Nghiên cứu này nghiên cứu các thông số gia công tối ưu cho các thép không gỉ cấp y tế 316L và 17-4PH, tập trung vào tính toàn vẹn bề mặt, độ chính xác về chiều và hao mòn công cụ liên quan đến sản xuất cấy ghép. Phương pháp thử nghiệm sử dụng các hoạt động quay và phay CNC trên ASTM F138 (316L) và ASTM F899 (17-4PH H900) Cổ phiếu thanh được chứng nhận. Tốc độ cắt, tốc độ thức ăn và độ sâu cắt được thay đổi một cách có hệ thống trong các phạm vi điển hình cho các hoạt động hoàn thiện (ví dụ: VC: 50-120 m/phút, F: 0,05-0,2 mm/Rev, AP: 0,1-0,5 mm). Công cụ hao mòn được định lượng bằng cách sử dụng phép đo độ mòn sườn (VBMAX); Độ nhám bề mặt (RA, RZ) được đánh giá thông qua cấu hình tiếp xúc và độ dốc vi sinh dưới bề mặt được đánh giá. Kết quả chỉ ra rằng 17-4PH thể hiện tỷ lệ hao mòn công cụ cao hơn đáng kể (VBMAX lớn hơn tới 40% trong các điều kiện giống hệt nhau) và độ nhạy cảm cao hơn đối với việc làm cứng so với 316L. Độ nhám bề mặt tối ưu (RA <0,8 μM) cho cả hai hợp kim đã đạt được ở tốc độ cắt vừa phải (80-100 m/phút) và tốc độ thức ăn thấp (nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 mm/rev). Ứng dụng làm mát giảm 15-20%độ cứng dưới bề mặt. Các phát hiện cung cấp các bộ tham số được xác thực nâng cao hiệu quả gia công và chất lượng thành phần cho các thiết bị y tế quan trọng.

1

Sản xuất thiết bị y tế đòi hỏi độ chính xác đặc biệt cao và tính toàn vẹn vật liệu. Austenitic 316L và các thép không gỉ không gỉ 17-4ph làm cứng các ứng dụng đòi hỏi phải tương thích sinh học, kháng ăn mòn và cường độ cơ học (ví dụ, cấy ghép chỉnh hình, dụng cụ phẫu thuật). Gia công các hợp kim này đưa ra những thách thức bao gồm làm cứng công việc, lực cắt cao và hao mòn công cụ nhanh, có khả năng làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt quan trọng đối vớiin vivohiệu suất. Nghiên cứu này thiết lập các giao thức gia công dựa trên bằng chứng để giảm thiểu các vấn đề này.

2 Vật liệu và Phương pháp

2.1 Vật liệu và đặc tính phôi

316L:Thanh cổ phiếu phù hợp với ASTM F138, điều kiện được giải pháp. Thành phần hóa học được xác minh thông qua OES (CR: 16,5-18,5%, NI: 10,0-14,0%, MO: 2.0-3,0%, C nhỏ hơn hoặc bằng 0,030%).

17-4ph:Cổ phiếu phù hợp với điều kiện ASTM F899, H900 (cường độ kéo cuối cùng lớn hơn hoặc bằng 1310 MPa). Thành phần được xác minh (CR: 15.0-17,5%, NI: 3.0-5,0%, Cu: 3.0-5,0%, NB: 0,15-0,45%).

2.2 Thí nghiệm gia công và dụng cụ

Thiết bị:Trung tâm Turning CNC (HAAS ST-20), Trung tâm gia công dọc CNC (DMG Mori DMU 50). Người giữ công cụ: Sandvik Coromant Capto C5.

Công cụ cắt:Chèn cacbua không tráng (chỉ định ISO: CNMG 120408-MF5 để quay, SEHT 1204AFTN-ME5 để phay). Cắt mới được sử dụng cho mỗi bộ tham số.

Tham số:FULL FAUSTORAL DOE Điều tra:

Tốc độ cắt (VC): 50, 80, 110 m/phút

Tốc độ thức ăn (F): 0,05, 0,10, 0,20 mm/rev (Turn), 0,05, 0,10, 0,15 mm/răng (xay xát)

Độ sâu cắt (AP): 0,1, 0,3, 0,5 mm

Chất làm mát: Nhũ tương lũ (5%) so với gia công khô.

Đo lường:

Độ nhám bề mặt:Mitutoyo Surftest SJ-410 Profilometer (RA, RZ PER ISO 4287) . 3 Các phép đo trên mỗi mẫu.

Giết công cụ:Kính hiển vi kỹ thuật số Olympus DSX1000 (Flank Wear VBMax mỗi ISO 3685). Đo được trong khoảng thời gian 5 phút.

Suburface Microhardness:Struers Durascan 70 Vickers Microhardness Tester (HV 0,1). Các mẫu cắt ngang, các phép đo từ bề mặt đến độ sâu 300μm ở khoảng thời gian 25μm.

Lực lượng cắt:Máy đo lực kế Kistler 9257B với bộ khuếch đại điện tích loại 5070 (FX, FY, FZ).

