авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 |

«Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард» «Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития». ...»

-- [ Страница 8 ] --

Рис. 12. Карбидвольфрамовые фрезы 0,6 мкм с АПУ покрытиями На рис. 13 приведены фотографии дорожек в печатной плате, проделанные фрезами без покрытий (13А) и без покрытий (13Б). Улучшение качества фрезерования достигается в силу малого коэффициента трения алмазоподобных углеродных покрытий и отсутствия налипания обрабатываемого материала на режущие кромки фрез.

Использованием АПУ покрытий на деревообрабатывающем инструменте (рис. 14) достигается несколько положительных результатов. Кроме упрочнения режущих кромок инструмента предотвращается его коррозия и отсутствует налипание смолы на инструмент при обработке сырых хвойных пород древесины.

а б Рис. 13 Выфрезированные дорожки в печатных платах микрофрезами без покрытий (а) и с ПАУ покрытиями (б) Испытания, проведенные Финляндским исследовательским центром VTT, дали следующие результаты по износостойкости деревообрабатывающих инструментов с нанесенными АПУ покрытиями: фреза для обработки древесины – увеличение износостойкости в 4 раза, циркулярная пила из быстрорежущей стали – 2, 2 раза, концевая фреза – 2,6 раза, дисковый нож для резки бумаги – 2,2 раза.

Рис. 14 Применение АПУ покрытий на деревообрабатывающем инструменте Высокоэффективным оказалось применение АПУ покрытий для мерительного инструмента типа гладких и резбовых калибров-пробок, концевых мер, плиток Иогансона (рис. 15). Импульсный метод осаждения в силу создаваемого высокого пересыщения у поверхности подложки позволяет получать сплошные АПУ покрытия при их весьма малой толщине порядка нескольких десятков нанометров. Сочетание малой толщины, необычайно высокой твердости и малого коэффициента трения делает их наиболее совершенными покрытиями рабочих поверхностей прецизионного мерительного инструмента. Немаловажным аспектом является и наличие интерференционной окраски, цвет которой изменяется по мере износа самого покрытия. В этом случае отпадает необходимость частых поверок и значительно упрощается процедура самого контроля ухода размеров мерительного инструмента. Повторное нанесение покрытия многократно продлевает срок службы такого инструмента. Испытания, проведенные на Минском автомобильном заводе и Минском моторном заводе показали высокоэффективность такого рода применений АПУ покрытий – срок службы инструментов увеличивается в 3-4 2,5-3 раза.

Большие перспективы для применений АПУ покрытий открываются в плане замены покрытий хрома на литейных формах и штампах для изготовления пластмасс [12].

Помимо выше перечисленных достоинств АПУ покрытий следует отметить их высокую химическую инертность – они не вступают в реакцию с кислотами и щелочами, не реагируют с реактопластами. Многолетний опыт сотрудничества с заводом “Термопласт”, ОАО “Митра” и другими предприятиями изготовителями изделий из пластмасс высокую результативность нанесения АПУ покрытий на рабочую поверхность форм. На рис. 16 приведены некоторые примеры такого рода применений. При контрольном тестировании для форм, покрытых гальваническим хромом, число смыканий до профилактики необходимой профилактики форм составляло 25 000 в то время как для форм с АПУ покрытиями этот показатель составил 128 000 смыканий.

Рис. 15 Гладкие, шлицевые и резбовые калибры-пробки с нанесенными АПУ покрытиями различной толщины и различной интерференционной окраски Помимо 5-кратного увеличения срока службы АПУ покрытия обеспечивали лучшее качество поверхности пластмассовых изделий.

Кроме инструментальной промышленности весьма емкой сферой применений алмазоподобных углеродных материалов является машиностроение, приборостроение, точная механика.

Основное предназначение АПУ покрытий для этой сферы является предотвращение преждевременного абразивного износа пар и узлов трения. Единственным ограничением применений подобных покрытий является температурная область менее 350 400 оС. На рис. 16 представлены некоторые из изделий машиностроения. Для которых нами было опробовано применение АПУ покрытий.

Рис. 16 Формы для литья изделий из пластмасс с АПУ покрытиями:

изготовление аккумуляторных батарей (А), цветочных ваз (Б), пластиковых бутылок (С) Для РУП ММЗ было изготовлена опытная партия около 900 шт. поршней с углеродными покрытиями для приработки поверхностей поршня и цилиндра на начальной стадии эксплуатации двигателя. Были проведены испытания, подтвердившие эффективность использования покрытий для плунжерных пар дизельных двигателей, газораспределительных распределительных валов и других деталей двигателей. Однако недостаточные мощности имеющегося вакуумного оборудования не позволяют перейти к серийному производству покрытий на такого рода деталях.

Плодотворным оказалось сотрудничество с МЧЗ «Луч». На заводе создан участок по нанесению АПУ покрытий на оси трибов шестерен часов для снижения трения и предотвращения износа (рис. 17, 18).

Рис. 17. Детали дизельного двигателя с нанесенными АПУ покрытиями: поршни, плунжерная пара и разораспределительный вал c Рис. 18. Трибы осей шестеренок часовых механизмов с АПУ покрытиями м Примененная технология позволила увеличить выход годных механизмов часов. АПУ материал оказались привлекательными для использования его в качестве декоративных покрытий корпусов часов и браслетов – покрытия в зависимости от толщины могут изменять цвет от бледно голубого и розового до блестящего серого и черного. К тому же они не подвергаются коррозии, обладают высокой износостойкостью и не вызывают аллергических реакции кожи – АПУ материал индифферентен к тканям организма.

Заключение. Как следует из вышеизложенного материала, к настоящему времени разработаны высокопроизводительные методы получения новых упрочняющих износостойких покрытий алмазоподобного углерода, созданы базовые технологические процессы его получения. Приведенные примеры использования нового материала в качестве покрытий инструментов, деталей машин и механизмов показывают его высокую эффективность в решении проблемы ресурсосбережения, а также охраны окружающей среды.

Существующие материаловедческие проблемы с АПУ покрытиями могут быть также решены при условии большего к ним внимания со стороны как самих ученых, как и организаторов и руководителей научно-технической деятельности в нашей стране.

При тесном взаимодействии с заводскими исследовательскими центрами и лабораториями возможна разработка новых технологий по использованию АПУ материала в самых разнообразных сферах машиностроения и инструментальной промышленности, оборонной техники и медицины.

Сдерживающим фактором является отсутствие отечественной вакуумной высокопроизводительной техники для реализации разработанных технологий и их широкого внедрения, хотя надо отметить, что РУП ”Сморгонский завод оптического станкостроения” уже разработал специализированную опытную вакуумную установку ВДУ–СI для нанесения алмазоподобных покрытий.

Литературa 1. Tom Stundza, Sheet steel prices are crawling forward, Purchasing, 2007, Vol. 11, P.20.

2. D.R. McKenzie, D. Muller, B.A. Pailthorpe, Z.H. Wang et all.

Properties of tetrahedral amorphous carbon prepared by vacuum arc Deposition. Diamond and Related Materials, 1991, V.1, P. 51 59.

3. P.J. Martin_, A. Bendavid, Review of the filtered vacuum arc process and materials deposition, Thin Solid Films, 2001, V.394, P.1-15.

4. Tochitsky E.I, Selifanov O.V., Akulich V.V. USA Patent #5,643,343 Jul. 1, 1997.

5. T. Witke, T. Schuelke, B. Schultrich, P. Siemroth, J. Vetter, Comparison of filtered high-current pulsed arc deposition with conventional vacuum arc methods. Surface and Coatings Technology, 2000, V. 126, P.81-88.

6. Handbook of vacuum arc science and technology: fundament and applications. Edited by R. L. Boxman, P.J. Martin, D. Sander.

Noyes Publications, New Jersey,1995, P. 124.

7. Н.М. Чекан, В.В. Акулич, И.П. Акула, Новый комбинированный метод получения получения алмазоподобных пленок. Материалы II Международной конференции "Современные методы и технологии создания и обработки материалов", Минск, 2007, с.148-158.

8. Н.М. Чекан, Ю В. Герасимович, Н.В. Подлужняк, В.Т. Свирин, А.А. Бровкина. Получение и исследование методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии пленок тетраэдрического аморфного углерода допированных азотом.

Вести НАН Беларусию Серия техническая, 2003, N 6, c. 25-28.

9. Liu D., G Benstetter, Lodermeier E., Akula I., Dudarchyk I., Liu Y. SPM investigation of diamond-like carbon and carbon nitride films, Surface and Coating Technology, 2003,Vol. 172, P. 194– 203.

10. A.C. Ferrary Determination of bonding in diamond-like carbon by Raman spectroscopy, Diamond and Related Materials, 2002, Vol.

11, P.1053–1061.

11. Jin-Won Chung, Dae-Hong Ko, Kwang Yong Eun, Kwang Ryeol Lee, Stress and structural properties of diamond-like carbon films deposited by electron beam excited plasma CVD, Diamond and Related Materials, 2003, Vol. 12, P. 47–56.

12. Чекан Н.М., Свирин В.Т. Акула И.П. и др. Патент Республики Беларусь № 9794 "Форма для литья изделий из пластмасс и способ ее изготовления", 2007.

УДК 621.7:621. ОСОБОЧИСТЫЕ, ПРЕЦИЗИОННЫЕ И ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Г.В. Купченко ГНУ «ИФПМ НАН Б», г. Минск Рассмотрены основные направления применения особочистых, прецизионных и драгоценных металлов и сплавов в различных отраслях промышленности Введение. К группе драгоценных или благородных металлов, широко используемых в промышленности, относятся золото, серебро, платина, палладий, иридий, родий, осмий.

