基于各向异性皮质骨的钻削温度研究-中国工具信息网.PDF

５２ 工 具 技 术 基于各向异性皮质骨的钻削温度研究 １，２ １，２ １，２ １，２ 苏哩莉 ，胡亚辉 ，江汪彪 ，薛国彬 １ ２ 天津理工大学；天津市先进机电系统设计与智能控制重点试验室 摘要：为了研究钻削用量与钻削温度之间的关系，利用ＡＢＡＱＵＳ软件建立医用麻花钻和皮质骨的钻削仿真模 型。基于皮质骨各向异性的本质属性，分析比较各向同性与各向异性模型，证明各向异性模型更符合真实情况；利 用各向异性模型研究钻削温度与转速、进给速度和背吃刀量之间的关系。 关键词：钻削温度；ＡＢＡＱＵＳ；各向异性；皮质骨 中图分类号：ＴＧ５０１．４；ＴＨ１６１　　　　　　文献标志码：Ａ ＳｔｕｄｙｏｆＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＣｏｒｔｉｃａｌＢｏｎｅＢａｓｅｄｏｎＡｎｉｓｏｔｒｏｐｙＢｅｈａｖｉｏｕｒ ＳｕＬｉｌｉ，ＨｕＹａｈｕｉ，ＪｉａｎｇＷａｎｇｂｉａｏ，ＸｕｅＧｕｏｂｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｌｌｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＡＢＡＱＵＳｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｍｅｄｉｃａｌｔｗｉｓｔｄｒｉｌｌａｎｄｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｎａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｉｓｂｅｈａｖｉｏｕｒｗｉｔｈａｎｉ ｓｏｔｒｏｐｉｃａｐｐｒｏａｃｈ，ｐｒｏｖｉｎｇｔｈａｔｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍｏｄｅｌｃｏｎｆｏｒｍｓｔｏｔｈｅｒｅａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｓｏｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａ ｔｕｒｅｉｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ，ｆｅｅｄｒａｔｅａｎｄｂａｃｋｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈｂｙａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｏｆｔｈｅｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ＡＢＡＱＵＳ；ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ；ｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅ 料属性是各向同性），本质上皮质骨表现为各项异 　引言 ［４］ 性。Ｒｅｉｌｌｙ等 经过试验研究得到，牛骨的抗压强 骨钻削常用于外科手术中，其钻削用量的不同 度几乎是人的两倍，且平行于骨单位方向的强度是 会影响钻削表面质量，严重时会导致骨热坏死等临 ［５］ 垂直方向上的两倍；Ｙｅａｇｅｒ等 通过直角切削试验 床问题。关于切削热的影响，研究发现骨最大温度 得到骨单位方向影响加工表面粗糙度和表面质量； 可达５５℃左右，温度在４７℃－５０℃以上会造成骨的 ［６］ Ｓａｎｔｉｕｓｔｅ等 把皮质骨假设为一种复合材料进行仿 ［１］ 热损伤。由Ｋａｒａｃａ等 综合多学科的体外试验研 真研究，发现钻削温度和切屑的形成都受骨单位方 究得知：主轴转速、钻削力和骨质密度是温度上升和 向的影响。基于骨的独特性，本文将皮质骨的材料 钻孔质量的显著参数。