Підвищення працездатності свердел для обробки кісток

Размещено на http://www.allbest.ru

Національний технічний університет україни

«Київський політехнічний Інститут»

Спеціальність 05.03.01- Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

Підвищення працездатності свердел для обробки кісток

Корбут Євген Валентинович

Київ - 1999

Дисертація є рукопис. свердло обробка лазерна

Робота виконана на кафедрі виробництва приладів та на кафедрі інструментального виробництва Національного технічного університету України «Київський Політехнічний інститут».

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Остаф`єв Володимир Олександрович, завідувач кафедри виробництва приладів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»

Науковий консультант:

кандидат технічних наук, доцент Глоба Олександр Васильович, доцент кафедри інструментального виробництва Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»

Офіційні опоненти:

Карюк Г.Г.

доктор технічних наук, професор, завідувач відділом інструментального матеріалознавства ІПМ НАН України

Діденко С.Й.

кандидат технічних наук, с.н.с., старший науковий співробітник Інституту надтвердих матеріалів НАН України ім. Бакуля

Провідна установа: Харківський державний політехнічний університет.

Захист відбудеться «29» 06 1999р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.11 у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 256056, Київ-056, пр.Перемоги, 37, навчальний корпус №1, аудиторія 214.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 256056, Київ, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розісланий«_26__» травня

Вчений секретар спеціалізованої ради

доктор технічних наук, професор Ю.В.Петраков

Загальна характеристика роботи.

Актуальність. Серед хірургічних інструментів спіральні свердла займають особливе положення, а з впровадженням лікування переломів методом стабільно-функціонального остеосинтеза їх використання в медицині значно зросло.

Свердла для обробки кісток повинні мати високу корозійну стійкість, бути біологічно сумісними з організмом та в найменшому ступені його механічно травмувати, значно опиратись зносу, а також не втрачати цих властивостей після переточок.

Найбільш широке розповсюдження в медицині знайшли свердла із корозійностійких сталей мартенситного класу, що пояснюється їх доступністю, помірною ціною, міцністю та високою корозійною стійкістю. Разом з тим ці сталі в порівнянні з іншими, які рекомендуються для різальних інструментів, погано опираються зносу, що приводить до втрати їх різальних властивостей та, як наслідок, до підвищенної травмованості живого організму. Можливості застосування більш зносостійких інструментальних сталей для медицинських інструментів в достатній мірі не досліджувались й не визначені.

Зниження механічної травмованості організму залежить також від конструкції різального інструмента, значень його геометричних параметрів, режимів обробки і тісно пов'язане зі зносостійкістю. В медицині використовуються стандартні свердла з геометрією, рекомендованою для обробки сталей. Дослідження з розробки спеціальних конструкцій свердел для обробки кісток не проводились, їх раціональна геометрія не визначена.

При розробці спеціальних конструкцій свердел для обробки кісток виникає завдання розробки ефективних способів їх заточки, які б забезпечили задані геометричні параметри. Наявність таких способів заточки, поряд з високою корозійною стійкістю інструмента забезпечить можливість відновлення свердел.

Тому дослідження й вирішення питань, спрямованих на підвищення працездатності свердел для обробки кісток, є актуальним завданням і має велике теоретичне й практичне значення для розвитку на Україні виробництва медичного інструменту з поліпшеними функціональними властивостями і є складовою частиною досліджень, що виконуються у Національному технічному університеті України “КПІ” по темах, включених у план НДР Міністерства освіти України.

Мета роботи полягає в поліпшенні функціональних властивостей, підвищенні працездатності і строку служби свердел для обробки кісток за рахунок використання більш зносостійких, біосумісних з організмом інструментальних матеріалів, нових форм різальної частини, раціональних геометричних параметрів й режимів обробки, розробки нових способів заточки свердел при їх виробництві та відновленні.

Основні задачі роботи:

дослідження на основі застосування метода лазерної кореляційної спектроскопії впливу різних інструментальних матеріалів на організм та розробка рекомендацій по їх вибору для свердел при обробці кісток;

дослідження формоутворення різальної частини свердел різних конструкцій та розробка рекомендацій щодо способів їх заточки;

визначення доцільності використання різних форм різальної частини свердел для обробки кісток; свердло обробка кіска

розробка рекомендацій з вибору раціональних геометричних параметрів різальної частини свердел, запропонованих для обробки кісток;

проведення лабораторних і клінічних випробувань свердел та розробка рекомендацій з їх заточки, експлуатації та відновлення.

