牙科正型卡環機的研制及臨床應用

摘要 在建立基牙牙冠數學模型和卡環數學模型的基礎上，并分析卡環不銹鋼絲的金屬功能，選擇應用冷沖模制作工藝，并研制出正型卡環機，制作出系列商品化成品卡環已用于臨床。

關鍵詞 牙科 正形卡環 冷沖模 卡環成形機

卡環是可摘局部義齒賴以固位的主要構件。目前，牙科卡環的制作方法主要有鑄造和手工彎制兩種，后者被廣泛應用于各級醫院牙科、私人診所和技工加工中心，手工彎制卡環難度大，技巧性強，不易掌握，因而在教學和臨床實際操作中應用相當多的時間。另外，在彎制過程中，不銹鋼絲經過多次彎折，大大降低了材料的抗疲勞強度，卡環的機械強度降低，故卡環折斷時有發生，易造成嚴重后果。因此，口腔修復科醫技人員期待著一種新的卡環機械的產生，制作出系列化的成品卡環，供制作活動局部義齒使用。

卡環空間形狀的研究

手工彎制卡環是按每個具體基牙的實際形狀大小，逐個“量體裁衣”式彎制而成，因而手工彎制的卡環，其幾何形狀和尺寸都是不確定的。而機械加工，首先要求其加工對象在空間形狀和尺寸大小上應有精確的數據，因此必須首先研究卡環的空間形狀和尺寸。

根據卡環臂應具有水平和垂直方向彎曲的理論［１］，以卡環必須終止在牙冠下錐體即頜斜面（亦稱倒凹區或固位區）；同時設計所要求的被動性，對抗性，支持穩定性和長度要求，建立卡環數學模型［2］，其中包括卡環臂空間形成分拆及各段曲率計算，卡環體與基牙軸線斜面計算，以及卡環整體長度計算，分別推導出計算公式。最后根據基牙數學模型研究所提供的數學計算出各恒牙相匹配的卡環［3］、多項數據最大值、最小值及均值，然后進行分檔，相鄰兩檔尺寸差以卡環允許調整最大值（不影響固位）作為檔差，所有數據及公式程序儲存于計算機，以供制作工藝應用。

加工方法的選擇

卡環是一種典型的成形材料工作，對于線材工件的加工方法通?？刹捎脽釘D壓和冷沖模加工方法。我們選擇后者，因冷模加工具有工藝簡單，加工方便，節省材料，加工質量較高等優點。

從卡環的水平和垂直的彎曲空間形成分析來看，采用冷沖模加工卡環，需經過二次加工成形，首先在水平面上加工成3個圓弧，然后再形成垂直面上的形狀。

當采用冷模來彎制圓弧時，再其彎曲圓角區上，線材外層受拉伸，內層受壓縮，如材料厚度不變，彎曲圓角的半徑越小，則圓角區的變形越大，當外層圓角處拉伸壓力超過材料強度極限時，外層材料發生斷裂，致使工件報廢。因此，使用冷沖模彎制零件時，受到最小彎曲圓角半徑的限制，最小彎曲角半徑與工件材料的機械性能、表面質量、硬度弧度和纖維方向的因素有關?？ōh采用不銹鋼Cr18Nig的材料，當彎曲方向與材料纖維垂直時，其最小彎曲圓角半徑為It（t—材料厚度），卡環最常用材料厚度（直徑）0.9mm，那么最小彎曲圓角半徑0.9mm，而在兩次成形各圓弧中，其最小半徑2mm，大于最小彎曲半徑0.9mm，因此不會破壞工件質量。

采用冷模彎制工件時，還應考慮到回彈對工件成形的影響，影響回彈成度的因素很多，而各個因素又相互影響，故理論計算比較復雜而不夠精確。因而在確定回彈半徑和回彈角度時，首先根據有關公式進行計算，然后在模具加工時進行調試修正，通過不斷地試驗，對卡環加工時回彈規律已掌握，得到一組不同規格尺寸不銹鋼絲回彈數據，根據這組數據調制模具，可以精確地獲得卡環空間形狀的尺寸。

機構和模具的實現

卡環的加工機構按其工序分為3種：切斷機構、1次成形機構和2次成形機構。切斷機構是為加工胚料而設計的，它有一個可移動的檔塊，用來調整下料長度。下料長度是根據卡環展開尺寸而定的，因此可達到無廢料生產。

成形機構（1次、2次成形）是根據四連桿機構的原理而設計的。通過壓動壓桿，帶動凸模向下運動，壓制工件成形。凸模在導向套中上下移動。導向套中設置一導向鍵，用以保證凹凸模的中心對齊。

經切斷機構下料后，首先在第一成形機構上彎制三個圓弧。工作被放在凹模上，通過兩個擋板和壓板來進行定位。檔塊固定了工件的縱向，使工件不能縱向移動，模間定位是靠兩個壓板，兩個壓板形成一個寬僅3mm的一個窄槽，使的工件在橫向移動量非常小，對工件形成質量的影響可忽略不計。凹模在兩個檔塊形成的導向軌道中可橫向滑動，當工件形成后，移動凹模，使工件從底板上落料槽落料，或借助工件的回彈力，使工件彈出凹模。

第2次形成，工件是靠R1圓弧平面進行定位的。再凸模上制作了一個定位槽，當凸模被壓桿帶動向下移動時，定位槽首先接觸工料，使工料卡住，使之不能錯位，當凸模向下壓到位是，工件即可形成。

設備使用情況

本設備經半年使用，產品工件經理化驗室及臨床應用，經國內有關專家使用鑒定有以下優點：①此設備易操作，加工方法簡單，工件使用時，除個別稍加調整外均可到達使用要求，從而提高工作效率。②產品規格化，解決由于制作者技術水平高低不等而造成義齒質量問題，延長義齒使用壽命。③節約材料，基本可達到無廢料生產。④產品機械化生產，成本低，可達到系列化、商品化水平，有一定的經濟效益。