技術(shù)前沿:如何在南京CNC加工中心精確制作醫(yī)用零件？
看各種醫(yī)療零部件。它們的形狀多種多樣。每個(gè)部分都有獨(dú)特的形狀，幾乎一樣。還有很多種材料，如鐵、銅、鋁，以及各種非金屬材料，如橡膠、塑料、陶瓷、其他復(fù)合材料等等。很多人都覺(jué)得很奇怪:金屬、塑料等是用什么樣的工藝方法制造出來(lái)的？分成不同形狀的部分？
世界上有那么多不同形狀的醫(yī)療零件，它們是如何制成的？-工匠加工
其實(shí)這涉及到一個(gè)非常復(fù)雜的學(xué)科:醫(yī)療制造技術(shù)。這些零件是醫(yī)用制造過(guò)程的一部分，稱(chēng)為醫(yī)用零件的制造過(guò)程。從原材料到零件，第一步就是做零件毛坯。常用的醫(yī)用零件毛坯類(lèi)型有鑄件、鍛件、沖壓件、焊接件和粉末冶金件，所以醫(yī)用零件的加工工藝有鑄造、鍛造、沖壓、焊接、粉末冶金、塑料成型等。下面分別介紹。
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1.鑄造:鑄造是將熔融的金屬液體澆注到模具的型腔中，待其凝固冷卻后，獲得具有一定形狀的零件或零件毛坯的一種成型方法。用鑄造成型方法獲得的毛坯或零件稱(chēng)為鑄件。按鑄造工藝分類(lèi)，大致可分為兩大類(lèi):砂型鑄造(90%)和特種鑄造(壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造等。)，可以根據(jù)零件的材質(zhì)、形狀、性能合理選擇。
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是醫(yī)療制造過(guò)程中最常用的毛坯制作方法。車(chē)重中約10%的零件是通過(guò)鑄造獲得的。對(duì)于各種形狀復(fù)雜、用其他方法難以成形的零件，以及各種要求耐磨、承壓、減振、價(jià)格低廉的零件，只能用鑄造工藝生產(chǎn)零件毛坯。如缸體、缸蓋、活塞、活塞環(huán)、缸套、進(jìn)排氣支管、變速箱、轉(zhuǎn)向器殼、后輪軸殼、制動(dòng)鼓、各種支架等。鑄件一般要放置一段時(shí)間以消除內(nèi)應(yīng)力，這叫時(shí)效處理。
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醫(yī)用鑄件的主要特點(diǎn)是壁薄、形狀復(fù)雜、重量輕、可靠性好、尺寸精度高、批量生產(chǎn)規(guī)模大。并且可以使用多種材料，如鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等。鑄鐵還可分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和合金鑄鐵等。隨著鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，鑄件的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。比如過(guò)去用鍛造技術(shù)制造的曲軸、連桿、齒輪等零件，逐漸被鑄件取代。下圖是醫(yī)用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的鑄造工藝流程圖。
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2.鍛造:鍛造是利用金屬材料的塑性，借助外力(壓力設(shè)備)和加工模具的作用，使坯料或鑄錠部分或全部變形，形成所需形狀、尺寸和一定組織性能的鍛件的加工方法。根據(jù)工具和模具的排列，可分為自由鍛、模鍛和模鍛。按加工溫度可分為熱鍛、溫鍛、冷鍛和等溫鍛造。
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鍛造是醫(yī)療零件制造過(guò)程中的另一種常見(jiàn)方式。鍛件鍛造后可獲得連續(xù)均勻的金屬纖維組織，因此鍛件具有良好的力學(xué)性能，常用于受力復(fù)雜的重要鋼件。鍛件是材料塑性變形的結(jié)果，所以鍛件晶粒細(xì)小，沒(méi)有鑄件的粗大組織和內(nèi)部缺陷。因此，一些要求高強(qiáng)度、耐沖擊、耐疲勞的重要零件多為鍛造毛坯，如各種齒輪、各種軸、凸輪軸、連桿、懸架上下臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂等。其主要缺點(diǎn)是難以獲得復(fù)雜的形狀，尤其是一些具有復(fù)雜型腔的零件。