Методика досліджень. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях проектування різальних інструментів з використанням сучасного математичного апарату, методів накреслювальної та аналітичної геометрії, теорії різання та теорії статичної обробки експериментальних даних. В експериментальних дослідженнях використовувались сучасна контрольно-вимірювальна апаратура лазерної кореляційної спектрографії, комп'ютерний комплекс для вимірювання силових характеристик з інформацією від силовимірного датчика УДМ-100.

Наукова новизна.

визначено вплив різних інструментальних матеріалів, які використовуються для виготовлення свердел, на гемоліз червоних кров'яних клітин, білок і білкові утворення, на підставі чого обгрунтована доцільність застосування вольфрамо-молібденових швидкорізальних сталей і покриттів на основі нітрида титана при виготовленні хірургічних інструментів;

отримав подальший розвиток один з напрямків теорії проектування - формоутворення різальної частини спіральних свердел і розроблені нові способи заточки;

визначені нові форми різальних кромок свердел для обробки кісток, що забезпечують підвищення працездатності свердел, зниження рівня травмованості організму і поліпшення умов роботи хірурга;

визначені залежності впливу геометричних параметрів на силові характеристики процесу свердлення кісток, що встановлюють зв'язок між геометрією свердла, швидкістю різання і розмірами оброблюваного матеріалу. За результатами їх аналізу розроблені рекомендації щодо вибору раціональних геометричних параметрів цього інструмента;

На захист виноситься:

нова методика визначення впливу матеріалу інструмента на біологічне середовище й оцінки корозії інструментального матеріалу внаслідок дії цього біологічного середовища, в основу якої покладений метод лазерної кореляційної спектроскопії;

нові способи заточки різальної частини спіральних свердел;

методика розрахунку установочних параметрів свердел при їх заточці запропонованими способами;

результати дослідження загрузки різальної частини спіральних свердел при обробці труб і зокрема трубчатих кісток;

результати досліджень різних форм різальної частини спіральних свердел при обробці кісток та визначення на їх основі доцільних конструкцій різальної частини свердел та їх геометричних параметрів для обробки кісток;

рекомендації по раціональному використанню запропонованих конструкцій різальної частини свердел, режимів обробки кісток, а також рекомендації по заточці свердел;

Практична цінність одержаних результатів:

за рахунок використання при обробці кісток свердел із новою конструкцією ріжучої частини зі швидкорізальної сталі Р6М5 із покриттям TiN досягнуто зниження силових характеристик у 2-2,5 рази;

розроблені рекомендації з вибору конструкції та раціональних геометричних параметрів свердел для обробки кісток, рекомендації з розрахунку установочних параметрів свердел при налагодженні устаткування для проведення операцій заточки;

розроблені конструкції свердел при лабораторних і клінічних випробуваннях показали в порівнянні зі стандартними кращу корозійну стійкість і здатність протистояти агресивним середовищам, зменшення зусилля при свердленні кісток вручну і підвищення терміну служби в 2-3 рази.

Особистий внесок здобувача:

Самостійно розроблені методики, алгоритми і програми розрахунку при дослідженні і розробці нових способів заточення свердел. Самостійно виконані всі розрахунки, експериментальні дослідження, аналіз отриманих у роботі залежностей і моделей. Обробка результатів експериментів на ПЕОМ із застосуванням методу групового обліку аргументів при побудові математичних моделей на основі експериментальних даних проведені к.т.н., доц. Ковальовою Л.І. Узагальнення результатів проводилися разом із д.т.н., проф. Остаф`євим В.О.

Апробація роботи:

Результати дисертаційної роботи доповідалися на двох міжнародних конференціях:

- міжнародній науково-технічній конференції “Системи , що розвиваються”, березень 1998р.

- міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 100 - річчю механіко-машинобудівного факультету і 50 - річчю зварювального факультету Національного технічного університету України “КПІ”( м. Київ, травень 1998 р).

