陶瓷与陶瓷高速切削性能对比研究

陶瓷与陶瓷高速切削性能对比研究

1长长剂陶瓷加工方式牙科手术通常涉及高速涡旋手机的切割。高速涡轮手机驱动牙科车针所进行的牙科陶瓷的高速切削，主要分为陶瓷表面切削以及陶瓷体切槽两种方式长石基陶瓷在牙科手术中应用广泛，经常涉及牙科高速手机驱动车针做切割或表面切削处理。微创拔牙等手术涉及到牙科高速手机驱动车针切割牙釉质。现有文献表明这两方面的高速切削特征均尚未展开充分研究。牙齿牙釉质结构复杂，其力学性能具有各向异性特征2陶瓷和陶瓷的切槽实验采用的数控工作台APT-CNC4650模拟机械手数控操作。牙科的高速手机通过夹具安装于Z轴，手机可夹持车针实现高转速切削。该数控装置可调节进给方向、进给速度f以及切削深度A实验中的切削条件，如表1所示，开展三个实验。(1）牙釉质和陶瓷的基本力学性能换算实验：用金刚石车针以同样的切削参数分别对牙釉质和牙科陶瓷进行切槽操作，切削深度A(2）陶瓷切槽实验：开展切槽实验，以掌握加工过程的力、转速、比磨削能等关键特征量。进给速度f分别为8mm/min、16mm/min、24mm/min、32mm/min，切削深度A(3）陶瓷切槽效率实验：通过该切槽效率实验获得陶瓷或牙釉质的合理切槽方式。以医疗切割牙齿许用力2N为限定条件，用3组刀具分别以单层、双层和三层方式切割出一个深度为2.5mm的槽，3种切槽方式对应的切削深度A3结果与讨论3.1牙釉质材料的切削力车针进给方向力为主要力，实验主要统计该力。分别对牙科陶瓷和牙釉质展开切割，测试加工过程中进给方向的力。牙科陶瓷和牙釉质进给方向的切削力测试结果，如图2所示。图2结果表明，相同条件下牙科陶瓷VitamarkII的切削力非常平稳，而牙釉质的切削力则可能出现一定波动。从这一角度来看，牙科陶瓷在研究切槽特征和切槽效率等方面能获得较稳定结果。对多次实验获得的切削力实验结果进行有效值统计分析，如表2所示。结果表明，牙科陶瓷所受的切削力与牙釉质所受的切削力的比值大约为1.86。两种材料的切削力特征与材料属性有关。VitaMarkII的组成成分为基于长石的晶体，包括透长石（（K,Na)(Si,Al)3.2比磨削能u对切槽过程的力、转速、切削比能等关键特征量测试并进行分析。切削速度V式中：n—车针的转速；d—车针的直径。则切割牙科陶瓷受到的扭矩T的计算公式如下式中：Fd—车针的直径。比磨削能是材料去除过程中的一个基本参数，它是指磨削过程中实际消耗的能量，包含磨削区域内材料去除所需的能量和磨削过程摩擦产生的热量。比磨削能u的含义是每去除单位体积材料所消耗的磨削能。其计算公式式中：VAf—进给速度；b—槽宽度。进给方向切削力、法向力，如图3(a）、图3(b）所示。曲线显示相同切削参数下进给方向切削力大于法向力，且进给方向切削力和法向力都随着切削深度或进给速度的增大而增大。车针转速、切削速度、扭矩与进给速度的关系如图3(c）、图3(d）、图3(e）所示。当进给速度相同时，切削深度越大则转速和转矩越大。当限定切削深度，随进给速度增加，则车针的转速下降，转矩则增大，这是由于车针每转一圈的切削量增加，克服切削摩擦所需能量增大。高速涡轮手机不受负载下的转速为344460r/min，在实验条件下转速下降较快，最多下降30%。虽然高速气动涡轮手机作为主要的切割工具已经有50多年的历史，但其主要缺点是扭矩低，导致车针转速下降如图3(f）所示，随着进给速度的增大，比磨削能逐步减小，而切削深度对比磨削能的影响相对较小。大约55%的磨削能量以热能的形式传输到工件中。口腔环境中，切削热可能对健康的牙髓和牙周组织造成潜在损害3.3实验结果分析陶瓷切槽效率采用材料去除率来表征。材料去除率Q式中：A列出当控制进给方向的切削力为2N时，切削深度为2.5mm、1.25mm、0.83mm时对应的进给速度的大小，由进给速度可计算出总切削时间以及材料去除率，如表3所示。由表3可知在控制进给方向的切削力大小为2N的前提下，凹槽采用单层、双层及三层切削方式切槽，分别用时75s,20s和15s。图统计结果，如图4所示。根据该实验结果，可以得出一个重要结论，切槽分三层切完的效率是最高的。三层切槽方式相比单层切槽和双层切槽，效率分别提高397%和32.7%。车针切入工件时，磨粒切削刃前方的材料受到挤压超出材料极限、形成裂纹并扩展形成碎屑4两种材料切槽方式的对比分析以高速手机及金刚石车针为工具，对牙釉质和长石基牙科陶瓷展开数控高速切削研究，得出以下结论：(1）长石基牙科陶瓷切削力平稳，而牙釉质的切削力波动较大。牙釉质微观结构及壁厚不均是导致牙釉质切削力波动的主要因素。(2）两种材料切削力对比测试数据的统计分析表明，长石基牙科陶瓷的切削力约为人体牙釉质切削力的1.86倍。(3）切割长石基牙科陶瓷时，随着进给速度的增大，切削力逐步增大，车针转速则逐步下降。当进给速度相同时，切削深度越大则车针转速和转矩越大。切削速度随扭矩增大而近似线性下降。(4）切割长石基牙科陶瓷时，随着车针进给速度的增大，比磨削能逐步减小。在切削深度不变的情况