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        醫療器械行業的器械加工解決方案

        2019-02-27

         近年來,醫療器械沖壓件呈動態增長趨勢,醫療器械制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。伊斯卡正是看到了這個巨大的發展前景,投入了大量的人力和物力,來研發醫療器械加工專用刀具。伊斯卡在總部成立了專門的醫療器械研發部門,有7名專業的工程師從事方案的設計,他們有著豐富的經驗,從事醫療器械加工刀具的研究都超過了12年。目前,用于醫療器械行業的刀具在伊斯卡刀具產品中的比重約為6%~7%,預計在今后2~3年,這個比重將會上升到10%~12%。

          醫療器械沖壓件,五金沖壓件廠家五金沖壓件加工

          難加工的鈦合金材料

          

          90%的醫療器械植入部件由Ti6Al4V鈦合金制成,源于輕質、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最常用的材料。鈦合金6AL-4V通常用于髖關節、骨螺釘、膝關節、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,產生的切屑薄,并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。于是,大量的切削熱集中于切削刃及刀具表面。高的切削力,切削熱會綜合引起月牙洼的產生,并引起刀具的快速失效。

          

          相對低的彈性模量,使得鈦合金相對于鋼彈性更佳。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系統的剛性,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面的趨勢。

          

          可靠緊湊的機床夾具

          

          醫療器械加工設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雜的零件,像加工骨頭及關節的替代件就相當復雜。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——需要制造復雜而昂貴的夾具。增加加工復雜性的另一因素是公差范圍窄。

          

          醫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臺等先進的醫療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。

          

          醫療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。

          

          穩定高效的刀具

          

          一般來說,醫療器械行業與其他機械加工行業有三點不同:

          

          第一,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臺等先進的醫療器械加工設備,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系列專門針對凸輪式機床,減少了加工區域狹小易產生干涉的問題,可以很方便地從刀桿的兩側更換刀片,高精度的刀片和牢固的刀座設計保證了高的重復定位精度。MINCUT是伊斯卡最新研發的刀具,既可用于車削,也可用于銑削,小規格刀具卻具有高剛性,可應用于多主軸機床或者是加工中心上。

          

          第二點是,對加工效率要求高,對于醫療器械而言,最看重的就是加工效率,也就是加工節拍,要求在最短的時間內,能夠更換刀片。伊斯卡的MULTI-MASTER變形金剛可換刀頭系列,只需要幾秒鐘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,兼具涂層、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。植入人體的醫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構的設計到刀片涂層的設計都要滿足很高的加工要求。此外,還包括刀片的重復定位精度,在保證效率提高的同時不能忽視高質量的要求。

          

          完整的解決方案

          

          伊斯卡深入分析了醫學器械工業植入物的特點,以提高這些非常關鍵的元件的加工性。因此,伊斯卡也設計制作特制刀具、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設備,伊斯卡也提供特制刀具以滿足不同應用。

          

          伊斯卡研制的帶鋒利切削刃的整體硬質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,實現最大0.01mm余量的拋光銑。我們也研發同時應用于加工鈦合金及不銹鋼的刀具——基于超細晶粒基體進行PVD涂層,實現了高切削速度+高進給的高速加工。銑刀直徑小,編程中可采用偏斜加工策略,其優點是可獲得刀具外徑上的切削速度,排屑流暢,切削區域接觸面積下,切削熱更低。

          

          伊斯卡的研發部門發現,車削應用在醫學器械工業中,刀片牌號抑或卷屑槽都需要改進。為滿足用戶需求,伊斯卡研制了高品質的磨制刀片,諸如VCET、DCET、CCET等,刀片槽型為WF。伊斯卡的先進生產技術保障了此類改進刀片帶有拋光的卷屑槽,以實現半精加工及精加工的出色表面質量。在某些特殊應用中,伊斯卡可提供帶MD卷屑槽的VCGT刀片,以獲取高表面質量。伊斯卡的JET-CUT系列切斷刀,刀片寬度3mm和4mm,加工表面質量高,刀具壽命長。源于伊斯卡的信念——升級無極限,伊斯卡已研制出基于TANG-GRIP系列的HP高壓冷卻系統刀具。

          

          采用經過實踐證明過的工藝及刀具和驗證過的切削參數可以更及時地面對市場推出的醫療器械零部件零部件加工。基于多年在醫療器械行業的經驗,伊斯卡還推出了醫療器械行業的刀具套盒,配合DMG機床,共同為客戶提供交鑰匙工程。


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