Публікації за матеріалами дисертації: опубліковано 4 статті та отримано рішення на видачу патенту України.

Структура та обсяг роботи

Дисертаційна робота включає вступ, п'ять розділів, загальні висновки, список літературних джерел, який налічує 102 найменування. Робота викладена на 180 сторінках, включаючи 32 рисунків на 16 сторінках. Додаток містить 5 сторінок.

Основний зміст роботи.

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертації, викладена мета роботи та сформульовані задачі дослідження для досягнення поставленої мети, наукова новизна, а також основні положення , які виносяться на захист.

В першому розділі проведено аналіз літературних джерел з питань, пов'язаних з медичним інструментом для обробки кісток.

В результаті аналізу було встановлено основні вимоги, які пред'являються свердлам для обробки кісток:

біологічна сумісність інструментального й оброблюваного матеріалів;

висока зносостійкість і термін служби;

найменше механічне травмування живого організму;

можливість відновлення;

В результаті дослідження існуючих конструкцій свердел для обробки кісток, інструментальних матеріалів, які використовуються при їх виготовленні, особливостей їх експлуатації та шляхів удосконалення зазначеного інструменту були встановлені недостатньо вивчені та досліджені проблеми, обгрунтовані робочі гіпотези та задачі дослідження, реалізація яких дає можливість розробити рекомендації з проектування, виготовлення і експлуатації прогресивних конструкцій свердел для обробки кісток.

Було обгрунтоване положення про те, що підвищити працездатність свердел для обробки кісток можливо за рахунок використання біосумісних з організмом інструментальних матеріалів, захисного покриття, нових форм різальної частини, оптимізації геометричних параметрів свердел та розробки нових способів заточки.

У другому розділі було проаналізовано інструментальні матеріали для виготовлення свердел при обробці кісток, визначені недоліки і переваги існуючих та нових інструментальних матеріалів для медичних свердел, а також захисного покриття. Проаналізовано існуючі методи дослідження щодо визначення впливу інструментального матеріалу на біологічну систему організму. Визначено оптимальний метод дослідження, яким є метод лазерної кореляційної спектроскопії.

З використанням метода лазерної кореляційної спектроскопії проведена оцінка корозійної стійкості різних інструментальних матеріалів без покриття й з покриттям TiN, досліджені вплив інструментальних матеріалів на інтенсивність та швидкість гемолізу кров'яних кліток, а також на білок крові.

Оцінка корозійної стійкості інструментальних матеріалів проводилась за зміною інтенсивності оптичної щільності ізотонічного буферного (50 мМ трис-HCL буфера, рН 7.3, який містить 140 мМ) хлористого натрію, що імітував біологічне середовище, при 450нм після занурення в нього різних марок сталей. Встановлено, що в інтервалі часу від 10 хв. до 180 хв. найменш інтенсивно змінюється щільність забуферних розчинів в присутності сталей Р6М5, Р9 та У12.

У третьому розділі розглянуті питання формоутворення задніх поверхонь із різними формами різальної частини свердел, запропонованими для обробки кісток, розроблено ряд нових способів заточки, при яких задня поверхня свердел створюється способом копіювання поверхні шліфовального круга, профіль якого окреслений колом (рис.3).

Рис.3. Схема заточки свердла з підрізаючими кромками.

Графічно та аналітично розв'язані задачі визначення геометричних параметрів різальної частини свердел при заданих параметрах установки свердла щодо круга, а також

вирішені зворотні завдання визначення параметрів установки при відомих геометричних параметрах різальної частини.

На рис.4 показано графічне визначення фасонної форми різальної кромки свердла при заданих параметрах його установки відносно шліфувального круга.

Форма фасонної різальної кромки та геометричні параметри свердла визначаються слідуючими аналітичними залежностями:

(1)

де -- радіус кривизни фасонної кромки в досліджуваній точці;

--координата Z досліджуваної точки різальної кромки;

-- радіус профілю шліфувального круга;

(2)

де - - половина кута при вершині свердла;

--кут, який визначає точку контакту шліфувального круга з дослідною на різальній кромці свердла;

(3)

де - -відстань між віссю круга та віссю свердла;

--найбільший радіус шліфувального круга;

В нормальному до різальної кромки перерізі статичний задній кут буде рівним:

= (4)

де

-половина діаметра серцевини свердла;

-радіус досліджуваної точки свердла - відстань від осі свердла до цієї точки.