Прецизионными называют сплавы со специальными физическими и физико-механическими характеристиками, уровень свойств которых определяется точным химическим составом, отсутствием газовых включений и вредных примесей, стабильной структурой, высокой точностью изготовления и высокой плотностью. Для получения требуемых служебных характеристик сплава необходимо обеспечить сочетание прецизионного химического состава и специальной технологии изготовления: вакуумной плавки или плавки с направленной кристаллизацией, дробной прокатки для структурно чувствительных характеристик, особоточной термической обработки.

В настоящей работе рассмотрены некоторые области применения особочистых, прецизионных и драгоценных металлов и сплавов.

Результаты и обсуждение. К особочистым и высокочистым относятся металлы с содержанием основного элемента 99,999-99,95. Такими металлами является алюминий высокой чистоты марок А99,5, А99,А98, А97, А95. Особочистый алюминий получают методом зонной плавки, высокочистый – электролизом. Электролизом также получают высокочистый никель марок Н-0, Н1у, Н1 с чистотой соответственно 99,99%, 99,95% и 99,93%. Переплавкой катодов в восстановительной или инертной атмосфере или в вакууме получают медь марки МООб с содержанием меди не менее 99,99%. Золото марки Зл99,99, платину марок ПлА-00, ПлАП-00 и серебро Ср99,99 также содержат не менее 99,99% основного элемента. Металлы с особыми характеристиками примесей в электронике.

В изделиях интегральной электроники (ИИЭ) тонкопленочная металлизация должна обеспечивать выполнение следующих функций:

- формирование невыпрямляющего (омического) контакта к областям n и р-типа проводимости;

- электрическое соединение элементов схемы;

- адгезию к нижележащим функциональным слоям из моно- и поликристаллического кремния, диоксида и нитрида кремния и др.;

- подсоединение внешних выводов.

Кроме того, к тонкопленочным элементам предъявляют ряд технологических требований:

- технологичность нанесения;

- возможность последующей обработки травлением.

Удовлетворить всему комплексу требований путем использования какого-либо одного материала не всегда представляется возможным. Во многих случаях наиболее подходящим материалам, удовлетворяющим данным требованиям является алюминий. Он характеризуется хорошими омическими контактами к областям кремния р-типа проводимости и сильнолегированным областям n-типа проводимости, а также хорошей адгезией к большинству материалов функциональных слоев. Более того, адгезия к кремнию, к диоксиду кремния усиливается химической активностью алюминия, выражающейся в способности восстанавливать кремний из оксида с образованием слоя А12О3.

Кроме того, алюминиевая металлизация допускает подсоединение микропроволочных выводов ультразвуковой и термокомпрессионной сваркой. Пленки алюминия можно сравнительно легко наносить термическим испарением и магнетронным распылением. При этом топологический рисунок алюминиевой металлизации достаточно легко формируется стандартными методами фотолитографии, а также жидкостного или плазмохимического травления.

Для большинства применений в ИИЭ формируют алюминиевые слои толщиной от 0,5 до 1,5 мкм. В изделиях силовой электроники (ИСЭ) толщина алюминиевого слоя может достигать 5-6 мкм.

Однако функциональные слои на основе чистого алюминия характеризуется рядом недостатков, ограничивающих ее использование в ИИЭ и ИСЭ:

- твердофазная диффузия алюминия в кремний исключает применение слоев из чистого алюминия в схемах с мелкими р-n-переходами;

- низкая стойкость к электромиграции (критическая плотность тока 2105 А/см2);

- низкая стойкость к шипообразованию.

Чтобы избежать нежелательных эффектов в алюминий легируют кремнием. Концентрацию кремния в сплаве выбирают близкой к пределу его растворимости в алюминии при температурах термических обработок, которым подвергается пленка в процессе изготовления микросхем. Таким сплавом алюминия с кремнием является сплав марки АК1 с содержанием кремния 0,9-1,1 %. Вводить в сплав большее содержание кремния не желательно, поскольку проявится обратный эффект – при охлаждении пленки кремний, растворенный в алюминии, может высаживаться на границе раздела кремний-алюминий.

Этот слой высадившегося кремния легирован алюминием и имеет р-тип проводимости. Если нужно создать контакт алюминия к полупроводниковой области n-типа, то в контакте образуется дополнительный паразитный р-n-переход, который препятствует протеканию тока через контакт. Таким образом, концентрация кремния в сплаве алюминия должна быть оптимальной и точно поддерживаться.

Уровень чистоты металлов, используемых в ИИЭ и ИСЭ, должен быть максимально высоким, чтобы избежать загрязнений полупроводниковых структур.

Особенно опасны примеси щелочных металлов, которые формируют подвижный заряд в диэлектриках и приводят к деградации элементов микросхем. Очень опасны быстродиффундирующие примеси, такие как железо, которые приводят к деградации р-n-переходов.

В настоящее время разработаны сплавы для получения пленок толщиной 0,8–0,5 мкм и осваиваем сплавы для пленок 0,35 мкм. Это означает, что расстояния между шипами металлизации составляют десятые доли микрона. Естественно, любые металлические остатки между шипами металла приводят к утечкам и отказам микросхем. Если в алюминии содержатся примеси металлов, которые не образуют летучих или растворимых соединений в тех средах, в которых травится алюминий (при фотолитографии), то они будут оставаться на пластине и являться источником утечек.

Высокая чистота металла необходима и для того чтобы избежать повреждений металлизации подложек.

Например, содержание железа резко снижают коррозионную стойкость алюминия в процессе химических обработок при изготовлении микросхем, а также при их эксплуатации.

Широкое применение в электронике получила платина.

Платину используют для получения силицида платины. Силицид платины используется в технологи полупроводниковых приборов для создания так называемых диодов Шоттки. Диоды Шоттки представляют собой контакт металл-проводник, в котором диодный эффект возникает за счет разницы работы выхода электронов в металле и полупроводнике. Выбор силицида платины как составной части диодов Шоттки определяется его работой выхода для получения необходимых параметров диодов. Формирование силицида происходит за счет твердофазной реакции пленки платины и кремния в результате высокотемпературной обработки. Отсюда вытекают требования по чистоте платиновых мишеней. Посторонние примеси могут негативно влиять на процесс силицидообразования и изменять параметры диодных структур.

Платина и ее сплавы широко используется и в других отраслях промышленности. Из нее изготавливают проволоку для термопар, сосуды стеклоплавильных аппаратов, тигли для плавки оптического и другого стекла, лабораторную посуду. Ее спутником в сплавах зачастую выступает родий, придающий платине высокую жаропрочность и возможность эксплуатации при температурах 1 300-1 450 оС. Из сплавов платина-родий палладий изготавливают катализаторы для очистки выхлопных газов.

Серебро в микроэлектронике используют для металлизации обратной стороны мощных полупроводниковых приборов. Пленку наносят распылением магнетронным методом серебряной мишени высокой чистоты. Различные методы нанесения серебряных покрытий широко применяют для серебрения токопроводящих деталей в радиоэлектронике и электротехнике, производстве подшипников, зеркал и рефлекторов, для декоративных целей. В химической промышленности используют серебряные фильерные плавители для получения химических волокон. Широко используются серебросодержащие припои. Из сплавов серебра воссоздана белорусская национальная святыня – рака Евфросиньи Полоцкой.

Золото в виде покрытий на стекле, керамике, кварце широко применяется в электронных устройствах, полупроводниковых элементах для передачи электрического тока. На НПО «Интеграл» в качестве проводников используют микропроволоку диаметром 10-60 мкм, из золота высокой чистоты, не менее 99,99 %.

Мишени NiCrV из прецизионных сплавов на основе никеля используют для металлизации обратной стороны (МОС) мощных полупроводниковых приборов. Система МОС состоит из трех слоев Ti ||NiCrV |Ag. Назначение МОС состоит в обеспечении соединения полупроводникового кристалла с корпусом методом пайки, при этом должны реализовываться минимальные электрические и тепловые сопротивления между кристаллом и корпусом. В системе МОС пленка Ti должна обеспечивать заданную адгезию и низкое контактное сопротивление к кремнию.

Пленка NiCrV является барьером, препятствующим взаимодействию припоя с титаном и проникновению припоя на границу раздела кремний – титан. Одновременно с этим пленка NiCrV непосредственно обеспечивает адгезию к припою. Пленка серебра предохраняет поверхность NiCrV от окисления для обеспечения качественной пайки. В процессе пайки пленка серебра практически полностью растворяется в припое.

Заключение. Изделия и детали из прецизионных сплавов, несмотря на малый объем их производства, играют в производстве приборов и интегральных микросхем не вспомогательную, а основную роль – служат мишенями распылительных устройств для создания в схеме функциональных элементов, служат источником – усилителем или фильтром основного сигнала, приводящего в действие всю систему.

УДК 629.1. ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРДАННЫХ ВАЛОВ М.М. Семеняко Открытое акционерное общество «Белкард», г. Гродно Рассмотрены особенности технологического процесса изготовления карданных валов на ОАО «Белкард». Показаны перспективы применения новых конструкционных материалов, технологического оборудования и инструмента.

Введение. Производство автомобильных агрегатов является многофакторным процессом, в котором важнейшими компонентами являются применяемые материалы, технологии и инструмент [1]. В настоящей работе рассмотрены технологические аспекты изготовления карданных валов на ОАО «Белкард» крупнейшем их производителе в СНГ.

Основным материалом деталей карданных валов является конструкционные стали марок 35, 40, 40Х и 60 ПП (сталь пониженной прокаливаемости). Заготовками являются поковки с твердостью 229…269 НВ, которые производятся кузнечным производством.

В технологии изготовления карданных валов наметилось три основные направления:

1. Изготовление деталей и сборка карданных валов на поточных линиях.

2. Изготовление деталей на жестких автоматических линиях.

3. Изготовление деталей на обрабатывающих центрах и станках с ЧПУ, в перспективе на гибких производственных модулях (ГПМ), ячейках и линиях.

