CN104056872B - 一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，包括首先采用直线拉拔机将原轧条坯料进行规圆粗矫直，然后通过扒皮机将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断操作，再采用立式电热矫直的方式进行矫直，最后通过无心磨削处理为成品棒材。本发明一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，采用直线拉拔机对轧条坯料进行规圆粗矫直处理，代替传统的两辊或多辊矫直滚圆的方式，避免因粗矫直而引入残余应力，利用立式矫直的方式去除因传统两辊或多辊精矫直产生的残余应力，解决了现有技术制备的钛合金棒材内应力过大使椎弓根螺钉U型槽口应力不平衡造成缩口的问题，且制备方法简单，适合批量化生产加工。
Description
技术领域
本发明属于钛合金棒材加工技术领域，具体涉及一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法。
背景技术
目前，国内外脊柱椎弓根螺钉用材质主要采用钛合金(Ti6Al4V)棒材制备，规格在Φ13mm～Φ15mm之间。由于其独特的结构设计及脊柱外科手术过程的需要，螺钉产品在棒材加工过程中采用U型槽开口的方式，而现有技术制备的钛合金棒材内应力过大，采用U型槽开口方式会破坏棒材的应力平衡，使得开口切边后呈现收缩状态，对椎弓根螺钉产品的精度造成破坏，在临床手术中带来较多的麻烦。
发明内容
本发明的目的是提供一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，解决了现有技术制备的钛合金棒材内应力过大使椎弓根螺钉U型槽口应力不平衡造成缩口的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，首先采用直线拉拔机将原轧条坯料进行规圆粗矫直，然后通过扒皮机将坯料表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断操作，再采用立式电热矫直的方式进行矫直，最后通过无心磨削处理为成品棒材。
具体包括以下步骤：
步骤1：使用直线拉拔机在870℃～920℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对步骤1得到的坯棒进行扒皮，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，矫直的电流为1500～1670A，利用电流加热30～45s，间隔10～25s，再续加热20～35s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对步骤3得到的矫直后的棒材进行多道次磨削，得到成品棒材。
本发明的特点还在于，
步骤1中直线拉拔机速度控制在5～6m/min。
步骤2中扒皮机的运行速度为2～3m/min。
步骤2中定尺下断的长度为3000～3050mm。
步骤3中矫直的压强为0.005～0.3MPa。
步骤4中道次磨削量为0.01～0.05mm，总加工余量为0.2～0.25mm。
本发明的有益效果是：本发明一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，采用直线拉拔机对轧条坯料进行规圆粗矫直处理，代替传统的两辊或多辊矫直滚圆的方式，避免因粗矫直而引入残余应力，利用立式矫直的方式去除因传统两辊或多辊精矫直产生的残余应力，解决了现有技术制备的钛合金棒材内应力过大使椎弓根螺钉U型槽口应力不平衡造成缩口的问题，且制备方法简单，适合批量化生产加工。
附图说明
图1是本发明椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法工艺流程图；
图2是传统椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法工程流程图；
图3是本发明椎弓根螺钉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：使用直线拉拔机在870℃～920℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，拉拔机孔模为拉拔机速度控制在5～6m/min，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对步骤1得到的坯棒进行扒皮，扒皮机的运行速度为2～3m/min，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，下断的长度为3000～3050mm，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，压强为0.005～0.3MPa，矫直电流为1500～1670A，利用电流加热30～45s，间隔10～25s，再加热20～35s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对步骤3得到的矫直后的棒材进行多道次磨削，道次磨削量为0.01～0.05mm，总加工余量为0.2～0.25mm，并采用超声波探伤的方式进行100％探伤检验，得到成品棒材。
所采用的直线拉拔机可将原始轧条坯料实现轧条规圆、尺寸精度统一的目的，其次获得满足后续扒皮工序所需的直线度，经过此工序处理后的轧条圆度尺寸精度可达到0～0.1mm内，直线度达到5mm/m；轧条在直线拉拔机拉拔之前依靠电磁感应产生的辐射热进行加热，使得轧条表面及芯部同时快速升温，避免因表层及芯部温度不同而造成的性能及组织的差异，同时避免因内外层变形不一致而产生的加工残余应力；经直线拉拔机规圆粗矫直的轧条坯料，后期精整加工至成品的加工余量可控制在1mm以内，单边加工量≤0.5mm。
如图2所示，传统的钛合金棒材加工方法采用两辊或多辊矫直，会产生较大的残余应力，需要进行去应力退火工序，然而由于经过去应力退火后棒材直线度又遭到破坏，又需重新进行两辊或多辊矫直，如此在批量生产中操作困难，无法彻底解决这种矛盾，本发明采用立式矫直的方式，通过控制电流及气压拉力大小实现了不同直径棒材的矫直，从矫直原理上去除了因矫直而产生的残余应力，解决了生产中矫直和去应力退火工序形成的矛盾。采用立式电热矫直机，利用可控制大小的直流电源作为加热源，将不同直径的棒材在稳定电流及恒定拉力的作用下矫直；经过立式矫直后的物料直线度达到0.3mm/m，矫直成品率≥95％。
