陶瓷人体髋关节球头制造加工方法与流程
本发明涉及陶瓷加工，尤其涉及陶瓷人体髋关节球头制造加工方法。
背景技术：
1、陶瓷材料因其优异的生物相容性和耐磨损性，被广泛应用于生物医学领域中，常见于人体关节假体的制造。其中，陶瓷人体髋关节球头是人体髋关节置换手术中的关键部件，其质量直接影响手术效果和患者的生活质量。目前，陶瓷人体髋关节球头的主要制造方法包括粉料成型、车削外形、毛坯烧结、hip、磨削抛光、检测、后处理和包装等步骤。
2、常规的陶瓷人体髋关节球头制造方法主要是通过粉料成型制成圆柱形毛坯，然后通过车削外形将毛坯加工成接近最终形状，接着进行毛坯烧结，使毛坯具有一定的强度，之后进行hip处理，进一步提高其密度和强度，最后通过磨削抛光达到最终的尺寸和表面粗糙度要求。为了保证球头的功能区精度，其磨削抛光需要使用高端进口的外圆磨床，外圆磨床的成本昂贵，难以进行大规模的生产。
3、然而，现有的陶瓷人体髋关节球头制造方法存在以下的问题。首先，在进行陶瓷人体髋关节球头加工时，粉料成型和车削外形步骤的原材料利用率较低，一般不超过50％，这不仅浪费了大量的原材料，也增加了生产成本。其次，陶瓷人体髋关节的球头功能区(球头功能区为球头植入安装在体内后与髋臼杯配合及相互摩擦的区域，主要为球面)的尺寸和表面粗糙度要求极高，磨削抛光的操作需要每件单独进行，这导致加工的效率低下。最后，球头功能区的磨削和抛光需要高端进口外圆磨床才能保证精度，然而高端进口外圆磨床的产能有限，采购交期长且成本高，无法满足市场的需求。
4、因此，本领域内亟需一种陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，以提高原材料利用率，加快生产效率，降低生产成本，保证产品质量。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，提高对原材料的利用率，使磨削抛光操作的批量进行，以减少生产的成本，提高生产的效率，保证产品的质量。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，包括以下步骤：
4、s10：对粉料进行干式等静压成型，以形成球形毛坯；
5、s20：将所述球形毛坯放入到烧结炉中进行无压烧结；
6、s30：对烧结后的所述球形毛坯进行hip处理；
7、s40：采用研磨机对hip处理后的所述球形毛坯进行批量研磨处理，对研磨完成后的所述球形毛坯进行批量抛光处理；
8、s50：将批量研磨抛光后的所述球形毛坯装入夹具盘，利用平面磨床对所述球形毛坯进行批量磨削台阶；
9、s60：利用五轴加工中心将所述夹具盘上的所述球形毛坯加工出内孔，再对所述球形毛坯的内孔进行倒角加工；
10、s70：将所述球形毛坯视为半成品，将所述半成品从所述夹具盘上取出，并对所述半成品进行后处理工序。
11、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，干式等静压成型的压力为100.0mp至200.0mp，成型的所述球形毛坯的密度大于等于2.0g/cm3。
12、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述球形毛坯进行无压烧结的制度如下：从室温到600.0℃的升温速率为0.5℃/min至4.0℃/min；从600.0℃到最高温度的升温速率为1.0℃/min至10.0℃/min；达到所述最高温度后保温1.0h至10.0h；然后开始降温，从所述最高温度到800.0℃的降温速率为1.0℃/min至10.0℃/min，之后随炉冷却。
13、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述最高温度为1300℃至1600℃。
14、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述研磨机为同心v型槽研磨机，批量研磨处理包括利用所述同心v型槽研磨机对所述夹具盘上的所有所述球形毛坯先后进行粗磨和细磨。
15、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述同心v型槽研磨机具有金刚石磨盘，所述金刚石磨盘的转速为10r/min至35r/min，对单个所述球形毛坯的负荷为5n至20n，研磨时间为6h至20h。
16、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，批量抛光处理的制度如下：依次采用粒径为20.0μm、10.0μm、5.0μm、3.5μm和1.5μm的金刚石研磨膏对所述球形毛坯进行逐步抛光；直至所述球形毛坯的球度小于等于2.0μm，且表面粗糙度小于等于20.0nm。
17、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述平面磨床利用第一金刚石砂轮磨削台阶，所述第一金刚石砂轮的转速为1000r/min至5000r/min。
18、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，所述五轴加工中心具有超声波系统和第二金刚石砂轮，所述s60包括一次粗加工和一次精加工，粗加工利用所述超声波系统和所述第二金刚石砂轮加工所述球形毛坯，所述超声波系统的超声波振幅为10.00μm至15.00μm，超声波频率为20.00hz至100.00hz，所述第二金刚石砂轮的转速为1000.00r/min至5000.00r/min，单次磨削深度为2.00μm至12.00μm，进给速度为20.00mm/min至150.00mm/min；粗加工利用所述第二金刚石砂轮加工粗加工后的所述球形毛坯，所述第二金刚石砂轮的转速为80000.00r/min至120000.00r/min，单次磨削深度为0.50μm至2.00μm，进给速度为0.05mm/min至5.00mm/min。