Первое направление является в настоящее время основным и имеет превалирующее значение. Суть его состоит в том, что оборудование установлено в порядке следования операций согласно техпроцесса и операции выполняются в заданной последовательности. В этом случае применяют специальные станки, агрегатные и универсальные. Концентрация операций, выполняемых на одном станке, незначительна.

Второе направление на ОАО «Белкард» малоэффективно и не развивается.

Третье технологическое направление является наиболее перспективным, однако находится в стадии становления.

При изготовлении детали на обрабатывающем центре на отдельном станке, например, 1Б290, на поковке обрабатывают базу, которую затем используют для полной или частично неполной обработки детали, что определяется техпроцессом.

Например, при изготовлении детали фланец-вилка карданного вала 2121-2201012-04 (рис. 1). Сначала обрабатывают посадочный буртик и торец на высокопроизводительном патронном токарном полуавтомате 1Б290, затем выполняют тонкое чистовое точение на 57,15-0, на алмазно-расточном станке.

Далее на многооперационном обрабатывающем центре CW630 производят фрезерование плоскостей ушек, сверление отверстий, растачивание их, подрезку отверстий изнутри, алмазную расточку и фрезерование канавок под стопорные кольца (рис. 1).

После этого необходимо просверлить отверстия под крепеж, профрезеровать платики и снять фаски в отверстиях под крепеж. При такой технологии заменяется целая поточная линия и вместо 12 станков используют 6.

Рис. 1 Схема фланца вилки 2121-2201012- Производительность обрабатывающего центра 32 дет/час при высоком качестве обработки. При этом применяется инструмент, оснащенный только сменными многогранными неперетачиваемыми пластинами(СМНП) из твердого сплава с покрытиями.

Рис. 2 Последовательность обработки элементов фланец-вилки.

Пояснения в тексте Скорости резания при применении стали 40 с твердостью 229…269 НВ достигают:

при сверлении V=230 м/мин;

n=2500 об/мин;

при фрезеровании канавок V=165,8 м/мин;

n= об/мин;

при фрезеровании плоскостей ушек V=251 м/мин;

n= об/мин;

при алмазном растачивании V=228 м/мин;

n= об/мин;

В настоящее время на ОАО «Белкард» применяют три обрабатывающих центра. Центры оснащены системами ЧПУ, что позволяет быстро переналаживать их на обработку других деталей.

В перспективе планируется приобретение обрабатывающих центров с контршпинделем и револьверными головками с приводным инструментом. Это позволит полностью обрабатывать многие детали карданных валов на одном станке.

В первую очередь это касается деталей легковых и коммерческих автомобилей.

Практически в каждом карданном вале имеется шлицевое соединение для компенсации изменения его длины.

Изготовление наружных шлиц отличается большой трудоемкостью, энергоемкостью и большим расходом режущего инструмента. Ранее все прямобочные шлицевые валы изготавливали по следующей схеме: фрезерование шлиц, закалка ТВЧ, шлифование шлиц по боковым сторонам и наружному диаметру.

В настоящее время более 50 % шлицов изготавливают методом холодного накатывания на станках ZRM 9 фирмы “Grob”. В процессе используют 5 станков фирмы “Grob”, станка оснащены системой ЧПУ и их рабочий цикл полностью автоматизирован. Система ЧПУ обеспечивает простую переналадку и простое управление. Следует отметить, что станка из 5-ти имеют кабинетную шумоизоляционную кабину.

Применение станков ZRM 9 заменяет 3 шлицефрезерных и 3 шлицешлифовальных станка, установку ТВЧ. Использование шлиценакатных станков позволило значительно снизить расход червячных фрез, абразивных кругов, алмазов для их правки и т. д., и повысить качество обработки и производительность процесса.

Стойкость пары роликов “Grob”, составляет 4 000 деталей с длиной шлиц 190 мм. В то же время стойкость фрезы при обработке аналогичной детали составляет не более 100 шт. При этом стоимость фрезы ниже стоимости пары роликов всего на 30…50 %.

Для обработки ответных фланцев и втулок на ОАО «Белкард» применяют станки 1А734Ф3 и 16К20Ф3, которые обладают известной гибкостью и концентрацией операций.

Для протягивания внутренних шлиц втулок 53205/6422 2205105 используют протяжной комплекс МПЛ-38. Оператор устанавливает горизонтально втулку на шаговый транспортер.

Потом установка на протяжную позицию первого станка, передача на второй и съем детали происходит без вмешательства оператора.

Определенный интерес представляет обработка крестовин на поворотных патронах типа Forkardt. Поворот на 90 ° следующего шипа крестовины для его обработки происходит без остановки станка, автоматически. Имеются станки, оснащенные гидравлическими поворотными патронами разработки ОАО «Белкард» для крестовин легковых автомобилей, а также механическими патронами производства БЗАЛ для крестовин типа ЗИЛ-130. Планируется перевести на такую схему обработки оставшиеся крестовины грузовых автомобилей, что должно значительно повысить их качество и значительно снизить трудоемкость.

На бесцентровой шлифовке цапф крестовины применяются автоматизированные устройства подачи крестовин в рабочую зону станка, поворота на 90 °, и извлечения ее из рабочей зоны.

В холодноштамповочном производстве используются автоматизированные комплексы штамповки из ленты. Сварка карданных валов ведется в среде СО2 на специальных полуавтоматах конструкции ОАО «Белкард».

С целью экономии электроэнергии планируется их модернизация с использованием современных источников питания, что должно снизить ее потребление примерно в 2 раза.

Ведутся работы по внедрению сварки вращающейся магнитной дугой, что позволит исключить применение присадочного материала и специальной защитной газовой среды.

Большое внимание уделяется заготовительному производству. Для рубки толстостенных труб внедрены ленточноотрезных станка вместо трубоотрезных дисковых.

Резка труб на таких станках отличается высоким качеством, точностью и экономией металла за счет уменьшения ширины реза до 1,4 мм вместо 4…6 мм.

Для повышения качества поковок приобретены для инструментально-механического производства обрабатывающий центр для изготовления электродов и электроэрозионный станок для изготовления матриц.

Ответственной операцией изготовления карданного вала является балансировка. Карданные валы современных легковых автомобилей вращаются с частотой 5 000-6 000 об/мин. Поэтому большое значение имеет их скоростная балансировка. На заводе внедрены 2 балансировочных станка с частотой балансировки 4 000 и 5 000 об/мин соответственно.

Очень важно иметь оперативную информацию о размерах детали, точности их выполнения, соблюдении технических условий и соответствии детали или узла требованиям КД и ТД.

На заводе имеются 2 координатно-измерительные машины с ЧПУ, которые позволяют проводить сложные измерения с высокой точностью.

На ОАО «Белкард» для обработки деталей со снятием стружки применяются два классических материала: твердый сплав и быстрорежущая сталь.

Твердый сплав используется в виде сменных многогранных неперетачиваемых пластин(СМНП), в основном, для операций точения, контурного точения, сверления, фрезерования, нарезания резьбы, канавок в деталях карданных валов серии «Белкард-2000».

Инструмент, применяемый на CW630, полностью оснащен СМНП. Пластины, производимые, ведущими фирмами дальнего зарубежья (Komet, Kennametal, PRAMET, CORLAY и др.), как правило, имеют одно или несколько покрытий, мелкозернистую структуру, что выгодно отличает их от твердых сплавов ближнего зарубежья.

Применяемый на ОАО «Белкард» режущий инструмент со СМНП фирм Komet, Kennametal, PRAMET, CORLAY и др. фирм не реализует свои возможности на 100 % из-за низкой жесткости оборудования, невозможности изменять режимы резания в процессе обработки, однако, стойкость этого инструмента в 1,5…2 раза выше отечественных.

Для раскатки отверстий под подшипники используются раскатные головки, т. е. используется метод ППД. Широко применяются разные виды протяжек: плоские, канавочные, для шлиц по ISO8667 и ISO 12667, круглые, шлицевые и т. д., которые изготавливают из стали Р6М5 традиционного переплава (аналог M2 Erasteel), вследствие чего они имеют относительно низкую стойкость. Ведущие фирмы изготавливают подобный инструмент из порошковых сплавов. К этому типу относится сплав фирмы Bhler, используемый на ОАО «Белкард» для изготовления протяжек для обработки торцовых шлиц согласно ISO8667 и ISO 12667. Благодаря спеканию при высоком давлении этот сплав имеет низкий балл карбидной неоднородности и незначительную ликвацию и, как следствие, высокие режущие свойства.

Значительное увеличение стойкости инструмента из твердого сплава и быстрорежущей стали обеспечивают износостойкие покрытия, особенно если они имеют наноструктуру. При нанесении на червячную фрезу 2520- покрытия TiN с помощью нанотехнологий на установке PLATIT ее стойкость увеличилась примерно в 3 раза. Покрытие наносили PVD-способом при температуре 450 °С, что предотвращало отпуск материала фрезы (Р6М5). При СVD способе температура обработки достигает 1 000 °С и выше, поэтому он используют для нанесения покрытий для СМНП.

Испытания сверл фирмы GHRING и пластин фирмы Kennametal – показали более высокую (в 2…3 раза) износостойкость по сравнению с аналогами. Необходимо отметить влияние СОЖ на стойкость режущего инструмента.

При использовании СОЖ типа «Авантин-361» стойкость осевого инструмента собственного изготовления выросла в 2,7 раза.

Заключение. Основными направлениями совершенствования технологии изготовления карданных валов являются [1]:

1. Переход на гибкую технологию изготовления деталей карданных валов путем использования многооперационных обрабатывающих центров, гибких производственных модулей, ячеек и линий.

2. Полная обработка деталей карданных валов на одном станке с применением контршпинделей и револьверных головок с приводным инструментом.

3. Максимальная концентрация операций на одном станке с использованием форсированных режимов резания.

