介入治疗用微导丝的电火花加工研究

介入治疗用微导丝的电火花加工研究

潘国新 王斌修

青岛理工大学机械工程学院 青岛 266033

摘要：通过分析一种介入治疗用微导丝的结构特性，设计了一套专用电火花加工试验装置，初步实现了微导丝的

电火花线切割加工，最后通过加工试验结果进行了电火花加工工艺参数分析，表明了使用电火花线切割来加工微

导丝获得较好的加工质量是可行的。

关键词：介入治疗 微导丝 电火花线切割 试验装置 工艺参数

中图分类号：TG661

0 前言

介入治疗是应用现代高科技手段进行的一种微创性治疗，也就是在医学影像设备的引导下，将特制的

导管、导丝等精密器械引入人体，对体内病灶进行诊断和局部治疗。介入疗法的多数项目都是在血管内进

行的，此疗法具有不开刀、创伤小、恢复快、效果好，并发症低的特点。

介入治疗在我国经20余年蓬勃发展，现已在全国大力推广，疗效显著。然而所用器材均为国外进口，

价格昂贵，治疗费用较高，急需研制国产介入器材。我们实验室经过近半年的实验研究，探索出了用电火

花加工制作介入治疗用锥形微导丝的方法。

1 微导丝的材料特性及结构分析

导丝，亦称引导钢丝(Guide wire),其主要作用是引导导管进入血管，亦作选择性或超选择插管，是介入

诊断、治疗必不可少的器械。导丝表面涂有Teflon或肝素Teflon以增加导丝的光滑度，减少摩擦因数和血

栓形成的概率。

我们实验用的钢丝为不锈钢丝，牌号为2Crl8Ni9，经去应力、退火处理,表面光滑、洁净，无结疤、折

弯、氧化皮、裂纹、麻面和划伤等对使用者有害的缺陷,此类钢丝物性刚柔，不易折断，为一种医用材料。

不锈钢丝的抗拉强度为1750～1 950N/cm。长度为(2000+5)mm，直径(0.5±0.01)mm，不锈钢丝的圆度≤直径

公差的一半。在研究中，我们在每段导丝一端80mm的长度上进行电火花线切割加工，制成尖端直径为

(0.2±0.01)mm的锥形。锥形部分要求光滑、无突变。加工的钢丝锥形部位结构如图1所示。

80φ 0.5±0.01

φ 0.2±0.01

图1 锥形微导丝的结构示意图

2 微导丝加工试验装置设计

本加工试验装置，包括工装结构部分和控制装置两个部分。在加工时，把整个试验装置安装在电火花

数控线切割机床的工作台上。工装结构部分主要用来装夹钢丝并执行钢丝的进给和旋转运动，控制部分主

要包括驱动器和控制器，来控制钢丝加工的自动进给和转速。

本试验装置结构如图2所示。

294 1 2 34 5 6 7810

11

12139

1. 卷丝轮A 2. 钢丝进给步进电机 3. 预紧螺柱 4. 传动轴套 5. 压簧 6. 滑动轴承 7. 弹簧夹头 8. 同步带轮A

9. 不锈钢丝 10. 卷丝轮B 11. 主传动步进电机 12. 同步带轮B 13. 支架

图2 微导丝电火花加工试验装置结构图

2.1 设计方案

为了提高导丝加工的自动化程度和效率，我们采用自动送丝装置使缠绕在卷丝轮(图2中1、10所示)

上的不锈钢丝进行定时分段加工，即每隔2m加工一段80mm长的锥面，钢丝的定时进给通过步进电机来

实现。在进行电火花加工时，导丝锥面是加工中由工作台与电极丝的斜线进给和钢丝的回转运动复合形成

的，所以在试验装置中还需要传动机构带动钢丝以一定的速度做回转运动，由于结构的限制，我们设计了

主传动机构，用步进电机(图2中11)带动两根同步带使钢丝及相关机构按一定的速度转动。另外，我们在

设计过程中还考虑了装置结构的紧凑性和易操作性。

2.2 主要零部件设计

2.2.1 弹簧夹头的设计

在该试验装置中，弹簧夹头作为该装置的一个关键零件(图2中件7)，它的作用是直接用来夹持不锈钢

丝，它需要在一定的推力范围内收放自如，并且有较高的韧性、弹性及耐磨性，常用65Mn材料制作。在

结构上，对夹头的尺寸精度要求也很高。为了确定压簧的工作压力，需对弹簧夹头结构进行刚度计算。 我们在研究中，把弹簧夹头的每个弹簧瓣简化为简支梁单独分析计算，利用惯性矩公式(1)和变形公

式(2)：

44

1sin2

890xRr

Iαα−π⎛⎞

=+⎜⎟

⎝⎠ (1)

()33

1212

12

1223llPllP

fll

EIIEI⎛⎞

=−+−+⎜⎟

⎝⎠ (2)

