Моделирование процесса штамповки заготовок имплантатов с применением схем интенсивного пластического деформирования

Чистый титан существенно превосходит используемые в медицине сплавы по биосовместимости, но имеет низкие прочностные свойства, что препятствует его широкому применению для изготовления имплантатов. Обеспечение необходимого уровня прочностных характеристик требует применения методов интенсивного пластического деформирования (ИПД), поскольку традиционные методы обработки металлов не позволяют получить нужный комплекс свойств. Выполнено проектирование геометрической модели имплантата типа спейсера для позвоночника и поковки для ее изготовления. Форма поковки позволяет применить в процессе штамповки технологические схемы ИПД, что устраняет необходимость предварительной подготовки материала заготовки перед штамповкой. В результате анализа геометрии детали «U-имплантат» предложена последовательность технологических переходов штамповки с применением схем деформирования, соответствующих схемам ИПД в условиях плоского деформированного состояния: осадка заготовки плоским пуансоном, три операции штамповки поковки имплантата, что устраняет предварительную подготовку микроструктуры заготовки перед штамповкой. Анализ вариантов реализации переходов технологического процесса пластического деформирования с использованием моделирования в CAE-системе позволил определить последовательность этапов деформирования и геометрию инструмента, обеспечивающего требуемое течение металла. Накопленные степени деформации в процессе штамповки заготовки составляют 3,3-7, что обеспечивает необходимое изменение структуры поковки и прочностные характеристики (при температуре штамповки 400 °С). Максимальное значение удельного усилия при расчетах переходов штамповки не превышало 160 МПа за счет выбора технологических переходов с заполнением полости штампа осадкой, что обеспечивает стойкость инструмента.