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机械资讯 614 期

难切削钛合金材料的微细加工

翻译/崔海川
大阪机械服务中心

属于硬度高、轻巧,且对人体无害。是钛合金所拥有的特性。活用其特性,能够在许多领域扩大需求。其中在医疗领域,正朝着扩大使用的情况。除了难以加工的另一方面,属于附加价值高的技术,因此若俱备了这个技术,能够带来很高的利益。但是其材料确实难以加工。然而无惧于此的追求尺寸公差在10µm以内的加工。在这严格的精度追求之中,西村金属(福井县静江市)导入了钛合金的微细加工技术。

医疗领域的扩大使用

就钛合金材料使用于工业产品上,约从50年前开始,故属于历史较短的材料。但是由于非常的轻,且硬度高、耐蚀性优异,能够应用范围很广。例如飞机的结构材料,引擎零件,化学整厂设备,建筑用零件等。

其中由于钛合金对人体无害的特性,使用于医疗领域近年来呈现增加的倾向。从手术用的小钳子(Pincette),手术刀(Mes),剪刀开始,一直到人工骨,人工关节,值入(Implant)用的螺丝等广范围。

由于埋入使用于体内,故追求很高的精度。例如植入的场合为牙齿工程,由于在牙齿的周围齿根膜十分的敏感,若是有10µm左右厚度误差时,也会引起不良的咬合感觉。因此、无论怎么说尺寸公差也必须维持在10µm以下。

应用眼睛零件加工技术

使用于植入螺丝,一般标准为M(螺丝直径)3~5mm,L(螺丝长度)6~15mm。其特征为螺丝直径小,螺丝部份的长度长。但是就目前为止,面当钛合金材料的小直径且长度长的切削加工来看,可以说螺纹切削并不容易。

钛合金若与一般钢材比较,其被切削性很差,故被放置于难切削材料的位置。理由为:1.由于硬度高,切刃容易切断。2.热传导率低,由于容易将热传递到刀具上,使得刀具发热而磨耗。3.刀具材料容易溶着。4.引起切屑燃烧现象等。进而造成小零件加工途中的刀具折断,节距宽幅产生变化,而加工失败等,故确保精度之加工十分困难。

在此,西村金属公司是从钛合金眼镜框架用螺丝的加工所培养出来的技术。就眼镜框架用的螺丝来看,M 1.0mm X L 10.0等细长的尺寸。医疗机器用途的螺丝也开始加工。

微细加工技术的条件

加工上是使用自动车床。这两年来追加了5台机械,目前拥有20台以上的自动车床。然而不仅是靠机械的性能而已,就钛合金的微细加工而言,根据西村昭宏 常务表示,「材料、油、刀具、人、所有的条件都俱备齐全后,才能够进行加工」。

首先,就油来说,为了让钛合金材料容易切削,使用了该公司自己独自调配的切削油。当然配合的成份与比例,是该公司的秘密不能外泄。

其次,就刀具而言,刀具是配合工作物自行制作的情况。若是从最初开始切削时,市场上销售的舍弃式刀片(Tip)亦有附与切削时必要的锐角场合,所有都是配合工作物的情况。

最后是人,在刀具的安装方法上,对精度的影响很大。3年左右经验的技术者,刀具设定后的机械,进行加工,大约平均10个零件就要换一次刀具的情形。但是若是10年以上经验的技术者,能有10倍以上的加工100个零件后才换刀具的情况。就这样的技术者,可以说微细加工技术上不能缺少。

根据西村宪治 专务表示,「机械精度提升,拥有对应微细加工技术的企业或许不少」,但仅靠着机械是不能进行微细加工的。基于这个技术的累积,实现了尺寸公差在10µm以内的钛合金微细加工技术。

广范的应领域

微细深孔加工,也属于该公司得意的技术之一。钛合金能够进行Φ0.8mm,不锈钢能够进行Φ0.2mm深孔穴加工。虽然钻孔加工其他厂商也能够进行,但是该公司整备了能够进行量产体制为止的情形。

进而纤细节距的螺丝能够进行生产。就JIS规格的M6场合来看,一般牙为P0.1m,细牙为P0.75mm,超细牙为P0.5mm,该公司进一步的能够进行P0.15mm的能力。由于牙距越细的话,越容易进行微细调整,期待今后需求的成长。

基于这个微细加工技术,来自光学感知器,精密机械等,以及对人体无害的钛合金素材特性,并且来自碱性离子(Alali Ion)净水器电极,附属零件等范围很广的订单。这些与目前眼睛方面的销售比率为50:50。今年10月份由日经举办的工艺大赏竞赛中,获得2007年日经BP特别赏,透过这个奖状能够认同该公司实力。

品质保证与微细加工

根据西村宪治 专务表示,今后是以「钛合金加工M0.6mm的螺丝量产化,Φ0.4mm的微细孔穴加工为目标」。预想各式各样领域方面之钛合金使用增加,若是从顾客那里接受订购的话,比目前微细加工更严格的挑战也会接受。此外基于轮廓形状量测仪的导入,更加强化精度的保证。注力于更高的精度、更高的品质之零件加工,获得客户给予信赖。


(资料来源:生产财杂志,2007年12月号,页A56~A57)

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