Статичний задній кут в циліндричному перерізі, концентричному осі свердла:

(5)

Кут нахилу поперечної різальної кромки:

(6)

Проведені дослідження формоутворення задніх поверхонь для запропонованих способів заточки свердел дозволяють створювати на різальній частині свердел різні за значенням геометричні параметри й таким чином при переточках забезпечувати раціональну геометрію різальної частини в залежності від умов експлуатації.

У четвертому розділі приведена методика та викладені результати експериментальних досліджень, перевірки теоретичних положень і залежностей, отриманих при розробці нових способів заточки свердел. Експериментальні дослідження проводилися як з метою перевірки теоретичних рішень, що забезпечують заточку різних форм різальної частини свердел, так і для визначення рекомендацій з конструювання різальної частини свердел для обробки кісток та їх доцільних геометричних параметрів. Експериментальне підтвердження розробленої методики і розрахункових залежностей параметрів установки свердел при заточці проводилися на гамі інструментів, призначених для експериментів з метою вибору конструкції і визначення рекомендацій з геометрії різальної частини.

Рекомендації про використання тієї чи іншої конструкції свердла для обробки кісток, визначення їх раціональних геометричних параметрів розроблені на базі експериментальних досліджень силових характеристик свердел.

За експериментальними даними в межах зміни факторів, зазначених в табл. 1, з використанням методу групового обліку аргументів отримані математичні моделі силових характеристик процесу обробки кісток свердлами з стандартною формою заточки.

Граничні значення змінних факторів Табл.1

Граничні Значення	(Х1) град.	(Х2) град.	(Х3) м/хв	(Х4) мм.	(Х5) мм.
Верхнє	140	24	35	26.2	6.2
Нижнє	90	12	17,8	19	3.2

В межах зміни досліджуваних факторів математичні моделі з похибкою до 9% описують вплив кута при вершині та заднього кута свердла, швидкості різання та розмірів кісток, що обробляються на значення й і мають вигляд наступних поліномів:

(7)

(8)

Послідовність членів у структурі поліномів характеризує ступінь їхнього впливу на значення силових характеристик. Перевірка адекватності моделей проводилась на підставі додаткового проведення контрольних дослідів. Результати перевірки адекватності моделей, поряд з результатами структурного аналізу, дозволяють вважати їх придатними для подальшого використання ці моделі в дослідженнях впливу геометрії й інших умов свердлення кісток на й і на цій базі розробити рекомендації з удосконаленню конструкції свердел.

У п`ятому розділі на основі дослідження моделей та їх експериментальної перевірки встановлено вплив на силові характеристики геометричних параметрів (,) свердла, швидкості різання та розмірів кісток (діаметру трубчатої кістки - та її товщини -).

Аналіз і в залежності від кута показує, що в значному діапазоні досліджуваних факторів значно більше впливає на ніж на . Зі збільшенням зменшується як осьова сила, так і крутильний момент. Такий вплив на силові характеристики пояснюється особливостями процесу свердлення кісток, який в найбільшій мірі наближається до обробки отворів в композиційних матеріалах на органічній основі.

Збільшення кута супроводжується збільшенням як , так і . Встановлений характер впливу на при обробці кісток аналогічний тому, який відмічався також іншими дослідниками і пояснюється збільшенням товщини зрізу. Не зважаючи на те, що має значно менший вплив на ніж на , одержані нами висновки не узгоджуються з даними інших дослідників. Така відмінність може пояснюватись тим, що в даній роботі досліджувався процес свердлення трубчатих кісток, що є аналогом труб. Існуючі положення щодо впливу кута на крутильний момент відносяться до процесу свердління суцільних заготовок.

