三尖钻钻削皮质骨轴向力的仿真与试验研究

发布时间：2024-07-08 19:28

　　在骨钻孔过程中,轴向力过大会导致钻头断裂、骨稳定性差等问题。引入三尖钻增加钻削稳定性,使用ABAQUS对三尖钻钻削皮质骨进行有限元仿真;通过试验验证模型的正确性,使用中心复合设计(CCD)进行仿真试验设计,通过响应面法得到轴向力的二次回归方程,研究转速、进给量和钻头直径对轴向力的影响。该研究为手术中使用三尖钻提供理论指导,二次回归方程作为预测模型为手术中控制轴向力提供可能。

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【部分图文】：

图1三尖钻结构简图

三尖钻是普通麻花钻进行适当修磨后形成的,改变主切削刃的切削状态,缩短横刃的长度,使钻芯和两侧形成3个锋利的刃尖;有定心效果好、钻孔轴向力小、钻削温度低、钻孔效率高等优点,结构如图1所示。2钻削有限元模型

图2钻削模型

模型的边界条件即施加力或者约束来控制模型的运动形式。钻削仿真中需要约束皮质骨模型的6个自由度;钻头的运动路径是沿着Z轴向下进给并绕轴旋转,由于已经约束钻头为刚体且设置参考点,所以对参考点施加Z轴向下进给和绕轴旋转的运动,同时应约束其他4个自由度。考虑到钻削的实际情况,将钻头模型和....

图3试验设备

为了确定仿真模型的正确性,设计试验,进行不同转速下的钻骨试验。试验平台为YCM-V65A立式加工中心,使用Kistler9257B三向测力仪测量钻削皮质骨过程中产生的轴向力,试验设备见图3。3.2试验材料与参数

图4不同转速下的轴向力曲线及其误差(进给量f=0.5mm/s，钻头直径d=4mm)

选用试验使用的钻削参数进行有限元仿真,仿真结果与试验结果见图4,在保持进给量和三尖钻直径不变的情况下,仿真结果和试验结果中轴向力都随着转速的增加而减少,并且相对误差在0.9%～2.1%,可以证明模型的正确性。应力云图是显示ABAQUS模型应力分布的一种合理方法[5-6]。仿真结果....

本文编号：4003761