CN108210129A - 一种锻造tc4钛合金胫骨平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人体植入物医疗锻件，涉及一种锻造TC4钛合金胫骨平台。包括平台部、柄部、支撑部、半月板假体、夹装于所述平台部顶面与所述半月板假体底面的过度界面，其特征在于：所述平台部、柄部、支撑部、半月板假体与过度界面为TC4钛合金材质，其中所述柄部沿垂直于所述柄部中轴线的方向锻压成型，所述平台部沿垂直于所述平台部顶面垂线的方向锻压成型。通过使用钛合金，提高了胫骨平台与人体的生物相容性；通过锻造工艺，避免了铸造材料力学性能差，可塑性不强的问题：通过柄部横向锻造成型，提高了胫骨平台结构性强度、平台部纵向锻压成型，优化了该部位的组织，使其抛光性能大大提升。
Description
技术领域
本发明属于人体植入物医疗锻件，涉及医学人工膝关节，具体涉及一种锻造TC4钛合金胫骨平台及其加工工艺。
背景技术
锻造TC4钛合金胫骨平台属于医学人工膝关节，人工膝关节可通过手术植入替代人体膝关节，在一定程度上恢复膝关节的生理功能，减轻患者疼痛并提高其生活质量，而胫骨平台属于膝关节中的主体部件。
现有技术中，胫骨平台材质一般为钴合金，其生物相容性差，患者使用后会有一定的排异反应；弹性模量较高，其弹性模量与人体骨的弹性模量相差大，与人体骨结合不好，易产生应力遮挡，从而容易造成术后骨质疏松，进而影响术后假体长期的稳定性。
而钛合金材料与人体的生物相容性好，但传统加工工艺为铸造钛合金，其抛光性不好，产品表面光洁度不高，容易与其他材质的组件摩擦产生磨损颗粒，从而造成骨溶解；此外，铸造件的力学性能差，其结晶与再结晶过程破坏了金属纤维组织的连续性，作为人体关节替代物使用寿命较短，需要不断替换，无形中增加了病患的痛苦与医疗成本；与此同时，铸造成型的零件可塑性较差，无法使用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺进行加工，无法保证零件部分结构的强度、表面光洁度与精密尺寸，在医疗使用过程中，容易造成结构失效、过度磨损或匹配不当的情况。
发明内容
针对钴合金胫骨平台生物相容性差、弹性模量高，以及铸造钛合金胫骨平台表面光洁度低、力学性能差和可塑性差的技术问题，本发明的目的是提供一种生物相容性高、弹性模量接近人体骨骼、表面光洁度高、力学性能好且具有一定可塑性的锻造TC4钛合金胫骨平台。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案为：
一种锻造TC4钛合金胫骨平台，包括平台部(1)、一体成型于所述平台部(1)底面中心的柄部(4)、位于所述柄部(4)侧面与所述平台部(1)底面形成三角形支撑的支撑部(5)、一体成型于所述平台部(1)顶面的半月板假体(2)、夹装于所述平台部(1)顶面与所述半月板假体(2)底面的过度界面(3)，其特征在于：所述平台部(1)、柄部(4)、支撑部(5)、半月板假体(2)与过度界面(3)为TC4钛合金材质，其中所述柄部(4)沿垂直于所述柄部(4)中轴线的方向锻压成型，所述平台部(1)沿垂直于所述平台部(1)顶面垂线的方向锻压成型。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述过度界面(3)处的表面粗糙度为Ra1.6。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部(5)为杆状结构，所述杆状结构的两端分别连接于所述平台部(1)底面与所述柄部(4)的侧面。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部(5)为三角形片状结构，所述三角形片状结构的两直角边分别连接于所述平台部(1)底面与所述柄部(4)的侧面。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部(5)为至少3个。
本发明通过以上技术方案实现的技术效果为：
通过使用钛合金，提高了胫骨平台与人体的生物相容性，以更贴近人体骨骼弹性模量的金属制成的植入性替代关节减少病患痛苦；通过锻造工艺，避免了铸造材料力学性能差，可塑性不强的问题：通过柄部横向锻造成型，提高了胫骨平台结构性强度、平台部纵向锻压成型，优化了该部位的组织，使其抛光性能大大提升，进一步使得该部位通过抛光处理能得到很好的表面光洁度，从而降低胫骨平台与半月板假体的摩擦，进而大大减少了由于摩擦产生的磨损颗粒，延缓骨溶解，延长了假体的使用寿命。
附图说明：
图1为本发明第一实施例结构示意图；
图2为本发明第二实施例结构示意图；
图3为本发明锻造流程示意图。
图中：1-平台部、2-半月板假体、3-过度界面、4-柄部、5-支撑部。