Зміна швидкості різання в досліджуваних межах від 17.8м/хв до 35м/хв викликає незначне збільшення та значне зниження . Зазначене зменшення при збільшенні швидкості різання аналогічно впливу кута на і може мати пояснення на основі дослідження загрузки різальної кромки при обробці отворів на криволінійній поверхні, до яких по формі наближаються трубчаті кістки. Так аналіз загрузки різальної кромки при свердлінні труби (рис.5) показує, що ширина зрізу “” при свердлінні буде дорівнювати активній довжині різальної кромки в будь-який досліджуваний момент часу й залежати від положення різальних кромок свердла відносно оброблюваної заготовки.

Характер залежностей визначається товщиною труби та значенням кута . При малій товщині труби та менших значеннях кута при вершині свердла ширина зрізу “” на протязі всього періоду свердління може бути меншою за довжину різальної кромки, що здійснює безпосередній вплив на силові характеристики процесу. В цьому випадку має місце зниження за рахунок зменшення активної довжини різальної кромки. В роботі виведені залежності розрахунку довжини різальної кромки в будь-який момент часу при свердленні труби. Зовнішній діаметр кісток в досліджуваному інтервалі не впливає на значення осьової сили, в той час як збільшення діаметру кісток викликає зниження . Такий вплив діаметра оброблюваних кісток перш за все пояснюється відмінностями фізико-механічних властивостей кісток різних діаметрів. При проведенні експериментальних досліджень відмічалось, що при обробці отворів на кістках меншим діаметром одними і тими ж свердлами з однаковою швидкістю різання супроводжувались різними .

Встановлено за моделями (7,8) та експериментально підтверджено, що товщина кісток не здійснює суттєвого впливу на , але значно впливає на значення . Збільшення товщини стінки кістки супроводжується збільшенням . Вплив товщини стінок кісток проявляється у взаємодії з кутами та зовнішнім діаметром кісток. Вплив на пояснюється як змінною активної довжини різальної кромки в залежності від товщини кістки, так відмінністю фізико-механічних властивостей кісток різної товщини.

Висновки щодо впливу різних факторів свердла із стандартною формою різальної частини при обробці кісток трансформовані для інших форм заточки. Після експериментальної перевірки цих висновків розроблені рекомендації щодо вибору форми заточок та їх конструктивних і геометричних параметрів. Так для обробки отворів діаметром до 4,5 мм рекомендуються стандартна заточка свердел з =55, 2=90-100, =20 - 22. Проте в разі обмежень виходу свердла з кістки кут 2необхідно збільшувати до 2= 130. Для отворів діаметром більше 4,5мм рекомендуються свердла з підрізаючими різальними кромками, які мають =55, 2= =90 - 100,=65 - 70, =20 й перевищення центральної зони свердла над периферійною - =(0,05-0,06)мм.

Лабораторно - клінічні випробування запропонованих конструкцій свердел із сталей Р6М5 з покриттям TiN показали зниження і у 2-2,5 рази, підвищення терміну служби у 3 рази в порівнянні зі свердлами із корозійно-стійких сталей, конструкцій яких використовуються.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Розроблена нова методика оцінки корозійної стійкості інструментальних матеріалів у біологічному середовищі та визначена біологічна сумісність різних матеріал з живим організмом, в основу якої покладено використання метода лазерної кореляційної спектроскопії.

Проведена оцінка корозійної стійкості різних інструментальних матеріалів без покриття та з покриттям TiN, визначено вплив цих матеріалів на зміну основних показників складу крові й експериментально доведені переваги застосування швидкорізальної сталі Р6М5 з покриттям TiN для виготовлення свердел, які використовуються при обробці кісток.

Розвинуті теоретичні положення формоутворення задніх поверхонь свердел з криволінійними різальними кромками.

Розроблені нові способи заточки свердел з криволінійними різальними кромками, методика і програми розрахунку на ПЕОМ установочних параметрів інструмента при налагодженні устаткування, що забезпечують задані геометричні параметри . Експериментально підтверджена правильність методики і теоретичних залежностей із розрахунку установних параметрів.

Експериментально визначені раціональні форми різальної частини свердел. Встановлено, що для свердел діаметром мм. доцільно застосувати стандартну форму різальної частини свердла. Для свердел діаметром 4,5мм рекомендуються свердла з підрізаючими кромками як із ломаними прямими різальними кроками, так і криволінійними з перевищенням центральної зони свердла над периферійною зоною різальних кромок мм.

