项目背景：随着现代医疗技术的不断进步，人体植入式骨科零件已被广泛应用。人体植入式骨科零件主要采用钛合金制成，导热性差且零件表面形状复杂，所以其表面超精密抛光是亟需解决的问题。

经过国内某大型骨科集团企业的深入调研，目前植入式人体骨板及骨关节的抛光采用核桃皮作为磨料介质配合开式“滚筒式”振动方法抛光，以实现去毛刺及表面的光亮打磨，对这种开式随机抛光后零件，表面质量均一性较差，较硬毛刺无法去除，还需要人工刮刀砂纸等辅助手动抛光打磨，这样效率低且均匀性较差，限制了我国植入式骨板及骨关节的发展，在高端医疗产品中是亟需解决的“卡脖子”问题，例如，在国际市场中我国一套人体钛合金骨关节零件只有十几万元，只是国外产品价格的一半左右。主要是产品的最终表面加工质量和国外在光洁度和粗糙度都差距较大，加工方法亟需进一步突破。

研究意义：为解决植入式医疗骨板的精密加工问题，应用磨粒流加工技术在去毛刺、复杂曲面、细长孔的抛光中的优势，并针对骨板复杂表面需要360度无死角抛光的加工特点，实现去毛刺及表面的光亮打磨，本项目制作具有分型面的类似“一模两腔”专门流体抛光夹具，再此基础上为了提高生产效率，设计可转位多工位工作台。高端制造业快速的发展催生着精密化的设备发展，我们设计出骨板专用磨粒流多工位夹具，无论从整个高端制造业的发展趋势来看，还是从制造成本来看，专用磨粒流多工位夹具的出现绝对会引起各企业的哄抢，其发展劲头十足，潜力亦十分巨大。

磨料流技术是以通过提高零件表面质量从而实现抛光的一项技术，其加工原理如图1所示，最早应用在航空领域中，常用来加工交叉孔较多的飞行器阀体零件、精密复杂曲面模具及去毛刺，并在美国、日本、德国等发达国家首先大范围使用。图2为抛光前钛合金人体骨板零件，零件表面粗糙度较差且内孔毛刺较多。

针对人体植入式骨板的复杂表面抛光，需要形成包裹住骨板零件的密闭腔体，以形成均匀流场，并考虑加工效率，本项目专门研制的类似于“一模两腔”的抛光夹具，以保证加工的可行性，使被加工骨板对称的置于剖分式的圆柱体内，其所设计夹具如图3、4所示，当高弹性磨料介质挤压被加工骨板表面时，其流体磨粒沿着骨板零件与夹具的间隙流过，从而实现往复的高弹性流体的对复杂骨板表面的挤压抛光。图5为采用专门研制的抛光夹具磨粒流抛光后的钛合金人体骨板零件。

研究内容：

一．骨板零件抛光夹具设计

针对骨板复杂表面需要360度无死角抛光的加工特点。本项目专门研制具有分型面的“一模两腔“式高弹磨料挤压的抛光夹具，实现了复杂骨板类曲面零件无定位夹紧死角的360度抛光，并降低了因为多次装夹的装夹误差，大大降低了夹具制作的成本及提高了在工厂中推广的加工效率。并根据目前单套夹具所用的加工时间，相比较人工及传统核桃皮抛光，加工效率预期可提高2-4倍，在骨科类企业中推广，完成高质高效植入式骨科零部件的精密加工。

二．多工位自动化磨粒流抛光设计

为了提高生产效率，设计可转位多工位工作台。设计两工位回转工作台，可绕垂直轴回转，在回转工作台上2个工位上都有夹具工件，并具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间与机动时间相重合，提高了生产效率。

三．优化配制适用钛合金材料加工磨料

解决的问题：

1.专门设计类似于“一模两腔”的抛光夹具，由于骨板零件曲面较多，先采用UG等三维软件进行建模、预装配，以保证加工的可行性，使被加工骨板对称的置于剖分式的圆柱体内，当高弹性磨料介质挤压被加工骨板表面时，其流体磨粒沿着骨板零件与夹具的间隙流过，从而实现往复的高弹性流体的对复杂骨板表面的挤压抛光。磨粒流的加工原理虽然并不复杂，但由于涉及的加工因素较多。尤其在夹具的流道入口结构，流道的截面形状及尺寸方面，对待加工零件最终表面材料去除率有着非常重要的影响，因此对磨粒流夹具部件的参数及相关技术的研究十分必要。

2.设计两工位回转工作台，可绕垂直轴回转，在回转工作台上2个工位上都有夹具工件，并具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间与机动时间相重合，提高了生产效率。

3.在自主配置磨粒流磨料的基础上，优化磨料组分配制更适用钛合金材料加工磨料。

1.本项目针对人体骨科零件其表面超精密抛光的实际难题，创新采用磨粒流抛光加工方法，提高了产品抛光的质量，降低了精密抛光的成本。

2.专门设计类似于“一模两腔”的抛光夹具，使被加工骨板对称的置于剖分式的圆柱体内，当高弹性磨料介质挤压被加工骨板表面时，其流体磨粒沿着骨板零件与夹具的间隙流过，从而实现往复的高弹性流体的对复杂骨板表面的挤压抛光。

3.设计多工位自动化磨粒流抛光设备，提高生产效率，设计可转位多工位工作台。设计两工位回转工作台，可绕垂直轴回转，在回转工作台上2个工位上都有夹具工件，并具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间与机动时间相重合，提高了生产效率。