牙科正型卡环机的研制及临床应用

摘要　在建立基牙牙冠数学模型和卡环数学模型的基础上，并分析卡环不锈钢丝的金属功能，选择应用冷冲模制作工艺，并研制出正型卡环机，制作出系列商品化成品卡环已用于临床。

关键词　牙科　正形卡环　冷冲模　卡环成形机

卡环是可摘局部义齿赖以固位的主要构件。目前，牙科卡环的制作方法主要有铸造和手工弯制两种，后者被广泛应用于各级医院牙科、私人诊所和技工加工中心，手工弯制卡环难度大，技巧性强，不易掌握，因而在教学和临床实际操作中应用相当多的时间。另外，在弯制过程中，不锈钢丝经过多次弯折，大大降低了材料的抗疲劳强度，卡环的机械强度降低，故卡环折断时有发生，易造成严重后果。因此，口腔修复科医技人员期待着一种新的卡环机械的产生，制作出系列化的成品卡环，供制作活动局部义齿使用。

卡环空间形状的研究

手工弯制卡环是按每个具体基牙的实际形状大小，逐个“量体裁衣”式弯制而成，因而手工弯制的卡环，其几何形状和尺寸都是不确定的。而机械加工，首先要求其加工对象在空间形状和尺寸大小上应有精确的数据，因此必须首先研究卡环的空间形状和尺寸。

根据卡环臂应具有水平和垂直方向弯曲的理论［１］，以卡环必须终止在牙冠下锥体即颌斜面（亦称倒凹区或固位区）；同时设计所要求的被动性，对抗性，支持稳定性和长度要求，建立卡环数学模型［2］，其中包括卡环臂空间形成分拆及各段曲率计算，卡环体与基牙轴线斜面计算，以及卡环整体长度计算，分别推导出计算公式。最后根据基牙数学模型研究所提供的数学计算出各恒牙相匹配的卡环［3］、多项数据最大值、最小值及均值，然后进行分档，相邻两档尺寸差以卡环允许调整最大值（不影响固位）作为档差，所有数据及公式程序储存于计算机，以供制作工艺应用。

加工方法的选择

卡环是一种典型的成形材料工作，对于线材工件的加工方法通常可采用热挤压和冷冲模加工方法。我们选择后者，因冷模加工具有工艺简单，加工方便，节省材料，加工质量较高等优点。

从卡环的水平和垂直的弯曲空间形成分析来看，采用冷冲模加工卡环，需经过二次加工成形，首先在水平面上加工成3个圆弧，然后再形成垂直面上的形状。

当采用冷模来弯制圆弧时，再其弯曲圆角区上，线材外层受拉伸，内层受压缩，如材料厚度不变，弯曲圆角的半径越小，则圆角区的变形越大，当外层圆角处拉伸压力超过材料强度极限时，外层材料发生断裂，致使工件报废。因此，使用冷冲模弯制零件时，受到最小弯曲圆角半径的限制，最小弯曲角半径与工件材料的机械性能、表面质量、硬度弧度和纤维方向的因素有关。卡环采用不锈钢Cr18Nig的材料，当弯曲方向与材料纤维垂直时，其最小弯曲圆角半径为It（t—材料厚度），卡环最常用材料厚度（直径）0.9mm，那么最小弯曲圆角半径0.9mm，而在两次成形各圆弧中，其最小半径2mm，大于最小弯曲半径0.9mm，因此不会破坏工件质量。

采用冷模弯制工件时，还应考虑到回弹对工件成形的影响，影响回弹成度的因素很多，而各个因素又相互影响，故理论计算比较复杂而不够精确。因而在确定回弹半径和回弹角度时，首先根据有关公式进行计算，然后在模具加工时进行调试修正，通过不断地试验，对卡环加工时回弹规律已掌握，得到一组不同规格尺寸不锈钢丝回弹数据，根据这组数据调制模具，可以精确地获得卡环空间形状的尺寸。

机构和模具的实现

卡环的加工机构按其工序分为3种：切断机构、1次成形机构和2次成形机构。切断机构是为加工胚料而设计的，它有一个可移动的档块，用来调整下料长度。下料长度是根据卡环展开尺寸而定的，因此可达到无废料生产。

成形机构（1次、2次成形）是根据四连杆机构的原理而设计的。通过压动压杆，带动凸模向下运动，压制工件成形。凸模在导向套中上下移动。导向套中设置一导向键，用以保证凹凸模的中心对齐。

经切断机构下料后，首先在第一成形机构上弯制三个圆弧。工作被放在凹模上，通过两个挡板和压板来进行定位。档块固定了工件的纵向，使工件不能纵向移动，模间定位是靠两个压板，两个压板形成一个宽仅3mm的一个窄槽，使的工件在横向移动量非常小，对工件形成质量的影响可忽略不计。凹模在两个档块形成的导向轨道中可横向滑动，当工件形成后，移动凹模，使工件从底板上落料槽落料，或借助工件的回弹力，使工件弹出凹模。

第2次形成，工件是靠R1圆弧平面进行定位的。再凸模上制作了一个定位槽，当凸模被压杆带动向下移动时，定位槽首先接触工料，使工料卡住，使之不能错位，当凸模向下压到位是，工件即可形成。

设备使用情况

本设备经半年使用，产品工件经理化验室及临床应用，经国内有关专家使用鉴定有以下优点：①此设备易操作，加工方法简单，工件使用时，除个别稍加调整外均可到达使用要求，从而提高工作效率。②产品规格化，解决由于制作者技术水平高低不等而造成义齿质量问题，延长义齿使用寿命。③节约材料，基本可达到无废料生产。④产品机械化生产，成本低，可达到系列化、商品化水平，有一定的经济效益。