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【兆恒機(jī)械】機(jī)床在醫(yī)療器械行業(yè)的解決方案

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  • 添加日期:2021年12月22日

醫(yī)療器械行業(yè)呈動(dòng)態(tài)增長趨勢(shì),醫(yī)療器械制造商們也在持續(xù)尋覓更佳的車削中心及刀具以提升其競(jìng)爭優(yōu)勢(shì),這也成為刀具業(yè)增長的一大重要的渠道。伊斯卡正是看到了這個(gè)巨大的發(fā)展前景,投入了大量的人力和物力,來研發(fā)醫(yī)療器械加工專用刀具。伊斯卡在總部成立了專門的醫(yī)療器械研發(fā)部門,有7名專業(yè)的工程師從事方案的設(shè)計(jì),他們有著豐富的經(jīng)驗(yàn),從事醫(yī)療器械加工刀具的研究都超過了12年。目前,用于醫(yī)療器械行業(yè)的刀具在伊斯卡刀具產(chǎn)品中的比重約為6%~7%,預(yù)計(jì)在今后2~3年,這個(gè)比重將會(huì)上升到10%~12%。

難加工的鈦合金材料

90%的醫(yī)療器械植入部件由Ti6Al4V鈦合金制成,源于輕質(zhì)、高強(qiáng)度及高的生物相容性,鈦合金6AL-4V成為醫(yī)用植入器械的最常用的材料。鈦合金6AL-4V通常用于髖關(guān)節(jié)、骨螺釘、膝關(guān)節(jié)、接骨板、種植牙、脊椎連接元件的制作。

鈦合金具有加工硬化的特性。加工過程剪切角大,產(chǎn)生的切屑薄,并在刀具上形成相對(duì)小的接觸區(qū)域。另外,加工過程中高的切削力,結(jié)合切屑流動(dòng)時(shí)的摩擦力,將綜合導(dǎo)致刀具局部切削熱過高。而鈦合金熱傳導(dǎo)性差,令切削熱不能很快地傳導(dǎo)出去。于是,大量的切削熱集中于切削刃及刀具表面。高的切削力,切削熱會(huì)綜合引起月牙洼的產(chǎn)生,并引起刀具的快速失效。

相對(duì)低的彈性模量,使得鈦合金相對(duì)于鋼彈性更佳。因此,應(yīng)避免切削力過大,以保障工件的反彈小。薄壁件在刀具壓力下有變形的趨勢(shì),引起震顫、摩擦甚至公差問題。解決問題的關(guān)鍵是保證整個(gè)系統(tǒng)的剛性,采用鋒利切削刃、正確的幾何形體的刀具是非常必要的。另外,鈦合金具有在高溫下與切削刀具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合金化的趨勢(shì),其切屑有焊接到刀具表面的趨勢(shì)。

可靠緊湊的夾具

醫(yī)療器械加工設(shè)備需要能加工由難加工材料(如鈦合金或不銹鋼)制成的、精度要求高的小而復(fù)雜的零件,像加工骨頭及關(guān)節(jié)的替代件就相當(dāng)復(fù)雜。由于被加工材料的切削性能差,毛坯通常為棒料——這意味著大量金屬需要被去除。因此,一部分零件被鑄造成接近成品的形狀,但這也增加了麻煩——需要制造復(fù)雜而昂貴的夾具。增加加工復(fù)雜性的另一因素是公差范圍窄。

醫(yī)療器械零部件工件材料、加工精度、表面光潔度等要求高,這就要求加工系統(tǒng)可靠性高。從而,也就對(duì)機(jī)床、夾具、刀具、CAM軟件等提出了極高的要求。工件通常在瑞士自動(dòng)車床、多主軸機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等先進(jìn)的醫(yī)療器械加工設(shè)備上加工。這些機(jī)床的特點(diǎn)大都是尺寸非常小、結(jié)構(gòu)非常緊湊。

醫(yī)療器械零部件加工的特點(diǎn)及其要求,無疑推動(dòng)了加工技術(shù)以及解決方案的發(fā)展,以提高中小企業(yè)加工醫(yī)用器械的競(jìng)爭力及生產(chǎn)效率。

穩(wěn)定高效的刀具

一般來說,醫(yī)療器械行業(yè)與其他機(jī)械加工行業(yè)有三點(diǎn)不同:

