CN111745105A - 一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，包括如下步骤：选用钛合金棒料下料；在钛合金棒料表面喷涂防氧化涂层；对下料件进行加热，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件；对挤压件进行加热，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件；对弯曲件进行加热，再先后转入预锻模具、终锻模具中获得终锻件。本发明提供的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，将钛合金棒料下料后依次制成挤压件、弯曲件、终锻件，最终获得锻件成品，保证了金属流线完整且沿锻件成品轮廓顺畅分布，具有较好的抗拉强度、屈服强度等力学性能，使用寿命长，材料利用率高，制造成本低，制造周期短，尺寸精度高，产品合格率高。

Description

一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法
技术领域
本发明涉及人工关节锻造加工技术领域，尤其涉及一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法。
背景技术
人工肩关节肱骨柄为人工关节植入物，用于人体肩关节发生创伤、病变及先天畸形，进行骨科置换手术时，植入人体作为肩关节的替换物，植入患者体内在一定程度上恢复肩关节的生理功能，缓解疼痛，改善患者的运动需求提高生活质量。目前人工肩关节肱骨柄的制造工艺分为铸造和模锻两种，铸造工艺始终无法避免裂纹和气孔的产生，产品质量差；模锻得到的锻件，机加加工余量大，破坏了金属流线，力学性能较低；而且，现有制造过程中的材料利用率低，制造周期长，制造成本高。
有鉴于此，有必要对现有技术中的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，普遍适用于有较大截面差异的人工肩关节肱骨柄，将钛合金棒料下料后依次制成挤压件、弯曲件、终锻件，最终获得锻件成品，保证了金属流线完整且沿锻件成品轮廓顺畅分布，具有较好的抗拉强度、屈服强度等力学性能，使用寿命长，材料利用率高，制造成本低，制造周期短，尺寸精度高，产品合格率高。
为实现上述目的，本发明提供了一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，包括如下步骤：
步骤一：选用钛合金棒料下料；
步骤二：在钛合金棒料表面喷涂防氧化涂层；
步骤三：对下料件进行加热，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件；
步骤四：对挤压件进行加热，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件；
步骤五：对弯曲件进行加热，再先后转入预锻模具、终锻模具中获得终锻件；
步骤六：对终锻件进行去飞边、打磨处理获得成品。
在一些实施方式中，步骤一中，根据人工肩关节肱骨柄体积确定所选钛合金棒料大小，并在钛合金棒料上下端面倒圆角。
在一些实施方式中，所述钛合金为医用Ti6Al4V。
在一些实施方式中，步骤二中，喷涂防氧化涂层工艺为：将钛合金棒料预热至150℃～200℃后，喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm～0.10mm。
在一些实施方式中，步骤三中，将下料件放入电阻炉中加热至900℃～960℃，下料件热透，保温15min～30min，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件。
在一些实施方式中，所述挤压模具采用预先喷好模具润滑剂的阴模，所用阴模拔模角为0.1°～0.5°，导向筒高度设计为20mm～40mm，阴模模膛与冲头配合间隙为单面0.1mm～0.3mm，冲头根据制坯需求，内置仿形型腔，与阴模配合，反挤压下料喷涂件，所用阴模模膛及冲头预置热胀系数为1.003～1.1。
在一些实施方式中，步骤四中，将挤压件放入电阻炉内加热至850℃～920℃，保温15～25min，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件。
在一些实施方式中，弯曲模具预先喷好模具润滑剂，弯曲件的弯曲位置为圆盘和盘杆连接处，弯曲件的弯曲角度与成品颈干角130°～140°匹配。
在一些实施方式中，通过钢砂抛丸方式将弯曲件表面的防氧化涂层和氧化皮去除。
在一些实施方式中，步骤五中：将弯曲件放入电阻炉中加热至870℃～960℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，普遍适用于有较大截面差异的人工肩关节肱骨柄，将钛合金棒料下料后依次制成挤压件、弯曲件、终锻件，最终获得锻件成品，保证了金属流线完整且沿锻件成品轮廓顺畅分布，具有较好的抗拉强度、屈服强度等力学性能，使用寿命长，材料利用率高，制造成本低，制造周期短，尺寸精度高，产品合格率高。
附图说明
图1为本发明所示的一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型流程图；
图2为本发明所示的终锻件的放大图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
如图1所示，本实施例公开了一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，包括如下步骤：
步骤一：选用钛合金棒料下料。根据人工肩关节肱骨柄体积确定所选钛合金棒料大小，具体地，钛合金棒料直径为45mm，长度为50mm。在钛合金棒料上下端面倒圆角，圆角半径为5～10mm，并优选为8mm。所述钛合金为医用Ti6Al4V。