Для свердел із стандартною формою різальної частини на основі моделювання з використанням методу групового обліку аргументів на основі експериментальних даних отримані математичні моделі, що адекватно описують процес свердлення кістки, у вигляді залежностей силових характеристик від геометричних параметрів і , швидкості різання () та розмірів оброблюваних кісток ( ), придатні для вивчення на їх основі впливу досліджуваних змінних на й і оптимізацій геометричних параметрів як свердел із стандартною формою різальних кромок , так і центральної зони свердел із підрізаючими різальними кромками.

На основі дослідження впливу змінних факторів на значення силових характеристик, а також за результатами аналізу завантаження різальної частини свердел і зміни кутів вздовж різальних кромок, визначені раціональні геометричні параметри свердел для обробки кісток:

Свердла з прямолінійними різальними кромками діаметром до 4,5 мм.:

кут нахилу поперечної ріжучої крайки - 55,

кут при вершині - 290 - 100,

задній кут - 20 - 22,

Свердла з підрізаючими різальними кромками :

кут нахилу поперечної різальної кромки - 55,

кут при вершині - 290 - 100,

зворотний кут у плані на периферії свердла - 65 - 70,

задній кут - 20,

перевищення центральної зони свердла над периферійною зоною - мм.

Доведено, що для свердел для обробки кісток основним параметром оцінки їхньої працездатності, що визначають термін служби і різальної здатності інструмента, є корозійна стійкість свердел, що обумовлюється як властивостями інструментального матеріалу і покриття, так і геометрією свердел. Встановлено, що при зменшенні інтенсивності зносу в процесі роботи збільшується корозійна стійкість свердел.

За результатами лабораторно-клінічних випробувань встановлено, що у свердел із сталі Р6М5 з покриттям TiN і запропонованих форм різальної частини та геометрією, зниження й у 2-2,5 рази, досягнуте підвищення терміна служби в порівнянні з свердлами , що раніше використовувались, з корозійностійких сталей мартенситного класу у 3 рази, відзначено зменшення зусилля, що прикладається при роботі запропонованими свердлами з використанням ручних дрилів.

ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Корбут Е. Биологическое действие металлов для медицинских инструментов./Перспективные технологии, оснастка и методология подготовки производства. Научный технический сборник. НТУУ “КПИ” 1997г. - С.49 - 52.

Корбут Е.В. Румбешта В.А., Глоба А.В. Исследование воздействие материалов инструмента на биологическую систему человека./ Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва. 1998 -С.285-288.

Корбут Е.В. Заточка сверл с вогнутыми режущими кромками./Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение №34,К. 1999 - С.248-257.

Николаенко Т.П., Корбут Е.В. Заточка сверл с криволинейными режущими кромками./Резание и инструмент в технологических системах. Харьков:№54,1999. 57-65с.

Рішення про видачу патенту на винахід №98010244 від 22.09.1998р.

АНОТАЦІЯ

Корбут Є.В. Підвищення працездатності свердел для обробки кісток. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01. - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”. Київ 1999. Дисертація присвячена вирішенню задач підвищення функціональних вимог, працездатності й терміну служби свердел для обробки кісток, матеріал яких був би біологічно сумісним з організмом, в найменшій мірі його травмував, мав б високу корозійну стійкість.

Досліджений вплив різних інструментальних матеріалів свердел на їх корозійну стійкість, вплив на гемоліз еритроцитів та білок методом лазерної кореляційної спектроскопії й доведена доцільність застосування сталі Р6М5 з покриттям на основі нітриду тітана для виготовлення хірургічного інструмента.

Розроблені нові способи заточки свердел з випуклими, вогнутими та підрізаючими різальними кромками. Графічно й аналітично визначені геометричні параметри різальної частини спіральних свердел при відомих параметрах установки інструмента відносно шліфувального круга.

Викладені результати експериментальних досліджень щодо визначення силових характеристик при обробці кісток спіральними свердлами. З використанням метода групового обліку аргументів отримані математичні моделі, які описують залежність й від геометрії інструмента, швидкості різання та розмірів кісток.

