[發明專利]醫用人工關節球表面微織構制備方法及加工裝置

有效

• 申請號: 201810086520.7
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108188842B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 卞平艷;王躍宇;王建平;李瑜;趙波
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B37/02;B24B37/11;B24B37/34;B06B1/06
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

1.一種醫用人工關節球表面微織構制備方法，包括以下步驟：

a、結合醫用人工關節球表面的特點，建立微陣列研擠頭，在微陣列研擠頭的后端設置安裝孔，在微陣列研擠頭的前端間隔均布設置研磨柱；研磨柱為菱形、方形或圓形，其中，方形研磨柱和菱形研磨柱通過慢走絲線切割機加工而成，圓形研磨柱通過電火花反拷平動放電加工而成；研磨柱的直徑或邊長為100-500μm，研磨柱高度600-1000μm，研磨柱的均布間距20-80μm；利用研磨柱在關節球表面加工出的微坑結構，具有很好的儲油潤滑性能，超聲加工的紋理尺度起著承載的作用；

b、設置超聲換能器，超聲換能器的后端與研擠刀柄連接，超聲換能器的螺旋式變幅桿的前端通過雙頭螺栓與微陣列研擠頭的后端連接，螺旋式變幅桿上設置有螺旋槽，在超聲振動縱向分量基礎上引入了扭轉分量，產生具有特定縱扭振動幅比的單激勵縱扭共振模態；

c、將研擠刀柄安裝在機床的刀架或主軸上，將醫用人工關節球連接在機床卡盤上，研擠刀柄隨著機床刀架或主軸運轉，帶動微陣列研擠頭徑向進給擠壓，研擠刀柄起到支撐和回轉運動的作用，超聲換能器將通過感應線圈處輸入的電功率轉化為超聲波機械振動形式，經螺旋式變幅桿將振動傳遞至微陣列研擠頭，最后作用在醫用人工關節球的表面上；

d、微陣列研擠頭繞工件球心回轉進給運動，同時給予不同種類的流量從小到大從緩到急冷的冷卻液進行冷卻，完成整個球面的研擠加工，加工出微織結構。

2.根據權利要求1所述的醫用人工關節球表面微織構制備方法，其特征是：醫用人工關節球采用鈦合金Ti-6Al-4V制成，通過不同工作模態、不同振動維數、不同振幅、頻率和功率對高速旋轉工件進行超聲研擠。

3.一種醫用人工關節球表面微織構加工裝置，包括超聲換能器，其特征是：所述超聲換能器的螺旋式變幅桿的端部開設螺旋槽，將單激勵的縱向振動轉換為縱-扭振動，通過改變螺旋槽的結構參數，來改變縱-扭幅值比，所述超聲換能器的后端與研擠刀柄連接，所述螺旋式變幅桿的前端通過雙頭螺栓與微陣列研擠頭的后端連接，所述微陣列研擠頭的前端間隔均布設置研磨柱，所述研擠刀柄安裝在機床的刀架或主軸上，隨著機床刀架或主軸運轉，帶動微陣列研擠頭徑向進給擠壓，超聲換能器將通過感應線圈處輸入的電功率轉化為超聲波機械振動形式，經螺旋式變幅桿將振動傳遞至微陣列研擠頭，最后作用在醫用人工關節球的表面上，加工出微織結構；所示研磨柱為菱形、方形或圓形，其中，方形研磨柱和菱形研磨柱通過慢走絲線切割機加工而成，圓形研磨柱通過電火花反拷平動放電加工而成；所述研磨柱的直徑或邊長為100-500μm，所述研磨柱高度600-1000μm，所述研磨柱的均布間距20-80μm；利用所述研磨柱在關節球表面加工出的微坑結構，具有很好的儲油潤滑性能，超聲加工的紋理尺度起著承載的作用。

4.根據權利要求3所述的醫用人工關節球表面微織構加工裝置，其特征是：所述微陣列研擠頭繞工件球心回轉進給運動，完成整個球面的研擠加工。

5.根據權利要求3所述的醫用人工關節球表面微織構加工裝置，其特征是：醫用人工關節球采用鈦合金Ti-6Al-4V制成，通過不同工作模態、不同振動維數、不同振幅、頻率和功率對高速旋轉工件進行超聲研擠；同時給予不同種類的流量從小到大從緩到急冷的冷卻液進行冷卻，最終在關節球上加工出表面微織構。