4. Создание оборудования с высокой жесткостью и точностью, позволяющего вести обработку с частотой вращения до 5 000…6 000 об/мин с целью использования форсированных режимов резания.

5. Переход на форсированные режимы резания со скоростью резания не ниже 200…250 м/мин для всех видов обработки (кроме обработки резьб метчиками).

6. Получение заготовок с минимальным припуском на обработку.

7. Обеспечение технологического оборудования индивидуальными улавливающими устройствами (фильтры и т. д.) с целью исключения выброса вредных технологических веществ в атмосферу цеха.

8. Скоростная балансировка карданных валов легковых и коммерческих автомобилей.

9. Переход на сварку без использования присадочных материалов и защитного газа.

10. Изготовление шлицевых валов методом холодного накатывания.

11. Создание и применение режущего инструмента из мелкозернистого твердого сплав и порошковых быстрорежущих сплавов с покрытиями, нанесенными с помощью нанотехнологий.

12. Расширение области применения сухой обработки.

13. Создание и применение СОЖ, увеличивающих стойкость режущего инструмента в 2…3 раза, по сравнению с существующими.

Литература 1. В.И. Кравченко, Г.А. Костюкович, В.А. Струк. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение. / Под ред.

В.А. Струка. – Минск: Тэхналогія, 2006. – С. 523.

УДК 620.22:538.975:621.8. СТРУКТУРА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ Е.В.Овчинников УО «Гродненский государственный аграрный университет», г. Гродно Рассмотрены особенности структуры фторсодержащих олигомеров, влияния химического состава и структуры на физико-механические характеристики олигомеров «Фолеокс».

Введение. Фторсодержащие олигомеры нашли широкое применение в качестве различного рода эмульгаторов, мастик для обработки волокон, добавки к электролитам, смазок, пеногасящих агентов, в качестве антистатических материалов, различного рода покрытий. Такая широкая область применения фторсодержащих олигомеров обусловлена строением их фторуглеродной цепи, которая обуславливает высокую поверхностную активность, термостойкость и стойкость к химическим реагентам, возможность снижения поверхностного натяжения до величин порядка 15 дин/см. Применение фторсодержащих олигомеров в качестве покрытий, обусловлено повышением физико-механических характеристик обрабатываемых материалов, высокой технологичностью в применении [1-6].

Результаты исследований. Основные полосы поглощения фторсодержащих олигомеров находятся в области волновых чисел от 700 до 1700 см-1. Полоса поглощения при 990 см- относится к поглощению CF3–групп, полосы поглощения в области 1130-1340 см-1 обязаны своим происхождением колебанию связей C-F и C-F2. В дальней области наблюдаются полосы поглощения, которые обусловлены природой концевых групп фторсодержащих олигомеров и кинетикой их взаимодействия с подложкой. (рис. 1).

Рис.1 Строение фторсодержащих ПАВ и поверхностное натяжение Установлена оптическая неоднородность полос поглощения с увеличением толщины слоя ФСО, что объясняется ориентационной неоднородностью фолеоксов в зависимости от толщины слоя. С увеличением толщины слоя ФСО на металлических подложках вектор момента колебательного перехода связей -CF изменяет преимущественную ориентацию с параллельной относительно подложки на перпендикулярную.

Установлено, влияние металлической подложки на кинетику формирования покрытия тонкопленочного покрытия из фторсодержащих олигомеров. Определена оптимальная толщина покрытия, которая равна 1,4 мкм (рис. 2), дальнейшее нанесение пленки «фолеокса» не ведет к росту толщины покрытия, т. е.

увеличение количества обработок после достижения максимальной толщины покрытия фторсодержащих олигомеров приводит к более деформированной поверхности, которая и обуславливает увеличение угла Q.

Рис.2. Зависимость толщины покрытия фторсодержащих олигомеров от количества обработок в растворе ФСО металлических подложек: – Ф1;

2 – Ф Установлен эффект, объясняющий процесс ориентации ФСО на поверхности металлической подложки, заключающийся в том, что в процессе механической обработки свойства структуры поверхностных слоев коренным образом меняется.

Структура данных слоев состоит из большого числа беспорядочно расположенных и чрезвычайно мелких кристаллов, размером всего несколько элементарных ячеек.

Такое строение обуславливает увеличение запаса потенциальной энергии в поверхностных слоях металла.

Проведены эксперименты, подтверждающие влияние заряженных поверхностей на ориентацию ФСО. Покрытия олигомеров формировали на поверхностях слюд в зависимости от времени расщепления. Установлено, что на поверхности слюды происходит ориентация тонких пленок ФСО под действием поверхностного заряда (рис. 3).

Рис. 3 Рентгенограммы фторсодержащего олигомера Ф1, нанесенного на слюду: I – слюда, II – Ф1 на слюде, III – Ф1, нанесенный на слюду сразу же после ее расщепления Обработка поверхности слюды в первые секунды расщепления фторсодержащими олигомерами приводит к появлению хорошо выраженных рефлексов, которые находятся при следующих значениях угла дифракции: Ф 5 4;

6 ;

6 3;

12 1;

12 4;

13 ;

14 ;

14 4;

16, Ф14 12 ;

12 3;

12 4.

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Данный эффект наблюдается и для металлических подложек. Наиболее сильным ориентирующим действием на ФСО обладает медь, затем алюминий и железо. Нанесение фторсодержащих олигомеров на щелочно-галоидные кристаллы приводит к значениям угла лежащим в области 550 448, что соответствует изотропной структуре в пленках ФСО. Методом МНПВО ИК-спектроскопии установлено появление дополнительных полос поглощения в спектрах ФСО на металлических подложках. Так появление полос поглощения в области 1370-1230 см-1 при осаждении фторсодержащих олигомеров на алюминиевую подложку соответствует карбоксилатным соединениям алюминия, полосы поглощения1020 и 1630 cм-1 – бидентатному бикарбонатиону.

Наличие на поверхности алюминия льюисовских и бренстедовских активных центров является причиной осуществления двух видов взаимодействия Ф1 с алюминиевой подложкой. Наличие активных полярных групп в молекуле фторсодержащего олигомера приводит к взаимодействию с металлическими поверхностями с образованием химически адсорбированных соединений. Так обработка фолеоксом Ф медной подложки приводит к O образованию соли кислот ( М+ ), что подтверждается RF C O появлением полосы поглощения в области 1660 см-1. Обработка Ф1 поверхности железа приводит к координации СООН-групп по типу бидентантного лиганда. Установлено, что ориентация фторсодержащих олигомеров на поверхности металлических подложек в определенной мере зависит от строения полярной группы.

Обработка фторсодержащими олигомерами эластомерных поверхностей не приводят к существенным изменениям в структуре, формируемых покрытий. Методом ИК спектроскопии установлено, что нанесение фторсодержащих олигомеров на эластомерные подложки приводят к увеличению интенсивности характерных полос поглощения, наблюдается появление полос поглощения 1050, 1640 см-1, которые можно отнести к карбоксилатным комплексам.

Введение в металлические покрытия активных наноразмерных частиц увеличивает хемосорбционное взаимодействие фторсодержащих олигомеров и электролитических покрытий, так для Ф14 появляется дополнительная полоса в области 1340 см-1, при нанесении ФА наблюдается интенсивная, размытая полоса поглощения в области 1580-1660 см-1 (рис. 4-5).

Проведенные поляризационные исследования показывают, что укладка макромолекул в тонких слоях до 0,1 мкм осуществляется перпендикулярно подложке. С увеличением толщины покрытия происходит переориентация молекул с перпендикулярной укладки молекул на параллельную относительно подложки.

Рис. 4 ИК-спектры поглощения фторсодержащих олигомеров, нанесенных на подложку из электролитического хрома, модифицированного ультрадисперсными кластерами алмаза. 1 – Ф-А (1обр.);

2 – Ф-1 (1 обр.);

3 – Ф-14 (1 обр.) Рис. 5 ИК-спектры поглощения фторсодержащих олигомеров, нанесенных на подложку из электролитического хрома, модифицированного ультрадисперсными кластерами алмаза – Ф-14 ( обр.);

2 – Ф-А (3 обр.) Наибольшая толщина покрытия достигается при трехкратной обработке поверхности модифицированного электролитического хрома и составляет ~1 мкм. Дальнейшая обработка фторсодержащими олигомерами электролитического хрома не ведет к значительному росту толщины покрытия. Такое поведение на хромалмазной подложке характерно для всех исследуемых фолеоксов. Полярные фолеоксы образуют более тонкое покрытие по сравнению с неполярными. По-видимому, полярные группы, осаждаясь на активных центрах хромалмазных покрытий, уменьшают действие силового поля поверхности в результате чего снижается толщина формируемого покрытия.

Топография поверхности металлических подложек после нанесения фторсодержащих олигомеров претерпевают существенные изменения.

Нанесение полярного фолеокса на металлическую поверхность закрывает исходный рельеф и образует пологий рельеф. Нанесение повторных слоев приводит к изменению топографии поверхности, образуется мелкодисперсная структура с размерами фрагментов 0,5 мкм.

Нанесение неполярных фолеоксов приводит к образованию развитой поверхности, причем слой «фолеокса» не закрывает исходную поверхность, а образует островковый рельеф. Дальнейшее нанесение неполярного фолеокса на металлическую поверхность приводит к увеличению размеров «островков» фторсодержащих олигомеров (рис. 6).

