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针对医疗器械零部件的车削改进技术
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全球范围对精密医疗零部件的需求在不断增长中,特别是对整形外科及牙科植入物的需求。人口老龄化对此产生了一定的影响;人类寿命越长,对医疗零部件的需求就越多。

随之而来的是在这个高端领域中的竞争。参与这个行业的供应商不仅仅需要能够完成对难加工材料的高效、高精度加工,还需要有能力提供新产品的创新原型,适应快速的产品变化,并进行小批量生产。加工如此昂贵的难加工材料,且交货期很短,迫使供应商必须大大减少其犯错率。

要在这个专业领域保持竞争力和收益率,必须一步到位。瑞士有一家牙科零部件制造商在制造小零件时,刀片常因崩刃或切削刃破损而过早失效,而且也不能有效地预计失效时间。切削刃的平均寿命是加工90件零件,但刀片切削刃加工零件数相差太大,以至于这个“平均寿命”在实际生产中变得毫无意义了。所以,在执行此工序时,需要操作员时刻关注是否崩刃。

好在我们现在获知了一个好消息:为医疗产品的快速优质加工专门设计研发的刀具,已经问世了。这个方案就是伊斯卡PVD涂层的五角霸王刀片(PENTACUT)。

其刀片通过螺钉夹紧至刀杆,高刚性夹持,令每切削刃加工工件数为原刀具的2倍多,达到了250件,且被加工表面光洁度更高。刀片切削刃的失效过程平缓,而且是可预见的正常切削刃磨损,如出现被加工表面质量下降,也可立即判断。这就意味着在执行此工序时,可实现无人值守。

改善的关键,来自于刀片的高刚性夹持使得刀片高度定位。选择合适的刀具,甚至直接替换原有刀具,就能使加工效率或切削刃寿命翻倍,切屑控制更佳,消除加工薄壁件或难切槽零件时的变形问题。

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3个共性

在医疗零部件的加工中,金属材料会被去除一大半,这也是进行医疗部件车削中常常被忽略的方面。尽管零部件可能很小,金属去除率却相对较多。无论是在小型的瑞士自动车床上还是在小的车削加工中心上,医疗器械零部件的车削常常意味着从实心棒料加工出各种阶梯轴类零件。所加工零部件的重量远小于毛坯。

医疗器械零部件车削的另一共同点,就在于被加工材料往往难以加工。主要为高粘性的不锈钢、镍基合金、长切屑钛合金、高温合金、淬硬钢等。因为在选择医疗零部件材料时,往往需要优先考虑的是生物相容性、耐蚀性、高强度,而不是材料的机械加工性能。

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工件的几何形状也提高了加工的挑战性。加工薄壁管件,特别是在加工一些非典型的铝质医疗器械零部件时,如果切削刃不够锋利,零件变形的倾向就非常大。许多的工件是非对称的,复杂的曲线不利于牢固装夹。这就需求切削力尽量小,保证切削时避免工件变形。特别是一些收缩比较大的工件材料,需要调整转速以获得合适的切削速度。

小规格刀具怎么办?

幸运的是,应用于难加工材料的优质刀具,拓展了小规格标准品,以满足医疗器械零部件的批量生产需求。先进的涂层降低了摩擦、切削热以及微观应力,而这些都可能导致切削刃的突然失效。改进的合金牌号在切削难加工材料时更加可靠,甚至能进行断续切削。更高强度的断屑槽以及贯穿刀体的冷却液通道提升了切屑控制及排屑性能,减少了深孔加工时切屑破坏已加工表面的现象。更可靠的夹持系统使得刀片保持于定位槽,消除了因刀片在定位槽窜动带来的微振动。

伊斯卡的束魔涂层后处理技术(SUMO TEC),使得刀片涂层表面更光滑,并因此抑制了对刀片寿命产生负面影响的三个关键要素:摩擦、切削热、集中应力。当时,此技术仅应用在有限的铣刀片及车刀片上。

现场经验表明,在充分对比了生产能力及切削刃寿命后,束魔技术可使生产率平均提高35%。从那时起,伊斯卡将束魔技术逐步应用到范围更宽的刀片,也包括加工植入物及假体的小刀具。

而在进行细长件的螺纹加工(比如医用钛合金骨螺钉)时,采用命名为“Whirling”的多切削刃螺纹加工刀具,可在工件不变形的情况下完成加工任务。多切削刃螺纹加工刀具,对称分布,切削力更均衡,而采用单切削刃刀具无法做到。

铣削“竞技场”

在内孔车削中,切屑控制及排屑是长期存在的问题,特别是加工粘性,长切屑材料时。带内冷却通孔的伊斯卡MINCUT全系列切槽刀,缓和了上述问题。刀杆上的高刚性夹持系统延长了切削刃寿命,提高了加工过程的安全性。

内孔最小加工直径为8mm,在切槽、清根,以及超深内孔的螺纹加工、开槽加工中的稳定性都已经过实践证明。MINCUT用于端面切槽的最大切削深度为5.5mm。

类似的改善也体现在植入物的铣削“竞技场”。最近,在加工一种带钴、铬材料的人造膝关节时,伊斯卡特殊带八个切削刃的铣刀,使加工周期缩短了40%以上。

小结:

显而易见,医疗器械零部件加工业具有可预见的增长前景。与其他高端制造业类似,此领域将保持高需求量,竞争也将日趋激烈。先进的刀具,现在更多地应用于小规格零件的加工,可使得生产率及盈利能力大有不同;通过简单的替换就可实现

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