19、作为陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的可选技术方案，hip处理的温度为1300℃至1600℃，保温时间为1h至5h。
20、本发明的有益效果：
21、该陶瓷人体髋关节球头制造加工方法通过干式等静压成型直接形成球形毛坯的方式，优化了粉料成型的步骤，由此得以提高原材料的利用率，达到80％左右。借助研磨机进行研磨抛光的设计，得以完成对球形毛坯的批量研磨处理和批量抛光处理，借助平面磨床进行台阶磨削的设计，得以完成对球形毛坯上台阶的批量磨削。以上改进有助于提高陶瓷人体髋关节球头制造加工方法的生产效率，降低制造加工的成本，提升成品的尺寸精度，从而无需进口昂贵的加工设备。以上改进优化了制造加工的流程，简化了工作的步骤，有助于减少操作人员的工作量，提升自动化的程度，进而适合陶瓷人体髋关节球头的大批量生产，保证了陶瓷人体髋关节球头的产品质量。
技术特征：
1.陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，干式等静压成型的压力为100.0mp至200.0mp，成型的所述球形毛坯(100)的密度大于等于2.0g/cm3。
3.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述球形毛坯(100)进行无压烧结的制度如下：从室温到600.0℃的升温速率为0.5℃/min至4.0℃/min；从600.0℃到最高温度的升温速率为1.0℃/min至10.0℃/min；达到所述最高温度后保温1.0h至10.0h；然后开始降温，从所述最高温度到800.0℃的降温速率为1.0℃/min至10.0℃/min，之后随炉冷却。
4.根据权利要求3所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述最高温度为1300℃至1600℃。
5.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述研磨机为同心v型槽研磨机，批量研磨处理包括利用所述同心v型槽研磨机对所述夹具盘(300)上的所有所述球形毛坯(100)先后进行粗磨和细磨。
6.根据权利要求5所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述同心v型槽研磨机具有金刚石磨盘，所述金刚石磨盘的转速为10r/min至35r/min，对单个所述球形毛坯(100)的负荷为5n至20n，研磨时间为6h至20h。
7.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，批量抛光处理的制度如下：依次采用粒径为20.0μm、10.0μm、5.0μm、3.5μm和1.5μm的金刚石研磨膏对所述球形毛坯(100)进行逐步抛光；直至所述球形毛坯(100)的球度小于等于2.0μm，且表面粗糙度小于等于20.0nm。
8.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述平面磨床利用第一金刚石砂轮磨削台阶，所述第一金刚石砂轮的转速为1000r/min至5000r/min。
9.根据权利要求1所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，所述五轴加工中心具有超声波系统和第二金刚石砂轮，所述s60包括一次粗加工和一次精加工，粗加工利用所述超声波系统和所述第二金刚石砂轮加工所述球形毛坯(100)，所述超声波系统的超声波振幅为10.00μm至15.00μm，超声波频率为20.00hz至100.00hz，所述第二金刚石砂轮的转速为1000.00r/min至5000.00r/min，单次磨削深度为2.00μm至12.00μm，进给速度为20.00mm/min至150.00mm/min；粗加工利用所述第二金刚石砂轮加工粗加工后的所述球形毛坯(100)，所述第二金刚石砂轮的转速为80000.00r/min至120000.00r/min，单次磨削深度为0.50μm至2.00μm，进给速度为0.05mm/min至5.00mm/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的陶瓷人体髋关节球头制造加工方法，其特征在于，hip处理的温度为1300℃至1600℃，保温时间为1h至5h。
技术总结
本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体公开了陶瓷人体髋关节球头制造加工方法。该方法包括以下步骤：对粉料进行干式等静压成型，以形成球形毛坯；将球形毛坯放入到烧结炉中进行无压烧结；对烧结后的球形毛坯进行HIP处理；采用研磨机对HIP处理后的球形毛坯进行批量研磨处理，对研磨完成后的球形毛坯进行批量抛光处理；将批量研磨抛光后的球形毛坯装入夹具盘，利用平面磨床对球形毛坯进行批量磨削台阶；利用五轴加工中心将夹具盘上的球形毛坯加工出内孔，再对球形毛坯的内孔进行倒角加工；将球形毛坯视为半成品，将半成品从夹具盘上取出，并对半成品进行后处理。该方法通过对工序的优化，提高对原材料的利用率，使磨削抛光操作得以批量进行。
技术研发人员：姚力军,王凌,张桐滨,周文,张茜垚,梁丽丽,郑小燕,余学天
受保护的技术使用者：宁波兆盈医疗器械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23