Die Ultraschallbearbeitung Technologie sorgt für Wunder bei der Bearbeitung von Medizinischem Edelstahl

2024Jahr 05Monat 16Tag

Über Edelstahl und seine übliche Verwendung

Allgemeine Materialeigenschaften von Edelstahl

Edelstahl ist eine Gruppe von Stahllegierungen, die für ihre ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, Haltbarkeit und hohe Festigkeit bekannt sind. Hier sind einige der wichtigsten Materialeigenschaften von Edelstahl:

【Korrosionsbeständigkeit】

Edelstahl ist hochbeständig gegen Korrosion und Oxidation. Dies liegt hauptsächlich an der Anwesenheit von Chrom in der Legierung, das eine passive Oxidschicht auf der Oberfläche des Materials bildet. Diese Oxidschicht fungiert als Barriere und schützt den darunterliegenden Stahl vor Korrosion, die durch Einwirkung von Feuchtigkeit, Chemikalien und anderen korrosiven Substanzen verursacht wird. Dies macht Edelstahl sehr pflegeleicht, da es den Bedarf an häufiger Reinigung, Lackierung oder Beschichtung zur Korrosionsschutz selbst in anspruchsvollen Umgebungen reduziert.

【Wärmebeständigkeit】

Edelstahl hat auch eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, wodurch er für Anwendungen unter hohen Temperaturen geeignet ist. Er kann erhöhte Temperaturen ohne signifikanten Festigkeitsverlust oder Verformung standhalten. Diese Eigenschaft ist entscheidend in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Energiebranche, in denen Komponenten extremen Hitze- oder Temperaturzyklen ausgesetzt sein können.

【Hohe Festigkeit und Duktilität】

Edelstahl weist eine hohe Festigkeit auf, was ihn für verschiedene strukturelle und lasttragende Anwendungen geeignet macht. Die Festigkeit von Edelstahl wird durch Faktoren wie Legierungszusammensetzung, Wärmebehandlung und Herstellungsprozesse beeinflusst. Edelstahl besitzt auch eine gute Duktilität, die es ermöglicht, ihn leicht zu formen und zu verarbeiten. Diese Eigenschaft ist in verschiedenen Fertigungsprozessen, einschließlich Biegen, Schweißen, Bearbeiten und Formen, vorteilhaft. Die Duktilität von Edelstahl kann durch Kontrolle der Legierungszusammensetzung und Verwendung geeigneter Wärmebehandlungen weiter verbessert werden.

【Hygienische Eigenschaften】

Edelstahl wird weit verbreitet in Branchen eingesetzt, die hohe Sauberkeits- und Hygienestandards erfordern, wie Lebensmittelverarbeitung, medizinische (chirurgische) und pharmazeutische Industrien. Er ist nicht porös, was ihn gegen das Wachstum von Bakterien resistent macht, leicht zu reinigen ist und wiederholten Sterilisationsprozessen standhält.

Verschiedene Stahlsortenfamilien von Edelstahl

Neben der allgemeineren Perspektive auf die Materialeigenschaften von Edelstahl werden die Edelstahlsortenfamilien hauptsächlich in vier Hauptkategorien eingeteilt, nämlich Ferritisch, Austenitisch, Martensitisch und Duplex, basierend auf ihrer kristallinen Mikrostruktur.

Im Allgemeinen werden austenitische und martensitische Edelstahlsorten, einschließlich DIN-X5CrNi189, X5CrNiMo1810 und X46Cr13, häufig bei der Herstellung von medizinischen und chirurgischen Geräten oder Ersatzteilen verwendet. Die folgende Darstellung vergleicht diese drei häufig verwendeten Edelstahlsorten.

【Austenitisch - DIN-X5CrNi189 Edelstahl】

Zusammensetzung
DIN-X5CrNi189 Edelstahl enthält 18-20% Chrom und 8-10,5% Nickel sowie geringe Mengen an Kohlenstoff, Mangan und anderen Elementen.

Korrosionsbeständigkeit
Er bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit in einer breiten Palette von Umgebungen, einschließlich atmosphärischer Bedingungen und milden chemischen Umgebungen.

Festigkeit
DIN-X5CrNi189 Edelstahl hat eine gute Zugfestigkeit und Streckgrenze, was ihn für Anwendungen im Allgemeinen geeignet macht.