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3.沖壓:沖壓技術(shù)是一種先進(jìn)的金屬加工方法，它是基于金屬的塑性變形。在常溫條件下，金屬板材在沖壓模具中被切斷或成形，以獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件。因?yàn)殁k金沖壓的坯料厚度一般小于4mm，一般是在常溫下沖壓，所以也叫冷沖壓。沖壓件一般通過(guò)落料、拉延、切邊、沖孔、復(fù)合落料、彎曲、復(fù)合扣合等幾道工序沖壓成規(guī)定的形狀。
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沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。醫(yī)用車(chē)身上的覆蓋件、結(jié)構(gòu)件等全金屬薄殼結(jié)構(gòu)，以及構(gòu)成醫(yī)用車(chē)身的零件，基本都是通過(guò)沖壓工藝生產(chǎn)的。具有生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化、質(zhì)量穩(wěn)定、無(wú)需后期機(jī)械加工、能加工形狀復(fù)雜的零件、沖壓件表面質(zhì)量好、冷沖壓不改變材料的機(jī)械性能等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是不能加工較厚的材料。醫(yī)用沖壓用的模具技術(shù)性很強(qiáng)，世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能生產(chǎn)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大部分車(chē)企使用進(jìn)口模具，少數(shù)公司使用國(guó)產(chǎn)模具和沖壓設(shè)備。
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4.焊接:焊接是兩塊金屬局部加熱或同時(shí)加熱加壓，有或沒(méi)有填充物的一種加工方法。其特點(diǎn)是能以小尺度、小尺度、小尺度制造重型、復(fù)雜的機(jī)器零件，能把不同形狀、大小的不同材料和毛坯連接成一個(gè)不可分割的整體，使材料的性能得到充分發(fā)揮。
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在醫(yī)療裝配過(guò)程中，焊接占有很大的比重。有一種工藝叫焊接工藝，就是把沖壓件焊接起來(lái)形成一個(gè)醫(yī)療體，很多零件也是焊接在一起的。在醫(yī)療制造中，專(zhuān)用自動(dòng)焊機(jī)和弧焊機(jī)器人工作站應(yīng)用廣泛，焊接方法有點(diǎn)焊、釬焊、激光焊接等。其中激光焊接是最先進(jìn)的，在一些車(chē)輛上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，所以這種車(chē)輛的車(chē)身強(qiáng)度比較高。
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5.粉末冶金粉末冶金是將金屬粉末，或金屬與非金屬粉末的混合物，通過(guò)成型和燒結(jié)，凝固成具有一定形狀的金屬制品的技術(shù)。其產(chǎn)品統(tǒng)稱(chēng)為粉末冶金零件或燒結(jié)零件。隨著醫(yī)療零件的高強(qiáng)度、高精度和低成本，越來(lái)越多的粉末冶金零件被用于醫(yī)療，如醫(yī)療發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)座、皮帶輪、粉末冶金鏈輪和連桿等。
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6.非金屬材料成型工藝:醫(yī)療中有大量的橡膠、塑料、陶瓷等復(fù)合材料，如保險(xiǎn)杠、車(chē)門(mén)內(nèi)襯、工作臺(tái)、密封條、油箱等。它們是如何制造和成型的？這涉及到非金屬材料的成型工藝。一般來(lái)說(shuō)，有注射成型、壓縮成型、注射成型、擠出成型、中空吹塑成型、熱成型壓延成型、澆鑄成型、玻璃纖維熱固性塑料低壓成型、旋轉(zhuǎn)成型(旋轉(zhuǎn)成型)、發(fā)泡成型、快速成型等方式。
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這樣處理的醫(yī)用零件可以直接裝車(chē)使用嗎？其實(shí)不是的。這樣得到的零件只能稱(chēng)為醫(yī)用零件毛坯，并不是真正的零件。表面還是很粗糙，尺寸精度達(dá)不到要求。一些醫(yī)用零件的尺寸精度甚至以微米來(lái)衡量，如活塞、曲軸、連桿等。此外，切割、鉆孔、切割電線(xiàn)等。因此有必要進(jìn)一步加工它們以獲得足夠的精度和表面粗糙度。醫(yī)用零件是通過(guò)車(chē)削、刨削、銑削、鉆孔、鏜孔、磨削等加工而成的。整個(gè)加工過(guò)程也非常精密，零件可以加工到要求的尺寸精度。