а) б) в) г) и) л) д) е) ж) з) к) м) Рис. 6 Морфология поверхности металлической подложки после обработки фолеоксами Ф1 и Ф14: а, г, ж – исходная поверхность ;

б, д, з – 1 слой Ф1;

в, е – 10 слоев Ф1;

и, л, м - 1 слой Ф14;

к – 10слоев Ф14;

а-в, и, л-медь;

г-е, к-алюминий;

ж-з, д- сталь. (поле сканирования 12х12 мкм) Нанесение пленок из фторсодержащих олигомеров на эластомерные подложки приводит к качественному изменению топографии и морфологии поверхности. Исходная поверхность сшитого эластомера представляет собой совокупность глобулярных фрагментов с размерами и высотной характеристикой Rа=320 нм. Нанесение на подложку первого слоя олигомера Ф1 сглаживает исходный рельеф и образует собственный. Повторная обработка поверхности приводит к формированию сплошной пленки с высотной характеристикой Ra=166,5 нм. Подобный характер изменения характеристик поверхности наблюдается и при обработке олигомером Ф (рис. 7). При использовании олигомера Ф14 ориентирующее действие подложки проявляется в меньшей степени, поэтому сформированная пленка незначительно изменяет шероховатость поверхности образца.

Изучена морфология тонкослойных фторсодержащих покрытий, сформированных на подложке из нитрида титана.

Рассмотрены два типа обрабатываемых подложек: «тонкая» не содержащая капельной фазы и «толстая» в которой имелась капельная фаза. Установлено, что с увеличением толщины покрытия, сформированного из полярного фолеокса, формируется гладкий сплошной слой олигомера с равномерной морфологией. Поверхностные дефекты подложки выравниваются и при 10 слоях практически не проявляются.

а б в г д е Рис. 7 Морфология поверхности образца из резины после обработки фторсодержащими олигомерами Ф1, Ф14: a, г – исходная поверхность;

б, д – однократная обработка;

в, е – пятикратная обработка. Площадь сканирования 25х25 мкм Обработка «тонкой» подложки из нитрида титана неполярным фторсодержащим олигомером, качественно изменяет топографию и морфологию поверхности. В начале происходит выглаживание поверхностного рельефа, а затем формирование собственной структуры, в которой в роли центров кристаллизации выступают поверхностные дефекты подложки.

Обработка полярным фолеоксом «толстой» подложки нитрида титана при небольших толщинах олигомерного покрытия приводит к образованию равномерного слоя гомогенного строения. С увеличением толщины покрытия олигомером, возрастает количество неоднородностей на поверхности, что обусловлено ориентирующим действием капельных частиц покрытия из нитрида титана. Олигомер марки Ф14 как и в случае тонкой подложки формирует на поверхности образца упорядоченные агрегаты размером 3-4 мкм.

Расположение этих агрегатов произвольно и, очевидно, связано с микронеровностями, сформированными на подслое.

Увеличение толщины олигомерного слоя принципиально не меняет характера геометрии рабочей поверхности, а только приводит к увеличению размеров глобулоподобных олигомерных фрагментов.

Данные АСМ подтверждают полученные ранее результаты, что на поверхности металлов независимо от их состава при обработке полярными ФСО образуется структура типа «sandwich», т. е. структура в которой граничный слой с молекулами ориентированными перпендикулярно подложке, с увеличением толщины покрытия закрывается слоем с молекулами ориентированными параллельно. Ориентация фторсодержащих олигомеров в значительной мере определяется подложкой, на которую наносится ФСО, полярной группой и молекулярной массой.

Обработка поверхности неметаллов фторсодержащими олигомерами формирует пленку, включающую в себя упорядоченные агрегаты размером 3-4 мкм. Увеличение толщины олигомерного слоя принципиально не меняет характер геометрии рабочей поверхности, а только приводит к увеличению размеров глобулоподобных олигомерных фрагментов.

Обработка фторсодержащими олигомерами хромалмазной подложки приводит к сглаживанию исходного рельефа поверхности. Увеличение толщины покрытия приводит к закрытию исходного рельефа подложки с образованием собственного пологого рельефа.

Таким образом, обнаружено протекание хемосорбционного взаимодействия между покрытием из фторсодержащего олигомера и металлом с образованием связей типа солей высших кислот. Геометрические размеры кристаллических и аморфных областей покрытия, их морфология и топография определяются полярностью молекулы олигомера и концентрацией раствора. Методами растровой электронной, атомно-силовой, оптической микроскопии установлено, что полярные олигомеры (Ф1, ФАК-1, ФАК-2) образуют, как правило, на металлических подложках сравнительно однородную пленку, а неполярные (Ф-14) – островковую пленку.

Комплексные исследования структуры и свойств тонкопленочных покрытий неметаллических материалов показали, что независимо от молекулярной структуры фторсодержащих олигомеров образуют устойчивые пленки, изменяющие адсорбционную активность поверхностных слоев.

Введение ультрадисперсных модификаторов (УДАГ, Al2O3) в состав металлической подложки приводит к интенсификации хемосорбционного взаимодействия, одновременно наблюдается «залечивание» микродефектов поверхности. Наличие наномодификаторов в структуре подложки усиливает упорядочивающее действие подложки на ориентацию молекул при формировании покрытия. Перпендикулярная укладка макромолекул относительно подложки осуществляется до толщины ~0,1 мкм. Ориентирующее влияние подложки, содержащей наномодификаторы, достигает максимума при трехкратной обработке раствором ФСО, а затем ослабевают.

Выводы. Таким образом, при выполнении исследований была изучена кинетика формирования фторсодержащих покрытий на металлических и неметаллических подложках.

Установлено, что в процессе формирования покрытия основной структурной составляющей является «sandwich» структура, которая образуется независимо от типа структуры фторсодержащего олигомера. «Sandwich» структура состоит из аморфной (неупорядоченной) области, в которую вкраплены наноструктурные квазикристаллические (упорядоченные) области. Основным механизмом взаимодействия между металлической подложкой и фторсодержащим покрытием является химическое взаимодействие (хемосорбция), в результате которой образуются связи типа солей высших кислот.

Полярность молекулы олигомера, концентрация раствора фторсодержащего олигомера оказывают решающее влияние на геометрические размеры кристаллических и аморфных областей покрытия, их морфологии и топографии. Как правило сравнительно бездефектное покрытие образуют полярные фторсодержащие олигомеры Ф1, дефектное («островковое»

покрытие) образуют неполярные ФСО (Ф 14).

Исследованы структура и свойства тонкопленочных покрытий, сформированных на неметаллических подложках.

Нанесение фторсодержащих олигомеров на неметаллические поверхности изменяет адсорбционную активность поверхностных слоев, что позволяет сформировать устойчивые покрытия не зависимо от молекулярной структуры фторсодержащего олигомера. Данные покрытия остаются устойчивыми в процессах взаимодействия с эксплуатационными средами. Установлено, что применение покрытий, сформированных из полярных фторсодержащих олигомеров (Ф1) эффективно, по сравнению с покрытиями, сформированными из неполярных олигомеров (Ф14).

Литература 1. В.А. Струк, Е.В. Овчинников, Ю.С. Бойко, А.Ф. Сенько, А.В.

Рогачев, В.А. Губанов. Морфологические особенности триботехнических покрытий из фторсодержащих олигомеров на триботехнических изделиях. // Трение и износ.- Т. 19, №5. 1998г. -с. 665-670.

2. E.V. Ovchinnikov, V.A. Struk Lubrucating properties of thin film of fluorine containing oligomers. / «Tribology 2000-Plus» 12th International Colloquim. January 11-13, 2000-p.2152- 3. В.А. Струк, С.А. Чижик, П.Е. Тройчанская. Структурно морфологические закономерности трения и изнашивания пленок фторсодержащих олигомеров «Фолеокс». // Трение и износ. - Т.16, №5.-с. 974-979.

4. П.Н. Богданович, В.Я. Прушак.// Трение и износ. – Минск:

Наука и техника. - 374с.

5. Е.В. Овчинников Ориентация фторсодержащих олигомеров типа «фолеокс» на поверхности металла и их триботехнические свойства. // Трение и износ. -1994. -Т. 15, №6. -с. 1098-1099.

6. Ю.С.Бойко, В.И.Кравченко, Е.В.Овчинников Морфологические особенности формирования тонкопленочных покрытий из растворов фторсодержащих олигомеров на различных подложках. // Материалы, Технологии, Инструменты.- 1999, №4, -с. 42-46.

7. Е.В. Овчинников, С.Д. Лещик, В.А. Струк, О.В. Холодилов, Д.И. Федоров. Триботехнические характеристики композиционных многослойных покрытий // Трение и износ. Т. 21, №2.- 2000г. -с. 147-155.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАЗДЕЛУ Современные технологии промышленного производства машиностроительной продукции предполагают применение функциональных материалов на основе металлических, полимерных, керамических и композиционных матриц, эффективных методов обработки заготовок и полуфабрикатов, современного инструмента, обеспечивающего заданные параметры изделий и производительность процесса.

Многообразие промышленной продукции машиностроения обусловливает широкую номенклатуру используемых технических средств для обеспечения заданных показателей служебных характеристик изделий, оговоренных нормативной документацией, и их эффективной эксплуатации в конструкциях машин, механизмов, технологического оборудования.

Для хозяйственного комплекса Беларуси характерны выраженные особенности регионального развития, с превалированием в каждом регионе нескольких промышленных отраслей, определяющих тенденции прогрессивного функционирования субъектов хозяйствования различного подчинения и структуры.

Для Гродненского региона одно из ведущих мест в хозяйственном комплексе занимает машиностроение, характеризующееся высокоэффективными материалами, конструкциями и технологиями, обеспечивающими выпуск автомобильных агрегатов, сельскохозяйственной техники, технологического, металлорежущего и строительного оборудования, арматуры для трубопроводов и другой продукции, применяемой в Беларуси и странах СНГ.


Эффективность развития регионального машиностроительного комплекса во многом определяется применением инновационных разработок на стадиях конструирования, изготовления, реализации и технического обслуживания продукции. В этом аспекте особую перспективу имеют композиционные функциональные материалы, разработанные на основе системного анализа особенностей структуры и влияния параметров технологии изготовления и переработки на показатели служебных характеристик. Все большее применение в практическом машиностроении получают функциональные металлические и полимерные наноматериалы, в т. ч. материалы для формирования противоизносных, электропроводных и антифрикционных покрытий.

