挤压过程形成所需的形状。预热温度范围通常在300℃到400℃之间，并且预热时间需要持续4小时，以确保材料充分均匀地加热。
45.将挤压温度设定在400℃到500℃的范围内。这个温度范围可以使纯镁棒达到适当的可塑性，以便通过挤压过程形成φ10mm的形状。同时，根据实际情况设置挤压速率在3mm/s到6mm/s之间。施加适当的挤压力可以推动纯镁棒通过挤压筒，并将其塑造成所需的形状。
46.自然冷却可以让纯镁棒在室温下恢复稳定的结构和形状。同时，需要去除表面润滑剂和氧化物。这可以通过适当的清理方法，如刷洗或擦拭，来实现。最后，需修整纯镁棒的表面，确保其平整、光滑和符合要求。
47.通过适当设计和设置挤压筒的参数，进行预热操作，控制挤压参数，然后在挤压后进行自然冷却和表面处理，可以获得直径为10mm的纯镁棒，这些步骤的有益效果包括确保纯镁棒的尺寸精度，提高表面质量，去除润滑剂和氧化物，以及修整表面，该过程为获得高质量的纯镁棒提供基础，并可用于后续的加工和应用领域。
48.请参阅图10，s6中，将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉的步骤具体为：s601：设置数控机床参数，转速为800-3000rpm，进给速度为1-3mm/秒，切削深度为
在0.1-1mm；s602：将纯镁棒φ10mm稳定固定在夹具中，避免振动和误差，根据该纯镁金属接骨螺钉的尺寸和几何特征，编写数控机床的加工程序，包括切削路径、刀具的运动轨迹、刀具轨迹与工件的相对位置以及切削参数等；s603：启动数控机床，按照编写的加工程序进行车削操作；s604：去除表面润滑剂和氧化物，进行粗糙度检测以及抗拉强度检测，确保表面粗糙度在ra0.4-ra0.8mm，抗拉强度在190mpa-210mpa范围区间。
49.具体而言，根据所需的纯镁金属接骨螺钉的尺寸和几何特征，编写数控机床的加工程序。加工程序应包括切削路径、刀具的运动轨迹、刀具与工件的相对位置以及切削参数等信息。编写好的加工程序将指导数控机床进行具体的车削操作。
50.启动数控机床，并按照之前编写的加工程序进行车削操作。数控机床将根据程序指令自动控制刀具的运动和加工过程。确保机床运行稳定，并密切监控加工过程以确保加工的准确性和质量。
51.进行表面粗糙度检测以确保符合要求的范围。常用的粗糙度指标是ra值，确保在0.4-0.8μm范围内。同时，进行抗拉强度检测以验证其力学性能。确保抗拉强度在190mpa到210mpa的要求范围内，符合规定的标准或要求。
52.通过数控机床的参数设置、稳定固定工件、编写加工程序、进行车削操作以及完成表面处理和质量检测，可以将纯镁棒φ10mm加工成符合要求的纯镁螺钉，这些步骤的有益效果包括高精度的加工、优化的表面质量、符合要求的粗糙度和抗拉强度，以及确保螺钉的尺寸准确性和质量稳定性，该过程为生产高质量的纯镁螺钉提供了可靠的方法。
53.工作原理：首先，准备起始材料，选择纯镁坯料，并根据需要进行预处理，如加热和预热，接下来，利用挤压技术将纯镁坯料进行挤压成型，使用直径为30mm的挤压筒，并设定变径区的直径为10mm，通过控制挤压温度、速率和力度，将纯镁坯料推动通过挤压筒，并形成所需直径为10mm的纯镁棒，将挤压得到的纯镁棒稳定固定在数控机床上，进行切削加工，设置数控机床的参数，包括转速、进给速度和切削深度，根据螺钉的尺寸和几何要求，编写加工程序，确定切削路径、刀具轨迹与工件的相对位置等，启动数控机床，按照编写的加工程序进行车削操作，通过控制刀具的运动和切削参数，精确地去除纯镁棒表面的材料，将纯镁棒加工成符合要求的纯镁螺钉，完成车削加工后，进行表面处理，去除表面润滑剂和氧化物，并进行适当的清洗和抛光，以提高纯镁螺钉的表面质量和外观，进行质量检测，包括粗糙度和抗拉强度检测，通过测量纯镁螺钉的表面粗糙度，并进行拉伸测试，确保其表面粗糙度在ra0.4-ra0.8mm范围内，抗拉强度在190mpa-210mpa范围内，整个工作流程基于挤压技术和切削加工方法，通过精确控制工艺参数、进行良好的表面处理和质量检测，实现纯镁材料的加工和成形，从而得到满足要求的纯镁螺钉。
