用于模制部件的支撑结构

摘要

本发明公开了用于模制部件的支撑结构，描述了用于在致密化过程中防止模制件发生变形的结构和方法。所述装置和技术有助于减小易于在焙烧、烧结或其它致密化工艺过程中导致部件变形的应力，并因此减少在致密化后的辅助矫正操作的必要。在一些情况下，使用支撑结构将模制素坯定向在优选的方向上，以减小在焙烧过程中的变形(例如，薄的尾段的取向为平行于重力方向的平面)。支撑结构还可以是热质的一部分或其整体，以有助于减小导致部件变形的应力。尽管上述结构和方法可以用于任何模制件，但尤其用于生产例如外科器械的夹钳等医疗装置的一部分或全部。

权利要求

1.一种用于形成医疗装置的至少一部分的铸件，包括：

铸造医疗部件，其包括连接在一起的主体部分和尾部部分，所述尾部部分的横截面面积比所述主体部分小；

铸造浇口杯部分，其连接到所述铸造医疗部件上，所述铸造浇口杯包括铸造支撑结构，所述铸造支撑结构能够对所述铸造医疗部件进行定向，以防止在素坯烧结过程中主体部分和尾部部分之间发生错位。

2.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构能够防止在素坯烧结过程中在主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆和弯曲错位中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构将尾部部分定向在竖直面上。

4.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述尾部部分的横断面面积与所述主体部分的横断面面积之比在0.1至0.3之间。

5.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述尾部部分的质量与所述主体部分的质量之比在0.1至0.3之间。

6.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述铸件包括烧结的金属注射成型材料。

7.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述尾部部分包括凸缘结构。

8.根据权利要求1所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构包括用于与表面接触以支撑所述铸件的平面部分。

9.一种用于形成医疗装置的至少一部分的模制素坯，包括：模制医疗部件部分，其包括连接在一起的主体部分和尾部部分，所述尾部部分的横截面面积比所述主体部分小；

模制浇口杯部分，其连接到所述模制医疗部件部分上，所述模制浇口杯部分包括模制支撑结构，所述模制支撑结构能够对所述模制医疗部件部分定向，以防止在素坯烧结过程中所述主体部分和尾部部分之间发生错位。

说明书

用于模制部件的支撑结构

技术领域

[0001] 本发明涉及铸件，更具体而言，本发明涉及用于生产具有例如较好的对准度等改进特性的铸件的技术。

背景技术

[0002] 在焙烧素坯(greenbody)以形成烧结铸件的过程中，素坯会发生明显的收缩和变形。例如，诸如通过金属注塑成型(这里用“MIM”表示)的具有钳子的夹紧装置等一些医疗部件的铸造，导致模制素坯的中间成型，该模制素坯随后被焙烧以生成最终产品。在加热和致密化过程中，素坯具有收缩的倾向。这种收缩会导致素坯出现不期望的变形。例如，当素坯具有连接到相对较轻且横截面相对较小的区段上的相对较重且横截面相对较大的区段时，不同区段之间的不均匀收缩会导致它们之间产生差应力变形，这将使焙烧产品的形状发生非均质性扭曲。在另一个例子中，素坯的一些区段，即通过连接到本体上支撑的延伸部分会在焙烧过程中由于作用在延伸部分上的重力而变成畸形。

[0003] 需要对这些可能畸形的产品进行辅助的矫正操作，以矫正在烧结之后在弯曲和/或尾部摇摆(tailwag)效应下产生的变化。除了消耗时间之外，上述操作也增加了生产铸件的成本。此外，在一些情况下，辅助操作并不能充分矫正形状缺陷。在这种情况下，成品收率将降低，其直接关系到适当成型的产品的损失。

