CN107225438A - 人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺 - Google Patents

人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，钛合金工件凹面依次经过粗研磨、精研磨、人工光亮抛光、机器光亮抛光、清洗、镜面研磨、清洗和烘干工艺步骤的处理。本发明能对钛合金工件较小且凹面深而不规则的产品进行镜面化处理，其表面粗糙度达到0.05μm以下；充分利用研磨和抛光各自的优点，将两者完美的结合，使镜面处理的效率大大的提高，其成本约为MMP处理的1/10；同时相比MMP处理其表面机加工痕迹完全被去除；手工精抛光后利用核桃壳研磨料进行最后镜面化处理，使其产品比手工镜面处理产品外观更加一致。

Description

人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺
技术领域
本发明涉及医疗器械加工工艺技术领域，特别是涉及一种人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺。
背景技术
由于钛合金具有高的机械性能、良好的耐腐蚀性能以及生物相容性等特性，因此在骨科医疗器械中应用很广泛。
但是由于钛合金的化学反应性高，导热系数低，粘性大，所以单一的用抛光或研磨的方法均很难使其表面达到镜面效果，因此在需要进行镜面处理的产品(如人工颈椎椎间盘下终板，具体产品如图1-4所示)中的使用就会受一定限制。
目前普遍采用的钛合金表面镜面处理方法有两种，一种是传统的抛光方式如公开号CN 103273384 A的中国专利申请给出了一种《钛金属表面镜面抛光方法》，其工艺流程如下所示：1、用80目尼龙轮对钛工件表面进行一次粗磨；2、再用240目尼龙轮对钛工件表面进行二次粗磨；3、用麻轮+蜡对钛工件表面进行一次、两次抛光；4、用扣布轮+蜡对钛工件表面进行一次、二次出光；5、用纺布轮+蜡对钛工件表面进行清光，即可在钛工件表面实现镜面效果。此工艺主要用抛盘进行抛光处理其主要针对平面或者凹面弧度较大的大工件进行镜面处理，但是其对钛工件较小且凹面深而不规则的无法进行镜面处理。
第二种方法是先进的MMP技术，超精微细加工技术(简称MMP技术)，是瑞士的专利技术，其独创的机械、物理、化学综合处理方案，其核心优势是可以控制物件的表面粗糙度，而且对钛工件的大小和外形没有要求，但是其处理效率比较低，MMP处理前粗糙度较低时一般处理时间为4～5h，如果粗糙度较高时其处理时间为8～12h。由于MMP的技术特点前期公司的人工颈椎椎间盘一直在昆山的倚天工用MMP技术对其凹面进行外协镜面处理，其表面粗糙度要求为不大于0.1μm符合公司要求，但是也存在一个问题因其加工效率比较低，因此MMP技术加工费用比较高，一般加工单片人工颈椎椎间盘的下终板费用为100RMB，其占整个产品成本的比例较大；同时MMP处理之后下终板其凹面还是能观察到机加工的纹路。
因此，急需提供一种加工精度高且成本低的钛合金工件凹面镜面处理的新型工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中传统抛光粗糙度不满足以及为了解决MMP处理加工费用比较高和存在机加工纹路的情况，本发明提供一种人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，通过先进的研磨设备和手工抛光相搭配使产品凹面粗糙度达到0.05μm以下，同时运用研磨设备可以一次加工50件产品大大提高了产品镜面处理的效率，降低了产品镜面处理的加工费用。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，钛合金工件凹面依次经过粗研磨、精研磨、人工光亮抛光、机器光亮抛光、清洗、镜面研磨、清洗和烘干工艺步骤的处理。
具体的，所述粗研磨具体包括将一定量的粗磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为130～150rpm，时间为20～30min，启动流动研磨机然后将工件均匀放入流动研磨机内进行研磨，研磨后工件凹面粗糙度不大于0.4μm。本步骤中粗磨料是一种德国进口的人造粗磨磨料，其作用是去除机加工纹路。
