【摘 要】
:
股骨假体柄作为替代失效髋关节的医用金属植入体,其具有材料难加工,型面复杂等特点。目前股骨假体柄的加工方法主要有铸造、锻造、多轴数控铣削加工以及增材制造等,其中铸、锻造等加工方法工序繁琐,多轴数控铣削加工精度高,但刀具磨损大,成本高,增材制造可以个性化定制,但生产周期长、效率低。电解加工技术具有加工范围广、阴极无损耗、加工效率高的优势,基于此本文提出一种拷贝式电解加工髋关节股骨假体柄型面的方法,并进
【基金项目】
:
国家自然科学基金(52075105);
论文部分内容阅读
股骨假体柄作为替代失效髋关节的医用金属植入体,其具有材料难加工,型面复杂等特点。目前股骨假体柄的加工方法主要有铸造、锻造、多轴数控铣削加工以及增材制造等,其中铸、锻造等加工方法工序繁琐,多轴数控铣削加工精度高,但刀具磨损大,成本高,增材制造可以个性化定制,但生产周期长、效率低。电解加工技术具有加工范围广、阴极无损耗、加工效率高的优势,基于此本文提出一种拷贝式电解加工髋关节股骨假体柄型面的方法,并进行仿真和试验研究。本文主要研究内容如下:(1)以三轴电解加工机床为试验平台,设计了股骨假体柄型面电解加工工艺装置并完善电解液循环系统。针对非骨水泥型假体柄的结构特点,提出单侧进给成型加工方法,并选用侧流式供液方式,以等间距法设计了阴极型面结构,完成了加工毛坯与工装夹具设计与加工。搭建电解液循环系统以满足股骨假体柄加工所需压力足、流量大、过滤精度高、温度保持稳定等要求。(2)建立了基于电场模型的假体柄型面电解加工模型,利用COMSOL Multiphysics仿真软件进行仿真研究,分析了长度方向上锥度形成过程与宽度方向上圆角形成过程以及加工间隙的变化,并开展了不同时刻的股骨假体柄型面电解加工试验,结果表明试验过程中阳极轮廓变化过程与仿真分析基本吻合,验证了模型的有效性。(3)探究不同加工参数对假体柄型面成型精度的影响,通过单因素试验验证了加工装置的可靠性,并确定了稳定加工的参数范围。之后,以股骨假体柄加工精度和表面质量为评价指标,通过正交试验分析得到:加工电压和进给速度对加工精度有显著性影响,进液压力对表面质量有显著性影响。在优化工艺参数进液压力0.6 MPa,加工电压16 V,进给速度0.15 mm/min的加工条件下加工出股骨假体柄样件,其型面采样尺寸与目标尺寸最小误差为0.035 mm,最大误差为0.153 mm,表面粗糙度Ra最大值为1.044μm,最小值为0.884μm。
其他文献
硬质涂层可显著提升切削刀具的使用性能,已成为先进切削刀具的重要发展方向。物理气相沉积氮化物涂层具有良好的硬度和化学惰性,被广泛用于硬质合金刀具的表面耐磨防护。其中TiSiN涂层因具有超高硬度(可超过40 GPa)的性能优势而备受关注,然而它往往具有较大的残余应力,且高温耐磨性不足,导致其在切削刀具上的应用受到限制。本论文拟结合纳米多层结构构建和合金化方法设计并制备具有高硬度、高耐磨、低应力、低摩擦
磷酸铁锂电池因其循环寿命长、高温性能强、安全性高等优点成为主流的动力电池之一。磷酸铁锂电池在充放电的过程中,伴随着锂离子在活性颗粒中的嵌入和迁出,电池体积会发生变化,由此而产生的扩散应力是不可避免的,电池内应力过大会加速电池的老化甚至于导致电极断裂。本文聚焦于磷酸铁锂电池的扩散应力研究,从模型和实验测量两方面研究电池的应力分布,一方面从活性颗粒尺度利用模型进行仿真计算,以降低电池内部的扩散应力;另
氮化硅(Si3N4)陶瓷具有良好的力学性能、耐腐蚀性和耐磨性等特征,是一种重要的结构陶瓷,被广泛应用在刀具、轴承等领域。文献研究显示,引入少量(2.5 vol%)过渡金属硼化物(ZrB2、HfB2)能够在低温(1500℃)热压烧结制备具有双峰显微结构的高硬度、高韧性Si3N4基陶瓷。为了进一步提升Si3N4基陶瓷的力学性能,本文采用反应烧结、放电等离子烧结以及引入高硬度高熵硼化物等手段,并结合过渡