3 Kết quả và phân tích

3.1 Tiến trình hao mòn công cụ

17-4PH liên tục thể hiện hao mòn sườn tăng tốc so với 316L trên tất cả các tham số. Tại VC =80 m/min, f =0.1 mm/rev, ap =0.3 mm, VBmax đạt 0,25 mm trong 17-4ph sau 15 phút so với 0,18 mm đối với 316L.

Cơ chế hao mòn: Độ bám dính/độ khuếch tán chiếm ưu thế trên 17-4PH; Mặc mài mòn chiếm ưu thế trên 316L. Hình 1 minh họa hình thái đất mòn so sánh. Gia công khô tăng tỷ lệ hao mòn 25-35%.

3.2 Địa hình bề mặt và độ nhám

RA tối ưu (< 0.8 μm) achieved at Vc=80-100 m/min and f≤0.1 mm/rev for both alloys (Figure 2). Higher Vc (>110 m/phút) với độ rung gây ra thức ăn thấp, tăng RA.

17-4PH surfaces showed greater propensity for feed mark irregularities and micro-pitting under aggressive feeds (f>0,15 mm/rev). Ứng dụng làm mát đã cải thiện RA từ 10-15% bằng cách giảm sự hình thành BUE.

3.3 Thay đổi dưới bề mặt

Làm cứng công việc đáng kể quan sát được, kéo dài 100-150μm dưới bề mặt gia công. Microhardness tăng cao tăng:

316L:Cơ sở ~ 200 HV → Đỉnh 260-290 HV.

17-4PH (H900):Cơ sở ~ 420 HV → Đỉnh 480-520 HV.

Mức độ nghiêm trọng cứng tăng theo tốc độ thức ăn và độ sâu cắt, được giảm thiểu bởi tốc độ cắt và chất làm mát cao hơn (Hình 3) . 17-4 pH làm cứng rõ rệt hơn và sâu hơn.

3.4 Lực cắt

Lực tiếp tuyến (FZ) trong 17-4ph cao hơn 15-25% so với 316L trong điều kiện giống hệt nhau, tương quan với cường độ cao hơn. Lực xuyên tâm (FY) bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự tiến triển của công cụ.

4 Thảo luận

Công cụ tăng tốc độ mòn trên 17-4PH bắt nguồn từ các kết tủa cường độ cao và mài mòn (ví dụ: Cu giàu, NBC), thúc đẩy tương tác và khuếch tán kết dính ở giao diện chip công cụ. Độ bền thấp hơn của Austenitic 316L và độ dẻo cao hơn ủng hộ sự hình thành chip lớn hơn, giảm áp lực tiếp xúc nhưng tăng nguy cơ bám dính. Độ cứng dưới bề mặt quan sát được phù hợp với biến dạng dẻo trong quá trình hình thành chip; Thức ăn cao hơn làm tăng mức độ nghiêm trọng của biến dạng. Hiệu quả của chất làm mát phát sinh từ sự tản nhiệt và bôi trơn, giảm làm mềm nhiệt và BUE. Trong khi các tham số được xác thực cải thiện kết quả, các hạn chế tồn tại: kết quả là cụ thể cho các công cụ cacbua không tráng; Các công cụ tráng (ví dụ: Altin, Tialn) có thể tăng cường hiệu suất. Các phát hiện cho thấy ý nghĩa thực tế: Ưu tiên VC cao vừa phải với F/AP thấp để hoàn thành 17-4PH, sử dụng chất làm mát và thực hiện giám sát hao mòn công cụ nghiêm ngặt. Đối với 316L, tốc độ cao hơn là khả thi nhưng sự ổn định là rất quan trọng để ngăn chặn cuộc trò chuyện.

5 Kết luận

Gia công 17-4ph đòi hỏi các chiến lược riêng biệt do độ mòn công cụ cao hơn 25-40% và độ cứng dưới bề mặt lớn hơn 316L trong điều kiện tương đương.

Kết thúc bề mặt tối ưu (RA <0,8 m) cho cả hai hợp kim đều đạt được ở tốc độ cắt 80-100 m/phút và tốc độ thức ăn thấp hơn hoặc bằng 0,1 mm/rev.

Ứng dụng làm mát lũ làm giảm đáng kể độ cứng dưới bề mặt (thấp hơn 15-20% ΔHV) và cải thiện hoàn thiện bề mặt bằng cách giảm thiểu cạnh tích hợp.

Các bộ tham số được xác thực cung cấp cho các nhà sản xuất các hướng dẫn có thể hành động để tăng cường chất lượng thành phần và tuổi thọ công cụ trong sản xuất thiết bị y tế. Nghiên cứu tiếp theo nên điều tra hiệu suất công cụ tráng và hiệu quả làm mát áp suất cao.

Chú phổ biến: Gia công bằng thép không gỉ cấp độ y tế 316L/17-4PH, Gia công bằng thép không gỉ cấp độ y tế Trung Quốc 316L/17-4PH, nhà cung cấp, nhà máy