YY/T 1506 和ASTM F543测试方法与试验机使用指南

核心测试内容概述

1. YY/T 1506 《外科植入物 金属接骨螺钉 自攻性能试验方法》

测试目的： 测定自攻型金属接骨螺钉的自攻扭矩和自攻性能。

核心测试参数：

最大扭矩： 螺钉在旋入过程中产生的峰值扭矩。

断裂扭矩： 将螺钉拧至发生断裂时的扭矩（此测试可能破坏螺钉）。

总旋入圈数： 螺钉旋入测试块所需的圈数。

2. ASTM F543 《金属医用骨螺钉的标准规范和试验方法》

ASTM F543包含多个测试项目，与YY/T 1506自攻测试直接对应的是：

Annex A1: Test Method for Determining Torque Strength and Shear Strength Under Torsional Loading of Single-Lead Bone Screws （测定单线骨螺钉的扭矩强度和扭转负载下的剪切强度的试验方法）。

这个测试不仅包括自攻扭矩，更侧重于测试螺钉的断裂扭矩，以评估其抗扭转载荷的能力。

一、 测试准备

1. 试样： 待测的自攻型金属骨螺钉。需记录其规格、型号、材质、螺纹设计等。

2. 测试材料（试验块）：

YY/T 1506： 推荐使用符合标准要求的刚性聚氨酯泡沫作为标准测试块。这种材料具有均匀一致的力学性能，能保证测试结果的重复性和可比性。标准会规定泡沫的密度和压缩模量。

ASTM F543： 同样广泛使用刚性聚氨酯泡沫。有时也会使用动物骨骼（如牛骨）或更高密度的复合材料，但泡沫是实验室标准介质。

3. 导向孔： 在测试块上预先钻一个与螺钉芯径相匹配的非螺纹导向孔。这是模拟临床中预先钻的骨孔，但未攻丝。

二、 测试步骤与内容

1. 夹具安装：

将测试块牢固地固定在试验机的底座上，确保其在测试过程中不会移动或旋转。

将待测螺钉精确地夹持在试验机的扭矩传感器或夹头中，确保螺钉轴线与导向孔轴线对齐。

2. 测试设置：

设定一个恒定的、较慢的旋转速度（例如，1-2 RPM），以模拟外科医生手动植入的速度。

设定一个恒定的轴向进给速率，该速率应与螺钉的螺距相匹配，以确保螺钉能顺利“咬入"测试材料而不发生“空转"或过度挤压。在一些高级试验机上，轴向运动是由扭矩/力反馈自动控制的。

3. 执行测试：

启动试验机，驱动螺钉旋入测试块的导向孔。

试验机持续记录整个旋入过程中的 “扭矩-转角"曲线 或 “扭矩-时间"曲线。

4. 数据采集与分析（测试内容的核心输出）：

最大自攻扭矩： 从曲线上识别出旋入过程中扭矩的最大值。这代表了螺钉切削出螺纹时遇到的最大阻力。

断裂扭矩： 如果测试目的是评估螺钉的极限性能，则继续旋转直至螺钉发生断裂。此时的扭矩即为断裂扭矩。

总旋入圈数： 记录从开始接触到螺钉头部接触测试块表面（或达到预设深度）的总旋转圈数。

外观检查： 测试后，检查螺钉的螺纹是否有损坏、剥落或变形，并观察测试块中形成的螺纹质量。

试验机的使用

用于执行上述测试的设备通常称为 “材料试验机" 或更具体的 “骨螺钉扭矩试验机" 。它需要具备精确的扭矩控制和测量能力。

一、 试验机系统组成

1. 主机框架： 提供稳定的结构，通常为立式。

2. 扭矩传感器： 核心部件。用于实时、精确地测量和记录螺钉受到的扭矩，精度和量程需符合标准要求。

3. 旋转驱动单元： 一个精密的伺服电机，能够以恒定、低速且可编程的速度进行顺时针旋转。

4. 轴向驱动/加载单元（可选但重要）：

简单系统： 可能只有手动调节的轴向定位。

高级系统： 配备另一个伺服电机，用于控制轴向运动（Z轴）。它可以实现与旋转联动的“同步进给"，即根据螺钉的螺距精确控制轴向位移，这对于获得准确的测试结果至关重要。

5. 夹具：

上夹具： 用于夹持螺钉头部的专用夹头（如六角套筒），与扭矩传感器连接。

下夹具： 用于牢固固定测试块的装置。

6. 控制系统与软件： 计算机和专用软件，用于设置测试参数（速度、圈数、限值等）、控制机器运行、实时显示曲线（扭矩vs转角/时间）以及自动计算和分析测试结果（最大扭矩、断裂扭矩等）。

二、 试验机操作流程

1. 开机与校准：

打开试验机、计算机和软件。

根据设备要求，对扭矩传感器和轴向传感器进行定期校准，确保数据准确。

2. 安装试样：

将测试块安装并紧固在底座夹具上。

使用合适的夹头将螺钉安装在旋转轴上。

手动或通过软件控制，移动轴向轴，使螺钉对准测试块上的导向孔，并轻轻接触。将此位置设置为“零点"。

3. 设置测试参数：

在软件中选择相应的测试标准（如“YY/T 1506 自攻测试"）。

输入参数： 旋转速度（如 1.5 RPM）、目标旋入深度或圈数。

设置安全限值，如最大扭矩限值（防止意外损坏传感器）。

4. 开始测试：

点击软件中的“开始"按钮。

试验机将自动执行：旋转驱动单元带动螺钉旋入，同时（在高级系统中）轴向单元会同步跟进。

软件界面实时绘制扭矩-转角曲线。

5. 结束测试与数据保存：

当达到预设的旋入深度、圈数，或螺钉断裂，或扭矩超过安全限值时，测试自动停止。

软件自动计算并显示关键结果（最大扭矩等）。

将测试曲线和数据报告保存到计算机。

6. 清理：

卸下测试后的螺钉和测试块。

清洁夹具和工作区域。

总结

根据 YY/T 1506 和 ASTM F543 进行骨螺钉自攻性能测试，其核心是使用一台精密的骨螺钉扭矩试验机，在标准化的聚氨酯泡沫测试块上，以恒定的低速旋转螺钉，并精确测量其旋入过程中产生的扭矩。