CN112247048A - 一种髋关节股骨柄的锻造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种髋关节股骨柄的锻造工艺，通过这种工艺制得的髋关节股骨柄的锻造工艺，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用，所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，较高的力学性能和耐磨性，产品使用寿命长，适合大批量生产。该工艺以M30NW棒料为原料依次通过下料、浸涂、顶锻弯曲制坯、喷涂、预锻、光饰、终锻步骤获得髋关节股骨柄成品。

Description

一种髋关节股骨柄的锻造工艺
技术领域
本发明涉及锻造工艺技术领域，具体为一种髋关节股骨柄的锻造工艺。
背景技术
髋关节股骨柄为人工关节植入物，其结构如图1所示，其包括头部1、颈部2、肩部3、柄身4和尾部5，用于人体髋关节发生损伤或病变后进行骨科置换手术时植入人体髋关节的替换物，植入患者体内在一定程度上恢复髋关节的生理功能，缓解疼痛，改善患者的运动需求，提高生活质量。
目前，大多采用铸造方法生产髋关节股骨柄，机加工量及机加工难度大，所获得的髋关节股骨柄力学性能差，表面质量差。
发明内容
针对传统方式制作的髋关节股骨柄力学性能差，表面质量差的问题，本发明提供了一种髋关节股骨柄的锻造工艺，通过这种工艺制得的髋关节股骨柄的锻造工艺，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用，所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，较高的力学性能和耐磨性，产品使用寿命长，适合大批量生产。
其技术方案是这样的：一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于，其包括以下步骤：一、下料；根据髋关节股骨柄的尺寸和最大截面面积选用合适规格的M30NW不锈钢棒料；
二、将下料件进行浸涂涂料处理；
三、对浸涂后的下料件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行顶锻并依据股骨柄形状弯曲、冷却处理后获得髋关节股骨柄坯件；
四、将坯件进行喷涂涂料处理；
五、对喷涂后的坯件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行预锻、冷却处理后获得预锻件；
六、对预锻件进行光饰处理；
七、对光饰后的预锻件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行终锻、冷却处理后获得终锻成品。
其进一步特征在于：
步骤二浸涂涂料前，对下料件的表面进行清理；涂料采用玻璃润滑剂，浸涂前，在70℃~150℃温度下保温30~90 min，涂层厚度控制在0.03~0.05 mm；
步骤三中，采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑；
步骤四喷涂涂料前，对坯件的表面进行清理；涂料采用玻璃润滑剂，在100℃~200℃温度下保温30~240 min，涂层厚度控制在0.06~0.12 mm；
步骤五中，采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑；
步骤六中光饰处理为振动光饰方式对预锻件表面进行处理，光饰时间为1h~4h；
步骤七中加热过程在惰性气体保护氛围中进行，冷却采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑；
k为0.4~0.5min/mm。
本发明的有益效果为：以M30NW棒料为原料依次通过下料、浸涂、顶锻弯曲制坯、喷涂、预锻、光饰、终锻步骤获得髋关节股骨柄成品，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用，所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，表面无凹坑、麻点、折叠等，粗糙度Ra≤1.6，较高的力学性能和耐磨性，锻件力学性能满足ISO5832-9表3的规定，产品使用寿命长，适合大批量生产。
附图说明
图1为髋关节股骨柄的结构示意图。
具体实施方式
实例一：本实例对基于M30NW材料的髋关节股骨柄的锻造工艺，其包括以下步骤：
1）下料：根据髋关节股骨柄的尺寸和最大截面面积选用合适规格的M30NW棒料。
2）浸涂涂料：将下料件表面进行清理，确保表面无污染物；在110℃温度下保温60min，涂层厚度为0.042 mm。
3）顶锻弯曲：对浸涂后的下料件进行加热、顶锻并依据股骨柄形状弯曲、冷却处理后获得髋关节股骨柄坯件，其中，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
4）喷涂涂料：对坯件进行喷涂涂料处理，喷涂前，对坯件的表面进行清理，确保表面无污染物；在150℃温度下保温100 min，涂料采用玻璃润滑剂，涂层厚度为0.11mm。
5）预锻：对喷涂后的坯件进行加热、预锻、冷却处理后获得预锻件，所述加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
6）光饰处理：对预锻件进行光饰处理，采用振动光饰方式进行处理，光饰后预锻件表面光滑，无麻点、凹坑等缺陷。光饰时间为2h。
7）终锻：对光饰后的预锻件进行加热、终锻、冷却处理后获得终锻成品。加热过程在惰性气体保护氛围中进行，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
对终锻件成品进行表面处理得到髋关节股骨柄成品，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用。所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，表面无凹坑、麻点、折叠等，粗糙度0.8，较高的力学性能，同种规格的股骨柄要求抗拉强度大于740MPa、Rp0.2（规定非比例延伸强度）大于430，A（断后伸长率）大于35%，经过检测其抗拉强度可达928MPa，Rp0.2可达546MPa，A=41%，Z=70%，锻件沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为Z向性能。锻件的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到，一般用断面收缩率来度量。
实例二：本实例对基于M30NW材料的髋关节股骨柄的锻造工艺，其包括以下步骤：
1）下料：根据髋关节股骨柄的尺寸和最大截面面积选用合适规格的M30NW棒料。
