齿槽骨的钻削温度及钻孔质量研究

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牙齿是人体的重要组成部分,一旦缺失后无法自身修复和再生,会给人们的生活带来极大的不便,严重影响人们的身体健康和美观,因此牙齿修复无疑为缺牙患者带来了福音。种植义齿修复具有固位稳定、不损伤临近牙齿等优点,逐渐成为缺牙患者的首选方式。种植义齿修复手术主要在牙槽骨上进行,钻削温度影响骨细胞的活性;钻孔质量决定了与种植体结合的稳定性。因此研究钻削过程中的钻削温度和钻孔质量,对于提高种植义齿修复的成功率有十分重要意义,同时也为临床医生操作提供了理论依据。  本文依托山东省重点研发计划,研究了牙槽骨钻削过程中钻削参数对钻削温度、钻孔质量的影响和切削液对钻削温度的影响,通过仿真与实验相结合的方法分析了齿槽骨的钻削机理和周围组织的损伤机理,本文的主要研究内容如下:  首先,通过有限元有限元分析软件ABAQUS建立了齿槽骨钻削的三维有限元模型,设计了齿槽骨钻削实验并验证了有限元模型的有效性。对建模过程中的材料属性、本构模型的选择、网格的划分、失效准则的选取和边界条件等对建模精度有重要影响的参数进行了选择与定义。然后,以合作单位山东大学齐鲁医院的临床钻削参数为参考,设计了齿槽骨钻削实验并提出了通过拟合不同位置处温度来测量钻孔表面实际温度的方法。将实验结果与仿真结果对比发现最大误差不超过7%,从而验证了有限元模型的有效性。  其次,通过有限元模型分析了钻削参数对温度的影响,采用实验的方法分析了冷却方式和进给进给方式对最高温度的影响。仿真结果表明,随着进给速度的增大导致切削厚度增大,前刀面受到的也压力增大,其摩擦热也增多,所以随着进给速度的增大钻削过程中的最高温度逐渐增大;随着主轴转速的增大钻削过程中的最高温度先减小后增大。依据温度仿真结果建立了神经网络的预测模型,并验证了预测模型的有效性。研究了切削液、进给方式等钻削条件对钻削温度的影响规律,并对其作用机理进行了理论分析与验证。实验发现增加切削液和分级进给都可以有效地降低钻削过程中的温度。增加切削液可以使最高温度下降25.73%,分级进给可以使钻削过程的最高温度下降57.19%。  最后,由于钻孔的表面质量对后续与种植体结合有重要影响,所以对钻削留下钻孔的表面质量进行了分析。通过对不同钻削情况下的切屑进行定性分析,总结出了切屑与钻削温度的基本规律。同时也分析了不同进给方法和切削液对钻孔表面形貌的影响。对不同钻削参数下的钻孔表面粗糙度进行了测量,分析了转速、进给速度对表面粗糙度的影响规律,并依据实验数据建立了钻削参数与表面粗糙度的温度预测模型,并验证了预测模型的有效性。  本文通过研究了钻削过程中的钻削温度及钻孔质量,揭示了钻削过程中的钻削机理,并对钻削参数进行了优化,为临床应用提供了重要的理论依据,对指导临床工作具有重要意义。
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