基于微织构刀具的皮质骨钻削温度研究.pdf

第37卷第11期 中国农机化学报 V01．37No．11 2016年11月 JournalofChinese Mechanization NOV． 2016 Agricultural DOI：10．13733／j．jcam．issn．2095—5553．2016．11．045 基于微织构刀具的皮质骨钻削温度研究* 江汪彪1’2，胡亚辉1’2，郑清春1’2，孙建波1’2，刘海英1’2 摘要：仿生摩擦学的研究表明在滑动接触表面上设置合理的表面微织构可以实现减摩抗磨、降低接触面的表面温度等作 用。为此，将凹坑型微织构应用到4Crl3不锈钢钻头上，基于Abaqus建立微织构钻头三维骨钻削仿真模型，通过红外热 成像仪测得的钻削温度对仿真模型进行验证，并研究该模型钻削温度关于转速和进给量的关系。在研究范围内，随着转 速的增大，皮质骨钻削温度升高；随着进给速度的增大，皮质骨钻削温度降低。 关键词：骨钻削；微织构；钻削温度；有限元仿真 中图分类号：TG52文献标识码：A 文章编号：2095-5553(2016)11-0207-05 江汪彪，胡亚辉，郑清春，孙建波，刘海英．基于微织构刀具的皮质骨钻削温度研究I-J]．中国农机化学报，2016，37 (11)：207～211 Jianbo，Liu of oncorticalbone JiangWangbiao，HuYahui，ZhengQingchun，Sun Haiying．Studydrillingtemperature basedonmicro-texturetool ofChinese I-J]．Journal Mechanization，2016，37(11)：207～211 Agricultural 微织构并填充固体润滑剂，并与传统刀具进行了对比 0 引言 试验，研究结果表明：微织构自润滑刀具可以显著降低 骨钻削是常用的骨加工方式之一，尽管钻削过程 中产生的热量由于血液、组织液的作用会部分消散 上加工了微织构，并通过试验证明了表面微织构可以 掉，还有一部分热量会随着切屑被带走，但是在切削 降低刀具表面的摩擦磨损和切削力以及刀具前刀面上 刃附近的温度依然非常高，大家普遍关心的是在骨 的黏着[8]。 钻削过程中温度过高对骨造成的热损伤。研究表 本文基于钻削原理[9_叩和仿真摩擦学相关特性， 明：如果骨在50℃的温度下超过30s就会导致细胞 将凹坑型微织构的减摩降温特性运用到皮质骨钻削过 坏死[1]，因此如何解决钻削过程中骨的热损伤问题非 程中，并利用有限元分析软件Abaqus动态模拟皮质 常有意义。仿生摩擦学[2巧]的相关研究发现，通过设 置合理的表面微织构可以实现良好的降低摩擦阻 实验，对钻削参数(转速、进给速度)进行优化，并得出 力、减少磨损、提高耐磨性、降低加工过程中的温度， 微织构4Crl3不锈钢钻头皮质骨钻削温度的预报 这给刀具表面状态减磨、降温带来了新的研究方向 模型。 和理论支持。 1有限元仿真模型 很多学者做了大量的关于微织构的研究。宋起飞 等根据仿生摩擦学的原理，在试样表面通过激光加工 1．1 几何模型的建立 技术加工出有规则分布的凹坑以及条纹等非光滑单元 根据麻花钻的结构参数[11。：顶角2西一118。，螺旋 体，研究了具有非光滑表面材料的摩擦磨损性能，研究 结果表明：当光滑表面的单元体硬