无心磨削处理的磨削总加工余量控制在0.2～0.25mm，末道次磨削量由0.02～0.05mm/道次减小为0.01～0.02mm，磨削后棒材表面粗糙度Ra≤0.8，长度方向上圆度公差≤0.01mm。
本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用直线拉拔机将轧条坯料进行精整预处理，替代了传统工艺中所采用的两辊或多辊矫直滚圆的方式，避免了精整预处理过程中使棒材内部引入残余应力；
2)本发明采用立式电热矫直的方式去除精整过程中因两辊或多辊精矫直产生的残余应力，避免了精整矫直过程中使钛合金棒材内部引入较大的残余应力。
3)本发明采用多道次可控磨削加工，使得棒材在长度方向上圆度尺寸公差范围小，且由于加工磨削量较小，棒材表面粗糙度小，无需进行传统工艺中的抛光工序，后期加工应用中大大减小了机床卡料的现象；
4)由于本发明工序路线精简，无较多的辅助工序，故制备的产品不仅在性能的统一性方面有较大的竞争力，更重要的是完全解决了椎弓根螺钉用钛合金棒材批量化生产中遇到的矫直及去应力退火的难题。
实施例1
步骤1：使用直线拉拔机在870℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，拉拔机孔模为拉拔机速度控制在5m/min，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对步骤1得到的坯棒进行扒皮，扒皮机的运行速度为2m/min，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，下断的长度为3000～3050mm，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，压强为0.005MPa，矫直电流为1650A，利用电流加热37s，间隔20s，再加热27s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对步骤3得到的矫直后的棒材进行5道次磨削，前4道次磨削量为0.05mm/道次，第5道次磨削量为0.02mm，总加工余量为0.22mm，并采用超声波探伤的方式进行100％探伤检验，得到成品尺寸为的棒材。
实施例2
步骤1：使用直线拉拔机在890℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，拉拔机孔模为拉拔机速度控制在5.5m/min，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对步骤1得到的坯棒进行扒皮，扒皮机的运行速度为2.5m/min，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，下断的长度为3000～3500mm，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，压强为0.15MPa，矫直电流为1500A，利用电流加热30s，间隔10s，再加热35s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对步骤3得到的矫直后的棒材进行4道次磨削，道次磨削量为0.05mm，总加工余量为0.2mm，并采用超声波探伤的方式进行100％探伤检验，得到成品尺寸为的棒材。
实施例3
步骤1：使用直线拉拔机在920℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，拉拔机孔模为拉拔机速度控制在6m/min，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对步骤1得到的坯棒进行扒皮，扒皮机的运行速度为3m/min，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，下断的长度为3000～3050mm，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，压强为0.3MPa，矫直电流为1670A，利用电流加热45s，间隔25s，再加热20s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对步骤3得到的矫直后的棒材进行6道次磨削，前5道次磨削量为0.04mm/道次，第6道次磨削量为0.01mm，总加工余量为0.25mm，并采用超声波探伤的方式进行100％探伤检验，得到成品尺寸为的棒材。
对本发明制备的钛合金棒材依照GB/T228—2002进行力学性能检验，检验结果见表1：
表1本发明制备的钛合金棒材的力学性能表
| 规格(mm) | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | A(％) | Z(％) |
| 13 | 958 | 897 | 17.5 | 47 |
| 13.5 | 943 | 892 | 18.5 | 49 |
| 14 | 962 | 907 | 17.5 | 55 |
| 14.5 | 950 | 899 | 16.5 | 58 |
| 15 | 949 | 909 | 18.5 | 61 |
由表1可以看出，本发明制备的椎弓根螺钉用钛合金棒材力学性能稳定，均能很好的满足GB/T13810-2007中的规定。
将本发明制备的钛合金棒材加工为一定规格的椎弓根螺钉，对缩口量进行检验，结果见表2：
表2本发明钛合金棒材制备的椎弓根螺钉取样表
| 螺钉序号 | L1(mm) | L2(mm) | σ(mm) |
| 1 | 8.225 | 8.245 | 0.020 |
| 2 | 8.224 | 8.245 | 0.021 |
| 3 | 8.220 | 8.245 | 0.025 |
| 4 | 8.225 | 8.245 | 0.020 |
| 5 | 8.220 | 8.245 | 0.025 |
椎弓根螺钉的结构如图3所示，L1为U型槽开口端距离，L2为U型槽尾端距离，缩口量为σ＝L2～L1，由表2可以看出，采用本发明制备的钛合金棒材加工的椎弓根螺钉缩口量可以稳定控制在0.05mm内。
Claims (6)
1.一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：使用直线拉拔机在870℃～920℃的温度下对钛合金轧条坯料进行规圆粗矫直，得到坯棒；
步骤2：使用扒皮机对所述步骤1得到的坯棒进行扒皮，将表面缺陷去除干净，同时在出料口进行定尺下断，得到扒皮后的棒材；
