完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒的超聲振動(dòng)輔助銑削機(jī)理研究項(xiàng)目摘要

隨著全瓷牙和全鋯牙的逐步推廣，口腔修復(fù)領(lǐng)域中大量應(yīng)用的預(yù)燒結(jié)氧化鋯陶瓷所存在的二次燒結(jié)加工工藝復(fù)雜、收縮率難以控制、斷裂率高等問題嚴(yán)重制約了口腔修復(fù)技術(shù)的快速發(fā)展。本項(xiàng)目針對(duì)完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒的材料屬性及其復(fù)雜的曲面形貌，提出采用超聲振動(dòng)輔助銑削技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其高精高效加工。重點(diǎn)就完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒加工表面宏微觀裂紋的形成與擴(kuò)展機(jī)理，超聲振動(dòng)頻率、振幅、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等工藝因素對(duì)加工效率、表面粗糙度及銑削力的影響規(guī)律以及義齒邊緣碎裂控制方法，并建立加工區(qū)域沖擊應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)耦合作用下的銑削力模型。同時(shí)，基于義齒超聲加工表面及亞表面的損傷特性，建立其斷裂性能和磨損量關(guān)于超聲振動(dòng)頻率、振幅等工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。為完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒超聲振動(dòng)輔助切削的高效低損傷加工提供可靠依據(jù)，從而改變傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷義齒的加工工藝，全面提高口腔修復(fù)的醫(yī)療水平。

本項(xiàng)目提出了采用超聲振動(dòng)輔助磨削氧化鋯陶瓷義齒的加工方法。闡明了超聲振動(dòng)輔助磨削氧化鋯陶瓷的去除機(jī)理，掌握了振動(dòng)參數(shù)對(duì)磨削力、義齒表面形貌及邊緣碎裂的影響機(jī)制，提出了超聲振動(dòng)輔助磨削氧化鋯陶瓷的磨削力和磨削溫度的理論模型。研究了完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷義齒表面及亞表面損傷對(duì)其斷裂和磨損性能的影響規(guī)律。為復(fù)雜曲面形貌義齒的高精高效的加工提供了一種新的技術(shù)途徑，并為該技術(shù)在陶瓷口腔修復(fù)領(lǐng)域的可行性提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)因超聲輔助篩分的機(jī)理缺乏而導(dǎo)致超聲輔助篩分設(shè)備盲目設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，提出進(jìn)行超聲輔助細(xì)粉物料篩分的機(jī)理研究。. 本項(xiàng)目以揭示超聲輔助細(xì)粉難篩物料篩分的機(jī)理為目標(biāo)，以粉體顆粒技術(shù)、超聲波技術(shù)、散體動(dòng)力學(xué)和機(jī)械振動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)，綜合考慮范德華力、靜電力等因素，結(jié)合DLVO理論建立細(xì)粒物料的團(tuán)聚模型；采用離散元理論和統(tǒng)計(jì)能量方法研究團(tuán)聚物料在超聲激勵(lì)下運(yùn)動(dòng)行為；采用正交試驗(yàn)和優(yōu)化方法選擇典型物料振動(dòng)與超聲篩分時(shí)最佳組合參數(shù)。. 項(xiàng)目預(yù)期將建立振動(dòng)與超聲混合篩分過程的數(shù)學(xué)模型，獲得物料特性與超聲頻率和振幅的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)典型物料振動(dòng)與超聲篩分時(shí)最佳組合參數(shù)選擇，從而提高細(xì)粉物料的篩分效率，徹底掌握超聲輔助細(xì)粉難篩物料篩分的機(jī)理。