2）浸涂涂料：将下料件表面进行清理，确保表面无污染物；在80℃温度下保温90min，涂层厚度为0.034 mm。
3）顶锻弯曲：对浸涂后的下料件进行加热、顶锻并依据股骨柄形状弯曲、冷却处理后获得髋关节股骨柄坯件，其中，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
4）喷涂涂料：对坯件进行喷涂涂料处理，喷涂前，对坯件的表面进行清理，确保表面无污染物；在130℃温度下保温80 min，涂料采用玻璃润滑剂，涂层厚度为0.08mm。
5）预锻：对喷涂后的坯件进行加热、预锻、冷却处理后获得预锻件，所述加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
6）光饰处理：对预锻件进行光饰处理，采用振动光饰方式进行处理，光饰后预锻件表面光滑，无麻点、凹坑等缺陷。光饰时间为4h。
7）终锻：对光饰后的预锻件进行加热、终锻、冷却处理后获得终锻成品。加热过程在惰性气体保护氛围中进行，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
对终锻件成品进行表面处理得到髋关节股骨柄成品，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用。所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，表面无凹坑、麻点、折叠等，粗糙度0.8，较高的力学性能，同种规格的股骨柄要求抗拉强度大于740MPa、Rp0.2（规定非比例延伸强度）大于430，A（断后伸长率）大于35%，经过检测其抗拉强度可达917MPa，Rp0.2可达534MPa，A=43.5%，Z=70%。
实例三：本实例对基于M30NW材料的髋关节股骨柄的锻造工艺，其包括以下步骤：
1）下料：根据髋关节股骨柄的尺寸和最大截面面积选用合适规格的M30NW棒料。
2）浸涂涂料：将下料件表面进行清理，确保表面无污染物；在150℃温度下保温70min，涂层厚度为0.048 mm。
3）顶锻弯曲：对浸涂后的下料件进行加热、顶锻并依据股骨柄形状弯曲、冷却处理后获得髋关节股骨柄坯件，其中，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
4）喷涂涂料：对坯件进行喷涂涂料处理，喷涂前，对坯件的表面进行清理，确保表面无污染物；在150℃温度下保温100 min，涂料采用玻璃润滑剂，涂层厚度为0.06mm。
5）预锻：对喷涂后的坯件进行加热、预锻、冷却处理后获得预锻件，所述加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
6）光饰处理：对预锻件进行光饰处理，采用振动光饰方式进行处理，光饰后预锻件表面光滑，无麻点、凹坑等缺陷。光饰时间为1h。
7）终锻：对光饰后的预锻件进行加热、终锻、冷却处理后获得终锻成品。加热过程在惰性气体保护氛围中进行，加热温度为1050℃。采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
对终锻件成品进行表面处理得到髋关节股骨柄成品，除头部、颈部外，不需要再进行机械加工，降低机加工量、难度及费用。所获得的髋关节股骨柄，具有良好的外观形状和表面质量，表面无凹坑、麻点、折叠等，粗糙度0.8，较高的力学性能，同种规格的股骨柄要求抗拉强度大于740MPa、Rp0.2（规定非比例延伸强度）大于430，A（断后伸长率）大于35%，经过检测其抗拉强度可达928MPa，Rp0.2可达546MPa，A=41%，Z=70%。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于，其包括以下步骤：一、下料；根据髋关节股骨柄的尺寸和最大截面面积选用合适规格的M30NW不锈钢棒料；
二、将下料件进行浸涂涂料处理；
三、对浸涂后的下料件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行顶锻并依据股骨柄形状弯曲、冷却处理后获得髋关节股骨柄坯件；
四、将坯件进行喷涂涂料处理；
五、对喷涂后的坯件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行预锻、冷却处理后获得预锻件；
六、对预锻件进行光饰处理；
七、对光饰后的预锻件进行加热，加热温度为1020℃~1080℃，最短加热时间：tmin=k*hmax+(2~5) min，tmin单位为min，其中，k为被加热件的导热速率，单位为min/mm，hmax为被加热件最厚处尺寸，单位为mm；最长加热时间：tmax=tmin+（5~15）min，tmax单位为min；加热后进行终锻、冷却处理后获得终锻成品。
2. 根据权利要求1所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤二浸涂涂料前，对下料件的表面进行清理；涂料采用玻璃润滑剂，浸涂前，在70℃~150℃温度下保温30~90 min，涂层厚度控制在0.03~0.05 mm。
3.根据权利要求2所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤三中，采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
4. 根据权利要求3所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤四喷涂涂料前，对坯件的表面进行清理；涂料采用玻璃润滑剂，在100℃~200℃温度下保温30~240min，涂层厚度控制在0.06~0.12 mm。
5.根据权利要求4所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤五中，采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
6.根据权利要求5所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤六中光饰处理为振动光饰方式对预锻件表面进行处理，光饰时间为1h~4h。
7.根据权利要求6所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：步骤七中加热过程在惰性气体保护氛围中进行，冷却采用室温空冷方式进行冷却，成形过程中采用石墨进行润滑。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种髋关节股骨柄的锻造工艺，其特征在于：k为0.4~0.5min/mm。
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