Експериментальне моделювання процесу алмазного шліфування внутрішньої сфери в сапфірі

Abstract

Істотним недоліком, що ускладнює застосування сапфіру або керамічних матеріалів у артропластиці суглобів людини, є їх недостатня тріщиностійкість іміцність. Один із способів уникнення цього недоліку реалізований у конструкції гібридних протезів стегнових головок, що мають зовнішній шарі з зазначених матеріалів та осердяз металу. У цьому сенсі актуальною є проблема механічного оброблення внутрішньої поверхні сферичної оболонки із сапфіру чи кераміки через отвір, діаметр якого вдвічі менший за діаметр оброблюваної сфери, без розтріскування поверхневого шару. Наведені результати дослідження впливу кута нахилу інструмента, режиму оброблення на силові характеристики процесу, шорсткість обробленої поверхні при експериментальному моделюванні процесу алмазного шліфування внутрішньої сфери в сапфірі. Виявлені умови, що сприяють зменшенню тріщин уповерхневому шарі.

Insufficient crack growth resistance and durability of sapphire or ceramic materials are essential shortcoming which complicates their application in total human arthroplasty. One possible approach of elimination of this complicating is realized in a design of hybrid metal-bulk/ceramic-surface femoral head. In this context an actual problem appears. It is in machining without cracking in surface layer an internal surface in sapphireor ceramics spherical casing through the hole, which diameter is twice smaller diameter of processed sphere. The article represents the experimental investigation of diamond grinding of internal sphere in sapphire. It shows the effect of toolinclination angle and grinding conditions on both forces and roughness of machined surface.The conditions of low cracking in surface layer are identified.

Существенным недостатком, затрудняющим применение сапфира или керамических материалов в артропластике суставов человека, является их недостаточная трещиностойкость и прочность. Один из способов устранения этого недостатка реализован в конструкции гибридных протезов бедренных головок, имеющих внешнюю оболочку из указанных материалов и сердцевину из металла. В этом контексте актуальной является проблема механической обработки внутренней поверхности сферической оболочки из сапфира или керамики через отверстие, диаметр которого вдвое меньший диаметра обрабатываемой сферы, без растрескивания поверхностного слоя. Приведены результаты исследования влияния угла наклона инструмента, режима обработки на силовые характеристики процесса, шероховатость обработанной поверхности при экспериментальном моделировании процесса алмазного шлифования внутренней сферы в сапфире. Выявлены условия, способствующие уменьшению трещин в поверхностном слое.