[0004] 因此，需要改进的方法和装置，以提高模制件的质量，具体而言，需要降低在素坯致密化过程中形成畸形产品的概率。

发明内容

[0005] 一方面，本发明涉及铸件以及铸造该铸件的方法，其能够在焙烧、烧结或其它致密化工艺过程中避免铸件发生扭曲。

[0006] 一些示例性的实施方式涉及用于形成医疗装置的一部分或其整体的铸件。这种铸件可以包括已被烧结、焙烧和/或致密化的模制材料，例如烧结金属注塑成形材料。铸件可以包括铸造医疗部件，其可以具有连接到尾部部分(例如凸缘结构)上的主体部分。在一些情况下，尾部部分的横截面面积可以比主体部分的小。铸件还可以包括铸造支撑结构。在一些情况下，支撑结构可以连接到铸造浇口杯部分上。铸造支撑结构能够对铸造医疗部件进行定向，以防止在素坯致密化工艺(例如烧结)过程中部件(例如主体部分和尾部部分之间)发生错位。支撑结构能够在致密化工艺过程中防止素坯的主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆和弯曲错位中的至少一个。在另一个例子中，铸造支撑结构将尾部部分定向在竖直面上。铸造支撑结构可以具有用于例如在致密化工艺过程中与表面接触以支撑铸件的平面部分。

[0007] 在一些实施方式中，铸件的尾部部分的横断面面积与主体部分的横断面面积之比在大约0.1至大约0.3之间。在其它实施方式中，铸件的尾部部分的质量与主体部分的质量之比在大约0.1至大约0.3之间。

[0008] 其它实施方式涉及一种模制素坯。这种素坯可以是医疗装置的一部分或其整体。素坯可以包括模制部分，所述模制部分的结构和/或功能性包括这里针对铸件进行描述的特征的任意组合。模制部分，诸如能够在致密化后实施为医疗装置件的产品部分，可以由例如带有粘结剂的金属材料等制成。

[0009] 另外的实施方式涉及铸造例如医疗装置的一部分或其整体等铸件的方法。可以形成包括能够连接到产品部分上的模制支撑结构的素坯。产品部分可被模制，并且可具有连接到主体部分上的尾部部分。素坯还可以包括模制浇口杯部分，模制支撑结构连接在模制浇口杯部分上。可利用诸如含金属组分的注射成型等多种技术来执行素坯成型。成型加工的素坯可被定位成使得模制支撑结构对模制产品部分进行定向，以防止在烧结或一些其它致密化工艺过程中主体部分和尾部部分之间发生错位。例如，定位素坯使得在致密化过程中可防止尾部摇摆或弯曲错位中至少一种效应。对素坯进行定位的步骤可以包括支撑模制产品部分使得尾部部分不直接接触支撑素坯的表面。在一种实施方式中，对素坯进行定位的步骤包括将模制支撑结构靠在表面上，以便在致密化过程中支撑素坯。然后，能够利用烧结、焙烧或一些其它致密化工艺来致密化素坯。还可以包括打浇口步骤，以将致密化素坯的产品部分从致密化材料的剩余部分中分离出来。

[0010] 本发明具体公开了如下内容：

[0011] (1).一种用于形成医疗装置的至少一部分的铸件，包括：

[0012] 铸造医疗部件，其包括连接在一起的主体部分和尾部部分，所述尾部部分的横截面面积比所述主体部分小；

[0013] 铸造浇口杯部分，其连接到所述铸造医疗部件上，所述铸造浇口杯包括铸造支撑结构，所述铸造支撑结构能够对所述铸造医疗部件进行定向，以防止在素坯烧结过程中主体部分和尾部部分之间发生错位。

[0014] (2).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构能够防止在素坯烧结过程中在主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆和弯曲错位中的至少一个。

[0015] (3).根据第(2)项所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构将尾部部分定向在竖直面上。

[0016] (4).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述尾部部分的横断面面积与所述主体部分的横断面面积之比在大约0.1至大约0.3之间。

[0017] (5).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述尾部部分的质量与所述主体部分的质量之比在大约0.1至大约0.3之间。

