专利名称：一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法
技术领域：
本发明属于铝合金锻件设计制造领域，涉及一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法。
背景技术：
假肢一直是机器人学和生物医学工程领域的一个前沿性研究课题。假肢在代偿人体缺失功能方面取得了突出的成绩。目前在我国人口中残疾人占5%左右，肢体残疾人约 877万人，占残疾人总数的14. 6%，其中近100万人需要安装假肢。对假肢领域相关项目的研究一直受到国家民政部和中国残疾人联合会的高度重视。随着国民经济快速健康发展和人民生活水平不断提高，迫切需要对假肢产品进行优化升级。膝关节是人体假肢中的关键部件，膝关节中有关部件的现有生产工艺是材料经过多次锻造成坯形后，再初加工至精加工，生产工序繁多，要形成大批量生产所需的设备、 厂房、要求高、投入大，致使产品成本高居不下，此类部件年需要量很大，目前基本依赖于进口，在国内市场价格较高，而广大中、低收入的残疾人根本无法承受。目前关于假肢膝关节生产方式主要包括机械加工及熔模铸造，对于机械加工，其成本高、切削多，不适合大批量生产；对于熔模铸造生产的铸件，其铸造后铸件内部晶粒组织粗大，容易产生缩孔、缩松缺陷，并且铸造后要进行热处理工艺，从节能角度来讲，不利于节能。在中国专利CN101120894A中描述了一种采用硅溶胶精密铸造工艺取代锻造工艺的假肢成型方法，虽然产品能够一次浇注成形，可以免除诸多切削、锻打工序，生产效率和材料利用率较高。但是受传统工艺限制，铸件的内部组织和力学性能要远远差于锻件，特别是相对于形状比较复杂、强度要求高的假肢膝关节中有关部件，采用硅溶胶精密铸造工艺所获得的产品必须经过热处理后才能满足相关的强度和质量要求。近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。工业发达国家一直致力于开发近净成形新技术，近净成形所占比重和成形件精度以及成形零件的复杂程度都有很大提高。而在我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，总体水平要比国外落后，很需要开发近净成形方法来制造假肢膝关节。
发明内容
本发明提供了一种假肢膝关节铝合金零件的近净成形方法，其选用6063合金挤压棒料为原料，进行模锻。该工艺简单，能够实现近净成形，所得锻件表面光洁、尺寸精度高，可以达到少切削或无切削的目的。该工艺不仅提高了材料利用率和劳动生产率，而且使假肢的生产成本显著降低，且零件的表面光洁度比较高，可进行批量生产；在确保额定强度和质量的前提下，大幅度提高批量生产的适应性。6063铝合金是6 X X X系铝合金中合金化较低、性能较好的一种。它具有一系列的宝贵的综合性能，包括良好的耐蚀性能和工艺性能，足够的塑性，可进行阳极氧化着色和其它各种表面处理。因此，本发明选用6063铝合金。6063铝合金锻造成型后，其结构会变
3得非常紧密扎实，组织性能得到很大提高。 国家标准对6063铝合金的化学成分规定如表1所示。
表16063铝合金化学成分标准
权利要求
1.一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)备料提供一种用于膝关节的挤压态圆形坯料，该坯料为6063铝合金，直径为60mm-80mm，厚度为 5. 6mm-6. Omm ；(2)锻造成形将上述坯料放入加热炉中加热到475°C _485°C，保温15-20分钟，同时预热模具至 3000C -350°C，然后将坯料放入模腔内，在液压设备下进行预锻；冷却起模后，将预锻后的零件再一次加热到495-505摄氏度，保温20-30分钟，终锻成形；(3)表面清理在50°C -60°C，质量浓度为10-15% NaOH水溶液中脱脂10-20分钟，然后冷水清洗，再在质量浓度为20-30 %的HNO3水溶液中中和碱液5-10分钟后冷水冲洗，最后再在 500C _60°C水中彻底冲洗；最后，按零件尺寸公差打孔、去飞边。
2.根据权利要求1所述的用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，其特征在于，该坯料直径为80mm，厚度为5. 6mm。
3.根据权利要求2所述的近净成形法，其特征在于，在步骤( 中坯料加热后的保温时间为15分钟。
4.根据权利要求3所述的近净成形法，其特征在于，在步骤O)中模具的加热温度为 ;350°C。
5.根据权利要求4所述的近净成形法，其特征在于，在步骤( 中终锻成形时的保温时间为20分钟。
全文摘要
本发明涉及一种用于人体假肢膝关节的铝合金零件的近净成形方法，该工艺选用6063铝合金挤压棒料为原料，通过研究坯料形状、厚度，坯料加热温度，模具加热温度以及成形次数对零件成形过程的影响，优化了该零件近净成形工艺，通过该工艺成形的膝关节零件，成形率高，表面光洁，组织致密，力学性能高，并且可以大幅度减少机械加工余量，降低生产成本，提高材料利用率。该工艺操作便利，易于实现批量生产。
文档编号B21J5/02GK102441630SQ20111027328
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者冀国良, 历长云, 李雷, 汪东亚, 米国发 申请人:河南理工大学