步骤3：使用立式电热矫直机对所述步骤2得到的扒皮后的棒材进行矫直，矫直的电流为1500～1670A，利用电流加热30～45s，间隔10～25s，再续加热20～35s，得到矫直后的棒材；
步骤4：采用无心磨床对所述步骤3得到的矫直后的棒材进行多道次磨削，得到成品棒材。
2.如权利要求1所述的一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中直线拉拔机速度控制在5～6m/min。
3.如权利要求1所述的一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中扒皮机的运行速度为2～3m/min。
4.如权利要求1所述的一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中定尺下断的长度为3000～3050mm。
5.如权利要求1所述的一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中矫直的压强为0.005～0.3MPa。
6.如权利要求1所述的一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中道次磨削量为0.01～0.05mm，总加工余量为0.2～0.25mm。
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106825102B (zh) * | 2017-01-20 | 2018-06-15 | 大连盛辉钛业有限公司 | 一种提高tc4医用u型钉缩口尺寸稳定性的方法 |
| CN106826118B (zh) * | 2017-02-08 | 2018-09-14 | 大连盛辉钛业有限公司 | 一种用于制造椎弓根螺钉的医用钛合金棒材的制备方法 |
| CN110735059A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-31 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 一种增材制造用钛及钛合金棒丝材制备工艺方法 |
| CN111475896B (zh) * | 2020-04-14 | 2023-04-21 | 太原科技大学 | 一种棒材矫直应力中性层位置确定方法 |
| CN111545995A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-18 | 西安圣泰金属材料有限公司 | 一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法 |
| CN115338600B (zh) * | 2022-08-22 | 2023-04-25 | 西北工业大学 | 一种核用内变径导向管同轴度测规的加工方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55113865A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-02 | Mitsubishi Metal Corp | Leveling aging method for age hardening type titanium alloy member |
| JPH01228611A (ja) * | 1988-03-08 | 1989-09-12 | Kobe Steel Ltd | チタン合金製リング材の製造方法 |
| US6454822B1 (en) * | 2000-07-19 | 2002-09-24 | 3M Innovative Properties Company | Fused aluminum oxycarbide/nitride-Al2O3·Y2O3 eutectic abrasive particles, abrasive articles, and methods of making and using the same |
| CN101157172A (zh) * | 2007-10-19 | 2008-04-09 | 宝鸡市英耐特医用钛有限公司 | 医用高精度钛及钛合金棒材的制造方法 |
| CN101837386A (zh) * | 2009-03-20 | 2010-09-22 | 沈阳德兴钛业有限公司 | 一种钛合金厚壁管的制造方法 |
| CN102107237A (zh) * | 2009-12-29 | 2011-06-29 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 一种钛合金棒材矫直方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55113865A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-02 | Mitsubishi Metal Corp | Leveling aging method for age hardening type titanium alloy member |
| JPH01228611A (ja) * | 1988-03-08 | 1989-09-12 | Kobe Steel Ltd | チタン合金製リング材の製造方法 |
| US6454822B1 (en) * | 2000-07-19 | 2002-09-24 | 3M Innovative Properties Company | Fused aluminum oxycarbide/nitride-Al2O3·Y2O3 eutectic abrasive particles, abrasive articles, and methods of making and using the same |
| CN101157172A (zh) * | 2007-10-19 | 2008-04-09 | 宝鸡市英耐特医用钛有限公司 | 医用高精度钛及钛合金棒材的制造方法 |
| CN101837386A (zh) * | 2009-03-20 | 2010-09-22 | 沈阳德兴钛业有限公司 | 一种钛合金厚壁管的制造方法 |
| CN102107237A (zh) * | 2009-12-29 | 2011-06-29 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 一种钛合金棒材矫直方法 |
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