射流束切削时在边壁约束下的直径增大变形及加工表面质量研究

利用氯化钠晶粒射流切削生物骨材料时,射流束变形可能会导致骨材料切削断面产生预期之外的损伤,不利于生物组织的后期恢复。为探索射流束切削加工时在边壁约束下产生的变形,以及相应加工表面的质量特点,设计了磨料水射流切削可视化实验。使用高速摄影机拍摄磨料水射流加工过程,利用可视化手段观测射流束变形情况,并使用表面粗糙度Ra表征加工表面质量。研究发现,射流束在前端边壁与两侧边壁共同约束下存在沿切削进给方向的直径增大变形,该变形使加工表面粗糙度沿切深的减小幅度增大及出现频率增多。最后对表面粗糙度Ra沿切割深度的变化数据进行二次处理,提出了一种新的建立磨料水射流切削材料表面粗糙度预测模型的思路。     

可溶性晶体性质对生物骨材料切削质量影响因素探究

为了弥补传统磨料水射流可能造成的磨料残存不利于组织愈合且存在毒害影响的不足，采用具有生物相容性的氯化钠、蔗糖和木糖醇3种可溶性晶体颗粒为磨料，通过改变横移速度和靶距对牛股骨进行切削，测量其表面粗糙度和切削深度，探究可溶性晶体性质对生物骨切削质量的影响。结果表明：氯化钠、蔗糖和木糖醇3种可溶性晶体颗粒作为磨料掺入射流束中，能够明显改善纯水射流切削生物骨材料的质量；可溶性晶体的密度、硬度、溶解性和晶体结构等性质对切削质量均有影响，在能够完全切透骨样的情况下，其中的密度差异表现最明显，密度小的可溶性晶体加工得到的骨样粗糙度更小；在不能够完全切透骨样的情况下，其中的溶解性差异表现最明显，溶解速度慢的晶体加工得到的骨样切削深度更大。在试验设计的参数条件下，3种可溶性晶体射流都能够完全实现生物骨材料的稳定切割，用密度最小的木糖醇颗粒为磨料切削时，在压力为280 MPa，横移速度为10 mm/min，靶距为1 mm时，表面粗糙度值Ra最小，Ra值为3.19μm；用溶解速度慢的蔗糖为磨料，在压力为280 MPa，横移速度为10 mm/min，靶距为1 mm时，最大切削深度值为47.15 mm。