牙科氧化锆陶瓷的车削离散元仿真.pdf

机械设计与制造
第4期
78
Machinery D.
ry
esign
Manufacture
2013年4月
牙科氧化锆陶瓷的车削离散元仿真
吴海兵2,孙全平2,左敦稳
(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;2.淮阴工学院数字化制造技术重点建设实验室,江苏淮安223003
摘要:通过力学性能试验对徽观参数进行校准,建立了完全烧结牙科氧化锆陶瓷的离散元模型。基于该模型对完全烧
结牙科氧化锆胸瓷常规车削加工过程进行了动态仿真,对氧化锆陶瓷车削加工后的微裂纹分布情况进行了模拟,分析了
不同切削速度、切削深度对加工后表面裂纹情況及动态切削力的影响。仿真结果表明:加工后表面残留裂纹的数目及其
最大深度、动态切削力均随切削深度的増大而明显增大;切削速度对表面残留裂纹的数目、动态切削力影响不明显,对表
面残留裂纹最大深度影响没有明显规律
关键词:氧化错;车削;裂纹;切削力;离散元;仿真
中图分类号:TH16;7TQ164.3文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)04-0078-04
Discrete Element Method Simulation of Dental Zirconia Turning Process
WU Hai-bing2, SUN Quan-ping', ZUO Dun-wen'
(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu Nanjing
210016, China; 2. Key Laboratory of Digital Machining Technology, Huaiyin Institute of Technology, Jiangsu Huai an 223003
China
Abstract: iscrete element model of fully sintering dental ionia s construted and ibrated. Based on the model, the
dynamic process of normal turning and distr bution of turning micro-cracks of fully sintering dental Zirconia was simulated
and the effects of different ung speeds and cuing e th n e fom on u e s n dy mic cutting force er
al o analyzed. Results show what the dynamic cutting force, the surface crack number and maimum depth increases
significantly with the increase of the cutting speed and cutting de th, while the influence of cutting speed on the surface crack
number and dynamic cutting force is not distnct there is not distinct rely about the influence of cutting speed on the
maximum depth of surface crack
Key Words: Zirconia; urning; Crack; Discrete Element; Simulation
1引
国内外对完全烧结氧化锆陶瓷的加工研究集中于磨削加
牙体缺损是临床常见的间题,在医学上主要采用嵌体或冠工如:文献研究了在不同进给速度和削深度的条件下,削
桥修复。用于口胞修复的材料不仅要求有良好的生物相容性,而完全炭结氧化结陶资对牙冠表面质量和微观裂纹度的影响;文献
且还要求具有良好的机械加工性能。陶瓷由于其生物相容性好、研究了磨削前后Y-TZP材料表面残余应力和裂纹尺寸的变化;
材料性能接近牙齿、色泽美观自然、物理化学性能稳定、菌斑不易文献进行了一系列体外口腔修复体磨削试验研究,确定了口腔
附着等优点,在用作口腔修复材料方面有着无可比拟的优势1
修复磨削参数对修复体表面粗糙度影响的主次关系;文献研究
其中氧化陶瓷的性能比较突出。目前,氧化陶瓷在口腔修比较了应用丁齿科修复的各类陶瓷材料的力学性能及其优缺点。
复中切削加工的流程如下:铌稳定四方晶相的氧化错粉末材料在但是对于完全烧结氧化偌陶瓷的车、铣加τ却鮮鲜有研究报道。
30MPa压力下压制成型,然后在850℃炉温下烧结制成部分烧结
陶瓷材料切削与普通金属材料切削之间存在显著差別:金
氧化瓷块,具有结构疏松、易于切削加工的特点;采用牙科属材料切削加工以弹塑性变形为主;而陶瓷等脆性材料,虽然存
CAM系统对部分烧结氧化锆瓷块切削加工成齿形;加工出的部在材料的塑性变形过程(在非常小的切削深度即微细加工情况
分烧结氧化错修复体在1450℃左右炉温下经过完全烧结后,晶下),但主要还是以裂纹扩展的形式去除。牙科陶瓷加工表面残留
粒长大使得组织致密,体积缩小约20%,具有高强度、高稳定性和裂纹对修复体的质量、寿命等具有显著的影响。在现有实验条件
耐蚀性。完全烧结氧化锆陶瓷硬度较高(维氏硬度1200左右)而下很难观察加工过程中裂纹的生成和扩展,故必须借助数值模拟
脆,比较难于直接切削加工,故研究其切削加工工艺与机理对口的方法。建立在传统的连续介质力学基础上的有限元法等数值计
脺修复技术的发展具有一定的意义。
算方法难以模拟加工中裂纹的动态生成与扩展过程,而基于颗粒
来稿日期:2012-06-07
基金项目:国家自然科学基金项目(51075173);江苏省自然科学基金(BK2010288)
作者简介:吴海兵,(1974-),男,讲师,博土研究生,主要研究方向:陶瓷切削;
左敦稳,(1962-),男,教授,博士研究生导师、主要研究方向:切削理论与表面技术