具体的，所述精研磨具体包括将一定量的精磨树脂磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为200～230rpm，时间为2.5～3h，启动流动研磨机后将工件均匀放入研磨槽内进行精研磨，研磨后工件凹面粗糙度不大于0.2μm。本步骤中使用的精磨树脂磨料是一种德国进口的人造树脂磨料，其作用是去除粗研磨留下的研磨痕迹。
优选的，粗研磨和精研磨中的流动研磨机研磨时，一次研磨工件数量不超过50件。
具体的，所述人工光亮抛光具体包括将精研磨后冲洗干净且吹干后的工件用绒布抛盘上抛光膏后对工件除凹面和背面外的正面平面和侧面进行抛光，抛光时间为2～4min，要求抛光至亚镜面。
具体的，所述机器光亮抛光具体包括将羊毛磨头安装于磨刻机上，设置速度为5000-7000rpm对凹面进行抛光，抛光前羊毛磨头处需要打抛光膏，每件工件抛光的时间为2～4min，抛光后凹面粗糙度不大于0.1μm。
人工光亮抛光和机器光亮抛光两步骤中使用的抛光膏为白色抛光膏，具体为1985抛光白蜡，是通用性的精抛光抛光蜡，其作用是使钛合金凹面达到亚镜面状态。
具体的，所述镜面研磨具体包括将一定量核桃壳磨料放入研磨机内，设置转速为250～300rpm，时间为1.5～2h；启动研磨机后将工件均匀放入研磨机的研磨槽内进行镜面研磨。该步骤中使用的核桃壳磨料是德国进口镜面抛光磨料，研磨时需放入一定量研磨膏，其作用使使钛合金凹面能达到镜面状态。
优选的，所述镜面研磨步骤采用的研磨机为流动式光饰机。流动式光饰机为干式研磨机，且干式研磨机比较小，一次最多放置30件产品。
将上述工艺应用于人工颈椎椎间盘的下终板凹面的加工处理，由于人工颈椎椎间盘的下终板凹面机加工之后的粗糙度一般为0.8μm左右，如果采用抛盘抛光的方式对其进行处理，由于需要去除的尺寸较大且凹面有些部位很难抛到，其必然会导致凹面外形失真，因此，此时采用粗研磨和精研磨的搭配，在去除机加工纹路的同时又能很好的保证凹面外形不失真。在镜面抛光时，考虑到用研磨的方式镜面抛光效率比较低且凹面在其表面粗糙度较高的情况下很容易出现研磨料在凹面不流动或流动较缓慢，使得镜面抛光效率大大降低，此时增加了人工光亮抛光至凹面亚镜面状态，由于羊毛抛盘(即羊毛磨头)去除尺寸很小，因此不会对凹面外形造成失真，同时由于下终板凹面面积比较小，人工抛光时间比较短、效率高。最后镜面处理时，由于钛合金与其他材料的亲和力比较大，因此在抛光力度不均和抛盘引入的较硬粒子均会造成表面无法完全镜面，因此最后采用核桃壳研磨方式进行镜面处理，既能保证镜面的一致性同时又能避免人工抛光由于抛光难度的原因造成不断的返工或者根本无法实现完全镜面。
本发明的有益效果是：
1)本发明能对钛合金工件较小且凹面深而不规则的产品进行镜面化处理，其表面粗糙度达到0.05μm以下；
2)本发明充分利用研磨和抛光各自的优点，将两者完美的结合，使镜面处理的效率大大的提高，其成本约为MMP处理的1/10；同时相比MMP处理其表面机加工痕迹完全被去除；
3)本发明手工精抛光后利用核桃壳研磨料进行最后镜面化处理，由于钛合金镜面抛光难度大，而此次处理的部位为不规则的凹面，因此手工精抛光时无法将抛盘产生的纹路完全去除，而利用核桃壳研磨不存在纹路方向能使镜面更彻底，使凹面的粗糙度进一步降低，从而使其产品比手工镜面处理产品外观更加一致。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是人工椎间盘下终板的结构示意图；
图2是图1的剖面结构示意图；
图3是下终板的装配结构示意图；
图4是图3的剖面结构示意图。
图中：1、上终板，2、下终板，3、球垫，4、凹面。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-4所示，一种人工颈椎椎间盘，包括上终板1、下终板2以及设置在上终板1和下终板2之间的球垫3，下终板2上具有凹面4，球垫3置于凹面4内，且凹面4需要经过镜面处理，上终板1的粗糙度要求是0.8μm以下要求比较低，而下终板2凹面4要求0.1μm以下要求高，而其他部位还是要求0.8μm，因此，此次镜面处理只是针对下终板2的凹面4进行，粗糙度也只是针对凹面4进行检测。
实施例一：
