用钴铬合金加工髋关节置换植入物的挑战
髋关节置换手术是目前美国最常见、最成功的骨科手术。 2013 年，超过 332,000 人用他们疼痛的臀部换取了陶瓷或金属关节。由于我们人口老龄化的需求、创新的手术技术和最近的材料进步，这个数字正在稳步上升。骨科医师学会预测，有超过 4300 万人患有某种形式的骨关节炎，到 2030 年，对全髋关节置换术的需求将增加 174%。这种对假体植入物不断增长的需求将需要不断的创新和最高的加工效率。
在医疗制造领域，满足医疗界和 FDA 的严格和具体要求是一项重大责任。用于人体的组件必须具有低过敏性、生物相容性和前精心加工。作为外科医生的首选，钴铬合金是这种要求极其苛刻的应用的理想材料。由于接头必须承受的重量，材料强度至关重要。医用假体植入装置经常会出现疲劳，需要钴铬合金具有卓越的强度和硬度、耐腐蚀性和出色的耐磨性。易于铸造成复杂的形状，其高刚度可以抛光成镜面光洁度以实现无摩擦的关节运动。
但是，钴铬合金的相同特性使其成为替代髋关节的绝佳选择，也使得机器有问题。尽管加工像钴铬合金这样坚硬且具有磨蚀性的材料存在某些挑战，但它可以精确有效地完成。随着质量要求的提高，严格的过程控制对于加工这些类型的部件至关重要。必须实现出色的表面光洁度，以避免出现点蚀、裂缝和碎屑。
失败的成本约n 在加工钴铬合金等材料时要高。在产量损失和时间浪费之间，由于缺乏经验、缺乏培训和知识而报废低质量的部件对于许多商店来说在经济上是不可接受的。使用安全且可预测的过程来确保可重复性而不影响质量需要了解正确的工具选择、切割数据、切屑管理并降低每个零件的成本。一定要获得工具公司代表的支持和培训，以获得个性化的工程解决方案，以帮助克服任何挑战。由于对以尽可能低的每个组件成本实现微米级公差的高度期望，商店拥有更多的知识和经验将有助于他们在这个行业中保持竞争力。
问题和陷阱
取决于钴铬合金是如何开始的，无论是铸造、锻造还是棒材，加工难度都会有所不同。与其他形式相比，铸造毛坯通常需要去除的材料更少往往要突破“坚韧的皮肤”。棒料通常需要钻孔操作来去除一些多余的材料。但是棒材比锻造或铸造形式更容易加工，因为整个棒材的硬度水平更加一致。根据洛氏 C 标度，钴铬合金的硬度在 40–46 HRc 之间，但结构中的某些颗粒最高可达 58 HRc。材料硬度与刀具寿命之间存在直接关联。合金的硬度越高，刀具寿命越短，切削刃磨损也越快。
正确选择刀具
此类刀具使用可转位刀具时材料，现在不是精打细算和愚蠢的时候。在质量工具上吝啬只会导致更大的问题。从粗钻到表面精加工，刀片可以成就也可以毁掉一项工作。换掉过早磨损的刀片并不断扔掉破损的刀片ls 不会让商店保持盈利。
哪种类型的刀片最适合这种类型的材料？寻找能够赋予强大切削刃并提供出色抵抗力以避免凹槽过度磨损的刀片。具有正前角的圆形刀片具有多种优势。对于球窝髋关节中球面切削的内车削，圆形刀片优化了粗加工过程，为您提供了安全性和生产率的平衡。
槽口磨损是加工这些零件时的常见问题。缺口是一种集中在切削深度处的机械磨损。它会大大缩短工具寿命并在组件上产生不需要的毛刺。这种低劣的质量会导致材料报废和生产率水平下降。使用圆形刀片时，使用小于 Kr 45° 的接近角将提供可靠性和耐用性，并且需要更少的刀具更换。圆形刀片还允许提高进给率和切削速度，以实现最大妈妈的生产力。当使用切削深度远低于半径的圆形刀片时，六角切屑厚度相对于进给量会减小，切削刃长度会增加。这导致产生较低的温度，并有机会增加进给和速度以获得最大输出。
