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器械零部件加工的特點和難點
發布時間:2019-09-18    點擊次數:次   
 難加工的材料、複雜的工件形狀以及頻繁的小批量生產對用於加工專業器械的刀具提出了很高的要求 在新的世界經濟一體化浪潮中,全球製造業加速向中國地區轉移已是大勢所趨,中國也將逐步發展成為的製造業基地。
  “全球通用機械、汽車、航空航天、能源、、軌道交通、模具機床等行業都離不開刀具裝備。”從今後發展趨勢來看,全球刀具市場未來5年預計年增長3%~5%,按這樣的增長速度,我們仍然穩居世界把交椅。從國內刀具的供應來看,國產刀具占據主流地位,達65%。
  器械行業呈動態增長趨勢,器械製造商們也在持續尋覓更佳的車削中心及刀具以提升其競爭優勢,這也成為刀具業增長的一大重要的渠道。
  一、器械行業對專業的精密刀具提出了新要求
  難加工的材料、複雜的工件形狀以及頻繁的小批量生產對用於加工專業器械的刀具提出了很高的要求。如移植產品和假肢,在成功的外科手術中起著十分重要的作用,可幫助外科醫生實現佳的效果。加工器械的刀具在很大程度上決定著器械的質量。
  刀具在器械製造中的用途是多樣廣泛的,可以加工大型設備(如電腦X線斷層攝影機)外殼類較簡單的工件,而對於移植產品或用於修複顱蓋骨或骨折的工件生產則更富有挑戰性。
  .精密——基本的要求
  微米範圍內的公差在行業很常見,選擇正確的刀具需要敏銳的洞察力和豐富的經驗。一方麵,即使鑽削小孔也需要使用潤滑劑減小摩擦,可靠地散熱和處理刀刃處的細鐵屑;另一方麵,在生產器械時(無毛刺)時需要使用鋒利且運轉平穩的切削刀具以獲得高質量的表麵。常用切削工具是高速鋼鑽頭或整體硬質合金鑽頭。
  例如,德國集團的-蒂泰克斯(Walter Titex)鑽頭針對如鈦、不鏽鋼、貴金屬甚至複合材料等難加工材料進行加工,該係列產品加工中心孔的標準尺寸為0.05~46mm,內冷式鑽頭的直徑可達0.75mm。
  2.銑削和鑽孔——牙齒修複
  作為一項標準,集團的-普瑞特(Walter Prototyp)產品Protostar係列整體硬質合金刀具的直徑範圍為0.3~20mm。普瑞特生產工廠位於德國,是行業的知名供應商。其絲錐和螺紋銑刀主要用於加工鈦合金,比如接骨螺釘或髖關節,直徑為.6mm的螺紋銑刀也可用於生產牙齒修複產品。
  3.定製複合刀具方案節省時間和金錢
  與從事其他行業的公司一樣,從事行業的公司也麵臨著日益增長的成本壓力。一個公司要想立足於競爭激烈的化大舞台,就必須以低成本生產出高質量的產品。對於移植產品(一般由高合金鋼、鈦或鈦合金製成)而言,特殊的材料以及複雜的工件幾何形狀對產品的性提出了很大的挑戰。
  針對某些加工,以前可能需要三把標準刀具,但現在隻需要一把複合刀具,以一道工序代替以往的三道工序,從而節省了時間和成本。
  比如,加工500個工件,每一工件節約2分鍾,就可以節約50小時的機器工時。這種複合刀具方案的缺點是並不在通用刀具樣本中體現。而公司提出的“CATexpress”定製非標刀具的服務,則與常規的非標服務不同,其交貨期可從以往的6-8周減少到4天。該服務以一個特殊的軟件程序為基礎,當用戶連接到英特網並輸入了所有信息(如應用信息或機床類型)後,係統便會輸出一個包含需要參數的訂單記錄。公司在收到訂單之後,可以在短的時間內開始生產所需的非標刀具。
  二、器械產品加工難點分析
  .難加工的鈦合金材料
