CN110369655A - 一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其能解决现有使用常规锻造方法无法生产出合格的CoCrMo胫骨平台，而精密铸造方法生产的CoCrMo胫骨平台又存在光洁度不高、力学性能差、尺寸精度差的问题。其包括下料、表面处理、喷涂、一次挤压、表面处理、喷涂、二次挤压、表面处理、喷涂、预锻、表面处理、终锻。
Description
技术领域
本发明涉及人工关节锻造加工领域，具体为一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法。
背景技术
胫骨平台人工关节植入物为人体膝关节中胫骨平台损伤后的替代物，可以通过手术进行植入从而恢复关节功能，提高患者生活质量。由于CoCrMo材料耐磨、强度高等优异性能，可以有效提高骨科植入物的使用寿命，其在骨科植入物的应用前景广阔，强生、施乐辉等众多医疗器械企业纷纷加大对以CoCrMo为材料的骨科植入物的研制投入。
图1为一种胫骨平台人工关节植入物的结构示意图，其包括柄部1、翼板2和平台3，平台呈U形状，柄部位于平台的U形口4对称中心线中点附近，柄部的轴线与平台法向成3°角，翼板位于柄部侧面与平台底面连接处，呈三角形状，数量为2~3个，平台底面位于U形口两侧分布有若干数量的凹槽5。
由于CoCrMo材料的锻造塑性差，可锻温度区间小，锻造性能很差，同时胫骨平台结构复杂，拥有2~3个平均厚度1~3mm左右的薄翼板，平台上有若干数量的凹槽，凹槽的转接处R角较小，一般为R0.2~R0.5。这导致在使用常规锻造方法进行锻造的过程中，极易出现充型不满、裂纹等缺陷，很难获得充型完全、无裂纹且外观形状、表面质量合格的产品。
因此，目前国内CoCrMo胫骨平台都是以精密铸造的方式成型，但铸造产品存在以下缺陷：1）表面光洁度不高，会加大胫骨平台与其他组件的摩擦；2）力学性能差，其结晶与再结晶过程中破坏了金属纤维组织的连续性；3）尺寸精度较差。因此铸造胫骨平台在使用过程中，容易造成匹配精度不足、磨损失效、疲劳裂纹等情况。
发明内容
针对现有使用常规锻造方法无法生产出合格的CoCrMo胫骨平台，而精密铸造方法生产的CoCrMo胫骨平台又存在光洁度不高、力学性能差、尺寸精度差的技术问题，本发明提供了一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其能实现CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的精密锻造加工，且产品表面质量、力学性能和尺寸精度均合格，填补国内尚无锻造成型CoCrMo胫骨平台的空白。
其技术方案是这样的：一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、下料，选取合适规格的CoCrMo棒料，并将棒料下端倒圆角，且其圆角半径为2mm~5mm；
步骤2、表面处理，去除棒料表面的污物及表面缺陷；
步骤3、喷涂，在棒料表面喷涂防氧化涂层；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料采用实心正挤压方式获得一次挤压件，一次挤压件的柄部下端直径与二次挤压件的柄部下端直径一致，柄部长度为二次挤压件的柄部长度的35%~65%，柄部拔模角与二次挤压件的柄部拔模角一致，一次挤压件的柄部与头部用圆角转接，且圆角半径为5mm~15mm；一次挤压件的头部为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部沿柄部轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板沿相同方向投影的区域；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤5、表面处理，去除一次挤压件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件表面喷涂防氧化涂层；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件采用实心正挤压方式获得二次挤压件，二次挤压件的柄部与预锻件的柄部一致，同时挤压成型翼板，二次挤压件的翼板与预锻件的翼板一致，二次挤压件的头部为圆柱状或椭圆柱状，头部底面方向与预锻件的平台底面方向一致，头部的法向与柄部轴线呈3°角；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤8、表面处理，去除二次挤压件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件表面喷涂防氧化涂层；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件进行预锻获得预锻件，预锻件的柄部和翼板与终锻件的柄部和翼板一致，或除终锻件中靠近平台侧2mm~5mm范围内柄部及翼板不成型外，柄部及翼板其余部分与终锻件的柄部及翼板其余部分一致；预锻件的平台的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模2°~10°，预锻件的平台底面为与终锻件的平台底面方向一致且未成形凹槽的平面；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤11、表面处理，去除预锻件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件进行终锻获得终锻件，终锻件的柄部及翼板与胫骨平台的柄部及翼板一致，终锻件的平台顶面留有0.5mm~2mm余量，其余与胫骨平台的平台一致；锻造方向沿柄部轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
其进一步特征在于：
步骤3、步骤6和步骤9中喷涂防氧化涂层的工艺为，将工件在100℃~200℃温度下加热60min~90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm~0.08mm。
步骤4中，一次挤压的工艺参数为：加热温度1130℃~1170℃。
步骤7中，二次挤压的工艺参数为：加热温度1130℃~1170℃。
步骤10中，预锻的工艺参数为：加热温度1055℃~1095℃。
