[发明专利]一种制备高精度纯钛球体部件的精密加工工艺

说明书

本发明公开了一种制备高精度纯钛球体部件的精密加工工艺，属于球类零件加工技术领域，包括以下步骤：S10、车削：将纯钛材料车削加工为粗球体，并在粗球体的截球面上加工出一个平台孔，获得纯钛材料粗球体部件胚体；S20、磨削：对纯钛材料粗球体部件胚体进行超精密磨削加工，获得较高精度纯钛材料球体部件；S30、抛光：对较高精度纯钛材料球体部件的球面进行往复循环抛光，获得高精度纯钛材料球体部件；S40、渗氮处理：对高精度纯钛材料球体部件进行渗氮热处理，获得具有较高表面硬度的纯钛材料球体部件。本发明能够降低制造成本，缩短制备时间，节省材料，增加生产数量，提高了纯钛材料球体部件的表面精度和表面质量。

技术领域

本发明属于球类零件加工技术领域，具体涉及一种制备高精度纯钛球体部件的精密加工工艺。

背景技术

纯钛是一种钛含量大于99％的金属，具有良好的延展性、耐腐蚀性、生物相容性等优异性能，是一种重要的金属材料。特别的，纯钛是一种惰性金属，在人体内难以发生氧化或者复合反应，有着优异的抗酸碱腐蚀性，不易在人体环境内形成金属离子进入血液中，具有很高的生物相容性，因此广泛应用于医疗领域。社会人口的老龄化导致髋关节退行性病变患者不断增加。同时，跌倒和骨质疏松的发生率也随人口年龄的增长而增加。对于股骨头坏死、高龄股骨颈骨折、粉碎性髋臼骨折、股骨头肿瘤等患者来说，人工髋关节置换手术是唯一能够维持关节功能的治疗方法。截短的球头和髋臼杯是人工髋关节的关键部件，为满足人工髋关节假体的长期使用，对球头材料的生物相容性、力学性能和摩擦学性能具有极高的要求。

目前常用的CoCrMo球头具有耐用性高、价格便宜等优点，但是存在较明显的磨损，具有金属和聚乙烯碎屑进入体内导致炎症和进入血液的风险，并且金属关节植入导致病人无法进行核磁共振MRI诊断，有较大的局限性；陶瓷球头具有高质量、低磨损等优点，但是其价格昂贵且脆性较大，不能忍受较大动态载荷，并且要求球体较厚，制约了病人运动幅度。而纯钛的生物相容性高于CoCrMo，接近于陶瓷，纯钛的价格却远低于陶瓷。因此，纯钛成为低成本高质量人工髋关节球头的首选材料。

纯钛材料髋关节假体在尺寸、面形和表面质量等关键指标主要由其设计、制备、加工及其表面改性等关键技术来决定。通常要求球体达到高精度，即表面粗糙度低于50nm。由于纯钛比通常使用的钛合金更柔软，可加工性更低，导致加工困难。同时，制备髋关节假体需要经过车削、研磨、抛光等加工过程，工序较为复杂，导致制备效率低下。此外，纯钛的强度较低，导致其摩擦性能较差，需要对其进行表面处理提升其耐摩擦性能。

因此，急需一种能够降低制造成本、缩短制备时间、节省加工材料、增加生产数量且可以提高纯钛材料制备髋关节假体的表面精度和表面质量的精密加工工艺。

发明内容

本发明的目的在于一种能够降低制造成本、缩短制备时间、节省加工材料、增加生产数量且可以提高纯钛材料制备髋关节假体的表面精度和表面质量的精密加工工艺，采取的技术方案为：

一种制备高精度纯钛球体部件的精密加工工艺，包括以下步骤：

S10、车削：将纯钛材料车削加工为粗球体，并在所述粗球体的截球面上加工出一个平台孔，获得纯钛材料粗球体部件胚体；

S20、磨削：对所述纯钛材料粗球体部件胚体进行超精密磨削加工，获得具有较高精度加工表面质量的较高精度纯钛材料球体部件；

S30、抛光：对所述较高精度纯钛材料球体部件的球面进行往复循环抛光，获得具有高精度加工表面质量的高精度纯钛材料球体部件；

S40、渗氮处理：对所述高精度纯钛材料球体部件进行渗氮热处理，获得具有较高表面硬度的纯钛材料球体部件。

进一步地，步骤S10、步骤S20和步骤S30均在加工中心上进行。