Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Повышение работоспособности режущих медицинских инструментов, в частности скальпелей и сверл, имеет большую актуальность в настоящее время.
Медицинский инструмент подвергается сильному износу вследствие влияния коррозионной рабочей среды, частых температурных колебаний (при стерилизации и дезинфекции) и малой толщины режущей кромки.
Особенностью изготовления медицинских инструментов из углеродистой стали является необходимость нанесения покрытий из никеля или хрома, предохраняющих лезвие инструмента от воздействия коррозионной среды. Однако тонкое острие при нанесение на него слоя защитного покрытия становится толще и его геометрические параметры изменяются.
Известно много способов упрочнения поверхностных слоев медицинских инструментов: нанесение защитно-декоративных покрытий, модификация поверхности потоками плазмы , газовой детонацией, конденсацией в вакууме, комбинированных процессов упрочнения и др. Однако эти способы очень дорогостоящие и не всегда доступны для широкого использования.
Поэтому возникает необходимость увеличения работоспособности медицинских путем совершенствования технологического процесса изготовления медицинских инструментов, а именно: изыскание нового способа их поверхностного упрочнения.
Цель работы. Целью настоящей работы является повышение качества изготовления медицинских инструментов за счет улучшения их эксплуатационных характеристик путем применения упрочняющей импульсной магнитной обработки.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Проведен анализ современного состояния качества изготовления и эксплуатации медицинских инструментов.
Выявлены и исследованы причины низкой износостойкости медицинских инструментов.
Разработаны конструкции и изготовлены: импульсная магнитной установка, импульсная магнитно-динамическая установка, микрофотографическая установка, установка для исследования изнашивания тонколезвийного инструмента, микрофотосканограф для получения про-филограмм поверхности.
Проведены теоретические и экспериментальные исследования физико-механических процессов, протекающих в поверхностных слоях металла, упрочненного импульсной магнитной обработкой; оценено влияние предлагаемого способа упрочнения на износостойкость медицинских инструментов.
Разработана технология упрочнения медицинских инструментов магнитно-динамической обработкой
на базеуетройетвої для импульсной магнитной обработки (патент Р^^й^ШщЗ^^ № И 205).
snsnaA
Проведены опытные испытания медицинских инструментов, упрочненных импульсной магнитной обработкой, в медицинских учреждениях.
Разработаны режимы упрочнения медицинских инструментов.
Объекты и методы исследования. Основными объектами исследований явились: режущий медицинский инструмент - скальпели и медицинские сверла.
Теоретические исследования проводились на основе использования современных достижений технологии машиностроения, теории оптимизации, физики твердого тела, аппарата математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились с использованием теории математического планирования экспериментов; для обработки и анализа данных экспериментов широко использовались ЭВМ и методы компьютерного имитационного моделирования процессов. Для изучения поверхности режущей части инструментов применялись профилометрия, оптическая микроскопия.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Получены математические модели оценки влияния режимов импульсной магнитной обработки на износостойкость медицинского инструмента. Проведена оптимизация режимов обработки для конкретного вида медицинского инструмента.
На основе применения современных методик и компьютерных программ ЗО-моделирования получены имитационные модели режущей кромки тонколезвийного инструмента. При подключении в данную модель данных экспериментального исследования изнашивания получены динамические модели, имитирующие процесс изнашивания инструмента, упрочненного и неупрочненного импульсной магнитной обработкой.
Выявлен механизм изнашивания режущих кромок медицинских инструментов.
Установлено изменение физико-механических и эксплутационных свойств под влиянием обработки магнитным полем, в частности, выявлено увеличение микротвердости поверхностного слоя режущей части инструмента и повышение коррозионной устойчивости.
Практическая ценность работы. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили:
Повысить износостойкость режущего медицинского инструмента посредством упрочнения импульсной магнитной обработкой в 1.5-2 раза, а также существенно увеличить срок службы режущего тонколезвийного инструмента за счет снижения интенсивности его изнашивания.
Получить математические модели, отражающие влияние режимов магнитной обработки на износостойкость инструмента, и на основе этих
моделей выявить оптимальные режимы импульсной магнитной обработки медицинских ножей и скальпелей. 3. Разработать и предложить конструкции импульсных магнитных установок .
Реализация работы. Работа выполнена согласно проекту «Технология импульсной магнитной обработки деталей машин», включенного в Межвузовскую научно-техническую программу «Энерго- и ресурсосберегающие технологии» (ПТ 451.3)
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Технологии автоматизированного машиностроения» (ИГЭУ Иваново, 2000-2003 г.); Международной научно технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии » ( Бенардосовские чтения ) ( Иваново, 1999, 2001, 2003 г.); региональной научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2002 г.), Международной научно-технической конференции «Современная электротехнология в машиностроении» (Тула, 2002 г.); Всероссийской научно-технической конференции « Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении» ( Нижний Новгород, 2001-2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Технологии в машино- и приборостроении на рубеже XXI века» (Нижний Новгород , 2000 г.); Международной научно технической конференции «Актуальные проблемы машиностроения » ( Владимир, 2001 г.); Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов» (Воронеж, 2003 г.); межвузовском семинаре «Физика, химия и механика трибосистем » (Иваново, 2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, получен 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 116 наименований и приложения. Содержит Y62. страниц машинописного текста, Jg" рисунка, *f2. таблиц.
