[發明專利]一種人工關節復雜曲面固液二相軟性磨粒流湍流加工方法

有效

• 申請號: 201510076926.3
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104690649B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 張利;計時鳴;文東輝;樸鐘宇;戴勇;單曉杭;張瑞;王金順
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00;G06F19/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙)33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及一種超光滑精密加工領域，更具體的說，涉及一種人工關節復雜曲面固液二相軟性磨粒流湍流加工方法。

背景技術

人工關節是一種具有關節功能的器官，隨著科學技術的發展和人民生活水平的提高，人工關節的需求將不斷擴大。

經過成型燒結后的鈦合金人工關節假體并不能直接適用于人體內部，還需要經過一系列的研磨、拋光等后續工藝處理，最終獲得平滑、均勻、高質量表面并與人體骨頭配合良好的人工關節。人工關節表面的光整程度對其功能和使用壽命有著至關重要的影響。鈦合金以其高強度低模量的特性在人工關節設計中廣泛被采用，但鈦合金的表面光整加工中存在切削加工性差、導熱系數低等缺陷，且人工關節表面多為復雜曲面，采用傳統拋光方法難以對一些表面進行有效加工，現今，人工關節拋光主要由手工操作，拋光效率低且拋光質量難以穩定。

固液二相軟性磨粒流是指具有較弱粘性的磨粒流，因此具有更好的流動特性并可實現湍流流動。軟性磨粒流加工是一種微力微量的特種光整加工方法，主要是利用軟性磨粒流的湍流狀態對工件進行無序且激烈的碰撞，達到加工效果，這種光整加工方法可對小孔、縫隙、管道內壁、異形曲面等復雜的表面，硅、鈦、鎳、鎢合金及陶瓷等硬脆材料進行有效地光整加工。

在對的人工關節復雜曲面進行加工時，我們通常采用與人工關節復雜曲面形狀一致的曲面與人工關節加工表面形成仿形流道，在仿形流道內通入固液二相軟性磨粒流，利用其形成的湍流進行加工的，但是，復雜曲面仿形流道內的壓力分布往往并不均勻，因此容易導致整個復雜加工曲面工件表面的加工均勻性并不理想。針對這種情況，需要對流道內壓力較弱的位置進行壓力補強，使得軟性磨粒流流體在整個仿形流道內的壓力分布均勻，從而提高被加工工件整體的加工質量和均勻性。由于目前的仿形流道的間隙各處均相等，若要改變壓力分布不均勻的情況，需要建立一個仿形流道的間隙不規則的流道模型，加大壓力較大處的流道間隙，減小壓力較小出的流道間隙。

發明內容

本發明的目的在于解決現有軟性磨粒流仿形加工過程中壓力分布不均勻導致整個復雜曲面工件表面的加工均勻性不理想的問題，提出了一種人工關節復雜曲面固液二相軟性磨粒流湍流加工方法。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種人工關節復雜曲面固液二相軟性磨粒流湍流加工方法，包括如下步驟：

1)建立人工關節需要加工的復雜曲面的數學模型，該復雜曲面的表面形狀可以簡化為由三段圓弧組成，該數學模型中第一圓心、第二圓心、第三圓心分別為三段圓弧的圓心位置，三個圓心的坐標分別為(x₁，y₁)，(x₂，y₂)和(x₃，y₃)，該數學模型的數學表達式為：

式中：ρ₁、ρ₂和ρ₃分別為第一圓弧、第二圓弧和第三圓弧的曲率，單位為mm^-1；x_a、x_b分別為第一圓弧和第二圓弧、第二圓弧和第三圓弧的連接點；l為復雜曲面的長度，單位為mm；

此外，x_a為的解，同理：x_b為的解；