鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及人工關(guān)節(jié)加工技術(shù)領域，尤其適用于加工復雜的異性曲面的鈦合金人工關(guān)節(jié)，更具體的說，涉及一種鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]人工關(guān)節(jié)是一種具有關(guān)節(jié)功能的器官，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人工關(guān)節(jié)的需求將不斷擴大。
[0003]經(jīng)過成型燒結(jié)后的鈦合金人工關(guān)節(jié)假體并不能直接適用于人體內(nèi)部，還需要經(jīng)過一系列的研磨、拋光等后續(xù)工藝處理，最終獲得平滑、均勻、高質(zhì)量表面并與人體骨頭配合良好的人工關(guān)節(jié)。人工關(guān)節(jié)表面的光整程度對其功能和使用壽命有著至關(guān)重要的影響。鈦合金以其高強度低模量的特性在人工關(guān)節(jié)設計中廣泛被采用，但鈦合金的表面光整加工中存在切削加工性差、導熱系數(shù)低等缺陷，且人工關(guān)節(jié)表面多為復雜曲面，采用傳統(tǒng)拋光方法難以對一些表面進行有效加工，現(xiàn)今，人工關(guān)節(jié)拋光主要由手工操作，拋光效率低且拋光質(zhì)量難以穩(wěn)定。
[0004]因此，本發(fā)明提出了一種新型的鈦合金人工關(guān)節(jié)光整加工方法，并設計了使用于該方法的專用加工工件，采用本發(fā)明提供的加工方法，加工效率更高、加工精度更高，且擺脫了傳統(tǒng)方法中對工具的依賴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服在對人工關(guān)節(jié)的復雜曲面表面進行光整加工時，由于鈦合金人工關(guān)節(jié)表面的復雜性，導致無法對工件的表面進行良好的接觸加工，且加工效果不佳的問題，提出了一種加工效率高、加工精度高、加工均勻的鈦合金人工關(guān)節(jié)湍流精密加工方法及裝置。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工方法，其特征在于:使用專用的方形加工裝置，與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體一起構(gòu)件用于加工鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的仿形流道，并使用固液二相磨粒流在仿形流道中快速流動形成充分湍流，仿形流道中內(nèi)固液二相磨粒流中的磨粒跟隨固液二相磨粒流對鈦合金人工關(guān)節(jié)假體進行無序的微力微量的切削，從而實現(xiàn)鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的光整加工；在此加工過程中，向仿形流道內(nèi)間歇通入高壓氣體，高壓氣體沖擊磨粒向工件分布，以提高磨粒碰撞鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的表面的幾率并防止磨粒沉入仿形流道底部。
[0007]鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，包括流道底座、仿形端蓋、鈦合金人工關(guān)節(jié)假體，其特征在于:所述流道底座套裝在鈦合金人工關(guān)節(jié)假體外，仿形端蓋套裝在流道底座底部；所述仿形端蓋內(nèi)表面與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體外表面間形成厚度均勻分仿形流道；所述流道底座兩端設有仿形流道出口和仿形流道入口 ；
[0008]所述仿形端蓋由微孔材料制成，仿形端蓋的外表面上還設有三個空腔，三個空腔的入口連接同一個入氣口且三個空腔的入口處均設有電磁比例閥；所述仿形端蓋與三個空腔的連接處設有隔水透氣膜。
[0009]進一步的，所述仿形端蓋內(nèi)表面的仿形曲面形狀與所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的形狀一致，所述仿形端蓋安裝在所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的下方。
[0010]進一步的，所述電磁控制閥采用脈沖控制的方式進行控制。
[0011 ] 進一步的，所述入氣口處還設有電磁控制閥。