第一,對(duì)機(jī)床的要求比較高,像瑞士自動(dòng)車床、多主軸機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等先進(jìn)的醫(yī)療器械加工設(shè)備,與通??吹牡募庸ぶ行募败嚧餐耆煌麄兊某叽绶浅P?、結(jié)構(gòu)非常緊湊。順應(yīng)這樣的要求,刀具的結(jié)構(gòu)也需要有特殊的設(shè)計(jì),要求刀具的尺寸也要很小,同時(shí)還要保證刀具的剛性。像伊斯卡SWISSCUT系列專門針對(duì)凸輪式機(jī)床,減少了加工區(qū)域狹小易產(chǎn)生干涉的問題,可以很方便地從刀桿的兩側(cè)更換刀片,高精度的刀片和牢固的刀座設(shè)計(jì)保證了高的重復(fù)定位精度。MINCUT是伊斯卡最新研發(fā)的刀具,既可用于車削,也可用于銑削,小規(guī)格刀具卻具有高剛性,可應(yīng)用于多主軸機(jī)床或者是加工中心上。

第二點(diǎn)是,對(duì)加工效率要求高,對(duì)于醫(yī)療器械而言,最看重的就是加工效率,也就是加工節(jié)拍,要求在最短的時(shí)間內(nèi),能夠更換刀片。伊斯卡的MULTI-MASTER變形金剛可換刀頭系列,只需要幾秒鐘就可換上不同的銑刀頭??鞊Q刀頭的理念,對(duì)加工節(jié)拍具有很好的保證。此外,要求刀具的壽命要盡可能的穩(wěn)定、盡可能的長。應(yīng)盡可能采用高品質(zhì)的刀具,兼具涂層、刃口、斷屑槽型、刀具結(jié)構(gòu)形式的整體配合的。這樣,才能保證機(jī)床24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),才能以非常高的生產(chǎn)效率與市場(chǎng)上其他的競(jìng)爭對(duì)手進(jìn)行競(jìng)爭,從而取得競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。

第三,從工件本身來說,與其他機(jī)械零部件有著很大的區(qū)別。植入人體的醫(yī)療器械首先要求表面光潔度非常好,精度非常高,不能有任何偏差,這就需要刀具從刀片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)到刀片涂層的設(shè)計(jì)都要滿足很高的加工要求。此外,還包括刀片的重復(fù)定位精度,在保證效率提高的同時(shí)不能忽視高質(zhì)量的要求。

完整的解決方案

伊斯卡深入分析了醫(yī)學(xué)器械工業(yè)植入物的特點(diǎn),以提高這些非常關(guān)鍵的元件的加工性。因此,伊斯卡也設(shè)計(jì)制作特制刀具、刀片以及卷屑槽以加工鈦合金Ti6Al4V并獲取此特別領(lǐng)域所需的高精度的公差值。為配合此類零件制造商采用他們已有的生產(chǎn)設(shè)備,伊斯卡也提供特制刀具以滿足不同應(yīng)用。

伊斯卡研制的帶鋒利切削刃的整體硬質(zhì)合金立銑刀可用于凹型零件的加工并免除毛刺。這些立銑刀能在半精加工及精加工中,實(shí)現(xiàn)最大0.01mm余量的拋光銑。我們也研發(fā)同時(shí)應(yīng)用于加工鈦合金及不銹鋼的刀具——基于超細(xì)晶粒基體進(jìn)行PVD涂層,實(shí)現(xiàn)了高切削速度+高進(jìn)給的高速加工。銑刀直徑小,編程中可采用偏斜加工策略,其優(yōu)點(diǎn)是可獲得刀具外徑上的切削速度,排屑流暢,切削區(qū)域接觸面積下,切削熱更低。

伊斯卡的研發(fā)部門發(fā)現(xiàn),車削應(yīng)用在醫(yī)學(xué)器械工業(yè)中,刀片牌號(hào)抑或卷屑槽都需要改進(jìn)。為滿足用戶需求,伊斯卡研制了高品質(zhì)的磨制刀片,諸如VCET、DCET、CCET等,刀片槽型為WF。伊斯卡的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)保障了此類改進(jìn)刀片帶有拋光的卷屑槽,以實(shí)現(xiàn)半精加工及精加工的出色表面質(zhì)量。在某些特殊應(yīng)用中,伊斯卡可提供帶MD卷屑槽的VCGT刀片,以獲取高表面質(zhì)量。伊斯卡的JET-CUT系列切斷刀,刀片寬度3mm和4mm,加工表面質(zhì)量高,刀具壽命長。源于伊斯卡的信念——升級(jí)無極限,伊斯卡已研制出基于TANG-GRIP系列的HP高壓冷卻系統(tǒng)刀具。

采用經(jīng)過實(shí)踐證明過的工藝及刀具和驗(yàn)證過的切削參數(shù)可以更及時(shí)地面對(duì)市場(chǎng)推出的醫(yī)療器械零部件零部件加工?;诙嗄暝卺t(yī)療器械行業(yè)的經(jīng)驗(yàn),伊斯卡還推出了醫(yī)療器械行業(yè)的刀具套盒,配合DMG機(jī)床,共同為客戶提供交鑰匙工程。