Branchenanwendungen
DIN-X5CrNi189 Edelstahl wird häufig in verschiedenen Branchen verwendet, darunter Lebensmittelverarbeitung, Küchenausstattung, architektonische Anwendungen und chemische Verarbeitung.

【Austenitisch - DIN-X5CrNiMo1810 Edelstahl】

Zusammensetzung
DIN-X5CrNiMo1810 Edelstahl enthält 16-18% Chrom, 10-14% Nickel und 2-3% Molybdän sowie andere Elemente.

Korrosionsbeständigkeit
Er bietet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen wie maritimen oder chloridreichen Bedingungen.

Festigkeit
DIN-X5CrNiMo1810 Edelstahl hat eine höhere Zugfestigkeit und Streckgrenze im Vergleich zu 304, was ihn für Anwendungen unter erhöhtem Druck geeignet macht.

Branchenanwendungen
DIN-X5CrNiMo1810 Edelstahl wird häufig in der maritimen Ausrüstung, chemischen Verarbeitung, Pharmazie und medizinischen Implantaten eingesetzt, wo eine überlegene Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.

【Martensitisch - DIN-X46Cr13 Edelstahl】

Zusammensetzung
DIN-X46Cr13 Edelstahl enthält etwa 12-14% Chrom, mit keinem oder minimalem Nickelgehalt. Er hat auch einen höheren Kohlenstoffgehalt im Vergleich zu DIN-X5CrNi189 und X5CrNiMo1810.

Korrosionsbeständigkeit
Er bietet eine moderate Korrosionsbeständigkeit in milden Umgebungen, ist jedoch weniger beständig gegen korrosive Chemikalien oder Chloride im Vergleich zu DIN-X5CrNi189 und X5CrNiMo1810.

Festigkeit
DIN-X46Cr13 Edelstahl hat eine hohe Härte und gute Festigkeit, was ihn für Anwendungen mit Verschleißfestigkeit wie Besteck, chirurgische Instrumente und Formen geeignet macht. Das Material kann nach der Wärmebehandlung eine noch höhere Härte (bis zu HRC 50-55) aufweisen, was es für Umgebungen mit höherer Präzision und strengeren Standards geeignet macht.

Branchenanwendungen
DIN-X46Cr13 Edelstahl wird häufig in der Herstellung von Klingen, Messern, Scheren, chirurgischen Instrumenten und Formen verwendet, wo Härte und Verschleißfestigkeit entscheidend sind.

Zusammenfassend bietet DIN-X5CrNi189-Edelstahl eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit und ist für eine breite Palette von Anwendungen geeignet. DIN-X5CrNiMo1810-Edelstahl bietet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen, und hat eine höhere Festigkeit als DIN-X5CrNi189. DIN-X46Cr13-Edelstahl hat eine geringere Korrosionsbeständigkeit, bietet jedoch hohe Härte und Verschleißfestigkeit, was ihn ideal für Anwendungen macht, die Schneid- oder Verschleißfestigkeitseigenschaften erfordern. Die Wahl zwischen diesen Güten hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von medizinischem Edelstahl

Die Bearbeitung von Edelstahl, einschließlich der Sorten DIN-X5CrNi189, X5CrNiMo1810 und X46Cr13, kann aufgrund der Materialeigenschaften dieser Stahllegierungen bestimmte Schwierigkeiten mit sich bringen. Im Folgenden sind häufige Herausforderungen aufgeführt, die bei der Bearbeitung dieser Edelstahlsorten auftreten:

Verfestigung

Edelstahlsorten, einschließlich DIN-X5CrNi189, X5CrNiMo1810 und X46Cr13, neigen während der Bearbeitung zur Verfestigung. Wenn das Material durch das Schneidwerkzeug verformt wird, wird es härter und widerstandsfähiger gegen weitere Bearbeitung. Dieser Verfestigungseffekt kann zu erhöhten Schnittkräften, Werkzeugverschleiß und Schwierigkeiten bei der Erzielung der gewünschten Werkstückqualität führen. Darüber hinaus neigt Edelstahl dazu, lange, faserige Späne zu erzeugen, die zu Späneansammlungen führen und den Bearbeitungsprozess stören sowie das Werkstück oder das Werkzeug beschädigen können. Je härter und widerstandsfähiger das Material gegen das Schneiden wird, desto herausfordernder gestaltet sich seine Spanabfuhr.