步骤12中，终锻的工艺参数为：加热温度980℃~1020℃，在惰性气体保护氛围中进行加热。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中的最短加热时间t和最长加热时间T按如下公式进行计算：
t=H×k+2~5 min
H为坯料最厚处尺寸，单位为mm；k为材料导热速度，单位为min/mm，CoCrMo材料的k值取1；
最长加热时间T=t+5~15 min。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.02~1.03。
一次挤压、二次挤压、预锻和终锻中所用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃。
本发明的有益效果是：
本发明的锻造方法，通过科学合理的精密锻造工步设计，并合理设计一次挤压件、二次挤压件、预锻件和终锻件的形状、尺寸等参数，能够实现CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的柄部、翼板以及平台底面等关键承力部位的无切削加工成型，除平台顶面外，不需要进行机械加工，可以大大减少机加工量，降低机加工难度及费用，提高尺寸精度；由于关键承力部位均直接成型至成品状态，从而能够获得沿产品形状连续性分布、均匀细小的金属组织，可提高胫骨平台的力学性能；通过设置表面处理工步，保证了表面光洁度，避免因表面粗糙而与组件发生摩擦损耗。本发明的CoCrMo材料胫骨平台精密锻造工艺方案，填补了国内尚无锻造成型的CoCrMo材料胫骨平台的空白，可以提供形状尺寸、表面质量、力学性能均合格的精密锻造成型的CoCrMo材料胫骨平台。
附图说明
图1为胫骨平台人工关节植入物的整体结构示意图；
图2为本发明方法的主要成型工步图；
图3为本发明实施例1中制得的胫骨平台的晶相显微照片；
图4为本发明实施例2中制得的胫骨平台的晶相显微照片；
图5为本发明实施例3中制得的胫骨平台的晶相显微照片。
附图标记：
1-柄部；2-翼板；3-平台；4-U形口；5-凹槽；
10-棒料；
20-一次挤压件；21-一次挤压件的头部；22-一次挤压件的柄部；
30-二次挤压件；31-二次挤压件的头部；32-二次挤压件的柄部；33-二次挤压件的翼板；
40-预锻件；41-预锻件的平台；42-预锻件的柄部；43-预锻件的翼板；44-预锻件的平台底面；
50-终锻件；51-终锻件的平台；52-终锻件的柄部；53-终锻件的翼板；54-终锻件的平台底面。
具体实施方式
见图1至图2，本发明的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其包括以下步骤：
步骤1、下料，根据一次挤压件的头部21直径要求及CoCrMo材料变形要求选取合适规格的CoCrMo棒料，下料后的棒料10上、下端面需平端面，保证端面无明显锯痕或刀痕，并将棒料10下端倒圆角，且其圆角半径R1为2mm~5mm；
步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除棒料10表面的接刀痕和切削液；
步骤3、喷涂，在棒料10表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将棒料在100℃~200℃温度下加热60min~90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm~0.08mm；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料10放入电炉内加热至1130℃~1170℃，保温后，取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得一次挤压件20，一次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃，一次挤压后取出冷却至室温，一次挤压件的柄部22下端直径与二次挤压件的柄部32下端直径一致，一次挤压件的柄部22长度为二次挤压件的柄部32长度的35%~65%，一次挤压件的柄部22拔模角与二次挤压件的柄部32拔模角一致，一次挤压件的柄部22与头部21用圆角转接，且圆角半径R2为5mm~15mm，图2中圆角两侧的切线所围成的角度α优选120°~180°，这个角度更加有利于保证翼板的成型；一次挤压件的头部21为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部21沿柄部22轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板33沿相同方向投影的区域；锻造方向沿一次挤压件的柄部22轴线向下；
步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除一次挤压件20表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件20表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将一次挤压件20在100℃~200℃温度下加热60min~90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm~0.08mm；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件20放入电炉内加热至1130℃~1170℃，保温后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得二次挤压件30，二次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃，二次挤压后取出冷却至室温，二次挤压件的柄部32与预锻件的柄部42一致，同时挤压成型翼板33，二次挤压件的翼板33与预锻件的翼板43一致，二次挤压件的头部31为圆柱状或椭圆柱状，二次挤压件的头部31底面方向与预锻件的平台41底面方向一致，二次挤压件的头部31的法向与柄部32轴线呈3°角；锻造方向沿二次挤压件的柄部32轴线向下；
