氧化铝生物陶瓷材料微铣削残余应力研究

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氧化铝生物陶瓷具有高硬度、较好的耐磨性、耐热性以及良好的生物相容性等优良特性,作为人工关节以及骨骼替代材料有广泛的应用前景。医疗领域对氧化铝生物陶瓷零件小型化、良好表面质量及使用寿命提出了更高的要求。氧化铝生物陶瓷有脆性大、断裂韧性低的特点,在微铣削加工过程中由于切削热和切削力相互作用容易形成应力集中,在零件表层及内部产生裂纹。因此研究切削热和切削力耦合作用下的已加工工件残余应力的分布规律十分有必要。本课题研究了已加工工件表面残余应力,取得了以下研究成果:1.根据微径球头铣刀微铣削工件的特点,基于移动热源理论和实际微铣削传热模型建立氧化铝生物陶瓷微铣削工件温度场解析模型。2.利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了氧化铝生物陶瓷三维微铣削有限元模型,仿真得出了微铣削过程中工件温度分布云图以及铣削力变化规律,研究了工件温度和铣削力在不同铣削参数下的变化情况。建立了氧化铝生物陶瓷微铣削热力耦合模型,得到了工件在表层以及沿深度方向上的残余应力分布状态,分析了不同铣削参数对工件残余应力的作用规律。3.搭建了微铣削实验平台,完成氧化铝生物陶瓷微铣削加工实验,测量了工件温度、铣削力和已加工工件表层残余应力,使用单因素分析法将仿真数据与实验数据进行了分析对比,结果表明不同加工条件下有限元仿真值与实验值的变化趋势基本一致。
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