篩分廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、化工、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域，是物料顆粒分離的主要技術(shù)之一。細(xì)粉物料顆粒篩分是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，由于顆粒間存在強(qiáng)烈的范德華作用力，具有強(qiáng)吸附性，易于粘結(jié)成團(tuán)聚體，從而堵塞篩孔，使篩分效率低下。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)超聲輔助篩分的機(jī)理缺乏而導(dǎo)致超聲輔助篩分設(shè)備盲目設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，因此，本文提出了超聲波輔助細(xì)粉物料篩分的機(jī)理研究。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下三個(gè)方面： 首先，對(duì)超聲波作用下細(xì)粉顆粒團(tuán)聚體分散的機(jī)理進(jìn)行了理論分析，結(jié)合DLVO理論,并根據(jù)顆粒在篩分中由范德華力和超聲波振動(dòng)產(chǎn)生的能量和作用力，建立了顆粒的能量模型和受力模型。其次，對(duì)超聲波振動(dòng)篩進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并對(duì)篩面物料在振動(dòng)篩振動(dòng)與超聲振動(dòng)綜合作用下進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析； 其次，利用離散元法，在EDEM中對(duì)細(xì)粉物料顆粒團(tuán)聚體凝聚和超聲波作用下的分散過程進(jìn)行了模擬。同時(shí)，對(duì)顆粒的分層與透篩過程進(jìn)行了模擬研究，比較了不同形狀顆粒對(duì)分層過程的影響和有無超聲波振動(dòng)的分層效果，模擬分析了不同的振動(dòng)參數(shù)對(duì)物料顆粒透篩的影響。探索了物料顆粒的分層透篩機(jī)理，獲得了物料顆粒透篩時(shí)的最佳振動(dòng)參數(shù)； 最后，以硅粉為研究對(duì)象,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)超聲波輔助破壞物料團(tuán)聚性、吸附性的機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，超聲波振動(dòng)能夠有效地打散顆粒團(tuán)聚體，解決篩孔堵塞的問題，從而顯著地提高篩分效率。同時(shí),對(duì)影響篩分效率的各種振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究，獲得了硅粉物料在振動(dòng)篩振動(dòng)與超聲波振動(dòng)共同作用下篩分時(shí)的最佳組合參數(shù)。

在鉆探領(lǐng)域，硬巖鉆進(jìn)存在鉆進(jìn)效率低、鉆頭壽命短、鉆井成本高等問題。超聲波振動(dòng)作用可使巖石內(nèi)部快速產(chǎn)生損傷或裂紋，巖石強(qiáng)度大幅度下降，從而降低破碎難度，提高巖石破碎效率。通過采用數(shù)值模擬方法，對(duì)超聲波振動(dòng)破碎硬巖過程進(jìn)行模擬分析，從理論上探索超聲波振動(dòng)下巖石裂紋的形成與擴(kuò)展規(guī)律，運(yùn)用試驗(yàn)研究手段，探究靜壓力、振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)力、振動(dòng)頻率等超聲波振動(dòng)參數(shù)對(duì)巖石破碎效果的影響，獲取各參數(shù)的最優(yōu)取值區(qū)間。經(jīng)研究，成功研制了超聲波振動(dòng)鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，通過理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，以巖石的細(xì)觀損傷力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合疲勞破碎理論、共振碎巖理論，分析巖石在超聲波振動(dòng)下的受力過程、力與巖石裂紋形成的關(guān)系，建立了超聲波振動(dòng)過程及花崗巖裂紋變化特性的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)巖石脅迫響應(yīng)的振幅與施加載荷的幅值成比例并得出公式。運(yùn)用有限元軟件、離散元軟件對(duì)超聲波振動(dòng)巖石內(nèi)部裂紋的動(dòng)態(tài)演化過程進(jìn)行建模計(jì)算得出了演化機(jī)理，發(fā)現(xiàn)拉伸破壞是裂紋失效的主要機(jī)制，擴(kuò)展多沿與載荷加方向平行方向，且沿與加載方向成60°方向?；诤舜殴舱駲z測(cè)、熱紅外成像、滲透探傷法和數(shù)字圖片處理技術(shù)等檢測(cè)技術(shù)開展超聲波振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，獲取了超聲波振動(dòng)碎巖的裂紋衍生規(guī)律，發(fā)現(xiàn)巖樣內(nèi)的孔隙隨超聲波振動(dòng)次數(shù)的變化呈現(xiàn)出彈性形變、起裂擴(kuò)展、貫通破壞三個(gè)階段，探究了振動(dòng)碎巖參數(shù)對(duì)碎巖效果影響，發(fā)現(xiàn)振幅、靜壓力、時(shí)間均存在閾值，選取高于閾值的振動(dòng)參數(shù)及接近固有頻率的振動(dòng)頻率，能夠獲得最優(yōu)的超聲波振動(dòng)碎巖效果。通過研究獲取了巖石在超聲波振動(dòng)下的強(qiáng)度下降的規(guī)律、巖石損傷規(guī)律、最優(yōu)碎巖振動(dòng)參數(shù)，補(bǔ)充了領(lǐng)域空白，為超聲波振動(dòng)技術(shù)在工程實(shí)踐中解決硬巖鉆進(jìn)難題提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)，具有較大的實(shí)際意義與應(yīng)用價(jià)值。 2100433B