CN101120894B - 制造假肢膝关节中有关部件的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造假肢膝关节中有关部件的工艺方法，该方法采用硅溶胶精密铸造工艺取代锻造工艺，其中相关工艺步骤和工艺参数如下：a.配制高强度铝合金材料，除主要成分Al之外还包含有：Cu：4.6～5.3，Mn：0.3～0.5，Si≤0.06，Fe≤0.30，其它杂质总量≤0.60。b.熔炼、浇注：熔化温度680～720℃，浇注温度680～700℃；c.热处理工艺为：在533～543℃进行10～18小时固溶处理，在170～180℃时效处理4～5小时。采用本发明的工艺明显简化了假肢膝关节中有关部件的加工工序，产品一次浇注成形，免除了诸多切削、锻打工序，提高了生产效率和金属材料的利用率，既简化了设备、工序，也降低了生产成本，便于形成大批量规模生产能力。

Description

制造假肢膝关节中有关部件的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种假肢的制造方法，特别是假肢膝关节中有关部件的制造方法。

背景技术

膝关节中有关部件现有的生产工艺是经过多次锻造成坯形后，再初加工至精加工，生产工序繁多，要形成大批量生产所需的设备、厂房要求高、投入大，致使产品成本高居不下。此类部件年需要量很大，目前基本依赖于进口，在国内市场价格较高，而广大中、低收入的残疾人根本无法承受。

硅溶胶精密铸造这种方法是将易熔模料注入压型(模具中)，制成熔模，将它装配成模组，接着在模组表面涂敷用耐火材料和硅溶胶粘结剂配成的液态涂料，然后在涂料上撒耐火砂粒，随后使之硬化成壳。如此反复多次，便形成多层型壳。将型壳加热，使熔模熔化流出，壳体经焙烧后，往其中浇入液态合金，凝固后经清理等工序即获得铸件。

这种铸件一次性成形，表面光洁，尺寸精度高，可以达到少切削或无切削的目的，特别适于中小型、形状复杂类多种合金铸件的生产中。而相对于形状比较复杂、强度要求高的假肢膝关节中有关部件的制造中，由于受到传统工艺限制，目前还没有使用该方法的。而要运用硅溶胶精密铸造工艺制造假肢膝关节中有关部件必须要大量的试验来选用合适的合金材料配方以及选定一套合理的铸造工艺参数。

发明内容

本发明的目的是要克服选材、熔炼以及热处理等方面的困难提供一套运用硅溶胶精密铸造方法生产假肢膝关节中有关部件的工艺，以取代相对繁琐、成本高的锻造工艺，简化假肢膝关节中有关部件的生产加工工序、提高生产效率，降低生产成本，在确保额定强度和质量的前提下大幅度提高批量生产的适应性。

为解决上述技术问题本发明采用硅溶胶精密铸造工艺取代锻造工艺，其中涉及的相关工艺步骤和选取的工艺参数如下：

a.配制高强度铝合金材料，除了主要成分A1之外还包含有以下成分

(重量百分含量，单位：％)：

Cu：4.6～5.3   Mn：0.3～0.5    Si≤0.06

Fe≤0.30       其它杂质总量≤0.60

b.铝合金材料熔炼、浇注：

熔化温度：680～720℃，浇注温度：680～700℃；

c.铸件热处理工艺为：

在533～543℃进行10～18小时固溶处理，

在170～180℃时效处理4～5小时。

采用这样一套熔模铸造工艺生产假肢膝关节中有关部件，产品的机械性能可以达到：

抗拉强度：σ_b≥457Mpa

延伸率：δ₅≥2％

布氏硬度HB≥130

这样，在保证产品强度性能的前提下，采用本发明的工艺明显简化了假肢膝关节中有关部件的加工工序，产品一次浇注成形，免除了诸多切削、锻打工序，提高了生产效率和金属材料的利用率，既简化了设备、工序，也降低了生产成本，便于形成大批量规模生产能力。无论从生产设备还是生产工序角度来说，硅溶胶精密铸造工艺较锻造加工工艺更具有优势，更适应规模化生产；因而具有显著的技术先进性、经济性和实用性。

而作为本发明的一种优选方案，所述的铝合金材料中还加入微量元素：锆、硼、钛、镉和钒，其成分为：

Zr：0.05～0.2    B：0.005～0.06    Ti：0.15～0.35

Cd：0.15～0.25   V：0.05～0.3

并施以严格的热处理工艺，固熔处理的装炉温度在300℃以下，固溶处理与时效处理之间的转移控制时间在30秒之内，时效完毕后的冷却介质为室温空气。

这样机械性能可达到：

抗拉强度：σ_b≥475Mpa

延伸率：δ_s≥3.2％

布氏硬度HB≥140

上述的工艺方案中，采用添加微量合金强化元素以细化晶粒，并实施严格的热处理工艺，所得到的合金是目前世界上抗拉强度最高的一种高强度铝合金，从而真正实现以铝带钢，以铸代锻。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：

下表为各实施例的元素含量及工艺参数取值

下表是各实施例熔炼及热处理工艺参数取值及相应机械性能

实施例	熔化温度(℃)	浇注温度(h)	固溶温度(℃)	固溶时间(h)	时效温度(℃)	时效时间(h)	抗拉强度(Mpa)	延伸率(％)	布氏硬度
										1	680	680	540	15	170	4	457	2.8	130
2	690	685	543	16	171	5	460	2.6	135
										3	680	688	535	17	175	4.5	473	2	138
4	720	700	533	11	180	4	465	2.1	132
										5	700	695	532	18	178	4	478	3.3	141
6	700	700	542	15	175	4	487	3.5	140
										7	710	692	543	16	173	5	475	3.8	145
8	680	682	540	18	170	5	480	3.2	148
										9	685	680	533	12	179	4.5	482	3.5	141
10	715	695	535	10	176	4	481	3.7	143

Claims (3)

1.一种制造假肢膝关节中有关部件的工艺方法，其特征在于该方法采用硅溶胶精密铸造工艺，并且其中相关工艺步骤选取的工艺参数如下：

a.配制一种高强度铝合金材料，除了主要成分A1之外还包含有以下成分，下列为其重量百分含量、单位为％：

Cu：4.6～5.3     Mn：0.3～0.5       Si≤0.06

Fe≤0.30         其它杂质总量≤0.60

b.铝合金材料熔炼、浇注：

熔化温度：680～720℃，浇注温度：680～700℃；

c.铸件热处理工艺为：

在533～543℃进行10～18小时固溶处理，

在170～180℃时效处理4～5小时。

2.根据权利要求1所述的制造假肢膝关节中有关部件的方法，其特征在于：所述的高强度铝合金材料中还加有微量元素：钛、锆、钒、硼和镉，其含量如下：

Zr：0.05～0.2    B：0.005～0.06    Ti：0.15～0.35

Cd：0.15～0.2    5V：0.05～0.3。

3.根据权利要求1或2所述的制造假肢膝关节中有关部件的方法，其特征在于：在所述的铸件热处理工艺中固熔处理的装炉温度在300℃以下，固溶处理与时效处理之间的转移控制时间在30秒之内，时效完毕后的冷却介质为室温空气。