[0018] (6).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述铸件包括烧结的金属注射成型材料。

[0019] (7).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述尾部部分包括凸缘结构。

[0020] (8).根据第(1)项所述的铸件，其中，所述铸造支撑结构包括用于与表面接触以支撑所述铸件的平面部分。

[0021] (9).一种用于形成医疗装置的至少一部分的模制素坯，包括：

[0022] 模制医疗部件部分，其包括连接在一起的主体部分和尾部部分，所述尾部部分的横截面面积比所述主体部分小；

[0023] 模制浇口杯部分，其连接到所述模制医疗部件部分上，所述模制浇口杯部分包括模制支撑结构，所述模制支撑结构能够对所述模制医疗部件部分定向，以防止在素坯烧结过程中所述主体部分和尾部部分之间发生错位。

[0024] (10).根据第(9)项所述的模制素坯，其中，所述模制支撑结构能够防止在素坯烧结过程中在主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆和弯曲错位中的至少一个。

[0025] (11).根据第(10)项所述的模制素坯，其中，所述模制支撑结构将尾部部分定向在竖直面上。

[0026] (12).根据第(9)项所述的模制素坯，其中，所述模制产品部分包括带有粘结剂的金属材料。

[0027] (13).根据第(9)项所述的模制素坯，其中，所述尾部部分包括凸缘结构。

[0028] (14).根据第(9)项所述的模制素坯，其中，所述模制支撑结构包括用于在烧结过程中与表面接触以支撑模制素坯的平面部分。

[0029] (15).一种铸造医疗装置的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：

[0030] 形成素坯，所述素坯包括模制产品部分和模制浇口杯部分，所述模制产品部分具有连接到主体部分上的尾部部分，所述模制浇口杯部分包括模制支撑结构；

[0031] 对所述素坯进行定位，使得所述模制支撑结构将模制产品部分定向成防止在烧结过程中主体部分和尾部部分之间发生错位；以及烧结所述素坯。

[0032] (16).根据第(15)项所述的方法，其中，形成所述素坯的步骤包括使用金属注塑成型来形成素坯。

[0033] (17).根据第(15)项所述的方法，其中，对所述素坯进行定位的步骤包括将素坯定位成使得在烧结过程中防止所述主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆和弯曲错位中的至少一个。

[0034] (18).根据第(15)项所述的方法，还包括：

[0035] 从所述素坯的剩余部分上对素坯的产品部分打浇口。

[0036] (19).根据第(15)项所述的方法，其中，对所述素坯进行定位的步骤包括支撑所述模制产品部分，使得所述尾部部分不直接接触支撑素坯的表面。

[0037] (20).根据第(15)项所述的方法，其中，对所述素坯进行定位的步骤包括将所述模制支撑结构靠在表面上，以便在烧结过程中支撑素坯。

附图说明

[0038] 结合附图(不一定按规定比例)，通过下面详细的描述将能够更加充分地理解本发明，其中：

[0039] 图1是根据本发明实施方式的包括医疗装置的夹钳的一部分的素坯的示意性透视图；

[0040] 图2是医疗装置的一部分的一组夹钳的示意性侧视图，其中，所述夹钳具有基本上理想的曲度；

[0041] 图3是医疗装置的一部分的一组夹钳的示意性侧视图，其中，所述夹钳未表现出明显的尾部摇摆；

[0042] 图4是根据本发明实施方式的用于铸造产品的方法的流程图；

[0043] 图5是图1所示夹钳的一部分的侧视图，示出了在这里描述的一些试验中使用的曲度测量法；以及

[0044] 图6是图1所示夹钳的一部分的俯视图，示出了在这里描述的一些试验中使用的尾部摇摆测量法。

具体实施方式

[0045] 为了能够全面理解这里公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理，现在将描述某些示例性的实施方式。附图中示出了这些实施方式中的一个或多个示例。本领域技术人员能够理解，在这里具体描述且在附图中示出的装置和方法是非限制性的示例性实施方式，本发明的范围仅通过权利要求书来限定。针对某个示例性实施方式示出或描述的特征也可以与其它实施方式的特征进行合并。这样的变型和改变应当被包括在本发明的范围内。

