薄壁帶刃口類微創手術器械零件加工

■ 上海醫療器械（集團）有限公司手術器械廠 （200072） 蔣大為

隨著精密數控加工技術的發展，我廠以UG-CAM對精細的微創手術器械零件進行三維設計和CNC仿真，通過高精度多軸車銑復合加工中心（瑞士BUMOTEC公司S-191車銑復合加工中心）進行數控加工，保證了零件的加工精度。

1.薄壁帶刃口類零件造型及設計要求

微創手術器械因手術切口小（多為1～2cm），手術通道狹窄，容錯率低，因此要求產品尺寸精細、結構緊湊以及零件配合精度高，產品性能和使用手感要好。目前薄壁帶刃口造型的零件廣泛應用于咬切類的微創手術器械。

典型零件造型尺寸如圖1所示。該零件為異形中空薄壁帶刃口造型，其外形長度尺寸為18mm，高度為3.5mm，寬度為5.1mm，內腔寬度3.4mm，內腔兩側面壁厚為0.9mm，尾孔直徑為2.5mm，孔壁厚0.5mm。尺寸精度要求均比較嚴格，機加工后刃口需鋒利，且因刃口需和其他零件配合，而刃口造型不規則，無法進行后期修磨，因此加工該零件時，需嚴格控制因受切削力而發生的變形。

圖 1

2.關鍵點分析

該零件采用30Cr13不銹鋼棒加工，其材料力學性能如表1所示。

表1 零件材料力學性能

該材料未熱處理前剛性較差，因零件細長，且加工時需頭部懸空，為避免加工過程中不銹鋼棒受力導致彎曲變形，故原料規格采用較粗的12mm不銹鋼棒。

由于原材料剛性較差，且零件尺寸較小，壁薄加工余量大，工藝性差，并且此零件尺寸精度＋0.02mm，在切削力、切削熱和切削振顫等因素影響下，加工過程中易發生變形。

如果采用傳統加工工藝，不能控制工件變形，達不到精度要求。

3.加工方案

由圖1可見，零件下端面為規則平面，且尺寸精度要求較低，比較容易通過其他手段加工成形（如后期磨削），因此對零件造型進行了工藝設計，在零件底面增加1mm厚工藝支撐平臺，以增強零件自身剛性，減少加工過程中變形的可能性；同時，工藝平臺在零件熱處理過程中仍有支撐作用，可以避免零件熱處理變形。具體造型如圖2所示。

圖 2

利用UG-CAM技術，首先生成實體模型，然后利用CAM規劃工藝路線以及刀具的選用，利用CAM仿真模擬機床加工，檢查機床加工過程中是否有碰撞、刀具選擇是否合適。CAM模擬結果可以檢查并驗證工藝設計階段正確與否，直觀的視覺感受便于發現和解決工藝設計中的問題。

零件長度18mm，原料直徑12mm，預裝夾長度為25mm，具體工藝路線如表2所示。

4.結語

薄壁刃口類零件通過在合適部位增加支撐結構，解決了原材料和零件剛性不足容易變形的工藝難點問題。采用UG-CAM技術，可使產品從設計到加工完成實現數字化、自動化和智能化。

加工工藝的改進和新技術的應用，保證了我廠微創手術器械的制造水平，提升了產品質量，增強了產品的市場競爭力，獲得了良好的經濟和社會效益。

表2 工藝路線