Hohe Schnittkräfte

Edelstahl zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Zähigkeit aus, was während der Bearbeitung zu hohen Schnittkräften führt. Diese hohen Schnittkräfte erfordern robuste Schneidwerkzeuge und Maschinen, die in der Lage sind, die Belastung zu bewältigen. Eine effektive Verwaltung dieser Kräfte ist wichtig, um Werkzeugbruch, Vibrationen und andere Bearbeitungsprobleme zu verhindern.

Wärmeerzeugung

Edelstahl hat eine geringe thermische Leitfähigkeit, was bedeutet, dass sich die während der Bearbeitung erzeugte Wärme im Schneidbereich konzentriert. Dies kann zu erhöhten Temperaturen führen, die Werkzeugverschleiß, Werkzeugverformung und plastische Verformung des Materials verursachen können.

Werkzeugverschleiß

Edelstahlsorten, insbesondere DIN-X46Cr13, sind relativ hart, was während der Bearbeitung zu ernsthaften Werkzeugverschleiß führen kann. Die Verfestigung, hohe Schnittkräfte und Wärmeerzeugung tragen zum Werkzeugverschleiß bei und können die Werkzeugstandzeit verringern. Daher ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe für Werkzeuge mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit sowie die Optimierung der Schnittparameter entscheidend, um Probleme mit Werkzeugverschleiß zu minimieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich die spezifischen Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Edelstahl je nach Faktoren wie der spezifischen Sorte, der Werkstückgeometrie, der Auswahl des Schneidwerkzeugs und den Bearbeitungsparametern unterscheiden können.

Was bringt die HIT-Ultraschallbearbeitungstechnologie für die Bearbeitung von medizinischem Edelstahl?

Ultraschall-Hochfrequenzoszillation

Die ultraschallunterstützte Bearbeitungstechnologie von HIT ermöglicht die Überlagerung der Werkzeugrotation mit einer Hochfrequenzoszillation in Längsrichtung, wodurch über 20.000 Mikrovibrationen pro Sekunde erzeugt werden. Dieser Mechanismus hilft, die Schnittkräfte zu reduzieren und den Abtransport von Spänen zu erleichtern.

Die Hochfrequenzoszillation in Längsrichtung ermöglicht einen intermittierenden Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Dadurch wird die kumulative Wärmebildung um die Werkzeugspitze herum eliminiert, was zu einer erheblichen Reduzierung des Werkzeugverschleißes führt.

Reduzierung der Schnittkraft

Die Reduzierung der Schnittkräfte verringert nicht nur die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, sondern ermöglicht auch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs. Dieser Mechanismus zusammen mit der Hochdruckkühlung (bis zu 70 bar) durch die Spindel (CTS-Funktion) hilft auch, die während des Bearbeitungsprozesses erzeugte Wärme zu reduzieren. Dies verbessert die Qualität des Werkstücks und die Stabilität der Werkzeugstandzeit erheblich und spart eine enorme Menge an Energie und Bearbeitungszeit.

Einfacherer Späneabtransportprozess

Die Erleichterung des Späneabtransports reduziert auch die Reibung auf Werkzeug und Werkstück, die durch eine übermäßige Menge an kumulierten Spänen verursacht wird. Besonders wenn die Späne lang und faserig sind, kann dies zu Aufbauschneiden (BUE) oder erneutem Schneiden der Späne führen, was die Qualität des Werkstücks verschlechtert und die Werkzeugstandzeit gefährdet. Die Reduzierung der Schnittkräfte mit der ultraschallunterstützten Hochfrequenzmikrovibration von HIT ermöglicht es dem Werkzeug, das Material leichter zu schneiden und die Späne leichter abzutransportieren. Die Beseitigung von verwickelten, kumulierten Spänen trägt ebenfalls zu einer besseren Werkstückqualität und einer längeren Werkzeugstandzeit bei.

Vorteile bei der Bearbeitung von Edelstahl

Bei der Bearbeitung von medizinischem Edelstahl trägt die ultraschallunterstützte Bearbeitungstechnologie von HIT dazu bei, die Schnittkräfte zu reduzieren, was es dem Werkzeug erleichtert, das Material zu schneiden und die Späne besser abzutransportieren. Dieser Mechanismus trägt zu einer besseren Werkstückqualität (Beseitigung von Graten und bessere Rundung bei Bohrungen) und einer längeren Werkzeugstandzeit (bessere Späneabfuhr und Verhinderung von verwickelten, kumulierten Spänen um Schneidwerkzeuge) bei.

💡 Weitere Informationen zur Ultraschallbearbeitung Technologie von HIT

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