  90%的器械植入部件由Ti6Al-4V鈦合金製成,源於輕質、高強度及高的生物相容性,鈦合金6AL-4V成為醫用植入器械的常用的材料。鈦合金6AL-4V通常用於髖關節、骨螺釘、膝關節、接骨板、種植牙、脊椎連接元件的製作。鈦合金具有加工硬化的特性。加工過程剪切角大,產生的切屑薄,並在刀具上形成相對小的接觸區域。另外,加工過程中高的切削力,結合切屑流動時的摩擦力,將綜合導致刀具局部切削熱過高。而鈦合金熱傳導性差,令切削熱不能很快地傳導出去。於是,大量的切削熱集中於切削刃及刀具表麵。高的切削力,切削熱會綜合引起月牙窪的產生,並引起刀具的快速失效。
  相對低的彈性模量,使得鈦合金相對於鋼彈性更佳。因此,應避免切削力過大,以保障工件的反彈小。薄壁件在刀具壓力下有變形的趨勢,引起震顫、摩擦甚至公差問題。解決問題的關鍵是保證整個係統的剛性,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生化學反應合金化的趨勢,其切屑有焊接到刀具表麵的趨勢。
  2.可靠緊湊的機床夾具
  器械加工設備需要能加工由難加工材料(如鈦合金或不鏽鋼)製成的、精度要求高的小而複雜的零件,像加工骨頭及關節的替代件就相當複雜。由於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——需要製造複雜而昂貴的夾具。增加加工複雜性的另一因素是公差範圍窄。
  器械零部件工件材料、加工精度、表麵光潔度等要求高,這就要求加工係統可靠性高。從而,也就對機床、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車床、多主軸機床和回轉工作台等的器械加工設備上加工。這些機床的特點大都是尺寸非常小、結構非常緊湊。
  器械零部件加工的特點及其要求,無疑推動了加工技術以及解決方案的發展,以提高中小企業加工醫用器械的競爭力及生產效率。
  3.穩定的刀具
  一般來說,器械行業與其他機械加工行業有三點不同:
  ,對機床的要求比較高。像瑞士自動車床、多主軸機床和回轉工作台等的器械加工設備,與通常看的的加工中心及車床完全不同,他們的尺寸非常小、結構非常緊湊。順應這樣的要求,刀具的結構也需要有特殊的設計,要求刀具的尺寸也要很小,同時還要保證刀具的剛性。像伊斯卡SWISSCUT係列專門針對凸輪式機床,減少了加工區域狹小易產生幹涉的問題,可以很方便地從刀杆的兩側更換刀片,的刀片和牢固的刀座設計保證了高的重複定位精度。MINCUT是伊斯卡新研發的刀具,既可用於車削,也可用於銑削,小規格刀具卻具有高剛性,可應用於多主軸機床或者是加工中心上。
  第二,對加工效率要求高。對於器械而言,看重的就是加工效率,也就是加工節拍,要求在短的時間內,能夠更換刀片。伊斯卡的MULTI-MASTER變形金剛可換刀頭係列,隻需要幾秒鍾就可換上不同的銑刀頭。快換刀頭的理念,對加工節拍具有很好的保證。此外,要求刀具的壽命要盡可能的穩定、盡可能的長。應盡可能采用高品質的刀具,兼具塗層、刃口、斷屑槽型、刀具結構形式的整體配合的。這樣,才能保證機床24小時運轉,才能以非常高的生產效率與市場上其他的競爭對手進行競爭,從而取得競爭優勢。
  第三,從工件本身來說,與其他機械零部件有著很大的區別。植入人體的器械首先要求表麵光潔度非常好,精度非常高,不能有任何偏差,這就需要刀具從刀片結構的設計到刀片塗層的設計都要滿足很高的加工要求。此外,還包括刀片的重複定位精度,在保證效率提高的同時不能忽視高質量的要求。
 

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