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微织构刀具皮质骨钻削温度的预报模型研究

孙建波  
【摘要】:骨钻削已经被广泛应用于骨科手术中,比如外伤科和骨活检等。钻削时过高温度可能导致骨组织坏死以及氧化。骨钻削时过高的温度是多种因素相互影响的结果,其中包括医疗麻花钻与骨组织之间剧烈摩擦、主轴转速以及进给速度等参数的作用效果。近年来,计算机技术不断进步,有限元技术在骨钻削中应用的非常广泛。此外,摩擦学的相关研究表明:在滑动接触表面设置合理的微织构可以实现减小接触面温度等作用。为此,本文将摩擦学与骨钻削相结合,通过建立微织构麻花钻钻削皮质骨过程的有限元仿真模型,建立钻削温度关于转速和进给速度的预报模型,对微织构医疗麻花钻在骨钻削中钻削参数的选择进行了探索性研究。主要的研究过程如下:(1)通过研究微织构减磨机理,选取合理激光加工参数,运用激光打标机在医疗麻花钻刃棱上加工出凹坑型织构,并对其进行了清洗和测量。(2)选用医疗麻花钻和新鲜的皮质骨,利用数控加工机床和红外摄像仪等设备进行骨钻削测温实验,结果表明:在医疗麻花钻上设计微织构能够起到降温的作用,并且不同的微织构参数的降温效果不一样;(3)利用ABAQUS分析软件对骨钻削分析,研究了有无微织构医疗麻花钻对皮质骨的应力和温度的影响效果;(4)利用有限元分析软件ABAQUS分析了钻削参数(转速和进给速度)对有无微织构医疗麻花钻钻削皮质骨过程中温度的影响规律,并利用响应面法建立了微织构医疗麻花钻钻削皮质骨过程中温度关于转速和进给速度的预报模型。


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