镁钙合金接骨板近无缺陷铣削表面创成机理及控制策略

The proportion of population who required repair and replacement of damaged bone has increased year by year, implantable fracture fixation device is more and more widely used in clinical practice. In order to ensure the performance indexes and control the degradation rate of the implant, to achieve the clinical objective that implant degraded gradually until eventually disappear after bone healing, magnesium calcium alloy is one of the important material of biomedical implant materials. In the biological environment and the response of the implant material, the surface plays a very important role, controlling the defects of the implant surface can improve the implantation effect. This project aims to problems in plant machining and application, to get the high quality milling surface with nearly no defects of medical calcium magnesium alloy plate, propose an integrated cutting technique, carry out the research of the generating mechanism and control strategy of milling surface, control the influence of milling parameters on surface characteristics, establish the model of surface characteristics generation and active control for medical calcium magnesium alloy, exploitation of milling processing technic, has the important theory significance and application value for extensive machining theory, shorten the process chain and protection of human health.

需进行坏损骨修复和替换的人群比例在逐年增加，植入式骨折固定器在临床上的应用日益广泛。为保证植入体的各项性能指标并控制降解速率，以实现植入体在人骨愈合后逐渐降解直至最终消失的临床目的，镁钙合金成为未来生物医用植入体的重要材料之一。在生物环境与植入体材料的反应中，材料表面起着非常重要的作用，控制植入体材料表面缺陷可有效改善材料的植入效果。本项目拟针对骨折固定器接骨板零件加工和应用中存在的问题，以获得近无缺陷高质量的医用镁钙合金接骨板零件表面为目标，提出一种集成铣削加工表面“成型”与表面特征“成性”于一体的加工工艺，开展医用镁钙合金材料铣削表面创成机理与控制策略研究，控制铣削工艺参数对表面特征的影响，结合人体体液模拟腐蚀试验，建立医用镁钙合金铣削表面特征产生与主动控制模型，开发整套铣削加工工艺，对于丰富切削加工理论，缩短工艺链，保障被植入人体的健康具有重要的理论意义和应用价值。

镁合金因其良好的力学性能和降解特性引起了国内外学者的广泛关注。医用镁合金替代现有金属材料应用于接骨板领域，将有效解决骨折痊愈后取出接骨板造成的二次伤害问题。本项目以直型锁定加压接骨板加工技术为中心，对镁钙合金材料的切削表面特征和接骨板的加工工艺进行了较为系统的研究。. 为满足医用植入体材料的要求，首先进行了合金的制备与强化研究。在对MgCa0.8合金的挤压强化试验中发现，合金的力学性能和耐腐蚀性能均有大幅度提高，通过对合金腐蚀失重率的极差分析得到了合理的挤压工艺，并将该工艺应用于其它Ca含量的合金，优选出适用于接骨板材料的合金配比。. 针对MgCa0.8合金切削参数对切削过程的影响展开研究。试验使用单因素试验法获得了切削速度、进给量和切削深度的改变对切削力的影响规律，并采用Third Wave AdvantEdge仿真软件进行了相同参数下的切削仿真验证并得到了一致的结果，为后期MgCa0.8材料的切削加工提供了理论依据。建立了切削力模型并对模型进行了显著性检验，切削用量中对切削力影响最显著的是进给量，其次为轴向切深、切削速度、径向切深。. 接骨板的临床应用对其表面质量有着严格的要求，为了获得较高的表面质量，针对MgCa0.8材料铣削加工参数对表面特征的影响展开研究。试验确定了合理的铣削方式，设计了所用试件的形状和尺寸并使用单因素试验法获得了切削速度、进给量和切削深度参数的改变对工件表面粗糙度值影响的规律。通过正交铣削试验，建立并验证了已加工表面粗糙度模型，建立了已加工表面残余应力与切削速度、进给量、轴向切深和径向切深关系的数学模型。. 研究了直型锁定加压接骨板的加工工艺。研究中选取了各工序的加工用刀具，分析并确定了合理的夹持方案和工艺路线，设计制作了加工用夹具，利用数控加工中心并采用前期试验确定的切削参数进行了直型锁定加压接骨板各工序的加工，最后对接骨板进行了标准化检测并总结了加工过程中存在的问题和尚待改进之处。