Розроблені рекомендації по вибору форми різальної частини свердел в залежності від діаметру свердла, визначена оптимальна геометрія інструмента. Приведені результати випробувань свердел нової конструкції.

Ключові слова: спіральні свердла, різальна кромка, способи заточки, профіль різальної кромки, геометричні параметри свердел, інструментальний матеріал, біологічна сумісність.

АННОТАЦИЯ

Корбут Е.В. Повышение работоспособности сверл для обработки кости. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01. - Процессы механической обработки, станки и инструменты. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”. Киев 1999.

Диссертация посвящена решению задач повышения функциональных требований, работоспособности и срока службы сверл для обработки кости, материал которых был бы биологически совместим с организмом, в наименьшей мере его травмировал, имел бы высокую коррозионную стойкость .

Исследовано влияние разных инструментальных материалов сверл на их коррозийную стойкость, на гемолиз эритроцитов и белок методом лазерной корреляционной спектроскопии и таким образом доказана целесообразность применение стали Р6М5 с покрытием на основе нитрида титана для изготовления хирургического инструмента.

Разработаны новые способы заточки сверл с выпуклыми, вогнутыми и подрезающими режущими кромками. Графически и аналитически определены геометрические параметры режущей части спиральных сверл при известных параметрах установки инструмента относительно шлифовального круга. Решена также обратная задача определения параметров установки сверла относительно шлифовального круга при заданных геометрических параметрах режущей части сверла.

Изложены результаты экспериментальных исследований по определению силовых характеристик при обработке кости спиральными сверлами. С использованием метода группового учета аргументов получены математические модели, которые описывают зависимость і от геометрии инструмента, скорости резания и размеров обрабатываемой кости. На основе анализа моделей и экспериментальных исследований установлена рациональная форма. Для сверл диаметром до 4,5 мм рекомендуется стандартная заточка спиральных сверл по двум плоскостям с углом при вершине 2=90 - 100, задним углом на периферии в цилиндрическом сечении, концентричном оси сверла - =20 - 22, углом наклона поперечной кромки =55.

Для сверл диаметром более 4,5 мм рекомендуется заточка задних поверхностей с подрезающими режущими кромками со следующими величинами геометрических параметров режущей части: угол при вершине 2=90 - 100; обратный угол на периферии сверла =65 - 70; задний угол на периферии сверла =20; углом наклона поперечной кромки =55, превышение центральной зоны сверла над периферийной =(0,05 - 0,06)мм.

По результатам лабораторно-клинических исследований установлено у сверл из стали Р6М5 с покрытием нитридом титана с рекомендованными формами задних поверхностей и величинами геометрических параметров режущей части снижение й в 2,0...2,5 раза, повышение срока службы по сравнению с ранее применяемыми сверлами в 3 раза.

Ключевые слова: спиральные сверла, режущая кромка, способы заточки, профиль режущей кромки, геометрические параметры сверл, инструментальный материал, биологическая совместимость.

THE SUMMARY

Кorbut V. Еvgen.. Increase of serviceability of drills for processing bone. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.01. - Processes of machining, machine tools and tools. - National technical university of Ukraine « the Kiev politechnical institute ». Kiev 1999.

The thesis is devoted to problem solving of increase of functional requests, serviceability and service life of drills for processing bone, which material biologically would be compatible with an organism, in the least measure it injured, would have high corrosion stability.

The influence of different tool materials of drills to them corrosion stability is investigated, fiber the method laser correlation spectral analysis and thus proves expediency application of steel Р6М5 with cover because of nitride of a titanium for manufacturing the surgical tool.

The new methods of sharpening of drills with convex, concave and clip by cutting edges are developed. Graphically and analytically geometric parameters of a cutting part of spiral drills for want of known parameters of the unit of the tool of a rather grinding circle are certain.

Because of analysis of models and experimental researches the rational geometry of a cutting part of drills for processing bone is established.

Key words: spiral drills cutting edge, methods of sharpening, structure of a cutting edge, geometric parameters of drills, tool material, biological compatibility.

Размещено на Allbest.ru