[0046] 一些实施方式涉及模制素坯，其能够防止在烧结或一些其它致密化工艺过程中素坯发生错位。通常，素坯是模制的本体，它的成型一般是用于形成最终模制件的工艺的中间步骤。素坯一般经过多种工艺进行致密化，例如热处理，使得最终的模制件具有所期望的最终特性(例如，相对于素坯具有更高的强度和密度)。尽管模制的素坯可以具有任意具体的形状或尺寸，但一些实施方式具体地针对形成医疗装置的一部分或其整体的素坯(例如，诸如缝合器或夹持装置等医疗设备的钳子或夹钳)。

[0047] 图1描述了成型素坯的一种示例性实施方式。图1所示的模制素坯100包括具有主体部分110的夹钳产品部分105，所述主体部分110能够连接到实施为凸缘的尾部部分120上。素坯100还包括连接到夹钳105上的浇口杯部分130。如图1所示，浇口杯部分
130包括模制支撑结构135，这里具体示出的所述模制支撑结构135为具有平面部分136的带脚结构。浇口杯部分130可以由模制本体的与模子入口对应的部分产生，其中，模制材料被注入到模子入口中。在素坯焙烧过后，通常将浇口杯部分130连同铸造支撑结构135一起移除。尽管图1的实施方式将支撑结构和浇口杯部分用作一个整体单元，但其它实施方式可以具有连接到产品部分上的支撑结构而不具有浇口杯结构。

[0048] 一般而言，支撑结构能够对素坯进行定向，防止主体部分和尾部部分之间发生错位。例如，对于图1所示的夹钳105，模制支撑结构135适于将夹钳105保持在适当的位置，使得尾部部分120的平面能够定向成在平行于竖直方向160的平面上延伸。即，尾部部分120在垂直于水平取向的搁置表面170的平面上延伸，其中，支撑结构135搁置在所述表面
170上。这样的布置有助于稳定尾部部分120，使其在致密化过程中不能移动或改变方向。
若没有支撑结构135，那么尾部部分120可能发生变形或被重新取向，使得尾部部分120可能在致密化过程中相对于主体部分110产生偏移。例如，如果夹钳100相对于图1所示方向转动，使得尾部部分120平行于支撑表面170，那么致密化可能导致尾部部分120由于重力而朝向表面170移位，并且在硬化时相对于主体部分110错位。

[0049] 如图1所示，支撑结构或者模制浇口杯和支撑结构的组合还可以用作热质(thermal mass)，有助于在整个素坯上更加均匀地分布质量。参照图1，没有模制浇口杯部分130，尾部部分120和主体部分110之间的相对质量明显不同。由于非均质性收缩(即，由于质量上的差异引起各部分不均匀收缩)，这样的质量分布能够促使产品部分105发生变形。通过利用另一种质量，即以连接在尾部部分120上的浇口杯结构130的形式，素坯的总质量能够分布得更加均匀。因此，在一些实施方式中，素坯可以包括具有较重产品区段和较轻产品区段的产品部分，其中，较轻产品区段连接到具有用于在素坯上分配质量的支撑结构的区段上。在这些实施方式中，产品的较重部分与较轻部分的质量比可以在大约0.1至大约0.3之间。