本发明的一种人工椎间盘下终板2球形槽镜面处理工艺，钛合金工件为人工颈椎椎间盘下终板2，其凹面4镜面处理工艺流程如下：
步骤1：粗研磨，将一定量的粗磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为130rpm，时间为20min，启动流动研磨机然后将下终板2均匀放入流动研磨机内进行研磨，一次研磨工件数量不允许超过50件，研磨后工件凹面4粗糙度要求为不大于0.4μm。采用的粗磨料是一种德国进口的人造粗磨磨料，其作用是去除机加工纹路。
步骤2：精研磨，将一定量的精磨树脂磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为200rpm，时间为2.5h，启动流动研磨机后将工件均匀放入研磨槽内进行精研磨，一次研磨工件数量不超过50件，研磨后工件凹面4粗糙度要求为不大于0.2μm。采用的精磨树脂磨料是一种德国进口的人造树脂磨料，其作用是去除粗研磨留下的研磨痕迹。
步骤3：人工光亮抛光，将精研磨后冲洗干净且吹干后的下终板2用绒布抛盘上白色抛光膏后对工件除凹面4和背面外的正面平面和侧面进行抛光，抛光时间为2min，要求抛光至亚镜面。
步骤4：机器光亮抛光，将羊毛磨头安装于磨刻机上，设置速度为5000rpm对凹面4进行抛光，抛光前羊毛磨头处需要打白色抛光膏，每件工件抛光的时间为2min，抛光后凹面4粗糙度要求为不大于0.1μm。
步骤3和步骤4中使用的抛光膏为白色抛光膏，具体为1985抛光白蜡，是通用性的精抛光抛光蜡，其作用是使钛合金凹面4达到亚镜面状态。
步骤5：清洗，将抛光后的下终板2放入超声波清洗槽，清洗时间为10min，将抛光残留的抛光膏去除，然后用气枪吹干。
步骤6：镜面研磨，将一定量核桃壳磨料放入研磨机内，设置转速为250rpm，时间为1.5h；启动研磨机后将下终板2均匀放入研磨机的研磨槽内进行镜面研磨。该步骤中使用的核桃壳磨料是德国进口镜面抛光磨料，研磨时需放入一定量研磨膏，其作用使使钛合金凹面4能达到镜面状态，所述镜面研磨步骤采用的研磨机为流动式光饰机。流动式光饰机为干式研磨机，且干式研磨机比较小，一次最多放置30件产品。
步骤7：清洗和烘干，将镜面研磨后下终板2放入超声波清洗槽，清洗时间为10min，清洗完成气枪吹干后放入烘箱，设置烘箱的温度为80℃，烘干时间为15min，烘干后取出待流转。
经过以上研磨和抛光复合处理后，其凹面4的外观和粗糙度均符合粗糙度要求且粗糙度和外观均优于MMP处理。
实施例二：
本发明的一种人工椎间盘下终板2球形槽镜面处理工艺，钛合金工件为人工颈椎椎间盘下终板2，其凹面4镜面处理工艺流程如下：
步骤1：粗研磨，将一定量的粗磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为150rpm，时间为30min，启动流动研磨机然后将下终板2均匀放入流动研磨机内进行研磨，一次研磨工件数量不允许超过50件，研磨后工件凹面4粗糙度要求为不大于0.4μm。采用的粗磨料是一种德国进口的人造粗磨磨料，其作用是去除机加工纹路。
步骤2：精研磨，将一定量的精磨树脂磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为230rpm，时间为3h，启动流动研磨机后将工件均匀放入研磨槽内进行精研磨，一次研磨工件数量不超过50件，研磨后工件凹面4粗糙度要求为不大于0.2μm。采用的精磨树脂磨料是一种德国进口的人造树脂磨料，其作用是去除粗研磨留下的研磨痕迹。
步骤3：人工光亮抛光，将精研磨后冲洗干净且吹干后的下终板2用绒布抛盘上白色抛光膏后对工件除凹面4和背面外的正面平面和侧面进行抛光，抛光时间为4min，要求抛光至亚镜面。
步骤4：机器光亮抛光，将羊毛磨头安装于磨刻机上，设置速度为7000rpm对凹面4进行抛光，抛光前羊毛磨头处需要打白色抛光膏，每件工件抛光的时间为4min，抛光后凹面4粗糙度要求为不大于0.1μm。
步骤3和步骤4中使用的抛光膏为白色抛光膏，具体为1985抛光白蜡，是通用性的精抛光抛光蜡，其作用是使钛合金凹面4达到亚镜面状态。
步骤5：清洗,将抛光后的下终板2放入超声波清洗槽，清洗时间为15min，将抛光残留的抛光膏去除，然后用气枪吹干。
