[发明专利]一种人工关节复杂曲面固液二相软性磨粒流湍流加工方法

摘要

本发明公开了一种人工关节复杂曲面固液二相软性磨粒流湍流加工方法，建立人工关节需要加工的复杂曲面的数学模型，根据上述数学模型进行约束式仿形流道内的压力数值仿真；根据数值仿真结果和加工效果来分析在流道曲率、流程和入口压力的参数不变的情况下，计算出保证流道内压力分布均匀和加工均匀性良好的流道间隙要求，并根据该流道间隙要求设计实际生产需要的由约束工件和人工关节复杂曲面组成的约束式仿形流道；本发明通过针对具有复杂曲面的人工关节进行仿真分析，提出了一种可行性较强、且自动高效的光整加工方案。

主权项

一种人工关节复杂曲面固液二相软性磨粒流湍流加工方法，包括如下步骤：1)建立人工关节需要加工的复杂曲面的数学模型，该复杂曲面的表面形状可以简化为由三段圆弧组成，该数学模型中第一圆心、第二圆心、第三圆心分别为三段圆弧的圆心位置，三个圆心的坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)和(x3，y3)，该数学模型的数学表达式为：y=f(x)=(1ρ1)2-(x-x1)2+y1,x∈(0,xa)-(1ρ2)2-(x-x2)2+y2,x∈[xa,xb)(1ρ3)2-(x-x3)2+y3,x∈[xb,l)]]>式中：ρ1、ρ2和ρ3分别为第一圆弧、第二圆弧和第三圆弧的曲率，单位为mm‑1；xa、xb分别为第一圆弧和第二圆弧、第二圆弧和第三圆弧的连接点；l为复杂曲面的长度，单位为mm；此外，xa为的解，同理：xb为的解；2)根据上述数学模型进行约束式仿形流道内的压力数值仿真；将整个流道分成流道区域A、流道区域B和流道区域C三个流道区域，流道区域A中的平均间隙为d1，流道区域A的长度范围为：0<x<xa；流道区域B中平均间隙为d2，流道区域B的长度范围为：xa<x<xb；流道区域C中平均间隙为d3，流道区域C的长度范围为：xb<x<l；流道入口的压力为P，在出入口处存在压力的堆积效应，且入口处的压力堆积效应要大于出口的压力堆积效应，设流道入口附近、即流道区域A的压力堆积效应的压力增益系数为αA，流道出口附近、即流道区域C的压力堆积效应的压力增益系数为αC，且αA＞αC，αA和αC均大于1；压力在曲率变化处，即xa，xb点均有损失，损失系数为εxa和εxb，该系数与曲率有关，且εxa和εxb均大于0，小于1；由于流道的流程很短，故流程对压力的影响几乎可以忽略；流道的间隙对压力的分布至关重要，由于是间隙不规则的仿形流道，并把流道分为三个区域，把流道间隙对压力分布影响同样取为三个系数，这三个系数反比于流道平均间隙，三个系数分别为θd1，θd2和θd3，故压力数值分为三段表示：F(x)=PαAθd1,x∈(0,xa)PαAθd1ϵxaθd2,x∈[xa,xb)PαAθd1ϵxaθd2ϵxbαc,x∈[xb,l)]]>上式即为流道内压力数值的求解公式；3)根据步骤2中的数值仿真结果和加工效果来分析，在流道曲率、流程和入口压力的参数不变的情况下，计算出保证流道内压力分布均匀和加工均匀性良好的流道间隙要求，并根据该流道间隙要求设计实际生产需要的由约束工件和人工关节复杂曲面组成的约束式仿形流道；4)利用设计出的约束式仿形流道对人工关节复杂曲面进行加工。