步骤二：在钛合金棒料表面喷涂防氧化涂层。喷涂防氧化涂层工艺为：将钛合金棒料预热至150℃～200℃后，并优选为预热至180℃后，喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm～0.10mm，并优选为0.08mm。
步骤三：对下料件进行加热，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件；将下料件放入电阻炉中加热至900℃～960℃，并优选为960℃，下料件热透，保温15min～30min，并优选为20min，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件，挤压件的长度为160mm。
所述挤压模具采用预先喷好模具润滑剂的阴模，所用阴模拔模角为0.1°～0.5°，并优选为0.3°，导向筒高度设计为20mm～40mm，并优选为30mm，阴模模膛与冲头配合间隙为单面0.1mm～0.3mm，并优选为0.2mm，冲头根据制坯需求，内置仿形型腔，与阴模配合，反挤压下料喷涂件，所用阴模模膛及冲头预置热胀系数为1.003～1.1，并优选为1.01。
步骤四：对挤压件进行加热，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件；将挤压件放入电阻炉内加热至850℃～920℃，并优选为900℃，保温15～25min，并优选为20min，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件。弯曲模具预先喷好模具润滑剂，弯曲件的弯曲位置为圆盘和盘杆连接处，弯曲件的弯曲角度与成品颈干角130°～140°并优选为132°匹配。通过钢砂抛丸方式将弯曲件表面的防氧化涂层和氧化皮去除。
步骤五：对弯曲件进行加热，具体地，将弯曲件放入电阻炉中加热至950℃，热透保温20min，再先转入预锻模具成型，再转入终锻模具精确成品尺寸，并获得如图2所示的防旋梁凸起1和防旋凹槽2，减少了后期机械加工量，最终获得终锻件。终锻件分模面一周形成均匀飞边。
步骤六：对终锻件进行去飞边、打磨处理获得成品。使用激光切割机将飞边切除后，转至CNC加工中心进一步将残余飞边去除，然后打磨终锻件边缘、修整圆滑得到最终锻件成品。
锻造成型过程中，材料利用率高，制造成本低，制造周期短，尺寸精度高，产品合格率高。
对本实施例制成的锻件成品进行力学性能检测，结果见下表，可以看出，其力学性能明显高于设计要求，具有较好的抗拉强度、屈服强度，且低倍组织检查金属流线沿工件外形分布、无穿流、涡流，高倍组织检查符合组织评级要求，无α层，证明该锻造成型方法可行且有效。
Figure BDA0002567297140000051
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：选用钛合金棒料下料；
步骤二：在钛合金棒料表面喷涂防氧化涂层；
步骤三：对下料件进行加热，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件；
步骤四：对挤压件进行加热，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件；
步骤五：对弯曲件进行加热，再先后转入预锻模具、终锻模具中获得终锻件；
步骤六：对终锻件进行去飞边、打磨处理获得成品。
2.根据权利要求1所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，步骤一中，根据人工肩关节肱骨柄体积确定所选钛合金棒料大小，并在钛合金棒料上下端面倒圆角。
3.根据权利要求2所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，所述钛合金为医用Ti6Al4V。
4.根据权利要求1所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，步骤二中，喷涂防氧化涂层工艺为：将钛合金棒料预热至150℃～200℃后，喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.04mm～0.10mm。
5.根据权利要求1所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，步骤三中，将下料件放入电阻炉中加热至900℃～960℃，下料件热透，保温15min～30min，再转入挤压模具中挤压成型获得挤压件。
6.根据权利要求5所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，所述挤压模具采用预先喷好模具润滑剂的阴模，所用阴模拔模角为0.1°～0.5°，导向筒高度设计为20mm～40mm，阴模模膛与冲头配合间隙为单面0.1mm～0.3mm，冲头根据制坯需求，内置仿形型腔，与阴模配合，反挤压下料喷涂件，所用阴模模膛及冲头预置热胀系数为1.003～1.1。
7.根据权利要求1所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，步骤四中，将挤压件放入电阻炉内加热至850℃～920℃，保温15～25min，再转入弯曲模具中弯曲成型获得弯曲件。
8.根据权利要求7所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，弯曲模具预先喷好模具润滑剂，弯曲件的弯曲位置为圆盘和盘杆连接处，弯曲件的弯曲角度与成品颈干角130°～140°匹配。
9.根据权利要求7所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，通过钢砂抛丸方式将弯曲件表面的防氧化涂层和氧化皮去除。
10.根据权利要求1所述的人工肩关节肱骨柄的锻造成型方法，其特征在于，步骤五中：将弯曲件放入电阻炉中加热至870℃～960℃。
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