步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除二次挤压件30表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件30表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将二次挤压件30在100℃~200℃温度下加热60min~90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm~0.08mm；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件30放入电炉内加热至温度1055℃~1095℃，保温后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得预锻件40，预锻用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃，预锻后取出冷却至室温，预锻件的柄部42和翼板43与终锻件的柄部52和翼板53一致，或除终锻件30中靠近平台侧2mm~5mm范围内柄部及翼板不成型外，柄部及翼板其余部分与终锻件的柄部及翼板其余部分一致；预锻件的平台41的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模，拔模角β=2°~10°，预锻件的平台底面44为与终锻件的平台底面54方向一致且未成形凹槽5的平面；锻造方向沿预锻件的柄部42轴线向下；
步骤11、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除预锻件40表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件40放入电炉内，在惰性气体保护氛围下加热至温度980℃~1020℃，保温后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得终锻件50，终锻用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃，终锻后取出冷却至室温，终锻件的柄部52及翼板53与胫骨平台的柄部1及翼板2一致，终锻件的平台51顶面留有0.5mm~2mm余量，其余与胫骨平台的平台3一致；锻造方向沿终锻件的柄部52轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
其中，步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中的最短加热时间t和最长加热时间T按如下公式进行计算：
t=H×k+2~5 min
H为坯料最厚处尺寸，单位为mm；k为材料导热速度，单位为min/mm，CoCrMo材料的k值取1；
最长加热时间T=t+5~15 min。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.02~1.03。
本发明方法中，一次挤压、二次挤压、预锻和终锻所用模具各不相同，模具参数根据各工步中预成型的目标锻件形状设计。
图2中由左至右依次为下料工步、一次挤压工步、二次挤压工步、预锻工步和终锻工步，同一工步中上方视图为下方视图的仰视图。
下面以几个具体实施例详细说明本发明的锻造方法。
实施例1
一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其包括以下步骤：
步骤1、下料，选取φ33mmCoCrMo棒料，长度41mm，下料后的棒料10上、下端面需平端面，保证端面无明显锯痕或刀痕，并将棒料10下端倒圆角，且其圆角半径R1为2mm；
步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除棒料10表面的接刀痕和切削液；
步骤3、喷涂，在棒料10表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将棒料在100℃温度下加热90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料10放入电炉内加热至1130℃，保温45mim后，取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得一次挤压件20，一次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为160℃，一次挤压后取出冷却至室温，一次挤压件的柄部22下端直径与二次挤压件的柄部32下端直径一致，一次挤压件的柄部22长度为二次挤压件的柄部32长度的35%，一次挤压件的柄部22拔模角与二次挤压件的柄部32拔模角一致，一次挤压件的柄部22与头部21用圆角转接，且圆角半径R2为5mm；一次挤压件的头部21为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部21沿柄部22轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板33沿相同方向投影的区域；锻造方向沿一次挤压件的柄部22轴线向下；
步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除一次挤压件20表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件20表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将一次挤压件20在100℃温度下加热90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件20放入电炉内加热至1130℃，保温45min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得二次挤压件30，二次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为160℃，二次挤压后取出冷却至室温，二次挤压件的柄部32与预锻件的柄部42一致，同时挤压成型翼板33，二次挤压件的翼板33与预锻件的翼板43一致，二次挤压件的头部31为圆柱状或椭圆柱状，二次挤压件的头部31底面方向与预锻件的平台41底面方向一致，二次挤压件的头部31的法向与柄部32轴线呈3°角；锻造方向沿二次挤压件的柄部32轴线向下；
