第41卷第12期 Vol. 41No. 12
假压技木
FORGING & STAMPING TECHNOLOGY
钛合金球形头骨钉锻加工工艺流程及性能研究
刘健光，刘风雷，刘华东，王玉凤，王立东
（中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024）
2016年12月 Dec.2016
摘要：研究了国际上先进的医用骨钉的锻锻加工工艺。采用不等径活阴模技术，克服了球形头骨钉头部锻成形时冲头脱模困难的问题，成形了骨钉驱动槽和头部基本轮廊，然后采用专用机床进行头部轮席修整和尾部螺纹引导加工，最后进行螺纹成形等工序。与采用传统棒料直接进行车制工艺相比，采用锻锻加工工艺可使材料利用率提高1倍以上，生产效率提升2倍以上。对敏锻成形的Ti6AI4VELI和Ti6AI7Nb材料骨钉进行了金相组织、
，硬度和扭转性能检测，其试件的金相组织和硬度均
满足相应标准的要求，最大扭矩和断裂扭转角与车制加工骨钉基本相当，因此证明了锻锻工艺可替代现有棒料的直接车制工艺，
关键词：钛合金球形头骨钉；热锁锻；不等径阴模；脱模；材料利用率 DOI: 10. 13330/j. issn. 1000-3940. 2016. 12. 002
中图分类号：TG316
文献标识码：A
文章编号：1000-3940（2016）12-0008-06
Study on upsetting process and property for titanium alloy spherical bone screws
Liu Jianguang, Liu Fenglei, Liu Huadong, Wang Yufeng, Wang Lidong( Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute, AVIC, Beijing 100024, China)
Abstract : An advanced upsetting process for spherical bone screws was studied, and the difficulty to strip the punch was solved by the unequal diameter die, so the drive groore and the head primary profile of the bone screw were formed. Then, the head contour was amen ded, and the tail thread was processed by special machine. Finally, the threat forming was conducted. Comparing with the traditional turning process, the material utilization ratio was increased by double, and the production efficiency was increased by two times. Further-more, the bone screws fommed by upsetting for Ti6A14V ELI and Ti6A17Nb were tested microstructure, hardness and torsion properties. The microstructure and hardness met the standard requirements. The maximum torque and fracture torsion angle of the developed screws were es sentially consistent with those made by turning process. Therefore, the upsetting process can suhstitute for the traditional turning process. Key words : titanium alloy spherical bone screw; heat upsetting; unequal diameter die ; stripping; material utilization
钛合金球形头医用骨钉具有高比强度、低弹性模量、良好的生物兼容性等特点，是目前外科手术中常用的植人物，市场需求量较大[1-3]。传统医用球形头骨钉主要采用与骨钉头部直径相当的棒料直接车制而成，由于在加工过程中需要切削掉大量材料，因此材料利用率较低。近年来，部分国外骨钉生产厂家开始采用一种新的加工工艺。该工艺首先将钛合金丝材采用连续热镦锻工艺成形头部基本轮聊和驱动槽，然后采用成形刀对头部和尾部进行简单修整，随后再加工螺纹。与前者相比，头部直接锻锻成形，不需要大量去除原材料，
材料利用率高；
另一方面可大幅提高生产效率。
热镦锻成形球形头骨钉的工艺是近年来研究的
一
收稿日期：20160509；修订日期：20160820 作者简介：刘健光（1983-），男，额士，工程师
万方擎端al：jiamgangveniange163.cem
重点方向。谢雷等研究了无切削工艺皮质骨钉的骨钉性能，骨钉镦锻完成后采用滚压成形螺纹[4]。
但
由于Ti6A14V钛合金丝材均为退火态硬度较低，采用滚压螺纹成形时，螺杆易发生弯曲，并不适用于大批量加工[3]。目前，SYSTHES等国外公司已开始采用先镦锻成形后车加工的方式批量生产骨钉。骨钉头部锻锻成形后为便于冲头脱模，均在带有阳模顶出的多模辙机上实现，工艺模具等相对复杂、设备成本较高。但是，鲜有对整个工艺流程以及与传统车加工骨钉性能对比分析的研究。本团队对球形头骨钉在不带有阳模顶出功能的普通一模两冲锻机上的镦锻成形工艺进行了大量研究[6]。本文探讨了球形头骨钉的镦锻成形工艺及后续加工流程，对材料利用率和加工效率进行了分析，并将锻锻成形的 Ti6A14VELI和Ti6AI7Nb材料骨钉与传统机加工成形的骨钉在金相组织、硬度、扭转性能上进行了对比分析。