已知弹簧夹头的结构尺寸和参数，可求出弹簧夹头弹性区域的夹持力P和所需压簧的压力，最后我们

求得的所需弹簧压力为25N。

2.2.2 传动设计

装置传动部分包括钢丝进给传动和主传动。考虑到装置结构的紧凑性以及电火花线切割机床工作台

的工作尺寸，主传动部分我们选择了同步带传动机构，同步带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传

动比。通过同步带轮所需转速、带轮结构尺寸、带轮间距，可计算出主传动所用步进电机的转矩，最终可

确定出步进电机的型号。对于钢丝进给传动机构，主要是通过步进电机带动卷丝轮上的钢丝进给到电火花

电极丝加工区域，加工完后，把导丝零件缠绕到另一卷丝轮上，根据弹簧夹头脱开时的压簧压力，可计算

出所需电机的转矩，从而可确定步进电机的型号。这两个步进电机我们采用的都是BYG系列混合式步进

电机。

295 3 微导丝电火花加工工艺参数选择

本实验中，我们选用DK7740F型电火花线切割机床为加工机床，选用的电极丝为钼丝，直径为φ 0.1mm；

选用的绝缘工作液为新配置的含DX乳化油的皂化液。在实验中，我们选择了不同的加工参数，来提高微

导丝的加工质量和加工稳定性。主要的加工工艺评价指标分析如下。

3.1 加工精度

加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称，它是一项综合指标，它是指切割

轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度及脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗及

抖动、工作液脏污程度的变化、加工者的熟练程度等方面对加工精度的影响。在设备完好状态下，DK7740F

电火花线切割的加工精度一般控制在0.01~0.02mm左右，基本达到锥形微导丝的尺寸精度(±0.01mm)要求。

在实际加工过程中，其它各参数都会对其产生影响，但变化范围较小。

3.2 加工表面质量

加工表面质量，即加工表面完整性，表面粗糙度是零件加工表面质量的主要指标，通常用轮廓算术平

均偏差Ra(μm)来表示。影响表面粗糙度的因素主要有脉冲宽度t

i、脉冲间隔to、开路电压iuˆ、短路峰值电

流siˆ

、钼丝空间形位变化等，为了达到较低的Ra值，我们最终采用的高频电参数为：ti=10~20μs，t

o = (6~8)t

i，

iuˆ= 70~100V，加工电流I = 0.5~1.5A，高频功率管数量选择2~3只。用这些参数加工后，导丝的表面粗糙

度为Ra= 1.25~2.5 μm，基本达到导丝零件技术要求。

3.3 加工速度

加工速度直接影响到加工效率，影响电火花线切割加工速度的因素包括脉冲参数、变频进给速度、加

工极性、电极丝的直径等诸多因素。由于加工速度受表面粗糙度的制约，对于脉冲参数，我们还是在上面

评价表面粗糙度时的电参数范围内适当选取。变频进给速度应紧密跟踪工件的蚀除速度，以保持加工间隙

恒定在最佳之处，最佳的变频进给速度应当是使有效放电状态的比例尽量大，开路和短路状态的比例尽量

小，一般情况下，调节变频进给旋钮,把加工电流调节到大约等于短路电流的70%～80%，变频进给速度最

合理。因为我们采用窄脉宽，所以加工极性采用正极性加工。电极丝直径的选择不宜过小，否则不能获得

理想的切割速度，然而直径过大会造成切缝过大，并且我们加工的工件细小，所以，我们实验加工选择的

电极丝直径为φ 0.1mm。在实验中，我们不断的进行参数优化，获得了良好的加工速度，加工过程比较

稳定。

4 结论

我们对介入治疗用微导丝的电火花加工实验做了初步尝试，通过实验结果分析，加工后的锥形微导丝

零件在结构尺寸上满足要求，但是距离介入治疗临床使用还有一定的差距。在当前阶段，需要进一步解决

的问题主要包括：

(1) 试验工装结构需进一步优化，来保证微导丝更高的加工精度。

(2) 试验工装装置中步进电机参数与电火花加工相应参数的进一步优化匹配问题。

(3) 缠绕在卷丝轮上的已加工微导丝的分离及后处理问题。总之，只有具备更先进的制造装备和工艺

方法，才能进一步提高工件的加工质量。

参 考 文 献

1 孙瑞发，只达石，卫启明，等. 介入治疗用微导丝的研制及动物实验结果. 现代神经疾病杂志，2003，3(5).

2 机械设计手册3. 北京：机械工业出版社，2000.

3 曹凤国. 电火花加工技术. 北京：化学工业出版社，2005.

296 THE RESEARCH OF EDM FOR MICROGUIDEWIRE

FOR INTERVENTIONAL THERAPY

Abstract: In this paper, a special testing device in EDM was designed by the analysis of the structural properties of a

Microguidewire used in interventional therapy. Furthermore, the machining of microguidewire in WEDM was elementarily realized.

Finally, the process parameters of EDM were analysized by using and comparing the test results, which indicate that it is feasible for

the machining microguidewire using WEDM.

Key words: IInterventional therapy Microguidewire WEDM Testing device Process parameters

作者简介：潘国新，男，1977年出生，硕士研究生。研究方向为现代制造技术与设备。

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