[0050] 在一些实施方式中，支撑结构能够用于在素坯致密化过程中防止部件变形，其中，所述素坯包括至少两个部分：一个部分具有相对较大的横截面，而另一个部分具有相对较小的横截面。对于这两个部分中的每一个，横截面能够通过提供一些典型的横截面面积来限定。这种限定能够利用所述部分的任何特定的横截面，或者能够利用本领域技术人员公知的技术取横断面的平均值。通过将支撑结构连接到具有较小横截面的部分上，能够降低导致部件变形的应力失配的可能性。因此，一些实施方式提出了一种素坯，其中，较小区段的横截面面积与较大区段的横截面面积之比可以在大约0.1至大约0.3之间。

[0051] 利用在此描述的根据实施方式的模制素坯，能够减少/消除辅助矫正或其它用于改变形状的操作的必要。因而，在形成的诸如医疗装置部件等成品铸件中，能够减小或者基本上消除在铸件的主体部分和尾部部分之间发生尾部摇摆或弯曲错位。图2描述了装置的具有基本上理想曲度的示例性的一组夹钳，其中，当夹钳210、215处于闭合位置时，夹具210、215的末端220相互接触。如果夹钳210、215的弯曲部被扭曲，例如，每个钳口沿弧线偏离齿面，那么夹钳210、215将无法根据需要在它们各自的末端220、225处接触。因此，需要辅助工序以对准尾端230、235。图3描述了具有基本上理想的尾部摇摆的示例性装置
300。夹钳310、315的尾端330、335相对于夹钳310、315定向，使得各自的角340、345分别为大致90度。这允许夹钳310、315沿着在夹钳310、315接触的平面上延伸的接触面充分接触。如果由于例如尾段330、335发生变形而使得各自的角340、345不是90度，则需要执行辅助操作以形成90度角。这里讨论的装置和方法有助于缓减上述情况。

[0052] 一些实施方式涉及致密化的铸件，例如形成医疗装置的一部分或其整体的产品。这样的铸件能够通过致密化模制素坯而形成，例如经过焙烧、烧结或一些其它致密化工艺的模制素坯。铸件可以包括关于这里公开的各种类型模制素坯所讨论的结构和/或功能特征的任意组合。例如，铸件可以包括具有主体部分和尾部部分的铸造医疗部件；以及，连接到铸造医疗部件上的铸造浇口杯部分，该浇口杯部分包括铸造支撑结构，其能够防止在素坯致密化过程中医疗部件发生错位。

[0053] 其它实施方式提出了铸造装置或装置的一部分的方法，例如医疗装置。图4示出了示例性铸造工艺的流程图。方法400包括形成素坯的步骤，该素坯包括模制支撑结构410。在一些实施方式中，素坯可以包括模制产品部分和模制支撑结构；模制支撑结构可以并作模制浇口杯部分的一部分，其中，上述并合能够在致密化过程中用作热质。在一些实施方式中，模制产品部分可以包括主体部分和尾部部分。尾部部分相对于主体部分可以具有较小的热质和/或较小的横截面面积。此外，尾部部分能够连接到模制浇口杯部分和/或模制支撑结构上。

[0054] 可以利用多种方法和/或多种材料来形成模制素坯。例如，可以通过将金属粉末、聚合物和粘结剂混合注射到模子中进行成型加工而形成素坯。本领域的技术人员可以理解，本申请的实施方式并非受到形成素坯所使用的方法、素坯的材料以及本申请试图使用所有这些技术和材料的限制。所使用的成型工艺的类型可以包括这里论述的任何技术(例如MIM)以及本领域技术人员所能理解的任何技术。

[0055] 在形成素坯的基础上，模制支撑结构能够用于对模制产品部分420进行取向。例如，定位素坯以能够防止在致密化(例如烧结)过程中模制产品部分发生错位。例如，当模制产品部分包括主体部分和尾部部分时，对素坯进行取向以能够防止主体部分和尾部部分之间发生错位。所述取向应能够将尾部摇摆或弯曲或两者控制在期望的程度上。这可以通过多种技术来实现，例如定位模制产品部分使得在致密化过程中尾部部分不接触素坯的支撑表面，和/或将素坯搁置在表面上使得在素坯致密化过程中支撑结构接触该表面。