[0012]仿形端蓋兩端分別為固液二相磨粒流流道和三個空腔，當所述空腔內(nèi)氣壓大于流道內(nèi)水壓時，氣體能夠通過微孔材料上的微孔進入流道，而在流道中，由于氣體的進入導致流體出現(xiàn)短暫的截流，因此，每個空腔的入氣口均裝有一個電磁控制閥，電磁控制閥采用脈沖控制，電磁控制閥的控制標準為:當電磁控制閥接收到低頻脈沖時，調(diào)整其閥值控制進氣量，保證空腔內(nèi)的氣壓不會大于仿形流道內(nèi)的水壓；當電磁控制閥接收到高頻脈沖時，調(diào)整其閥值控制進氣量，保證空腔內(nèi)的氣壓瞬間遠大于流道內(nèi)水壓；低頻脈沖信號持續(xù)時間比高頻脈沖信號長。由于持續(xù)時間短暫，流體截流現(xiàn)象并不明顯，流體能夠正常在流道內(nèi)流動，最終從流道出口流出。
[0013]通過對流道內(nèi)固液二相磨粒流的仿真可知，流道內(nèi)流體的壓力分布并不均與，壓力分布從流道入口到流道出口呈降低趨勢。因此，在仿形端蓋下面并排裝了三個小空腔，每個小空腔密封隔開，同時，在每個小空腔的氣體入口處，安裝有電磁比例閥，三個電磁比例閥分別保證對應小空腔內(nèi)氣壓與對應流道內(nèi)相應部位的水壓相配合，這樣，保證流道內(nèi)每一區(qū)域內(nèi)，在氣體沖擊進入流道后，磨粒被沖擊拋起的程度一致，保證了磨粒分布的均勻性。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:結(jié)構(gòu)簡單、易于設計和制造；仿形端蓋和鈦合金人工關(guān)節(jié)假體表面形成良好的仿形，軟性磨粒流可與人工關(guān)節(jié)假體表面形成良好的接觸，使鈦合金人工關(guān)節(jié)的加工精度更高、加工效果更均勻；加工過程可以完全自動化進行，且擺脫了利用工具進行光整加工的束縛；引入氣體沖擊磨粒流，增加了磨粒沖擊碰撞工件的幾率，提高了加工效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是鈦合金人工關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中，1-仿形流道入口、2-流道底座、3-鈦合金人工關(guān)節(jié)假體、4-仿形流道出口、
5-仿形端蓋、6-電磁控制閥、7-入氣口、8-電磁比例閥、9-空腔、10-隔水透氣膜。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0019]如圖1、圖2所示，鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，包括流道底座2、仿形端蓋5、鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3，其特征在于:所述流道底座2套裝在鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3夕卜，仿形端蓋5套裝在流道底座2底部；所述仿形端蓋5內(nèi)表面與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3外表面間形成厚度均勻分仿形流道；所述流道底座2兩端設有仿形流道出口 4和仿形流道入P I ;
[0020]所述仿形端蓋5由微孔材料制成，仿形端蓋5的外表面上還設有三個空腔9，三個空腔9的入口連接同一個入氣口 7且三個空腔9的入口處均設有電磁比例閥8 ;所述仿形端蓋5與三個空腔9的連接處設有隔水透氣膜10。
[0021]固液二相磨粒流通過隔膜泵作為動力源，從仿形流道入口 I進入仿形流道中，并沿著仿形流道流動，在仿形流道中形成瑞流；固液二相磨粒流的磨粒無序的鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3表面進行微力微量沖擊切削，從而進行拋光。
[0022]所述仿形端蓋5內(nèi)表面的仿形曲面形狀與所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3的形狀一致，所述仿形端蓋5安裝在所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3的下方。
[0023]所述電磁控制閥6采用脈沖控制的方式進行控制。
[0024]所述入氣口 7處還設有電磁控制閥6。
[0025]鈦合金人工關(guān)節(jié)的湍流精密加工過程如下:
[0026]首先，配置好固液二相磨粒流，使用隔膜泵或增壓泵作為動力源，使固液二相磨粒流在仿形流道中形成充分湍流；
[0027]其次，采用氣泵作為氣體動力源，從入氣口 7將氣體充入空腔9內(nèi)，采用脈沖控制電磁控制閥6，電磁控制閥6的控制標準為:當電磁控制閥6接收到低頻脈沖時，調(diào)整其閥值控制進氣量，保證空腔內(nèi)的氣壓不會大于仿形流道內(nèi)的水壓；當電磁控制閥6接收到高頻脈沖時，調(diào)整其閥值控制進氣量，保證空腔內(nèi)的氣壓瞬間遠大于流道內(nèi)水壓；低頻脈沖信號持續(xù)時間比高頻脈沖信號長。
[0028]通過仿真軟件，對該種尺寸裝置內(nèi)流道中各處流體的水壓進行分析仿真，將仿真結(jié)果作為參考，調(diào)整三個電磁比例閥8的閥值大小，保證每個空前內(nèi)的氣壓與其對應段流道內(nèi)的水壓相持平。
