微织构医疗钻头骨钻削温度及刀具磨损研究

发布时间：2021-10-16 12:59

　　针对骨加工过程中过高的温度会导致骨细胞的损伤和死亡等问题,本文基于合理的表面微织构能够起到减摩抗磨作用,设计及制备出凹坑型表面微织构新型医疗钻头。根据医疗钻头的结构选取合理的微织构参数,利用激光制备技术在医疗钻头副后刀面制备了不同参数的凹坑型微织构,通过骨钻削试验和有限元仿真试验,主要以钻削区域的加工温度和刀具磨损为研究对象,做了以下几个方面研究:（1）根据所研究医疗钻头结构确定了微织构尺寸大小,利用激光加工设备在钻头副后刀面上制备出凹坑型表面微织构,并通过ANSYS Workbench分析出较优的微织构参数。（2）在4Cr13不锈钢盘试样上加工出微织构,通过无微织构与有微织构的盘试样与猪骨皮质骨组成的摩擦副进行摩擦磨损试验,在设计的微织构几何参数内,得到微织构几何参数对该种摩擦副的摩擦效果的影响规律。（3）通过ABAQUS软件模拟出微织构医疗钻头钻削猪骨皮质骨的三维钻削过程,并用骨钻削试验验证了文章所构建的模拟模型,准确可靠。在本文模型的基础上,获取了钻削温度关于切削参数和微织构参数变化的规律。（4）研究最佳表面织构医疗钻头的磨损机理,通过猪骨皮质骨钻削物理试验,得到医疗钻头主后刀面... 

【文章来源】：天津理工大学天津市

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 本课题的研究背景及意义
    1.2 骨钻削研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 表面微织构研究现状
        1.3.1 摩擦副表面织构的减摩效果的研究状况
        1.3.2 表面微织构在刀具上的应用
    1.4 本课题的主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章 凹坑型微织构几何参数设计及其制备
    2.1 激光加工技术
        2.1.1 激光加工的原理
        2.1.2 微织构加工设备
        2.1.3 加工后续处理
    2.2 微织构的设计
        2.2.1 麻花钻基本结构
        2.2.2 微织构几何参数设计
    2.3 微织构麻花强度分析
        2.3.1 微织构钻头三维模型的建立
        2.3.2 定义约束和载荷
        2.3.3 材料属性的设置
        2.3.4 微织构几何尺寸对钻头应力的影响
    2.4 本章小结
第三章 凹坑型微织构对 4Cr13不锈钢刀具表面摩擦性能的影响
    3.1 摩擦理论
    3.2 摩擦磨损试验设备及方案
        3.2.1 摩擦磨损试验设备
        3.2.2 摩擦磨损试验材料
        3.2.3 试验方案设计及条件
        3.2.4 摩擦磨损试验过程
        3.2.5 试验数据的采集
    3.3 摩擦磨损试验结果分析
        3.3.1 试验结果
        3.3.2 凹坑型表面微织构的减摩机理分析
    3.4 本章小结
第四章 表面织构医疗钻头皮质骨钻削温度的研究
    4.1 有限元分析法简介
    4.2 有限元仿真模型的建立
        4.2.1 几何模型的建立
        4.2.2 材料属性的设置
        4.2.3 网格划分
        4.2.4 钻屑切削分离准则的选取
        4.2.5 相互作用的定义
        4.2.6 仿真结果
    4.3 有限元模型的验证
        4.3.1 骨钻削试验
        4.3.2 试验与仿真结果对比
    4.4 钻削用量对钻削区域加工温度的影响
        4.4.1 钻削参数试验设计
        4.4.2 钻削温度与进给速度之间的关系
        4.4.3 钻削温度与转速之间的关系
    4.5 凹坑型微织构几何参数对骨钻削区域加工温度的影响
        4.5.1 微织构参数正交试验设计
        4.5.2 仿真试验结果分析
    4.6 本章小结
第五章 表面织构医疗钻头磨损研究及其预测模型的构建
    5.1 刀具的磨损
        5.1.1 刀具的磨损形式
        5.1.2 刀具磨损及磨钝标准
        5.1.3 刀具磨损的原因
        5.1.4 检测设备
    5.2 刀具磨损试验研究
        5.2.1 两种刀具对比试验
        5.2.2 微织构刀具后刀面磨损研究
    5.3 刀具磨损量预测
        5.3.1 灰色模型的简介
        5.3.2 微织构医疗钻头主后刀面磨损量的灰色模型
        5.3.3 预测模型的验证
    5.4 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 研究结论
    6.2 研究展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳织构涂层刀具研究进展[J]. 张克栋,邓建新,姜超,陈帅,刘亚运.  航空制造技术. 2015(06)
[2]骨外科手术钻孔温度影响因素理论分析与实验研究[J]. 马宏亮,李长河.  机械设计与制造. 2014(03)
[3]表面微织构影响点接触润滑摩擦性能的实验研究[J]. 刘洪龙,王文中,赵自强,孔凌嘉.  润滑与密封. 2014(01)
[4]织构对涂层刀具切削性能影响的有限元分析及实验研究[J]. 孙华亮,涂杰松,商宏飞,徐建华,张少婧,邵天敏,李健.  现代制造工程. 2013(09)
[5]仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析[J]. 邵世超,谢峰.  工具技术. 2013(05)
[6]基于灰色马尔可夫模型的城市污水量预测[J]. 李小芳,孙宝盛,司志娟.  环境工程学报. 2013(01)
[7]微织构对硬质合金表面摩擦性能的影响[J]. 王震,李亮,戚宝运,卞荣.  工具技术. 2011(01)
[8]医疗钻头钻削力和钻削温度的试验研究[J]. 杨毅欣,王成勇,秦哲,宋月贤,陈翰源.  机械设计与制造. 2010(11)
[9]电路板复合材料高速钻削刀具的磨损[J]. 汤宏群,王成勇,王冰.  热加工工艺. 2010(10)
[10]镶嵌固体润滑剂的自润滑刀具切削温度研究[J]. 宋文龙,邓建新,吴泽,颜培,张辉.  农业机械学报. 2010(01)

硕士论文
[1]基于正交各向异性分析的皮质骨钻削的仿真与实验研究[D]. 何玲.天津理工大学 2016
[2]微织构麻花钻的设计制备及钻削性能研究[D]. 高焕焕.山东大学 2015
[3]微织构自润滑刀具的结构设计研究[D]. 亓婷.山东大学 2012
[4]表面微织构刀具切削钛合金的试验研究[D]. 王亮.南京航空航天大学 2012
[5]基于有限元方法的钻头动静态分析与研究[D]. 李超.华中科技大学 2009



本文编号：3439850