CN102441630A - 一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，该工艺选用6063铝合金挤压棒料为原料，通过研究坯料形状、厚度，坯料加热温度，模具加热温度以及成形次数对零件成形过程的影响，优化了该零件近净成形工艺，通过该工艺成形的膝关节零件，成形率高，表面光洁，组织致密，力学性能高，并且可以大幅度减少机械加工余量，降低生产成本，提高材料利用率。该工艺操作便利，易于实现批量生产。
Description
技术领域
本发明属于铝合金锻件设计制造领域，涉及一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法。
背景技术
假肢一直是机器人学和生物医学工程领域的一个前沿性研究课题。假肢在代偿人体缺失功能方面取得了突出的成绩。目前在我国人口中残疾人占5％左右，肢体残疾人约877万人，占残疾人总数的14.6％，其中近100万人需要安装假肢。对假肢领域相关项目的研究一直受到国家民政部和中国残疾人联合会的高度重视。随着国民经济快速健康发展和人民生活水平不断提高，迫切需要对假肢产品进行优化升级。
膝关节是人体假肢中的关键部件，膝关节中有关部件的现有生产工艺是：材料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。
目前关于假肢膝关节生产方式主要包括机械加工及熔模铸造，对于机械加工，其成本高、切削多，不适合大批量生产；对于熔模铸造生产的铸件，其铸造后铸件内部晶粒组织粗大，容易产生缩孔、缩松缺陷，并且铸造后要进行热处理工艺，从节能角度来讲，不利于节能。在中国专利CN101120894A中描述了一种采用硅溶胶精密铸造工艺取代锻造工艺的假肢成型方法，虽然产品能够一次浇注成形，可以免除诸多切削、锻打工序，生产效率和材料利用率较高。但是受传统工艺限制，铸件的内部组织和力学性能要远远差于锻件，特别是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，采用硅溶胶精密铸造工艺所获得的产品必须经过热处理后才能满足相关的强度和质量要求。
近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。工业发达国家一直致力于开发近净成形新技术，近净成形所占比重和成形件精度以及成形零件的复杂程度都有很大提高。而在我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，总体水平要比国外落后，很需要开发近净成形方法来制造假肢膝关节。
发明内容
本发明提供了一种假肢膝关节铝合金零件的近净成形方法，其选用6063合金挤压棒料为原料，进行模锻。该工艺简单，能够实现近净成形，所得锻件表面光洁、尺寸精度高，可以达到少切削或无切削的目的。该工艺不仅提高了材料利用率和劳动生产率，而且使假肢的生产成本显著降低，且零件的表面光洁度比较高，可进行批量生产；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。
6063铝合金是6×××系铝合金中合金化较低、性能较好的一种。它具有一系列的宝贵的综合性能，包括良好的耐蚀性能和工艺性能，足够的塑性，可进行阳极氧化着色和其它各种表面处理。因此，本发明选用6063铝合金。6063铝合金锻造成型后，其结构会变得非常紧密扎实，组织性能得到很大提高。
国家标准对6063铝合金的化学成分规定如表1所示。
表16063铝合金化学成分标准
本发明公开一种用于人体假肢铝合金膝关节的近净成形方法，所述的制造工艺参数包括：坯料的大小，形状及厚度；坯料的加热温度、保温时间；模具温度；预锻温度及终锻温度。
膝关节的圆盘壁较薄，圆盘底部有四个对称凸起的部位，整体壁厚差别比较大，成形较困难，所以坯料厚度对成形有较大影响，坯料太薄，在模锻时一次成型能力较差，坯料太厚时成形后圆盘处较厚，容易导致锻件重量加大。此外，对于坯料形状，采用方形坯料倒圆角效果比较理想，但是该方形坯料要求一定要定位精准，在具体实践过程中，由于很难达到精确定位而造成锻件成形性不好，或者锻造出其他形状的产品，故本发明选用圆形坯料。
坯料锻造温度是影响锻造工艺成败的关键因素，锻造温度高，则金属的塑性高，变形抗力小，变形时消耗的能量小。但加热温度过高，不但氧化严重，还会引起过热、过烧。
模具温度对锻件成形有较大影响，当模具温度较低时，由于坯料接触模具后散热过快，由于坯料表面激冷而造成阻力和变形抗力增加，在变形过程中产生内外应力差，而导致锻件开裂，成形困难；模具预热温度越高，锻件成形性越好，但是模具寿命大大降低。
成形过程中，很难一次模锻成形，因此本发明工艺上改为预锻+终锻，其充型效果随模锻次数的增加而增加。
因此，本发明一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)备料：
提供一种用于膝关节的挤压态圆形坯料，该坯料为6063铝合金，直径为60mm-80mm，厚度为5.6mm-6.0mm；
(2)锻造成形：
将上述坯料放入加热炉中加热到475℃-485℃，保温15-20分钟，同时预热模具至300℃-350℃，然后将坯料放入模腔内，在液压设备下进行预锻；
冷却起模后，将预锻后的零件再一次加热到495-505摄氏度，保温20-30分钟，终锻成形；
(3)表面清理：
在50℃-60℃，质量浓度为10-15％NaOH水溶液中脱脂10-20分钟，然后冷水清洗，再在质量浓度为20-30％的HNO3水溶液中中和碱液5-10分钟后冷水冲洗，最后再在50℃-60℃水中彻底冲洗；
最后，按零件尺寸公差打孔、去飞边。