新能源发电场经过电力电子变流器并入交流电网,形成了高比例接入新能源的新型交流电力网络。与以同步机为主导的传统交流电网相比,这种新型电力网络具有高灵活控制性能以及快速响应的特点。但是由于电力电子装置缺少同步机的机械惯性,抗扰动性能较差,使得接有新能源的交流电网电气强度变弱。特别是当有大规模新能源发电场并入交流电网时,新能源机组与交流电网之间以及新能源机组之间会发生复杂的耦合关系,由此会引发一系列振荡
隔振系统作广泛存在于各类工业设备中,对外部振动的吸收起着不可或缺的作用。随着振动控制技术的不断发展,出现了以液压减振器作为核心吸振元件,串联弹性隔振体的双层隔振系统。相比单层隔振系统,双层隔振系统具有宽频特性以及更好的高频隔振性能。受双层隔振系统启发,本文提出了一种以双筒液压减振器为核心吸振元件,串联石墨烯薄片增强功能梯度多孔(Graphene platelet reinforced-functi
CORC(Conductor on Round Core)超导缆线是一种结构紧凑的柔性复合超导导体,具有高临界磁场、高载流密度、低电感和低交流损耗等优点,适合应用在核聚变托卡马克装置的中心螺线管模型线圈中。交流损耗特性是研究中心螺线管模型线圈的关键因素,不仅对冷却系统的成本和效率至关重要,还影响着整个托卡马克装置的运行稳定性,因此对CORC超导缆线交流损耗特性的研究就显得尤为重要。本文在系统阐述超
高压直流电缆是直流输电技术的核心设备之一,交联聚乙烯(XLPE)凭借其优异的介电、理化性能广泛应用于高压直流电缆绝缘。高压直流电缆运行过程中面临的严峻问题之一是绝缘中空间电荷的积聚。绝缘中积聚的空间电荷会畸变绝缘内部电场,引发绝缘老化甚至击穿。空间电荷行为与绝缘中的电场和温度场分布密切相关,同时受绝缘材料陷阱特性的调制。电热耦合场下高压直流电缆绝缘中空间电荷行为的仿真研究对揭示空间电荷行为规律与机
地图中精确定位对移动机器人自主导航起到至关重要的作用。对于需要长期在同一区域例行导航任务的移动机器人来说,不断变化的环境会导致地图“过时”,与最新的观测产生矛盾,导致机器人无法可靠的工作。因此,需要自主更新地图,适应环境变化,从而让移动机器人实现长期的、稳定的视觉导航。在更新过程中,使用更多的地图点固然可以提高地图稳定性,但额外的内存消耗带来严重问题。为了平衡地图稳定性和内存消耗,需要对特征点的稳
焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业,极大地提高了焊接生产的自动化水平,使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃,同时改善了工人的劳动环境。然而,焊接需求最为庞大的船舶焊接领域,由于其工件体积庞大、焊缝姿态多变、焊接工艺多样的特点,现有固定安装式自动焊接设备无法适应。为此,本文面向结构件自动化焊接需求,以九自由度爬行移动操作臂为研究对象,对移动操作臂焊缝跟踪的协同规划与控制进行了深入
交通流预测作为智能交通系统中的关键技术,它不仅能够为出行者提供实时、可参考的公交到站时间、路段车辆速度等交通信息服务,也能够通过路网状态评估为道路交通管理中的信号控制、路径诱导提供技术支撑。由于城市交通系统是一个动态的开放性大系统,其高度的复杂性、随机性以及不确定性使得对交通流的高可靠度预测难度增加,因此使用更为科学有效的预测方法对交通流参数的随机性进行描述和趋势预测,为提高道路通行能力和稳定性提