[0029]保持軟性磨粒流連續(xù)的在仿形流道內(nèi)流動，從微孔材料制作的仿形端蓋5中間斷的充入氣體，沖動磨粒向鈦合金人工關(guān)節(jié)假體3方向分布，持續(xù)操作上述過程，直至工件加工完畢。
[0030]上述實施例只是本發(fā)明的較佳實施例，并不是對本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現(xiàn)的技術(shù)方案，均應視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工方法，其特征在于:使用專用的方形加工裝置，與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3) —起構(gòu)件用于加工鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)的仿形流道，并使用固液二相磨粒流在仿形流道中快速流動形成充分湍流，仿形流道中內(nèi)固液二相磨粒流中的磨粒跟隨固液二相磨粒流對鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)進行無序的微力微量的切削，從而實現(xiàn)鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)的光整加工；在此加工過程中，向仿形流道內(nèi)間歇通入高壓氣體，高壓氣體沖擊磨粒向工件分布，以提高磨粒碰撞鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)的表面的幾率并防止磨粒沉入仿形流道底部。
2.鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，其特征在于:包括流道底座(2)、仿形端蓋(5)、鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)，其特征在于:所述流道底座(2)套裝在鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)外，仿形端蓋(5)套裝在流道底座(2)底部；所述仿形端蓋(5)內(nèi)表面與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)外表面間形成厚度均勻分仿形流道；所述流道底座(2)兩端設有仿形流道出口(4)和仿形流道入口⑴； 所述仿形端蓋(5)由微孔材料制成，仿形端蓋(5)的外表面上還設有三個空腔(9)，三個空腔(9)的入口連接同一個入氣口(7)且三個空腔(9)的入口處均設有電磁比例閥⑶；所述仿形端蓋(5)與三個空腔(9)的連接處設有隔水透氣膜(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，其特征在于:所述仿形端蓋(5)內(nèi)表面的仿形曲面形狀與所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)的形狀一致，所述仿形端蓋(5)安裝在所述鈦合金人工關(guān)節(jié)假體(3)的下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，其特征在于:所述電磁控制閥(6)采用脈沖控制的方式進行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工裝置，其特征在于:所述入氣口(7)處還設有電磁控制閥(6)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦合金人工關(guān)節(jié)曲面湍流精密加工方法及裝置，使用專用的方形加工裝置，與鈦合金人工關(guān)節(jié)假體一起構(gòu)件用于加工鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的仿形流道，并使用固液二相磨粒流在仿形流道中快速流動形成充分湍流，仿形流道中內(nèi)固液二相磨粒流中的磨粒對鈦合金人工關(guān)節(jié)假體進行無序的微力微量的切削；在此加工過程中，向仿形流道內(nèi)間歇通入高壓氣體，高壓氣體沖擊磨粒向工件分布，以提高磨粒碰撞鈦合金人工關(guān)節(jié)假體的表面的幾率并防止磨粒沉入仿形流道底部。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于設計；仿形端蓋和鈦合金人工關(guān)節(jié)假體表面形成良好的仿形，軟性磨粒流可與人工關(guān)節(jié)假體表面形成良好的接觸，使鈦合金人工關(guān)節(jié)的加工精度更高、加工效果更均勻。
【IPC分類】B24B31-00, B24B31-12
【公開號】CN104690632
【申請?zhí)枴緾N201510077279
【發(fā)明人】張利, 計時鳴, 文東輝, 樸鐘宇, 戴勇, 單曉杭, 張瑞, 王金順
【申請人】浙江工業(yè)大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月13日