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除了機(jī)械加工方法外，還有一些零件，由于其高硬度、高強(qiáng)度、高脆性或高熔點(diǎn)等特點(diǎn)，很難用普通機(jī)械加工，如硬質(zhì)合金、鈦合金、淬火工具鋼、玻璃、陶瓷等。還有一些表面形狀非常復(fù)雜的零件，很難通過(guò)進(jìn)一步的機(jī)械加工進(jìn)行精密加工。在這種情況下，就需要一些特殊的處理方法，稱(chēng)為特殊處理。常用的方法包括電火花加工、電化學(xué)加工、超聲波加工、離子束加工、電子束加工、激光加工等。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)壁經(jīng)激光處理后，可以獲得更高的硬度，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
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機(jī)械加工完成后，醫(yī)療零件需要經(jīng)過(guò)最后一個(gè)階段，也就是熱處理。所謂熱處理，就是對(duì)固態(tài)金屬進(jìn)行再加熱、保溫或冷卻，以改變其組織結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足使用或加工要求的一種生產(chǎn)方法。它不改變金屬的化學(xué)成分，而是改變工件內(nèi)部的顯微組織或工件表面的化學(xué)成分來(lái)賦予或改善工件的使用性能。包括四個(gè)基本過(guò)程:退火、正火、淬火和回火。此外，還有一些零件需要進(jìn)行表面熱處理、調(diào)質(zhì)熱處理或化學(xué)處理，如齒輪表面滲碳、曲軸表面滲氮等，既要使零件表面有足夠的硬度，又要使零件心部有足夠的韌性。但這樣的曲軸是不允許磨削修復(fù)的，否則會(huì)很快斷裂。
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南京CNC制造的產(chǎn)品包括醫(yī)療手術(shù)中使用的各種手術(shù)器械，如套管針(皮膚穿刺器)、骨鉆、鋸等。使用CNC加工時(shí)，零件通常用3至5軸銑削或用可移動(dòng)刀具CNC車(chē)床車(chē)削。用于制造醫(yī)療部件的最常見(jiàn)的機(jī)器類(lèi)型包括CNC銑床、車(chē)床、鉆床和計(jì)算機(jī)化銑床?？煽啃院透哔|(zhì)量是醫(yī)療零件加工的重中之重，因此醫(yī)療器械行業(yè)對(duì)專(zhuān)業(yè)精密工具提出了新的要求。難加工的材料、復(fù)雜的工件形狀和頻繁的CNC小批量生產(chǎn)對(duì)加工專(zhuān)業(yè)醫(yī)療設(shè)備所用的刀具提出了很高的要求。主要表現(xiàn)在:
1.南京對(duì)CNC機(jī)床的要求更高。
瑞士自動(dòng)車(chē)床、多軸機(jī)床、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備，與通常的加工中心、車(chē)床完全不同。它們的尺寸非常小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。要符合這個(gè)要求，刀具的結(jié)構(gòu)也需要有特殊的設(shè)計(jì)，要求刀具的尺寸要小，同時(shí)要保證刀具的剛性。
2.南京對(duì)CNC加工效率要求很高。
對(duì)于醫(yī)療器械來(lái)說(shuō)，最重要的是加工效率，也就是加工節(jié)奏。要求能夠在最短的時(shí)間內(nèi)更換刀片。
3.從工件本身來(lái)說(shuō)，它與其他機(jī)械零件有很大的不同；植入人體的醫(yī)療器械首先要表現(xiàn)出非常好的光潔度，非常高的精度，不能有偏差，這就要求刀片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和刀片涂層的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足很高的加工要求。
4、南京CNC加工要求:
微米級(jí)的公差在醫(yī)療行業(yè)非常普遍，選擇合適的工具需要敏銳的洞察力和豐富的經(jīng)驗(yàn)。一方面，即使在鉆小孔時(shí)，也需要使用潤(rùn)滑劑來(lái)減少摩擦，可靠地散熱和處理刀刃處的細(xì)小鐵屑；另一方面，在生產(chǎn)尖端醫(yī)療器械(無(wú)毛刺)時(shí)，需要使用鋒利光滑的切割工具來(lái)獲得高質(zhì)量的表面。
原文鏈接：南京CNC加工http://xdfxg.com/cn/info_15.aspx?itemid=625