步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除二次挤压件30表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件30表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将二次挤压件30在100℃温度下加热90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件30放入电炉内加热至温度1055℃，保温45min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得预锻件40，预锻用到的模具需进行预热，预热温度为160℃，预锻后取出冷却至室温，预锻件的柄部42和翼板43与终锻件的柄部52和翼板53一致；预锻件的平台41的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模，拔模角β=2°，预锻件的平台底面44为与终锻件的平台底面54方向一致且未成形凹槽5的平面；锻造方向沿预锻件的柄部42轴线向下；
步骤11、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除预锻件40表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件40放入电炉内，在惰性气体保护氛围下加热至温度980℃，保温35min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得终锻件50，终锻用到的模具需进行预热，预热温度为160℃，终锻后取出冷却至室温，终锻件的柄部52及翼板53与胫骨平台的柄部1及翼板2一致，终锻件的平台51顶面留有0.5mm余量，其余与胫骨平台的平台3一致；锻造方向沿终锻件的柄部52轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.02。
本实施例中加工制得的胫骨平台，其晶相显微照片如图3所示，经计算，其晶粒度等级为11.5级，技术要求为不粗于5级，故达到了晶粒度要求。
对本实施例制成的胫骨平台进行力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。
实施例2
一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其包括以下步骤：
步骤1、下料，选取φ33mmCoCrMo棒料，长度41mm，下料后的棒料10上、下端面需平端面，保证端面无明显锯痕或刀痕，并将棒料10下端倒圆角，且其圆角半径R1为3.5mm；
步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除棒料10表面的接刀痕和切削液；
步骤3、喷涂，在棒料10表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将棒料在150℃温度下加热75min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.06mm；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料10放入电炉内加热至1150℃，保温40mim后，取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得一次挤压件20，一次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为195℃，一次挤压后取出冷却至室温，一次挤压件的柄部22下端直径与二次挤压件的柄部32下端直径一致，一次挤压件的柄部22长度为二次挤压件的柄部32长度的55%，一次挤压件的柄部22拔模角与二次挤压件的柄部32拔模角一致，一次挤压件的柄部22与头部21用圆角转接，且圆角半径R2为10mm；一次挤压件的头部21为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部21沿柄部22轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板33沿相同方向投影的区域；锻造方向沿一次挤压件的柄部22轴线向下；
步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除一次挤压件20表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件20表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将一次挤压件20在150℃温度下加热75min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.06mm；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件20放入电炉内加热至1150℃，保温40min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得二次挤压件30，二次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为195℃，二次挤压后取出冷却至室温，二次挤压件的柄部32与预锻件的柄部42一致，同时挤压成型翼板33，二次挤压件的翼板33与预锻件的翼板43一致，二次挤压件的头部31为圆柱状或椭圆柱状，二次挤压件的头部31底面方向与预锻件的平台41底面方向一致，二次挤压件的头部31的法向与柄部32轴线呈3°角；锻造方向沿二次挤压件的柄部32轴线向下；