[0056] 在对素坯进行取向之后，利用这里论述的任何技术或本领域技术人员公知的例如烧结、焙烧等用于致密化素坯的其它技术来致密化430本体。利用上述致密化工艺可以形成最终铸件。在一些实施方式中，使用方法400的步骤可以减少在致密化430之后进行辅助矫正操作的必要。可选择地，焙烧产品的产品部分可以从焙烧部分440的剩余部分(例如切割杯部分)上打浇口，以得到产品部分。

[0057] 试验

[0058] 提供了以下试验结果以说明本申请的一些方面。但是，这些试验并不用来限制本发明的任何实施方式的范围。

[0059] 一种试验用来评估尾部支撑结构在烧结模制夹钳件过程中减小尾部摇摆或弯曲的效果。对类似图1所示夹钳件的20个夹钳件进行模制和烧结。其中，10个夹钳件包括尾部支撑结构136(如图1所示)，10个夹钳件没有支撑结构136。

[0060] 对每个完成的夹钳件进行尾部摇摆和弯曲测量。如图5所示夹钳侧视图的描述，通过测量大直径孔520的中心线和夹钳530的底部边缘之间的垂直距离510来确定曲度。对于理想的曲度，垂直距离510为0.049英寸。如图6所示夹钳俯视图的描述，通过平行度大小610来对尾部摇摆进行度量，在没有尾部摇摆时平行度大小610被限定为0.001英寸。

[0061]支撑结构 尾部摇摆(英寸) 曲度(英寸)
有 0.0016 0.0465
有 0.0009 0.0465
有 0.0009 0.0468
有 0.0013 0.0461
有 0.0008 0.0464
有 0.0017 0.0469
有 0.0012 0.0466
有 0.0014 0.0466
有 0.0011 0.047
有 0.0016 0.0465
没有 0.0015 0.0463
没有 0.0015 0.0473
没有 0.0019 0.0469
没有 0.0015 0.0463
没有 0.0018 0.0461
没有 0.0008 0.0464
没有 0.0015 0.0472
没有 0.0016 0.0471
没有 0.0014 0.0463
没有 0.0014 0.0475

[0062] 表1：尾部摇摆测量和曲度测量的原始数据

[0063] 表1中示出了试验的数据。对尾部摇摆和曲度数据进行分析，以确定在具有支撑结构的夹钳件与缺少支撑结构的夹钳件之间是否存在总体上的差异。

[0064] 关于尾部摇摆，在具有支撑结构时形成的夹钳件的尾部摇摆尺寸的平均值为0.046590英寸，相比之下，在没有支撑结构时生产的夹钳件的尾部摇摆尺寸的平均值为
0.046740英寸，即，具有支撑结构时尾部摇摆较小。

[0065] 关于曲度，具有支撑结构的夹钳件的曲度的平均值比没有支撑结构的夹钳件的曲度的平均值稍小。然而，曲度测量的方差明显不同。具体而言，对曲度数据进行统计学Lavene′s检验示出的p值为0.004。因此，完全可以证明：在曲度测量上，具有支撑结构的夹钳件比没有支撑结构的夹钳件的方差更小，具有95％的置信度。因而，在具有支撑结构时生产的夹钳件比在没有支撑结构时生产的夹钳件在曲度上的变化小。

[0066] 基于上述实施方式，本领域技术人员能够理解更多的本发明的特征和优点。因此，本发明并不受具体示出和描述的内容的限制，除非由所附权利要求书所指明的。实际上，如前所述，能够将一项或多项技术单独实施，或与任何其它技术组合(例如，将使侧浇口倾斜和使封闭端侧浇口定位在距离直浇口的封闭端至少两个横截面长度进行组合)后实施以生产产品铸件。这里引用的所有出版物和文件的完整内容通过引用清楚地包含在此。