上述坯料直径为80mm，厚度为5.6mm。
在步骤(2)中坯料加热后的保温时间为15分钟。
在步骤(2)中模具的加热温度为350摄氏度。
在步骤(2)中终锻成形时的保温时间为20分钟。
本发明通过锻造近净成形来生产膝关节零件，不仅内部组织致密，无砂眼、毛刺、裂纹、折叠等，并且锻造后表面光洁度比较高，同时沿锻造方向形成纤维组织，增加强度、韧性及耐磨性。此外该生产工艺容易节约材料，减少工序，经济效益好，易于实现规模化生产。
附图说明
图1a-b示出了根据本发明的方法获得的产品；
图2示出了根据本发明的方法对5.6毫米厚的坯料成形后的产品；
图3示出了根据本发明的方法对6.0毫米厚的坯料成形后的产品；
图4为坯料温度和一次充填率之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步描述本发明的具体实施例。
本发明的复合加工程序为：下料-加热保温-预锻成形-终锻成形然后根据需要进行简单地表面处理或者车削钻孔。
实施例一：备料规格：Φ80mm×5.6mm的6063合金，为圆形坯料，在高温箱式电阻炉中将坯料加热至475℃，保温15分钟，同时预热模具至350℃左右。将坯料放入模腔内，在液压设备下进行预锻，为便于起模，预锻前用喷枪向模具的凸凹模表面喷涂一定比例的润滑液。将预锻后的坯料重新放入电阻炉加热至500℃，保温30分钟后终锻成形，自然冷却后进行去脂光洁，在50℃，质量浓度为10％NaOH水溶液中脱脂10分钟，然后冷水清洗，接着在质量浓度为20％的HNO3水溶液中中和碱液5分钟后，冷水冲洗，再在50℃水中彻底冲洗，然后去飞边钻孔，即得所需产品。对所得产品进行力学性能进行测定，其硬度为89HBS，抗拉强度为245MPa，伸长率为12％。图2示出了根据本发明的方法对该5.6毫米厚的坯料成形后的产品。
实施例二：备料规格：Φ60mm×6.0mm的6063合金，为圆形坯料，在高温箱式电阻炉中将坯料加热至485℃，保温20分钟，同时预热模具至300℃左右。将坯料放入模腔内，在液压设备下进行预锻。冷却起模后，将预锻后的坯料重新放入电阻炉加热至505℃，保温20分钟后终锻成形，自然冷却后进行去脂光洁，在60℃，质量浓度为15％NaOH水溶液中脱脂20分钟，然后冷水清洗，接着在质量浓度为30％的HNO3水溶液中中和碱液10分钟后，冷水冲洗，再在60℃水中彻底冲洗，然后去飞边钻孔，即得所需产品。其硬度为89HBS，抗拉强度为240MPa，伸长率为15％。图3示出了根据本发明的方法对6.0毫米厚的坯料成形后的产品。
图1a-b示出了根据本发明的方法在最佳工艺下获得的产品。
图4为坯料温度和一次充填率之间的关系的曲线图。
Claims (5)
1.一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)备料：
提供一种用于膝关节的挤压态圆形坯料，该坯料为6063铝合金，直径为60mm-80mm，厚度为5.6mm-6.0mm；
(2)锻造成形：
将上述坯料放入加热炉中加热到475℃-485℃，保温15-20分钟，同时预热模具至300℃-350℃，然后将坯料放入模腔内，在液压设备下进行预锻；
冷却起模后，将预锻后的零件再一次加热到495-505摄氏度，保温20-30分钟，终锻成形；
(3)表面清理：
在50℃-60℃，质量浓度为10-15％NaOH水溶液中脱脂10-20分钟，然后冷水清洗，再在质量浓度为20-30％的HNO3水溶液中中和碱液5-10分钟后冷水冲洗，最后再在50℃-60℃水中彻底冲洗；
最后，按零件尺寸公差打孔、去飞边。
2.根据权利要求1所述的用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，其特征在于，该坯料直径为80mm，厚度为5.6mm。
3.根据权利要求2所述的近净成形法，其特征在于，在步骤(2)中坯料加热后的保温时间为15分钟。
4.根据权利要求3所述的近净成形法，其特征在于，在步骤(2)中模具的加热温度为350℃。
5.根据权利要求4所述的近净成形法，其特征在于，在步骤(2)中终锻成形时的保温时间为20分钟。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106938310A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-07-11 | 遵义航天新力精密铸锻有限公司 | 航空飞行器用连接座的精锻加工方法 |
| CN107937758A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-20 | 湖州亨达铝业有限公司 | 一种适用于人体假肢关节部位的铝合金 |
| CN108127061A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-06-08 | 湖州亨达铝业有限公司 | 一种人体假肢铝合金膝关节的制备方法 |
| CN108290256A (zh) * | 2015-12-01 | 2018-07-17 | 巴勒特锻造有限公司 | 液力端及制造其的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4446767A1 (de) * | 1994-12-24 | 1996-06-27 | Baldszun Hans Georg | Verfahren zur Herstellung von Femurschlitten für Kniegelenkprothesen aus Cobalt-Chrom-Legierungen |
