TEAM CUTTING TOOLS

Высокая точность изготовления – мы разработали экономичное решение для получения высокоточного соединения между ножкой и головкой протеза!

При изготовлении искусственных тазобедренных суставов должны соблюдаться высочайшие требования к точности. При этом особое внимание уделяется соединению ножки и головки протеза. Разработанное нами решение в значительной степени основано на использовании системы с U-осью и развертки для контурной обработки. Эти (и другие) металлорежущие инструменты обеспечивают соблюдение всех необходимых допусков и в то же время позволяют повысить производительность по сравнению с традиционными технологиями обработки

Если тазобедренный сустав ограничивает двигательные функции и является источником постоянных болей, снижая тем самым качество жизни, и консервативные методы лечения становятся неэффективными, многие люди решаются на эндопротезирование сустава – в Германии это более 200 000 операций в год. Они рассчитывают на стойкий положительный эффект. Для осуществления их желания помимо хорошего хирурга и первоклассного оборудования требуются высококачественные «запасные части».

Такой протез, как правило, состоит из ножки с головкой, чашки и вкладыша, ответственного за оптимальную подвижность. Особое внимание уделяется соединению между ножкой и насаживаемой головкой протеза. Чтобы конусные поверхности оптимально подходили друг к другу, они должны быть изготовлены с максимальной точностью и с высоким качеством обработанной поверхности.

При изготовлении этих компонентов решающую роль играют используемые инструменты. Рассказывает Дирк Мартин, наш менеджер направления «Медицинское оборудование»: «Искусственный тазобедренный сустав состоит из плохо поддающихся обработке материалов, которые должны быть обработаны не только с самыми жесткими допусками, но и на максимально возможном уровне эффективности. Ведь многие люди нуждаются в протезах тазобедренного сустава самого высокого качества. Мы с большим энтузиазмом разрабатываем подходящие инструментальные решения для подобных задач».

Условия удачного поиска: большой опыт и обширный ассортимент инструментов

Группа CERATIZIT является комплексным поставщиком для отрасли металлообработки, который предлагает не только широкий ассортимент инструментов в стандартном и специальном исполнении, но и огромный опыт в этой сфере. «Имея в арсенале огромный ассортимент продукции, а также опыт и знания наших инженеров-технологов, мы способны решать такие задачи, как обработка соединения между ножкой и головкой протеза», – подчеркивает менеджер направления Мартин. «Используя самые разные инструменты, мы можем тестировать различные варианты и находить в результате оптимальное решение».

Если речь идет о производстве искусственных тазобедренных суставов, то здесь со стороны заказчиков предъявляются особенно серьезные и разные требования. В месте конусного соединения ножки протеза из высокопрочного титанового сплава Ti6Al4V должен быть обеспечен допуск на углы всего +/-5‘. Допуски на непрямолинейность составляют 3 мкм, на некруглость 8 мкм и на диаметр 60 мкм. Также важно, чтобы при обработке конуса достигалась заданная относительная опорная длина профиля и формировался строго определенный профиль бороздок.

Головка протеза изготавливается из сплава на основе кобальта (Co-Cr-Mo). Ее конусное отверстие должно соответствовать таким же жестким допускам на форму, углы и размерную точность, а также заданной относительной опорной длине профиля. Однако здесь при обработке не допускается появление следов, задиров и бороздок. Дирк Мартин обращает внимание на еще одно важное условие: «Нам требуется решение, пригодное для серийного производства. Это означает, что обработка должна выполняться на высоком уровне эксплуатационной надежности и с минимальными затратами на контроль».

Отличный результат с универсальной U-осью и специальной конусной разверткой

Для изготовления конусного наружного контура на этапе предварительной обработки мы выбрали конусную твердосплавную фрезу. Далее на стадии черновой и чистовой обработки применяется система с U-осью. «Речь идет о вставной, произвольно программируемой ЧПУ-оси для обрабатывающих центров», – поясняет Дирк Мартин, – «которая позволяет выполнять любую контурную и токарную обработку. В сочетании с насадными инструментами и пластинами система позволяет обрабатывать контуры в отверстиях и выполнять наружную обработку. Тем самым значительно сокращается технологическое время при одновременном повышении качества обработки поверхности и точности формы по сравнению с обычными инструментами». Благодаря этому можно получать нужную структуру бороздок на конусе ножки также на обрабатывающем центре. Имея в качестве преимущества возможность реализации всех этапов обработки на одном станке. При обработке традиционным способом потребовались бы токарный и фрезерный станки, что связано с дополнительными операциями перезакрепления и наладки, с затратами времени и денег.

Для изготовления конусного отверстия в головке протеза мы предлагаем решение, состоящее из следующих операций на токарном станке: сначала выполняется торцевая обточка детали, что на следующем этапе обеспечивает возможность для прямого врезания специального твердосплавного сверла 180° с четырьмя режущими кромками. С помощью сверла изготавливается отверстие с ровным дном. Растачивание конуса по контуру выполняет расточной инструмент для обработки отверстий EcoCut Classic, после чего специальная твердосплавная конусная развертка обеспечивает идеальное пятно контакта при безупречном качестве обработанной поверхности и соблюдении допуска. Возможность переточки инструмента означает для производителя дополнительную экономию денег. Дирк Мартин комментирует: «Мы могли бы добиться необходимой точности внутреннего контура с помощью U-оси. Однако развертка при существующих требованиях к гладкости поверхности подходит больше».

Виды на будущее

В итоге критичные контуры искусственного тазобедренного сустава с помощью нашего решения изготавливаются на высоком уровне эксплуатационной надежности и эффективности. Полученное пятно контакта (относительная опорная длина профиля и несущая поверхность), а также допуски при обоих видах обработки намного лучше заданных предельных значений. Дирк Мартин гордится таким результатом своей команды: «По итогам работы с заказчиком, известным производителем изделий медицинского назначения, нашей компании удалось подтвердить статус поставщика комплексных решений – с перспективой получения новых заказов». Кроме того, предприятие-специалист по режущим инструментам предлагает свои услуги для разработки аналогичных решений, например, для изготовления искусственных плечевых суставов (также с ножкой и головкой протеза), а также креплений искусственных коленных суставов.

Краткое описание нашего решения с конкретными значениями

Конусный наружный контур ножки протеза (изготовление на обрабатывающем центре):

  1. Предварительная обработка специальной твердосплавной фрезой с заданным углом
    – Ø 12,0 мм / z4
    – Vc 90 м/мин, Fz 0,12 мм, Ap макс. 16 мм
  2. Последующая обработка с помощью U-оси со специальной пластиной, оптимизированной на уровне R0,8
    – черновая обработка с Ap(1): 0,20 мм и Fz(1): 0,10 мм
    – чистовая обработка с Ap(2): 0,03 мм и Fz(2): 0,24 мм

Конусное отверстие в головке протеза (изготовлено на токарном станке с помощью развертки):

  1. Предварительная обработка специальным сверлом 180° (специальное твердосплавное сверло 180° D12 с 4 режущими кромками) для получения отверстия с ровным дном
  2. Использование EcoCut для растачивания по контуру (EcoCut Classic 3xD с XCNT 040102ER CTPP430)
  3. Финишная обработка специальной твердосплавной конусной разверткой для отверстия с конусностью 5°42‘30“ +/-5‘