54.以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种纯镁金属接骨螺钉，其特征在于，所述纯镁金属接骨螺钉是由钉头组件（1）、一段螺纹轴（2）、二段螺纹轴（3）、三段螺纹轴（4）和螺帽组件（5）组成；所述钉头组件（1）包括钉头主体（101），所述钉头主体（101）的外表面具有一号螺纹（102），所述钉头主体（101）设置为尖头结构，并且底径和直径逐渐增大；所述一段螺纹轴（2）包括第一螺纹轴主体（201），所述第一螺纹轴主体（201）的外表面具有二号螺纹（202），所述二号螺纹（202）的螺距呈渐大分布，所述二号螺纹（202）的初始螺距为0.5mm，所述二号螺纹（202）的终止螺距为1.5mm；所述二段螺纹轴（3）包括第二螺纹轴主体（301），所述第二螺纹轴主体（301）的外表面具有三号螺纹（302），所述三号螺纹（302）设置为相邻螺纹直径高低间隔的结构，所述三号螺纹（302）的螺距为0.75mm；所述三段螺纹轴（4）包括第三螺纹轴（401），所述第三螺纹轴（401）的外表面具有四号螺纹（402），所述四号螺纹（402）的螺距呈渐紧分布，所述四号螺纹（402）的初始螺距为0.6mm，所述四号螺纹（402）的终止螺距为0.025mm；所述螺帽组件（5）包括螺帽主体（501），所述螺帽主体（501）的后端开设有梅花槽（503）。2.根据权利要求1所述的纯镁金属接骨螺钉，其特征在于，所述钉头主体（101）的后端开设有第一内螺孔（103），所述第一螺纹轴主体（201）的前端装有第一内螺杆（203），所述第一螺纹轴主体（201）的后端开设有第二内螺孔（204），所述第二螺纹轴主体（301）的前端装有第二内螺杆（303），所述第二螺纹轴主体（301）的后端开设有第三内螺孔（304），所述第三螺纹轴（401）的前端装有第三内螺杆（403），所述第三螺纹轴（401）的后端开设有第四内螺孔（404），所述螺帽主体（501）的前端装有第四内螺杆（502）。3.根据权利要求2所述的纯镁金属接骨螺钉，其特征在于，所述第一内螺孔（103）、第二内螺孔（204）、第三内螺孔（304）、第四内螺孔（404）与第一内螺杆（203）、第二内螺杆（303）、第三内螺杆（403）、第四内螺杆（502）相啮合。4.根据权利要求1所述的纯镁金属接骨螺钉，其特征在于，所述钉头组件（1）、一段螺纹轴（2）、二段螺纹轴（3）、三段螺纹轴（4）和螺帽组件（5）的原材料采用99.99%的纯镁金属棒材，所述纯镁金属棒材由铸态纯镁锭经过多道次挤压获得。5.一种纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1：选择99.99%纯镁铸锭作为原材料；s2：制备纯镁棒坯φ100mm；s3：第一次挤压获得纯镁棒φ35mm；s4：制备纯镁棒坯φ30mm；s5：第二次挤压获得纯镁棒φ10mm；s6：将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉。6.根据权利要求5所述的纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，所述s2中，所述制备纯镁棒坯φ100mm的步骤具体为：s201：对s1得到的99.99%纯镁铸锭进行加工，将其铸锭加热至350-450℃，通过锻造或挤压的方式将其形状改变为直径为100mm的圆柱；s202：采用砂纸打磨，清理镁圆柱氧化层或其他杂质；