步骤6：镜面研磨，将一定量核桃壳磨料放入研磨机内，设置转速为300rpm，时间为2h；启动研磨机后将下终板2均匀放入研磨机的研磨槽内进行镜面研磨。使用的核桃壳磨料是德国进口镜面抛光磨料，研磨时需放入一定量研磨膏，其作用使使钛合金凹面4能达到镜面状态；所述镜面研磨步骤采用的研磨机为流动式光饰机。流动式光饰机为干式研磨机，且干式研磨机比较小，一次最多放置30件产品。
步骤7：清洗和烘干，将镜面研磨后下终板2放入超声波清洗槽，清洗时间为15min，清洗完成气枪吹干后放入烘箱，设置烘箱的温度为80℃，烘干时间为20min，烘干后取出待流转。
经过以上研磨和抛光复合处理后，其凹面4的外观和粗糙度均符合粗糙度要求且粗糙度和外观均优于MMP处理。
在进行实验时，每次选取5件下终板2，同时选取同一批次5件下终板2发外进行MMP处理，公司处理的产品与外发进行MMP处理的下终板2凹面4用粗糙度仪进行粗糙度值检测。将经MMP和本发明的处理工艺加工后的下终板2实物和粗糙度值进行对比，如表1所示，本发明的镜面处理工艺在成本比MMP降低的情况下，其凹面4粗糙度值优于MMP。
表1不同加工方式凹面4粗糙度表
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：钛合金工件凹面依次经过粗研磨、精研磨、人工光亮抛光、机器光亮抛光、清洗、镜面研磨、清洗和烘干工艺步骤的处理。
2.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述粗研磨具体包括将一定量的粗磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为130～150rpm，时间为20～30min，启动流动研磨机然后将工件均匀放入流动研磨机内进行研磨，研磨后工件凹面粗糙度不大于0.4μm。
3.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述精研磨具体包括将一定量的精磨树脂磨料放入流动研磨机的研磨槽中，设置流动研磨机的转速为200～230rpm，时间为2.5～3h，启动流动研磨机后将工件均匀放入研磨槽内进行精研磨，研磨后工件凹面粗糙度不大于0.2μm。
4.如权利要求2或3所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述流动研磨机研磨时，一次研磨工件数量不超过50件。
5.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述人工光亮抛光具体包括将精研磨后冲洗干净且吹干后的工件用绒布抛盘上抛光膏后对工件除凹面和背面外的正面平面和侧面进行抛光，抛光时间为2～4min，要求抛光至亚镜面。
6.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述机器光亮抛光具体包括将羊毛磨头安装于磨刻机上，设置速度为5000～7000rpm对凹面进行抛光，抛光前羊毛磨头处需要打抛光膏，每件工件抛光的时间为2～4min，抛光后凹面粗糙度不大于0.1μm。
7.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述清洗具体包括将抛光后下终板放入超声波清洗槽，清洗时间为10～15min，将抛光残留的抛光膏去除，然后用气枪吹干。
8.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述镜面研磨具体包括将一定量核桃壳磨料放入研磨机内，设置转速为250～300rpm，时间为1.5～2h；启动研磨机后将工件均匀放入研磨机的研磨槽内进行镜面研磨。
9.如权利要求8所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述镜面研磨步骤采用的研磨机为流动式光饰机。
10.如权利要求1所述的人工椎间盘下终板球形槽镜面处理工艺，其特征在于：所述清洗和烘干具体包括将镜面研磨后的下终板放入超声波清洗槽，清洗时间为10min，清洗完成气枪吹干后放入烘箱，设置烘箱的温度为80℃，烘干时间为15min，烘干后取出待流转。
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