骨植入体材料多孔钛合金介观尺度切削机理及微结构加工结构完整性研究

项目名称： 骨植入体材料多孔钛合金介观尺度切削机理及微结构加工结构完整性研究

项目编号： No.51305174

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 刘志强

作者单位： 江苏科技大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 人工骨植入体制造是医工交叉领域的研究热点之一。多孔钛合金表面经功能微结构化具备良好机械性能、杰出的生物相容性、界面力相容性和人体舒适性，已成为承重骨植入体研究的主流趋势。在个性化定制骨植入体中，快速成型后进行二次精密机械加工，可提高尺寸精度和表面质量，提高手术的远期效果、避免出现松骨和骨细胞坏死现象。而个性化定制切削加工多孔钛合金骨植入体的研究尚不成熟，为减少术后并发症的结构完整性研究尚不完善。本项目通过研究多孔钛合金的介观尺度切削机理，为高质量个性化定制骨植入体加工工艺提供理论依据。研究多孔钛合金热力耦合的变形-断裂演变规律，建立剪切失稳模型。基于尺寸效应和孔隙结构特性，建立介观尺度切削时切削力-热瞬时空间分布模型及切屑形成规律模型。并通过理论和实验研究，建立刀具渐变磨损条件下的加工质量微观预测模型；确立面向医学使用性能约束驱动下的骨植入体功能微结构的加工表面和次表层结构完整性评估依据。

中文关键词： 切削机理；多孔材料；多孔钛；介观尺寸切削；骨植入体

英文摘要： The manufacture of artificial bone implants is one of the focus of biomedical engineering. Porous titanium alloys by surface modification(using function microstructure) have good mechanical properties, outstanding biocompatibility, and interface force compatibility. Function microstructure of the suface can enhance the interface combination and improve anti-wear capacity. It becomes the main trend in the field of bone implant materials. Machining can compensate dimension accuracy and surface finish quality of rapid prototyping technology. It could enhance the long-term effects of surgery and avoid the phenomenon of cancellous bone and bone necrosis. However, it is not yet mature that the cutting mechanism of porous titanium alloys and machining integrity. And it makes artificial bone implant processing defects, resulting in more complications.This project is focus on seco-machining mechanisms of porous titanium alloys and surface integrity of machining functional micro-structure，which including size effect and holes' characteristics. Therefore, coupled thermal shear instability model, cutting force-heat instantaneous spatial distribution model, mechanisms of chip formation and burr formation will be made. On the other hand，machining surface integrity will be investigated. Moreover, the assessing standards of mes

英文关键词： Cutting Mechanism；Porous Titanium Alloys；Porous materials；meso-cutting；Bone Implant