s203：对镁圆柱进行检查和测量，确保其直径为100mm，且表面平滑无杂质；s204：将处理好的镁圆柱进行冷却，然后储存起来，等待进行下一步的挤压处理。7.根据权利要求5所述的纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，所述s3中，所述第一次挤压获得纯镁棒φ35mm的步骤具体为：s301：准备一个直径为100mm的挤压筒，并将变径区的直径设定为35mm，挤压比为8.16；s302：将挤压筒预热到250℃-300℃的范围内，预热时间为2h，同步将纯镁棒坯预热到250℃-300℃的温度范围，预热时间为2h；s303：预热完成后，将石墨润滑剂均匀地涂抹在纯镁棒坯上；s304：将涂抹了润滑剂的纯镁棒坯放入已经预热过的挤压筒中，然后开始挤压，挤压的温度为350℃-400℃，挤压速率设置在5mm/s-8mm/s，挤压力设置在10mpa-20mpa；s305：将挤压过的纯镁棒坯从挤压筒中取出，并让其自然冷却。8.根据权利要求5所述的纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，所述s4中，所述制备纯镁棒坯φ30mm的步骤具体为：s401：选择cnc车床以及硬质合金刀具，设定切削速度为60-200m/min，反馈深度为0.5-1.5mm，进给速度为0.1-0.4mm/rev，转速范围为200-2000rpm；s402：在车削过程中，确保滑台运动平稳，每条切割路线都应根据刀具的形状和尺寸进行精确测量；s403：采用数字显示游标卡尺或高精度千分尺，核验完成的工件直径；s404：选用醇或酮类有机溶剂，常温30-35℃，浸泡10-20min，并利用刷子在清洗时施加力度清洁；s405：冲洗有机溶剂，并将所得纯镁棒坯φ30mm使用烘干设备快速干燥，烘干设备内部温度设置为55-60℃。9.根据权利要求5所述的纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，所述s5中，所述第二次挤压获得纯镁棒φ10mm的步骤具体为：s501：准备直径为30mm的挤压筒，并设定变径区的直径为10mm；s502：将纯镁棒坯φ30mm与模具一同预热，预热温度范围为300℃-400℃，预热时间为4h；s503：将挤压温度设定在400℃到500℃的范围内，施加挤压力来推动纯镁棒通过挤压筒并形成所需的形状，挤压速率为3mm/s-6mm/s，挤压力为 30mpa-60mpa；s504：将挤压成型的纯镁棒从挤压筒中取出，并进行自然冷却，去除表面润滑剂和氧化物、修整表面。10.根据权利要求5所述的纯镁金属接骨螺钉的加工工艺，其特征在于，所述s6中，所述将s5所得纯镁棒φ10mm通过数控加工方法加工成纯镁螺钉的步骤具体为：s601：设置数控机床参数，转速为800-3000rpm，进给速度为1-3mm/秒，切削深度为在0.1-1mm；s602：将纯镁棒φ10mm稳定固定在夹具中，避免振动和误差，根据该纯镁金属接骨螺钉的尺寸和几何特征，编写数控机床的加工程序，包括切削路径、刀具的运动轨迹、刀具轨迹与工件的相对位置以及切削参数等；s603：启动数控机床，按照编写的加工程序进行车削操作；
s604：去除表面润滑剂和氧化物，进行粗糙度检测以及抗拉强度检测，确保表面粗糙度在ra0.4-ra0.8mm，抗拉强度在190mpa-210mpa范围区间。

技术总结
本发明提供一种纯镁金属接骨螺钉及其加工工艺，涉及医疗外科技术领域，一种纯镁金属接骨螺钉是由钉头组件、一段螺纹轴、二段螺纹轴、三段螺纹轴和螺帽组件组成，本发明中，在接骨螺钉结构设计方向，采用多段螺纹的设计，可以根据具体需求选择合适的螺距和段数来定制螺钉的功能和性能，钉头组件的结构设计中，能在旋入过程中自我锁紧，提高螺钉的稳定性，且二号螺纹的螺距逐渐增大，使得在打入过程中能够对螺钉置入位姿进行调节，四号螺纹的螺距逐渐减小，在打入过程中稳定打入路径，减少偏斜和偏差，使螺钉能够安全、牢固地固定在目标物上，在三号螺纹中使得螺钉在旋入过程中可以在不同深度有不同的抗拉和抗压性能，从而提供更稳健的固定效果。稳健的固定效果。稳健的固定效果。


技术研发人员：王晓 曹颖佳 王晓琼 徐海东
受保护的技术使用者：苏州奥芮济医疗科技有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/8/24