步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除二次挤压件30表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件30表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将二次挤压件30在150℃温度下加热75min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.06mm；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件30放入电炉内加热至温度1075℃，保温40min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得预锻件40，预锻用到的模具需进行预热，预热温度为195℃，预锻后取出冷却至室温，预锻件的柄部42和翼板43与终锻件的柄部52和翼板53一致；预锻件的平台41的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模，拔模角β=6°，预锻件的平台底面44为与终锻件的平台底面54方向一致且未成形凹槽5的平面；锻造方向沿预锻件的柄部42轴线向下；
步骤11、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除预锻件40表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件40放入电炉内，在惰性气体保护氛围下加热至温度1000℃，保温30min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得终锻件50，终锻用到的模具需进行预热，预热温度为195℃，终锻后取出冷却至室温，终锻件的柄部52及翼板53与胫骨平台的柄部1及翼板2一致，终锻件的平台51顶面留有1.0mm余量，其余与胫骨平台的平台3一致；锻造方向沿终锻件的柄部52轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.025。
本实施例中加工制得的胫骨平台，其晶相显微照片如图4所示，经计算，其晶粒度等级为11级，技术要求为不粗于5级，故达到了晶粒度要求。
对本实施例制成的胫骨平台进行力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。
实施例3
一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其包括以下步骤：
步骤1、下料，选取φ33mmCoCrMo棒料，长度41mm，下料后的棒料10上、下端面需平端面，保证端面无明显锯痕或刀痕，并将棒料10下端倒圆角，且其圆角半径R1为5mm；
步骤2、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除棒料10表面的接刀痕和切削液；
步骤3、喷涂，在棒料10表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将棒料在200℃温度下加热60min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.08mm；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料10放入电炉内加热至1170℃，保温35mim后，取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得一次挤压件20，一次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为230℃，一次挤压后取出冷却至室温，一次挤压件的柄部22下端直径与二次挤压件的柄部32下端直径一致，一次挤压件的柄部22长度为二次挤压件的柄部32长度的65%，一次挤压件的柄部22拔模角与二次挤压件的柄部32拔模角一致，一次挤压件的柄部22与头部21用圆角转接，且圆角半径R2为15mm；一次挤压件的头部21为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部21沿柄部22轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板33沿相同方向投影的区域；锻造方向沿一次挤压件的柄部22轴线向下；
步骤5、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除一次挤压件20表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件20表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将一次挤压件20在200℃温度下加热60min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.08mm；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件20放入电炉内加热至1170℃，保温35min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行实心正挤压闭式锻造获得二次挤压件30，二次挤压用到的模具需进行预热，预热温度为230℃，二次挤压后取出冷却至室温，二次挤压件的柄部32与预锻件的柄部42一致，同时挤压成型翼板33，二次挤压件的翼板33与预锻件的翼板43一致，二次挤压件的头部31为圆柱状或椭圆柱状，二次挤压件的头部31底面方向与预锻件的平台41底面方向一致，二次挤压件的头部31的法向与柄部32轴线呈3°角；锻造方向沿二次挤压件的柄部32轴线向下；
步骤8、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除二次挤压件30表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件30表面喷涂防氧化涂层，工艺为：将二次挤压件30在200℃温度下加热60min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.08mm；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件30放入电炉内加热至温度1095℃，保温35min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得预锻件40，预锻用到的模具需进行预热，预热温度为230℃，预锻后取出冷却至室温，预锻件的柄部42和翼板43与终锻件的柄部52和翼板53一致；预锻件的平台41的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模，拔模角β=10°，预锻件的平台底面44为与终锻件的平台底面54方向一致且未成形凹槽5的平面；锻造方向沿预锻件的柄部42轴线向下；