Перспективным направлением совершенствования методов обработки рабочих поверхностей изделий является применение электронно-лучевых технологий, позволяющих осуществлять упрочнение, рафинирование и легирование металлических компонентов.

Разработана гамма ресурсо-, энергосберегающих технологий литья сталей, чугунов и цветных сплавов, позволяющая повысить их износостойкость, пластичность, прочность вследствие формирования градиентной наноструктуры в объеме изделия. Современные технологии поперечно-клиновой прокатки обеспечивают коэффициент использования металла 0,80-0,98 и резко снижают производственные затраты при получении профильных изделий, используемых в машиностроении.

Механохимические технологии, основанные на контактном взаимодействии компонентов функциональных материалов, обусловливают формирование армирующих фаз и адгезионно активных граничных слоев, приводящих к повышению комплекса показателей служебных характеристик.

Созданные на их базе дисперсно-упрочненные и нанокомпозиционные материалы на основе металлов и полимеров превосходят аналоги по критериям тепло-, термостойкости, прочности, износостойкости.

Разработана гамма композиционных материалов для нанесения функциональных покрытий на рабочие поверхности деталей трения и инструмента. Нанокомпозиционные плазменные покрытия эффективно защищают технологическую оснастку и режущий инструмент от изнашивания и способствуют повышению скоростей резания и качества обрабатываемой поверхности.

Эффективность применения современных энерго-, ресурсосберегающих материалов и технологий в машиностроении в значительной мере обусловлена квалификацией инженерно-технического персонала, обслуживающего производство, и наличием системы перманентного ее повышения путем использования современных информационных технологий. Особый эффект в практическом применении инноваций в машиностроении достигается при наличии адекватной инфраструктуры интеллектуального обеспечения инновационной деятельности на промышленном предприятии.

РАЗДЕЛ 3. НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ УДК 621.7:621. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СОЗДАНИЯ ЭНДОПРОТЕЗОВ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ ОДНОПОЛЮСНОМ ЭНДОПРОТЕЗЕ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА «НЁМАН»

Л.С. Пинчук ГНУ «Институт механики металлополимерных систем им. В.А.

Белого НАН Беларуси», г. Гомель Настоящее время знаменательно тем, что в 2000 г.

генеральный директор ВОЗ Г. Брундтланд объявил о начале Всемирной декады костно-суставных болезней. Эта десятилетняя кампания (2000-2010 годы) направлена на решение задач ортопедии. В 2001 г. генеральный секретарь ООН К. Аннан отметил, что заболевания суставов стали на Земле глобальной (т.е. всеобщей) проблемой, причиной страданий и потери трудоспособности сотен миллионов людей, бременем для современного общества, и призвал врачей и представителей других специальностей работать над продвижением в жизнь идей декады.

В работе рассмотрены современные тенденции создания эндопротезов тазобедренного сустава человека. Приведены конструктивные материаловедческие и технологические решения, обеспечивающие высокую эффективность применения однополюсного протеза «Нёман».

Введение. Успехи медицины по замене травмированных или пораженных болезнью суставов эндопротезами достойны восхищения. Однако полувековой опыт эндопротезирования суставов привел к выводу, что современное поколение эндопротезов по сути представляет собой узлы машин, которые недостаточно приспособлены для работы в организме человека.

Первое отличие естественного сустава от эндопротеза состоит в наличии хряща – антифрикционного микропористого упругого материала, поры которого заполнены смазочной (и выполняющей еще три функции в суставе) синовиальной жидкостью. При нагружении сустава жидкость выдавливается из пор на участках наибольших контактных напряжений, т. е.

именно там, где нужна смазка. Отсутствие подобной системы смазки в эндопротезах обусловливает усталостный механизм их изнашивания, засорение тканей и лимфатической системы продуктами износа, сокращение времени жизни эндопротезов.

Второе отличие сустава от эндопротеза состоит в следующем. Перенос в живых тканях электролитных биологических жидкостей сопровождается генерацией электромагнитных полей, создающих биофизическое поле организма. Хирургическое вмешательство в структуру сустава приводит не только к удалению патологически измененных участков тканей, но и к нарушению естественного распределения биофизического поля в суставе.

Эндопротезы нового поколения должны содержать компоненты, моделирующие в той или иной степени биофизические функции естественных суставов. Самые простые и очевидные методы решения этих задач – введение в состав эндопротеза искусственного хряща и придание деталям эндопротеза свойства быть источником физических полей 1.

В г. Гродно по инициативе зав. кафедрой университета имени Янки Купалы проф. В.А. Струка, руководителя областного травматолого-ортопедического Центра проф. С.И.

Болтрукевича и директора завода «Белкард» В.И. Кравченко создан однополюсной эндопротез тазобедренного сустава, в котором впервые реализованы эти тенденции.

Результаты и обсуждение.

Электретная ножка эндопротеза Рассмотрим принципиальную конструкцию однополюсного эндопротеза. На рис. 1 видно, что так называемый тотальный эндопротез тазобедренного сустава (а) предполагает замену как головки бедренной кости, так и хряща вертлужной впадины. Биполярный эндопротез (в) устанавливают в бедренной кости, не затрагивая вертлужную впадину. При движениях ноги наружная головка протеза перемещается по хрящу, а внутренняя – по сферической выемке в наружной головке, чтобы минимально травмировать хрящ. Однополюсной эндопротез (б) имеет самую простую конструкцию. Его ножка несет шаровую головку, благодаря скольжению которой по хрящу вертлужной впадины происходят движения в искусственном суставе. Ножку закрепляют в костно-мозговом канале бедренной кости. Надежность крепления предупреждает расшатывание и отказ эндопротеза. Хирурги осуществляют крепление путем вбивания ножки в канал, или фиксируя ее там с помощью цемента. И в том, и в другом случае надежность фиксации повышается, если ножка является источником слабого электрического поля. При механическом креплении ножки оно стимулирует остеорепарацию, т.е. врастание костной ткани в микронеровности на поверхности ножки, что обусловливает ее плотную посадку в канале. При цементном креплении слабое поле поляризует акриловые молекулы цементной массы и создает благоприятные условия для их адсорбции на костной ткани и на поверхности ножки, усиливая адгезию в цементном соединении.

3 5 4 5 3 1 а б в Рис. 1 Основные конструкции эндопротезов тазобедренного сустава: а – тотальный, б – однополюсной, в – биполярный. 1 – бедренная кость, 2 – ножка, 3 – шаровая головка, 4 – чашка, 5 – тазовая кость, 6 – антифрикционная вставка, 7 – внутренняя шаровая головка Задача создания ножки-источника электрического поля до сих не ставилась, т. к. ножку эндопротеза в 99 случаев из выполняют из металла, который является проводником.

Источником электрического поля могут быть вещества, находящиеся в электретном состоянии (электрет – электрический аналог магнита), которое присуще только диэлектрикам 2. Эту задачу мы решили, сформировав на поверхности титановой ножки слой оксида TiO2 методом электрохимического анодирования. Двуокись титана является типичным диэлектриком, а электрохимическое формирование на ножке слоя TiO2 сопровождается возникновением и ростом в нем стабильного электретного заряда.

На рис. 2 показаны снимки, сделанные с помощью электронного атомно-силового микроскопа. Они иллюстрируют стадии формирования на титановом образце оксидного покрытия. Исходная поверхность образца (а) вначале покрывается наноразмерными частицами TiO2 (б), которые быстро растут, образуя мозаичную текстуру (в). При продолжении электрохимического процесса эта текстура покрывается волокнистыми наноразмерными образованиями (г).

На рис. д видно, что окончательно сформированное оксидное покрытие повторяет микронеровности поверхности титанового образца, имеет поры диаметром 1 мкм, а на поверхности покрытия вырастают микровыступы высотой менее микрона.

Элементный анализ, результаты которого показаны в табл.

1, подтвердил, что покрытие действительно состоит из двуокиси титана. Прочие химические элементы – это примеси, содержащиеся в деформируемом титановом сплаве ВТ06, из которого выполнена подложка.

Графики на рис. 3 иллюстрируют возможности регулирования толщины и плотности поверхностного заряда покрытий путем остановки процесса электрохимического анодирования на одной из стадий, показанных на рис. 2.

Толщину покрытий оценивали с помощью микроскопа по глубине резкости, поверхностную плотность заряда – стандартным методом (ГОСТ 25209-82) с помощью вибрирующего электрода. Главные итоги этих экспериментов: 1) заряд оксидных покрытий на порядок больше, чем заряд, который можно сформировать на полимерных волокнах;

2) толщина покрытий с ужесточением режимов анодирования экспоненциально растет до 10–12 мкм;


3) удобно вести процесс при U100 В, тогда время нанесения покрытий снижается до 10 мин при близких к предельным толщине и плотности заряда.

Таблица Результат элементного анализа покрытий Содержание, % Итого Ti O Al P V Fe 50,96 40,84 2,89 1,89 2,55 0,78 а б в г д Рис. 2 Стадии роста на титановом (ВТ06) образце оксидного покрытия в процессе электрохимического анодирования в течение 30 мин.: а – исходная поверхность образца, б–д – фазы формируемого покрытия В настоящее время проводятся исследования оптимизации толщины покрытий и величины электретного заряда в них.

Критерии оптимизации – стимуляция роста клеток в поле покрытия и адгезия покрытий к костному цементу.

