Improving the performance characteristics of human hip-joint implants by increasing the quality of processing and geometric accuracy of their spherical surfaces

Abstract

In view of the fact that the endo-prosthesis heads of human hip-joint are operated in extreme conditions, in respect of load, the selection of corresponding material and also increase of precision and quality of machining of spherical surfaces is rather topical task. In the submitted work are reviewed the problems connected with definition of the influence degree of orientation of the sapphire crystal on its workability during diamond grinding with a butt of the ring and elaboration of the perspective, original scheme of formation of the incomplete spherical surface, particularly, of the sapphire head of endo-prosthesis of the human hip-joint.

У зв'язку з тим, що головки ендопротезів тазостегнового суглоба людини експлуатуються в екстремальних умовах по навантаженню, вибір відповідного матеріалу, а також підвищення точності і якості обробки сферичних поверхонь є досить актуальним завданням. У поданій роботі розглянуто питання, пов'язані з визначенням ступеня впливу орієнтації кристала сапфіра на його оброблюваність при алмазному шліфуванні торцем кола і розробкою перспективної, оригінальної схеми формування неповної сферичної поверхні, зокрема, сапфіровою головки ендопротеза кульшового суглоба людини. В результаті дослідження впливу кристалографічної орієнтації монокристала сапфіра на інтенсивність знімання оброблюваного матеріалу, а також стану подповерхностного шару при доведенні поверхонь методом низькотемпературного плоского шліфування (НПШ) встановлено, що обрабативаемость монокристалла сапфіра значно залежить від крісталографічної орієнтації. Відносні величини знімання матеріалу при зразках з різними кристалографічними орієнтаціями (1010) знаходяться в межах q0001/q1010 = 0.25 ... 0.5, і q1012/q1010 = 0.75 ... 1. При інших рівних умовах процесу НПШ вища якість шліфованої поверхні досягається для кристалографічної орієнтації (1010). Різниця з двома іншими орієнтаціями кристаллографической площині знаходиться в межах 1...1.5 класу шорсткості. Вивченням морфології обробленої поверхні доведена можливість різання матеріалу сапфіра пластичним деформуванням шару, що знімається без утворення тріщин при низькій швидкості різання. При таких умовах механічної обробки була виявлена найменша глибина пошкодженого подповерхностного шару. Запропоновано нові кінематичні схеми обробки неповних сферичних поверхонь забезпечують більш високу геометричну точність деталей з різних матеріалів, зокрема сферичних головок ендопротеза кульшового суглоба людини.