CN112338118A - 一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，该方法将医用钛合金棒料下料后，经过顶锻、弯杆、预锻、终锻得到股骨柄锻件成品。该方法加入顶锻和弯杆工序，从而使材料利用率提高，生产成本降低，先后经过预锻、终锻工序，尤其对于尺寸要求精度高，表面有突出嵴、台阶等特征柄件，合理分配各工序锻造变形量，能有效减少锻造缺陷，提高锻件尺寸精度，提高产品合格率，该锻造成型方法普遍适用于精密锻造骨柄锻件。

Description

一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法
技术领域
本发明涉及人工关节锻造加工技术领域，特别涉及一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法。
背景技术
钛合金股骨柄为人工关节植入物，用于人体髋关节发生创伤、病变及先天畸形，进行髋关节骨科置换手术时，植入人体作为股骨的植入体，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。
目前钛合金股骨柄的制造多为模锻件，尺寸精度尤其柄身表面的台阶、突出嵴等特征难以达到产品需求，需要后续CNC加工，仅能满足骨水泥型股骨柄的生产需求，而业界越来越倾向于使用非CNC加工表面的生物型骨柄，以求其高寿命、高可靠性，尺寸精度及产品性能要求更高。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，以解决现有技术中钛合金股骨柄多采用模锻工艺存在使用寿命低、材料利用率低、生产成本高、难以适应新的产品需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，包括以下步骤：
步骤1下料：根据股骨柄体积及各变形工步材料利用情况，确定所需棒料的长度和直径，使用锯床或车床将钛合金棒料下料，完成下料；
步骤2顶锻、弯曲成型：使用电阻炉将下料件加热至900℃～960℃，使棒料热透，保温12min～25min，立即转入顶锻模具及弯曲模具中，顶锻实现局部聚料，得到材料合理分布的顶锻件，并弯曲得到弯曲件；
步骤3预锻成型：将步骤2中得到的弯曲件放入电阻炉中加热至900℃～960℃，使棒料热透，保温15min～30min，再转入预锻模中进行预锻，得到预锻件，该步骤所述锻造变形量为顶锻件至最终成品锻造过程所需变形量的85～95％；
步骤4终锻成型：将步骤3获得的预锻件放入电阻炉中加热至860℃～940℃，使棒料热透，保温15min～30min，再转入终锻模中终锻成型，得到终锻件，该步骤所述锻造变形量为顶锻件至最终成品锻造过程所需变形量的5～15％；
步骤5去飞边、打磨：使用激光切割机将飞边切除后转至CNC加工中心将残余飞边切除至锻件本体，然后打磨CNC加工残留毛边得到最终锻件成品；
进一步地，在所述步骤2和所述步骤3进行前，工件表面均需喷涂防氧化涂层，将工件预热至150℃～200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.02mm～0.20mm。
进一步地，在所述步骤3和所述步骤4中，所用模具模膛预置热胀系数为1.003～1.1。
进一步地，在所述步骤2中，顶锻聚料设计与锻件成品各截面匹配，为防止因聚料产生缺陷，根据现场实际情况，聚料部分长径比范围在1.8以下，超出范围需多次顶锻实现聚料，弯曲位置在顶锻件下锥面处，弯曲角度与锻件成品颈干角匹配，角度为130°～135°。
进一步地，在所述步骤3喷涂防氧化涂层前以及在步骤4进行前还需通过钢砂抛丸去除防氧化涂层和去除氧化皮的工序。
与现有技术相比，本发明产生了以下有益效果：本发明的一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，该方法明提供了一种钛合金股骨柄的精密锻造方法，其能实现钛合金股骨柄的精密锻造加工，保证锻造金属流线沿零件轮廓完整顺畅分布，柄身表面台阶、突出嵴等特征锻造一体成型，完全满足生物型柄件的产品需求，提高了产品使用寿命，同时还具有原材料消耗少，制造成本低，制造周期短等优点。
附图说明
图1是本发明的锻造流程示意图；
图2是本发明的A区域顶锻弯曲局部图；
图3是本发明B区域产品表面局部放大图；
附图标记说明：1-顶锻聚料上下锥面，2-台阶及突出嵴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1-3，本发明提供了一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，包括以下步骤：
