Мастерство точной медицинской обработки: 8 ключевых техник для титана, кобальт-хрома и нержавеющей стали

Узнайте предпочтительные техники работы с медицинским титаном, кобальт-хромом и никелевыми нержавеющими сплавами.

Костные винты, фиксационные пластины, эндопротезы бедра и колена — всего несколько сложных медицинских деталей, с которыми сталкиваются наладчики ежедневно. Не только геометрии сложны и допуски туги, но и металлы в этих компонентах заставляют даже самых амбициозных наладчиков жалеть о согласии на сверхурочные.

К сожалению, становится не легче. Медицинские компании и их металлургические партнеры постоянно развивают новые материалы, включая Ti-6Al-4V ELI (extra-low interstitials), Phynox, MP35N и множество проприетарных сплавов.

Большинство этих материалов попадает в категорию теплоустойчивых суперсплавов (HRSA). Перевод: эти металлы одинаково хорошо себя чувствуют в позвоночнике и в раскаленном газовом турбинном выхлопе.

Режущие инструменты изнашиваются быстро, и выработка выемок на линии глубины резания — обычное дело. Нарост (BUE) — комок металла, прилипающий к верху инструмента и обычно сколачивающий режущее ребро при отрыве — также частая проблема.

Производители режущего инструмента принимают вызов медицины

Хорошая новость: производители режущего инструмента следят за этими изнурительными требованиями. Разрабатывая смелые новые геометрии пластин, твердые марки карбида и сверхскользкие покрытия, они позволяют наладчикам укротить даже самые буйные металлы. Но для успешной обработки HRSA нужно больше, чем хороший карбид.

Наладчики должны применять здравые практики обработки и правильно запрограммированные траектории. Вот самые важные техники для эффективного снятия металла при работе с медицинскими сплавами:

1. Держите инструменты острыми и используйте PVD-покрытия.

Правило: острые PVD-покрытые инструменты лучше всего работают по всему спектру медицинских суперсплавов. Не соглашайтесь на универсальные марки карбида или покрытия. Поставщики разработали специфические марки для каждого медицинского материала — используйте их, особенно на долгих или повторных заказах.

Выделите время для пробных резов на новом материале. Привлеките поставщиков на площадку для помощи и следуйте их советам. Прежде всего, разработайте предсказуемый процесс: гораздо лучше планировать преждевременную замену инструментов, чем ждать их поломки, повреждающей деталь, станок или травмирующей оператора.

2. Будьте агрессивны со скоростью резания и подачей для снижения нароста.

Когда пластины не держатся так долго, как хотелось, многие ослабляют скорость или снижают подачу. Это может быть точно противоположным от нужного.

Правило: поставщики рекомендуют агрессивный подход, когда обработка идет неладно. Потому что более жесткое давление на инструмент часто улучшает образование стружки, а более высокие обороты вводят больше тепла в зону реза, снижая BUE.

3. Избегайте глубокого резания тактиками вроде трохоидальной фрезеровки.

Малые глубины резания при более высоких подачах обычно эффективнее традиционных «грубых» подходов к снятию металла.

Предпочтительны трохоидальные траектории с полным осевым (Z) захватом. Въезжайте и выезжайте по дуге где возможно. Не закапывайте инструмент в угол. Проблему услышите: станок застонет в страданиях.

Программируйте радиус немного больше радиуса инструмента, а потом довоспользуйтесь меньшим инструментом для выборки углов. Обязательно удаляйте стружку. Если слышите хрустящий звук перерезания стружки — пора проверять на скол или поломку.

4. Держите установку точной и жесткой для медицинских применений.

Жесткие установки всегда аксиома, но для сложных материалов — в двойной степени. Избегайте биения инструмента, убрав коллетные и боковые державки в пользу термосадочных или гидравлических.

Держите инструменты максимально коротко, посмотрите на замену механических тисков и патронов на их гидравлические аналоги. Наклоняйте губки патрона назад, используйте ножевые губки тисков для усиления хвата. (Даже малейшее движение при грубой обработке блока кобальт-хрома или титана может испортить рез).

Помните: державки инструментов нужно менять каждые несколько лет, при интенсивном использовании — чаще.

5. Будьте позитивны с передним углом.

Большинство PVD-покрытых и точно заточенных инструментов имеют «остро заточенные» ребра. Хорошо, но положительный передний угол на инструменте также полезен — например, неиспользуемая сторона 80-градусного ромба или круглая пластина, если позволяет. Это снизит выработку выемок на глубине резания, но часто заставит вернуться с инструментом, способным обработать угол прямоугольно. Все равно может стоить того, особенно при токарной обработке сверхтвердого никелевого сплава или «тройки 5» титана.

6. Держите прохладу и поддерживайте СОЖ в порядке.

Грустный факт: некоторые цеха пренебрегают СОЖ. Можно уйти от этого при алюминии или мягкой стали (хотя и тогда не рекомендуется). С металлами, богатыми хромом, никелем или кобальтом, уставшее СОЖ ведет к низкому ресурсу инструмента и непредсказуемым результатам.

Каждый ЧПУ-станок должен быть оснащен скиммером для удаления чужеродных масел. СОЖ регулярно проверяйте на концентрацию и pH.

Если в цехе нет насос-сосун для емкостей — пора закупить. Он не только снизит простои при чистке емкостей, но и сократит затраты на утилизацию. Также рассмотрите инвестиции: высоконапорное СОЖ и фильтрация. Всё работает лучше с высоконапорным СОЖ.

7. Посмотрите на альтернативы покрытым карбидным пластинам.

Если боретесь с покрытым карбидом, может пришло время «раздеться». Непокрытые пластины часто дают лучшие результаты с суперсплавами, особенно при чистовой обработке.

Попробуйте керамику. Многие такие пластины имеют усиливающие «усики» из карбида кремния и дают скорости резания в 10 раз выше карбида. Всегда работайте сухо, и никогда не используйте керамику с титаном — они химически реагируют.

8. Делитесь лучшими практиками по суперсплавам.

Ведите хорошие записи о том, что работает, а что нет — и делитесь знаниями с коллегами. Точная медицинская обработка — важное дело, и цехи, преуспевающие в ней, легко справятся и с равно сложными авиакосмическими задачами.

Признавайтесь: ослабляете давление на инструмент, когда пластина не держится так долго, как хочется? Делитесь опытом.