Полимерная головка эндопротеза с искусственным хрящем. Нами разработана технология формирования искусственного хряща на полимерных деталях трения эндопротеза. Последние традиционно выполняют из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), как еще в 1960-е годы рекомендовал один из «отцов» эндопротезирования, английский хирург, ортопед, биомеханик и инженер, сэр Джон Чанли. СВМПЭ имеет молекулярную массу 3 млн., в то время как полиэтилен высокой плотности – до 500000.

h, мкм h, мкм U =100 В 10 =30 мин U =10 В 100 U, В 40, мин 0 20 в г, 10–4 Кл/м, 10–4 Кл/м 50 40 =30 мин U =10 В 30 20 10 U =100 В, мин 100 U, В 0 20 40 Рис. 3 Зависимость толщины h (а, б) и поверхностной плотности заряда (в, г) покрытий, формируемых методом электрохимического анодирования на титановых подложках, от продолжительности процесса (а, в) и величины приложенного напряжения U (б, г) Суть технологии состоит в том, что деталь из СВМПЭ погружают в растворитель и нагревают. В результате поверхностный слой детали переходит в состояние коллоидного раствора, который при охлаждении превращается в студень – твердое тело, состоящее из пористой полимерной матрицы, в микропорах которой находится жидкость.

На рис. 4 видно, что, регулируя режимы термообработки, толщину микропористого слоя можно изменять в пределах до миллиметра. Технологическую жидкость, несовместимую с организмом, вымывают из пор растворителем, который затем удаляют вакуумной сушкой (рис. 5). Микропоры сформированного таким образом искусственного хряща можно заполнить лекарственными средствами (ЛС): антибиотиками, антисептиками или ферментами. Их постепенное (пролонгированное) выделение из микропор происходит в операционной ране в течение 7–10 сут, т. е. именно в период заживления раны (табл. 2).

микропористый слой 1000 мкм исходный СВМПЭ Рис. 4 Фотографии поперечных срезов образцов из СВМПЭ, подвергнутых термообработке в технологической жидкости при разных температурно-временных режимах m, г 0, 0, термошкаф Т = 60 0С 0, ВУП- 60, сут 20 Рис. 5 Кинетика удаления растворителя из микропор искусственного хряща. m – потеря массы образцов На рис. 6 показана микроструктура структура искусственного хряща. Результаты рентгеноструктурного анализа (рис. 7) свидетельствуют, что его кристаллическая структура такая же, как у исходного СВМПЭ. Видно, что в хряще имеются полости микро- и наноразмерного масштаба.

Заполнение их лекарственными или иными жидкостями является сложной технологической задачей.

Таблица Кинетика выделения ЛС из микропор искусственного хряща Масса ЛС (мг), выделившихся за время (сут) Лекарственные средства (ЛС) 2 4 6 8 Антибиотики Бензилпенициллина Na- 200,47 326,4 388,7 417,0 439, соль 0,41 0,68 0,78 0,83 0, Цефалоридин 0,37 0,60 0,76 0,82 0, Неомицина сульфат 18,75 33,21 42,42 47,04 50, Линкомицина гидрохлорид 19,78 35,25 43,68 48,96 51, Фузидин-натрий Антисептики и Диоксидин 1,01 1,40 1,62 1,69 1, противовос- Хлоргексидин 92,70 25,26 30,68 33,10 35, палительные Индометацин 28,92 40,11 47,25 50,13 52, препараты Ферментные Лидаза 0,04 0,09 0,27 0,15 0, препараты Артепарон 2,41 4,75 6,50 7,76 8, 3 а б 300 мкм 3 мкм Рис. 6 Структура искусственного хряща на основе СВМПЭ: 1 – сферолитные образования, 2 – микропоры, 3 – фибриллы 25 2, град.

15 Рис. 7 Рентгенограммы исходного образца СВМПЭ (1) и образца с микропористым слоем искусственного хряща (2) Разработана технология заполнения микропор путем предварительной обработки микропористого слоя низкотемпературной плазмой высокочастотного разряда.

На рис. 8 видно, что после такой обработки произошло абсолютное заполнение микропор красителем (бриллиантовым зеленым).

1000 мкм а б в Рис. 8 Поперечные срезы образцов из СВМПЭ, снабженных слоем искусственного хряща толщиной 1000 мкм: а – исходный образец, б – он же после нанесения на поверхность бриллиантового зеленого, в – образец был предварительно обработан низкотемпературной плазмой ВЧ-разряда, а затем на его поверхность нанесен краситель На рис. 9 показана головка 3, выполненная по ТУ РБ 500576133.001-2001 «Эндопротезы тазобедренного сустава однополюсные металлополимерные», входящая в комплект эндопротезов тазобедренного сустава, который создан в г.

Гродно при финансовой поддержке со стороны губернатора В.В.

Дубко. Выпущена опытная партия таких эндопротезов (рис. 10) и получено разрешение Минздрава (№ 7.56474 от 30.10.2001 г.) на проведение с 2002 г. клинических испытаний эндопротезов тазобедренного сустава.

Рис. 9 Головка эндопротеза с искусственным хрящом 3. 1 – сфера из СВМПЭ, снабженная микропористым слоем;

2 – металлический стакан Рис. 10 Партия однополюсных эндопротезов тазобедренного сустава, изготовленная на ОАО «Белкард»

Такие эндопротезы хирурги Гродненского центра ортопедии имплантировали нескольким десяткам пациентов. По результатам этой работы под руководством С.И. Болтрукевича в 2004 г. защищена кандидатская диссертация (специальность 14.00.22 – травматология и ортопедия). Согласно нормам ВОЗ продолжительность клинических испытаний эндопротезов составляет не менее 6 лет. В настоящее время ОАО «Белкард»

приступило к изготовлению следующей партии изделий, в которой будут учтены ошибки, допущенные на первом этапе работы.

В заключение необходимо отметить следующее.

Известный российский врач А.С. Залманов так охарактеризовал проблему, которая сейчас решается с помощью эндопротезов суставов: «Нет более грустной истории, чем учение об артритах и ревматических заболеваниях. Это – повесть о полном бессилии медицинской мысли, о полной слепоте человеческого разума».

Это было сказано в 1920 г., когда разные области науки развивались изолированно и совместная работа медиков с физиками, химиками, а тем более – материаловедами, трибологами, инженерами была редким исключением. В создание эндопротеза, о котором идет речь, вложили свой опыт, интуицию и интеллект представители разных научных специальностей, в том числе, владеющие высокими технологиями специалисты ОАО «Белкарда». На наш взгляд, это – хороший пример современного подхода к задаче, алгоритм достоверного решения которой еще не существует.

Литература 1. Pinchuk L.S., Nikolaev V.I., Tsvetkova E.A., Goldade V.A.

Tribology and Biophysics of Artificial Joints. –London: Elsevier, 2006. –350 p.

2. Kestelman V., Pinchuk L., Goldade V. Electrets in Engineering:

Fundamentals and Applications. –Boston: Cluwer Academic Publishers, 200. –281 p.

3. Патент РФ 2268685. Головка эндопротеза тазобедренного сустава / Пинчук Л.С., Струк В.А., Овчинников Е.В., Карев Д.Б., Болтрукевич С.И. и др. МПК А 61 F 2/32. Опубл. 2006 г.

УДК 621.7:621. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОЧНЫХ ПОКОВОК ОРТОПЕДИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ В.М. Анищик, И.К. Данильчик, В.Г. Кантин, С.А.

Ковалевский, В.С. Довгун ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси», Лаборатория точной штамповки, г. Минск Рассмотрены технологические аспекты изготовления точных поковок для эндопротезов. Показана перспектива в использовании технологии горячего выдавливания из титановых, кобальто-хромо-молибденовых сплавов и коррозионностойких сплавов.

Введение. Из всего многообразия изделий медицинского назначения ортопедические имплантаты относятся к наиболее высокотехнологичным, наукоемким и дорогостоящим. Но производить их в полном соответствии со всеми жесткими требованиями международных стандартов могут только несколько государств мира. Между тем, потребность в этой продукции неуклонно растет. Например, потребность в эндопротезах тазобедренного сустава (ЭТС) в настоящее время составляет в среднем 1 комплект на 1 000 человек населения в год. Для Беларуси ежегодно необходимо до 8 000-10 000 ЭТС.

Емкость мирового рынка эндопротезов составляет многие миллиарды долларов США.

За последнее десятилетие в Беларуси в результате творческого содружества науки, медицины и производства под патронатом ГКНТ фактически создано высокотехнологичное производство ортопедических имплантатов, позволившее в значительной мере отказаться от дорогостоящего импорта, что дало значительный реальный экономический и социальный эффект. За указанный период в ЗАО «Алтимед» произведено готовой продукции (в основном, эндопротезов тазобедренного сустава) на 12 млрд. рублей (фактический объем импортозамещения при этом составляет около 20 млрд. рублей), в бюджет поступило около 1,7 млрд. руб. налогов, создано рабочих мест.

В 1999-2007 г.г. изготовлено для здравоохранения Беларуси 8596 ЭТС, а также значительное количество пластин для остеосинтеза систем DHC и DCS. Прямая экономия за счет разницы в цене импортной и отечественной продукции достигла около 10 млн. $, в то время как бюджетные затраты на три инновационных проекта составили всего 783,5млн. руб. Таким образом, только по этой статье на 1 $ вложений получено 27 $ экономии бюджетных средств - то есть затраты окупились сразу и на много лет вперед.

В настоящее время ЗАО «Алтимед» получило европейский сертификат соответствия, позволяющий поставлять ЭТС не только на внутренний рынок, но и на экспорт. Уже в 2008г.

ожидается увеличение заказа Минздрава РБ в 2 раза по сравнению с 2007г. (до 5 000 комплект), что даст экономию за год 3,125 млн. евро. В 2008-2009г.г. производство эндопротезов может составить 6 000-10 000 шт. в год, часть этого количества (до 3000 комплектов) будет поставляться за рубеж, что обеспечит валютные поступления не менее 5 млн. евро в год. С учетом дальнейшего увеличения объемов производства для Беларуси и выполнения экспортных заказов потребуется в ближайшее время изготовление до 15-20 тыс. комплектов ЭТС в год. Это даст не только многомиллионный доход в валюте, но и обеспечит большой социальный эффект от повышения уровня здравоохранения и создания новых рабочих мест.