具体实施说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，一种锻造TC4钛合金胫骨平台，包括平台部1、一体成型于所述平台部1底面中心的柄部4、位于所述柄部4侧面与所述平台部1底面形成三角形支撑的支撑部5、一体成型于所述平台部1顶面的半月板假体2、夹装于所述平台部1顶面与所述半月板假体2底面的过度界面3，其特征在于：所述平台部1、柄部4、支撑部5、半月板假体2与过度界面3为TC4钛合金材质，其中所述柄部4沿垂直于所述柄部4中轴线的方向锻压成型，所述平台部1沿垂直于所述平台部1顶面垂线的方向锻压成型。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述过度界面3处的表面粗糙度为Ra1.6。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部5为杆状结构，所述杆状结构的两端分别连接于所述平台部1底面与所述柄部4的侧面。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部5为三角形片状结构，所述三角形片状结构的两直角边分别连接于所述平台部1底面与所述柄部4的侧面。
进一步的，作为本发明的一个改进，其特征在于：所述支撑部5为至少3个。
本发明通过以上技术方案实现的技术效果为：
通过使用钛合金，提高了胫骨平台与人体的生物相容性，以更贴近人体骨骼弹性模量的金属制成的植入性替代关节减少病患痛苦；通过锻造工艺，避免了铸造材料力学性能差，可塑性不强的问题：通过柄部横向锻造成型，提高了胫骨平台结构性强度、平台部纵向锻压成型，优化了该部位的组织，使其抛光性能大大提升，进一步使得该部位通过抛光处理能得到很好的表面光洁度，从而降低胫骨平台与半月板假体的摩擦，进而大大减少了由于摩擦产生的磨损颗粒，延缓骨溶解，延长了假体的使用寿命。
图中，柄部与人体胫骨相连接，平台部与半月板假体之间通过可靠的锁定机构相互连接。过度界面是极易产生磨损和微动的部位。传统工艺中，胫骨平台多采用钴合金材料，虽然最大程度的降低了过度界面的微动和磨损，但是其柄部与骨结合能力差，易产生松动；而铸造钛合金平台虽然柄部与胫骨相容性很好，但是其平台部位抛光性能不好，光洁度不高，容易使得过度界面容易磨损、微动。
锻造TC4胫骨平台，通过柄体部位横向锻造成型，提高了胫骨平台结构性强度；平台部位局部纵向锻压成型，优化了该部位的组织，使其抛光性能大大提升，进一步使得该部位通过抛光处理能得到很好的表面光洁度，从而降低胫骨平台与半月板假体的摩擦，进而大大减少了由于摩擦产生的磨损颗粒，延缓骨溶解，延长了假体的使用寿命。
本发明所提供的一种锻造TC4钛合金胫骨平台，通过特定锻造方法很好地解决了钛合金自身锻造难度大、胫骨平台产品外形复杂难成型的技术难点。TC4胫骨平台的锻造工艺在本发明以前处于试验阶段，而我公司经过多年的摸索、试验、总结发明出以下一套成熟化、量产化的生产工艺。由工艺流程简图、产品成型示意图能很直观的表达出锻造胫骨平台的成型工艺。在该成型工艺中有以下重要难点得到了解决，保证了产品可以量产化。
该锻造方法主要解决了以下几个现有技术的问题：
1、产品表面微裂纹锻造缺陷大：每道工序完成后增加抛修工序，严禁锻造缺陷转入下道工序。2、金属流动性差不易成型：A)改进模具结构，加大成型R角、B)生产过程中锻件喷涂玻璃润滑剂，模具喷涂石墨乳。3、锻造温度范围窄，产品质量不宜控制：使用专用的模座加热系统，使模具温度趋于恒温锻造，减少锻件锻前的热量损失。4、产品外形复杂成型困难：A)增加两次模具制胚工、B)采用产品分步成型工艺：柄部横向成型、平台纵向成型。
具体锻造过程为：(参照工艺流程图和产品毛坯变形图)
1、下料，车床下料端面平齐；2、表面处理(抛修、星型光饰，去除锯口切削痕迹)；3、镦粗，预锻模成型，保证平台部位成型所需材料；4、预锻成型，按锻造比1.5放量预锻成型；5、切边，切除多余原材料；6、喷涂，表面喷涂玻璃润滑剂；7、终锻，锻压成型产品柄部；8、切边，切边模去除飞边；9、切断，预成型产品横向剖断成2件毛坯；10、平台成型，平台部位锻压成型；11、切边；12、检验包装入库。
Claims (5)
1.一种锻造TC4钛合金胫骨平台，包括平台部(1)、一体成型于所述平台部(1)底面中心的柄部(4)、位于所述柄部(4)侧面与所述平台部(1)底面形成三角形支撑的支撑部(5)、一体成型于所述平台部(1)顶面的半月板假体(2)、夹装于所述平台部(1)顶面与所述半月板假体(2)底面的过度界面(3)，其特征在于：所述平台部(1)、柄部(4)、支撑部(5)、半月板假体(2)与过度界面(3)为TC4钛合金材质，其中所述柄部(4)沿垂直于所述柄部(4)中轴线的方向锻压成型，所述平台部(1)沿垂直于所述平台部(1)顶面垂线的方向锻压成型。
2.根据权利要求1所述的一种锻造TC4钛合金胫骨平台，其特征在于：所述过度界面(3)处的表面粗糙度为Ra1.6。
3.根据权利要求1所述的一种锻造TC4钛合金胫骨平台，其特征在于：所述支撑部(5)为杆状结构，所述杆状结构的两端分别连接于所述平台部(1)底面与所述柄部(4)的侧面。
4.根据权利要求1所述的一种锻造TC4钛合金胫骨平台，其特征在于：所述支撑部(5)为三角形片状结构，所述三角形片状结构的两直角边分别连接于所述平台部(1)底面与所述柄部(4)的侧面。
5.根据权利要求1-4所述的任一一种锻造TC4钛合金胫骨平台，其特征在于：所述支撑部(5)为至少3个。
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