步骤11、表面处理，通过钢砂抛丸及抛修等工序去除预锻件40表面的污物、防氧化涂层以及麻点、凹坑、毛刺等表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件40放入电炉内，在惰性气体保护氛围下加热至温度1020℃，保温25min后取出立即放入预先喷好模具润滑剂的阴模中进行闭式或开式锻造获得终锻件50，终锻用到的模具需进行预热，预热温度为230℃，终锻后取出冷却至室温，终锻件的柄部52及翼板53与胫骨平台的柄部1及翼板2一致，终锻件的平台51顶面留有2mm余量，其余与胫骨平台的平台3一致；锻造方向沿终锻件的柄部52轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.03。
本实施例中加工制得的胫骨平台，其晶相显微照片如图5所示，经计算，其晶粒度等级为11级，技术要求为不粗于5级，故达到了晶粒度要求。
对本实施例制成的胫骨平台进行力学性能检测结果见表1，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，证明该胫骨平台具有优异的力学性能，使用寿命长。
表1 本发明3个实施例制得的胫骨平台力学性能
Claims (9)
1.一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1、下料，选取合适规格的CoCrMo棒料，并将棒料下端倒圆角，且其圆角半径为2mm~5mm；
步骤2、表面处理，去除棒料表面的污物及表面缺陷；
步骤3、喷涂，在棒料表面喷涂防氧化涂层；
步骤4、一次挤压，将步骤3中的棒料采用实心正挤压方式获得一次挤压件，一次挤压件的柄部下端直径与二次挤压件的柄部下端直径一致，柄部长度为二次挤压件的柄部长度的35%~65%，柄部拔模角与二次挤压件的柄部拔模角一致，一次挤压件的柄部与头部用圆角转接，且圆角半径为5mm~15mm；一次挤压件的头部为圆柱状或椭圆柱状，一次挤压件的头部沿柄部轴线方向投影的区域覆盖二次挤压件的翼板沿相同方向投影的区域；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤5、表面处理，去除一次挤压件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤6、喷涂，在一次挤压件表面喷涂防氧化涂层；
步骤7、二次挤压，将步骤6中的一次挤压件采用实心正挤压方式获得二次挤压件，二次挤压件的柄部与预锻件的柄部一致，同时挤压成型翼板，二次挤压件的翼板与预锻件的翼板一致，二次挤压件的头部为圆柱状或椭圆柱状，头部底面方向与预锻件的平台底面方向一致，头部的法向与柄部轴线呈3°角；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤8、表面处理，去除二次挤压件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤9、喷涂，在二次挤压件表面喷涂防氧化涂层；
步骤10、预锻，将步骤9中的二次挤压件进行预锻获得预锻件，预锻件的柄部和翼板与终锻件的柄部和翼板一致，或除终锻件中靠近平台侧2mm~5mm范围内柄部及翼板不成型外，柄部及翼板其余部分与终锻件的柄部及翼板其余部分一致；预锻件的平台的U形口两侧沿U形口开口方向作拔模2°~10°，预锻件的平台底面为与终锻件的平台底面方向一致且未成形凹槽的平面；锻造方向沿柄部轴线向下；
步骤11、表面处理，去除预锻件表面的污物、防氧化涂层以及表面缺陷；
步骤12、终锻，将步骤11中的预锻件进行终锻获得终锻件，终锻件的柄部及翼板与胫骨平台的柄部及翼板一致，终锻件的平台顶面留有0.5mm~2mm余量，其余与胫骨平台的平台一致；锻造方向沿柄部轴线向下；完成胫骨平台的精密锻造加工。
2.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤3、步骤6和步骤9中喷涂防氧化涂层的工艺为，将工件在100℃~200℃温度下加热60min~90min，取出直接喷涂涂料，涂料采用有效保护温度范围1000℃~1180℃的精锻工艺用玻璃防护润滑剂，防氧化涂层厚度为单面0.04mm~0.08mm。
3.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤4中，一次挤压的工艺参数为：加热温度1130℃~1170℃。
4.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤7中，二次挤压的工艺参数为：加热温度1130℃~1170℃。
5.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤10中，预锻的工艺参数为：加热温度1055℃~1095℃。
6.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤12中，终锻的工艺参数为：加热温度980℃~1020℃。
7.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中的最短加热时间t和最长加热时间T按如下公式进行计算：
t=H×k+2~5 min
H为坯料最厚处尺寸，单位为mm；k为材料导热速度，单位为min/mm，CoCrMo材料的k值取1；
最长加热时间T=t+5~15 min。
8.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：步骤4、步骤7、步骤10和步骤12中取热胀系数1.02~1.03。
9.根据权利要求1所述的一种CoCrMo胫骨平台人工关节植入物的锻造方法，其特征在于：一次挤压、二次挤压、预锻和终锻中所用到的模具需进行预热，预热温度为160℃~230℃。
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