核心測試內容概述

1. YY/T 1506 《外科植入物 金屬接骨螺釘 自攻性能試驗方法》

測試目的： 測定自攻型金屬接骨螺釘的自攻扭矩和自攻性能。

核心測試參數：

最大扭矩： 螺釘在旋入過程中產生的峰值扭矩。

斷裂扭矩： 將螺釘擰至發生斷裂時的扭矩（此測試可能破壞螺釘）。

總旋入圈數： 螺釘旋入測試塊所需的圈數。

2. ASTM F543 《金屬醫用骨螺釘的標準規范和試驗方法》

ASTM F543包含多個測試項目，與YY/T 1506自攻測試直接對應的是：

Annex A1: Test Method for Determining Torque Strength and Shear Strength Under Torsional Loading of Single-Lead Bone Screws （測定單線骨螺釘的扭矩強度和扭轉負載下的剪切強度的試驗方法）。

這個測試不僅包括自攻扭矩，更側重于測試螺釘的斷裂扭矩，以評估其抗扭轉載荷的能力。

一、 測試準備

1. 試樣： 待測的自攻型金屬骨螺釘。需記錄其規格、型號、材質、螺紋設計等。

2. 測試材料（試驗塊）：

YY/T 1506： 推薦使用符合標準要求的剛性聚氨酯泡沫作為標準測試塊。這種材料具有均勻一致的力學性能，能保證測試結果的重復性和可比性。標準會規定泡沫的密度和壓縮模量。

ASTM F543： 同樣廣泛使用剛性聚氨酯泡沫。有時也會使用動物骨骼（如牛骨）或更高密度的復合材料，但泡沫是實驗室標準介質。

3. 導向孔： 在測試塊上預先鉆一個與螺釘芯徑相匹配的非螺紋導向孔。這是模擬臨床中預先鉆的骨孔，但未攻絲。

二、 測試步驟與內容

1. 夾具安裝：

將測試塊牢固地固定在試驗機的底座上，確保其在測試過程中不會移動或旋轉。

將待測螺釘精確地夾持在試驗機的扭矩傳感器或夾頭中，確保螺釘軸線與導向孔軸線對齊。

2. 測試設置：

設定一個恒定的、較慢的旋轉速度（例如，1-2 RPM），以模擬外科醫生手動植入的速度。

設定一個恒定的軸向進給速率，該速率應與螺釘的螺距相匹配，以確保螺釘能順利“咬入"測試材料而不發生“空轉"或過度擠壓。在一些高級試驗機上，軸向運動是由扭矩/力反饋自動控制的。

3. 執行測試：

啟動試驗機，驅動螺釘旋入測試塊的導向孔。

試驗機持續記錄整個旋入過程中的 “扭矩-轉角"曲線 或 “扭矩-時間"曲線。

4. 數據采集與分析（測試內容的核心輸出）：

最大自攻扭矩： 從曲線上識別出旋入過程中扭矩的最大值。這代表了螺釘切削出螺紋時遇到的最大阻力。

斷裂扭矩： 如果測試目的是評估螺釘的極限性能，則繼續旋轉直至螺釘發生斷裂。此時的扭矩即為斷裂扭矩。

總旋入圈數： 記錄從開始接觸到螺釘頭部接觸測試塊表面（或達到預設深度）的總旋轉圈數。

外觀檢查： 測試后，檢查螺釘的螺紋是否有損壞、剝落或變形，并觀察測試塊中形成的螺紋質量。

試驗機的使用

用于執行上述測試的設備通常稱為 “材料試驗機" 或更具體的 “骨螺釘扭矩試驗機" 。它需要具備精確的扭矩控制和測量能力。

一、 試驗機系統組成

1. 主機框架： 提供穩定的結構，通常為立式。

2. 扭矩傳感器： 核心部件。用于實時、精確地測量和記錄螺釘受到的扭矩，精度和量程需符合標準要求。

3. 旋轉驅動單元： 一個精密的伺服電機，能夠以恒定、低速且可編程的速度進行順時針旋轉。

4. 軸向驅動/加載單元（可選但重要）：

簡單系統： 可能只有手動調節的軸向定位。

高級系統： 配備另一個伺服電機，用于控制軸向運動（Z軸）。它可以實現與旋轉聯動的“同步進給"，即根據螺釘的螺距精確控制軸向位移，這對于獲得準確的測試結果至關重要。

5. 夾具：

上夾具： 用于夾持螺釘頭部的專用夾頭（如六角套筒），與扭矩傳感器連接。

下夾具： 用于牢固固定測試塊的裝置。

6. 控制系統與軟件： 計算機和專用軟件，用于設置測試參數（速度、圈數、限值等）、控制機器運行、實時顯示曲線（扭矩vs轉角/時間）以及自動計算和分析測試結果（最大扭矩、斷裂扭矩等）。

二、 試驗機操作流程

1. 開機與校準：

打開試驗機、計算機和軟件。

根據設備要求，對扭矩傳感器和軸向傳感器進行定期校準，確保數據準確。

2. 安裝試樣：

將測試塊安裝并緊固在底座夾具上。

使用合適的夾頭將螺釘安裝在旋轉軸上。

手動或通過軟件控制，移動軸向軸，使螺釘對準測試塊上的導向孔，并輕輕接觸。將此位置設置為“零點"。

3. 設置測試參數：

在軟件中選擇相應的測試標準（如“YY/T 1506 自攻測試"）。

輸入參數： 旋轉速度（如 1.5 RPM）、目標旋入深度或圈數。

設置安全限值，如最大扭矩限值（防止意外損壞傳感器）。

4. 開始測試：

點擊軟件中的“開始"按鈕。

試驗機將自動執行：旋轉驅動單元帶動螺釘旋入，同時（在高級系統中）軸向單元會同步跟進。

軟件界面實時繪制扭矩-轉角曲線。

5. 結束測試與數據保存：

當達到預設的旋入深度、圈數，或螺釘斷裂，或扭矩超過安全限值時，測試自動停止。

軟件自動計算并顯示關鍵結果（最大扭矩等）。

將測試曲線和數據報告保存到計算機。

6. 清理：

卸下測試后的螺釘和測試塊。

清潔夾具和工作區域。

總結

根據 YY/T 1506 和 ASTM F543 進行骨螺釘自攻性能測試，其核心是使用一臺精密的骨螺釘扭矩試驗機，在標準化的聚氨酯泡沫測試塊上，以恒定的低速旋轉螺釘，并精確測量其旋入過程中產生的扭矩。