步骤1、使用Φ20直径医用Ti6Al4V合金棒料锯床下料，精确计算下料长度，完成下料；将下料件加热至200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.05mm；
步骤2、使用电阻炉将下料件加热至920℃，使棒料热透，保温17min，立即转入顶锻模具及弯曲模具中，锥面连接处棱边倒R8圆角，得到材料合理分布的顶锻件，并在顶锻件下锥面处弯曲得到弯曲件，弯曲角度根据产品颈干角确定为132°；清理表面涂层及氧化皮，使用钢砂抛丸方法清理表面，将清理后工件加热至200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.05mm；
步骤3、预锻成型，将步骤2中得到的弯曲件放入电阻炉中加热至910℃，使棒料热透，保温20min，再转入预锻模中进行预锻；清理表面，使用钢砂抛丸方法清理表面涂层及氧化皮。
步骤4、终锻成型，将步骤3获得的工件放入电阻炉中加热至940℃，使棒料热透，保温21min，再转入终锻模中终锻成型，得到终锻件。
步骤5、去飞边、打磨，使用激光切割机将飞边切除后转至CNC加工中心将残余飞边切除至锻件本体，然后打磨CNC加工残留毛边得到最终锻件成品。
本实施例检测尺寸及力学性能，满足产品要求，力学性能结果见表1，可以看出该发明方法可行且有效。
表1本发明方法实施例制得股骨柄力学性能
Figure BDA0002723994510000041
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该方法采用精密锻造成型方法获得钛合金股骨柄锻件成品，完全满足尺寸精度及产品性能的要求，柄身表面的台阶、突出嵴等特征通过锻造成型，避免因后期CNC加工破坏锻造金属流线的完整性，保证了较好的抗拉强度、屈服强度等力学性能以及更高的使用寿命，本发明具有材料利用率高，制造成本低，制造周期短等优点
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1下料：根据股骨柄体积及各变形工步材料利用情况，确定所需棒料的长度和直径，使用锯床或车床将钛合金棒料下料，完成下料；
步骤2顶锻、弯曲成型：使用电阻炉将下料件加热至900℃～960℃，使棒料热透，保温12min～25min，立即转入顶锻模具及弯曲模具中，顶锻实现局部聚料，得到材料合理分布的顶锻件，并弯曲得到弯曲件；
步骤3预锻成型：将步骤2中得到的弯曲件放入电阻炉中加热至900℃～960℃，使棒料热透，保温15min～30min，再转入预锻模中进行预锻，得到预锻件，该步骤所述锻造变形量为顶锻件至最终成品锻造过程所需变形量的85～95％；
步骤4终锻成型：将步骤3获得的预锻件放入电阻炉中加热至860℃～940℃，使棒料热透，保温15min～30min，再转入终锻模中终锻成型，得到终锻件，该步骤所述锻造变形量为顶锻件至最终成品锻造过程所需变形量的5～15％；
步骤5去飞边、打磨：使用激光切割机将飞边切除后转至CNC加工中心将残余飞边切除至锻件本体，然后打磨CNC加工残留毛边得到最终锻件成品。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，其特征在于：在所述步骤2和所述步骤3进行前，工件表面均需喷涂防氧化涂层，将工件预热至150℃～200℃后直接喷涂玻璃-陶瓷防氧化涂层，涂层厚度为0.02mm～0.20mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，其特征在于：在所述步骤3和所述步骤4中，所用模具模膛预置热胀系数为1.003～1.1。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，其特征在于：在所述步骤2中，顶锻聚料设计与锻件成品各截面匹配，为防止因聚料产生缺陷，根据现场实际情况，聚料部分长径比范围在1.8以下，超出范围需多次顶锻实现聚料，弯曲位置在顶锻件下锥面处，弯曲角度与锻件成品颈干角匹配，角度为130°～135°。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金股骨柄的精密锻造成型方法，其特征在于：在所述步骤3喷涂防氧化涂层前以及在步骤4进行前还需通过钢砂抛丸去除防氧化涂层和去除氧化皮的工序。
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