Результаты и обсуждение. Технология производства деталей эндопротезов и др. имплантатов может быть обоснована, если исходным материалом служат точные заготовки, полученные методами литья или пластического деформирования. Поэтому достигнутых результатов в изготовлении ЭТС и др. имплантатов не было бы при нерешенности проблемы с заготовками полуфабрикатами.

Перед Физико-техническим институтом НАН Беларуси была поставлена задача разработки технологических процессов и организации производства указанных полуфабрикатов методами точной штамповки и горячего выдавливания. В настоящее время на технологической базе института изготавливаются поковки деталей ЭТС и пластин для остеосинтеза 60 типоразмеров для изделий (таблица). При желании заказчика для каждого типоразмера изделия можно изготовить индивидуальную поковку.

Материалом для формообразования полуфабрикатов служат:

- титановые сплавы по ГОСТ19807: ВТ6, ВТ1-00, ВТ1- или их аналоги по ISO;

- кобальт-хром-молибденовые сплавы группы Vitallium по ISO5832/12;

- нержавеющая сталь медицинского назначения 316LWM по ISO5832-1.

Таблица Номенклатура точных поковок – полуфабрикатов имплантатов №№ Вид поковки Количество п/п типоразмеров Материал поко- готовых вок изделий из поковок Ti сплав Ножка ЭТС ВТ ГОСТ19807 1* 3 12 91;

Ti6Al4V ISO-РТ Ti сплав Кольцо чашки ВТ1, ВТ1- 2* ГОСТ19807 3 Ti сплав Чашка «пресс-фит»

ВТ1, ВТ1- ГОСТ19807 11 28мм – Головка Co-Cr-Mo 32мм –2 сплав 4 группы Vitallium ISO5832/ Корпус головки Co-Cr-Mo сплав группы 8 Vitallium ISO5832/ Нержавею Пластина DHC щая сталь 24 24 316LWM ISO5832-1;

Ti сплав:

ВТ ГОСТ19807 91;

Ti6Al4V ISO-РТ Продолжение таблицы Нержавеюща Пластина DCS я сталь 7 316LWM 6 ISO5832-1;

Ti сплав:

ВТ ГОСТ19807 91;

Ti6Al4V ISO-РТ *Примечание: Поковки поз. поз.1, 2 групповые На рис. 1 показаны полуфабрикаты трех типоразмеров и соответствующие им заготовки из круглого проката сплава ВТ (Ti6Al4V). Поковки являются групповыми – из каждой изготавливают ножки четырех типоразмеров. В дальнейшем в связи с удорожанием металла, скорее всего, придется повышать точность поковок и делать их для каждого типоразмера ножки индивидуально.

Технология заключается в нагреве заготовок до температуры 950-1 000 0С, высадке на прессе КБ9534 (250 т.с.), штамповке в два перехода на прессе К8538 (630тс) и обрезке облоя.

Поковки колец чашек ЭТС (рис. 2) предназначены для резьбовых колец чашек, устанавливаемых в тазовую кость. Для их изготовления используют сплавы ВТ1-0 или ВТ1-00. Данные поковки групповые – каждая предназначена для четырех типоразмеров колец, хотя можно делать и индивидуально.

Рис. 1 Поковки ножек ЭТС и соответствующие им заготовки Технология состоит в нагреве заготовок до 850-900 0С, подсадке плоскими бойками на прессе К9534 и выдавливании на этом же прессе. Сплавы ВТ1-0 и ВТ1-00 относятся к высокопластичным, однако в устройстве для выдавливания предусмотрен узел противодавления, позволяющий получить качественное заполнение кольцевого торца поковки и обеспечивающий съем ее с пуансона.

Рис. 2 Поковки колец чашек ЭТС и соответствующие им заготовки Поковки головок и корпусов головок ЭТС (рис. 3) изготавливают из высокопрочного кобальт-хром-молибденового сплава группы Vitallium, который по своим параметрам относится к литейным и малопластичным. Пластическое деформирование поковок возможно в строго выдерживаемом температурном интервале с наложением схемы всестороннего неравномерного сжатия. Такая технология разработана в ГНУ «ФТИ НАН Б». Выдавливание поковок производится из заготовок 22, 30 мм после нагрева ТВЧ на кривошипном прессе КБ9534А в штампе с устройством противодавления.

Нагрев выполняется до температуры 1 100-1 150 0С, величина противодавления составляет 20…60 кг/мм2 на кольцевых торцах поковок и обеспечивается набором полиуретановых или резиновых элементов.

В таблице (поз. 4) показаны 2 вида поковок чашек пресс фит 11 типоразмеров. Основным типом, адаптированным к производству ЗАО «Алтимед», является поковка «Б», имеющая технологический напуск в виде цилиндрического отростка.

Последний служит для крепления поковки в патроне обрабатывающего центра и в конце обработки удаляется.

Рис. 3 Поковки головок ЭТС и исходные заготовки Поковки чашек «пресс-фит» (рис. 4) выдавливают из цилиндрических заготовок 2835 мм, изготовленных разрезкой прутков титановых сплавов ВТ1-0 или ВТ1-00, после нагрева ТВЧ до температуры 850-900 0С.

Формообразование выполняется в штампе, аналогичном штампу для горячего выдавливания головок, но величина противодавления при этом на порядок меньше создаваемого при деформации Co-Cr-Mo сплава.

Общее количество типоразмеров этих пластин для остеосинтеза DHC и DCS 30 ед. (таблица, поз.6, 7). Для изготовления используют коррозион-ностойкую сталь медицинского назначения 316LWM производства компании Sandvik Bioline. Особенностью этого материала помимо очень высокой чистоты по включениям является весьма низкое содержание углерода – не более 0,025 %.

Рис. 4 Поковки чашек «пресс-фит» ЭТС и исходные заготовки Штамповка поковок всех типоразмеров (рис. 5) выполняли в одном штампе со сменными рабочими элементами на кривошипном прессе К8538 (630тс) после нагрева заготовок ТВЧ до температуры 800-900 0С.

Рис. 5 Поковки пластин для остеосинтеза систем DCS и DHC Выбор пресса предопределен не потребным усилием деформации (порядка 100 т.с. max), а габаритами поковок (до 320 мм длиной) и требованиями к жесткости станины для обеспечения стабильности толщины полотна пластины.

Заготовки под штамповку имеют специальный профиль, который формируют путем токарной обработки или высадкой в качестве первого перехода формообразования. В настоящее время пока применяются точеные заготовки, поставляемые заказчиком поковок (ЗАО «Алтимед»).

Выводы.

1. Многообразие конструкций деталей эндопротезов тазобедренного сустава и др. имплантатов, а также разнообразие применяемых материалов требуют индивидуального подхода в технологических решениях и разработке специальной оснастки. Этот фактор дополнительно обострится вследствие планируемых разработки и освоения производства эндопротезов коленного, плечевого и локтевого суставов.

2. Мелкосерийность и, зачастую, штучность заказов отдельных партий поковок – полуфабрикатов вызывает с учетом обширности номенклатуры изделий организационные трудности. Поэтому продукция рассматриваемого вида должна производиться на специализированном участке с жестким технологическим контролем.

3. Действующий в ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси» участок по производству точных поковок имплантатов необходимо оснастить технологическим оборудованием с учетом перспективы расширения производства.

УДК 621.7:621. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ОДНОПОЛЮСНОГО ЭНДОПРОТЕЗА ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА С.И. Болтрукевич, Д.Б. Карев УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно Рассмотрены некоторые конструктивные особенности усовершенствованного тазобедренного сустава «Нёман».

Показана целесообразность формирования на поверхностях трения полимерной головки ИСВМПЭ нанорельефа, имитирующего хрящ, и электретного заряда, способствующего циркуляции синовиальной жидкости.

Введение. Эффективное лечение травм проксимального отдела бедренной кости остается одной из актуальных и не решенных вполной мере современной травматологией и ортопедией. Количество пациентов с данной патологией неуклонно возрастает. При этом медиальные переломы в 78 % случаев встречаются у лиц пожилого и старческого возраста.

По статистическим данным США число пациентов с данной патологией к середине текущего столетия увеличатся в трехкратном размере. При этом экономические затраты на их реабилитацию превышают 7 млрд. долларов. Эффективность хирургического лечения у лиц с обсуждаемой патологией является общепризнанным фактом. Органосохраняющие оперативные вмешательства (особенно при субкапитальных переломах типа Гарден 3-4) в 83,3 % приводят к неудовлетворительным результатам: несращению, развитию аваскулярного некроза головки бедра, образованию ложных суставов шейки бедренной кости, что в свою очередь препятствует восстановлению функции поврежденной конечности, инвалидизации перенесшего травму;

летальность при этом достигает 15-20 %.

Эндопротезирование тазобедренного сустава является оптимальным способом хирургической коррекции указанной патологии. У лиц пожилого и старческого возраста при наличии тяжелых общесоматических заболеваний травматичны оперативные вмешательства чреваты рядом тяжелых осложнений: развитием легочно-сердечной недостаточности, застойной пневмонии, тромбоэмболии легочной артерии, инфаркта миокарда и т. д.

Поэтому, на наш взгляд, альтернативой наиболее оптимальному тотальному эндопротезированию тазобедренного сустава является по сей день однополюсное.

Результаты и обсуждение. Опыт применения в клинической практике эндопротезов тазобедренного сустава «Нёман» свидетельствует о возможности развития осложнений, таких как хондролиз, изнашивание хряща и развития протрузии в вертлужной впадине, а также асептической нестабильности ножки протеза.

Всё вышеизложенное послужило основанием к разработке эндопротеза головки бедренной кости с некоторыми конструктивными изменениями.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.