| US5560096A (en) * | 1995-01-23 | 1996-10-01 | Smith & Nephew Richards Inc. | Method of manufacturing femoral knee implant |
| CN1326724A (zh) * | 2000-12-28 | 2001-12-19 | 南京宝色钛业有限公司 | 钛合金人工关节精密模锻制造方法 |
| WO2006053044A1 (en) * | 2004-11-10 | 2006-05-18 | Dynamet Technology, Inc. | Fine grain titanium-alloy article and articles with clad porous titanium surfaces |
| US20060174678A1 (en) * | 2004-02-09 | 2006-08-10 | Van Note Edward P | Cobalt chrome forging of femoral knee implants and other components |
| CN101185954A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-05-28 | 河南中光学集团有限公司 | 铝合金异型件等温精锻工艺方法 |
| CN101559471A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 铝合金复杂盘类零件等温精密锻造工艺方法 |
-
2011
- 2011-09-15 CN CN 201110273282 patent/CN102441630B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4446767A1 (de) * | 1994-12-24 | 1996-06-27 | Baldszun Hans Georg | Verfahren zur Herstellung von Femurschlitten für Kniegelenkprothesen aus Cobalt-Chrom-Legierungen |
| US5560096A (en) * | 1995-01-23 | 1996-10-01 | Smith & Nephew Richards Inc. | Method of manufacturing femoral knee implant |
| US5560096B1 (en) * | 1995-01-23 | 1998-03-10 | Smith & Nephew Richards Inc | Method of manufacturing femoral knee implant |
| CN1326724A (zh) * | 2000-12-28 | 2001-12-19 | 南京宝色钛业有限公司 | 钛合金人工关节精密模锻制造方法 |
| US20060174678A1 (en) * | 2004-02-09 | 2006-08-10 | Van Note Edward P | Cobalt chrome forging of femoral knee implants and other components |
| WO2006053044A1 (en) * | 2004-11-10 | 2006-05-18 | Dynamet Technology, Inc. | Fine grain titanium-alloy article and articles with clad porous titanium surfaces |
| CN101185954A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-05-28 | 河南中光学集团有限公司 | 铝合金异型件等温精锻工艺方法 |
| CN101559471A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 铝合金复杂盘类零件等温精密锻造工艺方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108290256A (zh) * | 2015-12-01 | 2018-07-17 | 巴勒特锻造有限公司 | 液力端及制造其的方法 |
| CN108290256B (zh) * | 2015-12-01 | 2020-12-11 | 巴勒特锻造有限公司 | 液力端及制造其的方法 |
| CN106938310A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-07-11 | 遵义航天新力精密铸锻有限公司 | 航空飞行器用连接座的精锻加工方法 |
| CN107937758A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-20 | 湖州亨达铝业有限公司 | 一种适用于人体假肢关节部位的铝合金 |
| CN108127061A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-06-08 | 湖州亨达铝业有限公司 | 一种人体假肢铝合金膝关节的制备方法 |
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