鈦合金人工關節(jié)結(jié)構(gòu)復雜、材料導熱性差,傳統(tǒng)精密加工方法難以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性。軟性磨粒流精密加工方法由于良好的形狀適應性和超低的加工溫度,極好地滿足了鈦合金人工關節(jié)的拋光需要。針對鈦合金人工關節(jié),提出了復雜曲面軟性磨粒流湍流加工方法,分析磨粒流湍流流場分布形態(tài),研究磨粒流調(diào)控規(guī)律�；跐{體沖蝕模型,分析了顆粒在約束流道內(nèi)的運動狀態(tài),建立了磨粒流加工去除模型,該模型不僅考慮了近壁面區(qū)域內(nèi)的顆粒速度和顆粒對壁面的壓力的影響,還加入了加工工件表面曲率因素。根據(jù)以往研究,設計了仿形約束流道,利用Fluent軟件中的Eulerian模型和增強壁面處理函數(shù)對仿形約束流道維數(shù)值模擬仿真,計算得到近壁面區(qū)域內(nèi)的顆粒速度和顆粒對壁面的壓力的分布情況,結(jié)合磨粒流材料加工去除模型,為了排除顆粒速度和顆粒對壁面的壓力分布對磨粒流加工的影響,研究設計了優(yōu)化約束流道,以進一步實驗研究加工工件表面曲率對磨粒流加工的影響。結(jié)合優(yōu)化約束流道設計了實驗平臺并進行了相關的實驗研究,得到各個加工區(qū)域的材料去除質(zhì)量,驗證了理論模型和數(shù)值模擬的正確性。整個加工表面的平均粗糙度從294.49nm降到了62.11nm,結(jié)果表明復雜曲面磨粒流加工具有很好的可調(diào)控性和實際應用效果,對今后進一步更為完善的復雜曲面軟性磨粒流湍流加工自動化加工設備的改進和設計具有重要的指導意義。
【學位單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.6
【部分圖文】：

從上個世紀 90 年代至今，我國得關節(jié)方面疾病的患者數(shù)量不斷增加。關節(jié)疾病發(fā)作的原因有很多，有過度劇烈運動導致的運動性關節(jié)損傷，也有骨關節(jié)炎，還有類風濕性關節(jié)炎等。其中患骨關節(jié)炎的老年人患者占了極大部分，所占比例高達 55%。目前，我國存在不同長度的關節(jié)疾病問題的人數(shù)越有 1.2 億。在未來的 20 年里，由于我國社會老齡化的到來，患關節(jié)疾病問題的老年人數(shù)量將會翻一番。關節(jié)疾病就如同牙齒問題，雖然不會危及到患者的生命，但是會一直纏著患者，令患者一直疼痛，以致患者失去勞動能力，這使得患者的生活質(zhì)量大大降低，更嚴重則會令患者喪失自理能力，因此，關節(jié)疾病被稱為“致殘率最高的頭號疾病”。目前，人工關節(jié)置換已成為各種關節(jié)疾病的有效治療方法，通過將病變關節(jié)置換成人工關節(jié)，能夠重建患者的關節(jié)功能，從而使患者重新獲得自理能力，提高他們的生活質(zhì)量。人工關節(jié)最早應用的是人工髖關節(jié)，后來又有了人工膝關節(jié)，到如今，人工關節(jié)已經(jīng)擴展到了人體的肩關節(jié)、腕關節(jié)、肘關節(jié)、踝關節(jié)以及指間關節(jié)等，部分人工關節(jié)如圖 1-1 所示。

浙江工業(yè)大學碩士學位論文（學術(shù)型）另外流體沖擊位置與附近位置加工效率相差較大，很難角度等加工條件實現(xiàn)均勻的加工效果。磨料流拋光加工工過程中，產(chǎn)生的磨屑不容易排出回收，以致加工表面學計時鳴等[10-12]針對模具的復雜內(nèi)腔光整加工提出了結(jié)ftness Abrasive Flowing, SAF)，即采用特定的仿形約束構(gòu)，再利用選定的磨粒與載體以一定比例混合制成軟性磨種新型拋光加工技術(shù)。固液兩相磨粒流拋光是一種利用來實現(xiàn)拋光的新工藝。在流體拋光中，由于流體的柔性工件表面導致表層損傷。通過在加工工件的表面與相對道，將軟性磨粒流通入約束流道中，使基液充滿整個加，帶動顆粒相沖擊加工工件的表面，以顆粒對加工壁面化壁面的精密拋光加工，加工實驗平臺如圖 1-2 所示。

這種加工拋光加工方法是從上個世紀的 70 年代開始發(fā)展的一種新型拋光加工方法，其加工原理如圖1-3 所示，這種方法是以粘度相對較大的材料來作載體，施加較強的的擠壓作用力，從而使載體中的磨料顆粒在加工表面上作相對運動，實現(xiàn)去除毛刺甚至是光整加工的作用。載體通常采用粘度較大的，如潤滑稀釋劑等材料，磨料則是細微的顆粒，其材料通常采用碳化硅、金剛石等一些超硬的材料，磨料流在液壓操縱控制的活塞作用下，來回擠壓移動，帶動磨料摩擦加工表面，進而實現(xiàn)加工表面的精整加工，磨料流的移動速度主要由磨料流的粘度、活塞的作用壓力、磨料流的工作行程等因素所影響。磨料流加工技術(shù)的主要優(yōu)點是加工表面的質(zhì)量相對穩(wěn)定，并且加工精度較高，磨料流也不會對加工表面產(chǎn)生任何的殘余應力和變質(zhì)層。對于磨料流加工方法，國內(nèi)外學者根據(jù)理論研究結(jié)果，進行了大量的實驗，A. J.Fletcher 等[52-53]研究了磨料流加工過程中，磨料流材料的熱特性和流變性。P. J. Davies 等[54-55]研究了磨料流加工過程中，磨料流配方的流變特性和對應的加工實驗參數(shù)兩者之間的作用關系。R. E. Williams 和 K. P. Rajurkar[56]探討了磨料流加工過程中的加工特性，研究了磨料流加工工藝參數(shù)，如活塞壓力、介質(zhì)粘度等對加工結(jié)果參數(shù)，比如加工工件的材料去除率和表面粗糙度的作用。湯勇[57-58]等學者率先在國內(nèi)對磨料流加工技術(shù)開展了研究，其中，湯勇等學者將圓孔通道選擇作為工件，其材料是 T8 工具鋼，加工工件的表面粗糙度初始值為 Ra 1.2μm，圓孔直徑為 7mm

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本文編號：2829238