骨组织磨削特性实验研究

近年来，随着各种骨组织疾病如骨质增生、骨关节炎、骨头萎缩或坏死、骨癌和骨折等骨病患者日益增多，对骨外科手术提出了越来越高的要求。在这些骨外科手术过程中，一些传统的机械加工方法如钻削、锯削、铣削等切削加工方法已被广泛用于骨外科手术中。磨削作为一种传统的精密加工方法，近年来越来越多的被用于骨外科手术中对骨组织的去除，如利用线锯或微小球形磨头等磨削方式实现对骨组织的材料去除。随着磨削技术在骨外科手术中应用的增多，对骨组织这种结构复杂且各向异性的生物组织材料磨削机理的研究显得十分必要。基于此本论文对骨组织磨削时的磨削力、磨削温度和砂轮堵塞等问题进行了深入系统地研究；讨论了磨削工艺参数对磨削力、磨削温度及砂轮堵塞的影响规律，揭示了骨组织磨削砂轮堵塞机理；为控制和优化磨削工艺参数，减小骨组织磨削损伤，提高手术质量提供了指导依据。本文所做的工作主要包括： （1）对密质骨的组织成分、结构及力学性能进行了分析总结，并对骨组织的硬度和压缩强度进行了测试，骨组织三个方向的维氏硬度（HV)分别为：截面49.38，侧面47.436，表面43.926，骨组织三个方向的抗压强度分别为：轴向98.07MPa，切向136.67MPa，径向163.50MPa。 （2）研究了磨削参数对磨削力的影响规律，在骨组织磨削过程中，磨削力随着磨削深度和工作台速度的增大而增大，随着砂轮速度和磨粒粒径的增大而减小；在其它磨削条件相同情况下，金刚石砂轮磨削力比氧化铝砂轮磨削力要小得多；骨组织三个不同方面的磨削力：截面磨削力最大，侧面磨削力次之，表面磨削力最小。 （3）研究了磨削参数对磨削温度的影响规律，在骨组织磨削过程中，磨削温度随着磨削深度和砂轮速度的增大而增大，在其他磨削条件相同情况下，金刚石砂轮磨削时的磨削温度比氧化铝砂轮磨削时的磨削温度要小得多。 （4）揭示了骨组织磨削砂轮堵塞机理，因骨组织中含有一定量的多糖蛋白，在磨削过程中骨组织磨屑在较高的磨削温度和挤压应力作用下很容易粘附在砂轮表面形成砂轮堵塞；研究了磨削参数对砂轮堵塞的影响规律，并分析了氧化铝砂轮和金刚石砂轮磨削骨组织砂轮堵塞特性。随着砂轮的堵塞，骨组织磨削力增大，磨削力的波动幅值也增大，磨削温度上升。 本论文的研究成果将为磨削加工技术在骨外科手术中的应用提供一定的理论指导和实验依据。