为髋关节加工的部件是髋臼杯、股骨头和股骨柄的内部和外部球体。这些类型的零件的操作通常是粗钻、粗车、半精加工、精车和切断。为这些操作选择插入件，以提供长期运行的过程安全性。重要因素包括刀片刀尖半径、涂层、几何形状和材质等级。
选择合适的刀尖半径是车削加工的关键因素。较大的刀尖半径有利于较重的进给率、较大的切削深度、更强的切削刃和增加的径向力。相比之下，刀尖半径越小，切削深度越小越好，less 插入强度并减少振动。使用耐磨、耐热和提高安全性的刀片将使用更少的刀片加工更多的部件。涂层通过为切削区域和切屑形成隔热层来缩短切削时间。从槽铣到表面精加工，选择专为钴铬合金加工而设计的槽型和材质等级。锋利、高刃线韧性和多功能性将在加工这些部件时提供最佳性能。
刀具数据知识
精确的刀具数据在控制和加长刀具方面起着关键作用处理这种坚硬且具有磨蚀性的金属合金时的寿命。了解正确的切削刀具数据并选择正确的刀具对于过程安全性和生产率非常重要，并且可以延长刀片和刀具寿命。当插入件无需更换即可运行完整批次时，生产率会提高。了解正确的进给率和切削速度也很重要。使用过高的进给率会导致刀具振动和压力，从而导致刀片断裂和碎裂。如果您的切削速度太高，它会产生热量和摩擦，从而迅速导致加工硬化。一旦发生加工硬化，就会发生多米诺骨牌效应，刀具寿命急剧下降，因为它会导致过早磨损、表面光洁度不足和公差要求不足。
切屑和切屑
切屑管理是加工钴铬合金时的另一个障碍。钴铬合金切屑通常会生产出无法正常折断且容易缠绕和缠结的长切屑，从而导致不必要的停机时间。不断停止操作以解开切屑会适得其反，并导致较低的产量水平并最终降低盈利能力。使用高压冷却液有助于排出切屑，同时通过防止热量从刀片传回材料来帮助避免加工硬化。使用高精度冷却液将通道冷却兰特直接到尖端。这种精确的冷却液输送有助于切屑的破碎和排空，从而提高工艺稳定性，同时有助于降低切削区域的温度并延长刀具寿命。
径向切屑减薄技术也有帮助，这也是减少切削的另一个原因选择圆形刀片。为内部和外部髋臼杯使用圆形插入物将有助于产生更薄的切屑，因此清除它们不再是问题。圆形刀片的半径允许切削刃更缓慢地接近材料，从而增加啮合度。随着啮合时间的延长，切屑厚度减小。
表面光洁度的重要性
表面完整性是钴铬合金作为髋关节置换材料的合适材料的一个重要方面。在医学上有必要使用一种可以承受人体终生磨损的材料。表面光洁度必须出色，不仅是为了让患者感到舒适t 水平和移动性，因为它产生的摩擦更少，但它也必须为组件在到达手术室之前必须经历的任何二次过程做好准备。如果没有适当的表面光洁度，则需要蚀刻到每个组件中以进行识别和跟踪的代码和数字将不可见。
今年，美国制造的医疗设备，包括髋关节置换组件，将包括唯一设备标识符 (UDI)。这个独特的代码将允许患者、医疗保健专业人员、制造商和联邦监管机构跟踪每个设备。到 2018 年，在美国制造的每个组件都必须带有此 UDI。
商店需要以尽可能低的单件成本生产最高质量的组件，以保持竞争力。随着人口老龄化对假肢的需求不断增加，遵守医学界毫不妥协的指导方针和规则提出了一些挑战。而钴铬是最难加工、最具磨蚀性的材料之一，这些苛刻的品质正是它成为髋关节置换零件理想材料的原因。这种材料可以吸收重量并允许移动、耐腐蚀并提供出色的耐磨性，具有低过敏性、生物相容性并且能够精确加工以实现无摩擦的关节运动。通过了解刀具选择、刀具数据和切屑管理等关键因素，可能难以加工出高质量的部件，但通过适当的知识、教育和技术支持商店可以克服这些挑战并在该行业取得成功。
本文首次发表于 2014 年版医疗制造年鉴。
