一种人工关节仿形抛光加工参数优化选择实验测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及软性磨粒流加工领域，更具体的说，涉及一种人工关节仿形抛光加工参数优化选择实验测试方法。
【背景技术】
[0002]软性磨粒流是新兴的先进材料加工方法，近年来发展起来的软性磨粒流是一种可以实现先进材料工件高精度、高质量加工的方法，现有的研宄显示，用软性磨粒流方法加工先进材料时，先进材料加工表面的的质量由软性磨粒流的流速、压力和磨粒浓度决定，当软性磨粒流的流速和磨粒浓度确定是时，压力成为决定先进材料工件表面加工质量的主要因素，目前的软性磨粒流加工设备没有安装相应的压力测量装置，无法快速对软性磨粒流加工设备的压力进行测量。
[0003]人工关节是一种具有关节功能的器官，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人工关节的需求将不断扩大。
[0004]经过成型烧结后的钛合金人工关节假体并不能直接适用于人体内部，还需要经过一系列的研磨、抛光等后续工艺处理，最终获得平滑、均匀、高质量表面并与人体骨头配合良好的人工关节。人工关节表面的光整程度对其功能和使用寿命有着至关重要的影响。钛合金以其高强度低模量的特性在人工关节设计中广泛被采用，但钛合金的表面光整加工中存在切削加工性差、导热系数低等缺陷，且人工关节表面多为复杂曲面，采用传统抛光方法难以对一些表面进行有效加工，现今，人工关节抛光主要由手工操作，抛光效率低且抛光质量难以稳定。
[0005]人工关节的每个个体均不相同，因此需要针对每个人工关节进行个性化加工，导致人工关节价格居高不下，同时，人工关节的加工质量与其寿命有着直接关系，因此，对人工关节抛光加工的加工参数优化有着重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决现有技术的不足，而提供了一种人工关节仿形抛光加工参数优化选择实验测试方法。
[0007]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种人工关节仿形抛光加工参数优化选择实验测试方法，包括以下步骤:
[0008]I)设计与被加工的人工关节形状完全一致的工件试样，工件试样设有多个，各个工件试样的材质及表面粗糙度均不相同；
[0009]2)在工件试样的加工曲面上开至少三个凹槽，在凹槽底部安装测压应变片并在测压应变片上安装仿形楔块，仿形楔块的外表面与工件试样的加工曲面形成完整的加工曲面；
[0010]3)将工件试样放入仿形抛光加工装置中进行仿形抛光加工试验，同时利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0011]4)修改仿形抛光加工试验的加工参数，继续利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0012]5)更改不同材质、不同表面粗糙度的工件试样进行仿形抛光加工试验，同时利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；同时修改仿形抛光加工试验的加工参数，继续利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0013]6)将压力应变片检测到的压力制成与加工参数、材质、表面粗糙度相对应的曲线，并对该曲线进行分析，得出仿形抛光加工试验的最佳加工参数。
[0014]进一步的，所述加工参数包括软性磨粒流的磨粒种类、磨粒比例、抛光时间和进口处的水压。
[0015]进一步的，所述仿形抛光加工装置包括流道底座、工件试样、仿形端盖、测压应变片和仿形楔块，工件试样安装在流道底座内，所述仿形端盖安装在所述流道底座上端并与工件试样间留有?毫米的间隙，所述仿形端盖内表面与工件试样外表面形状相同，所述仿形端盖内表面与工件试样外表面间形成厚度均匀的仿形流道；所述流道底座的两端分别设有仿形流道入口和仿形流道出口 ；
[0016]所述工件试样外表面上设有至少三个凹槽，每个凹槽内均设有测压应变片和仿形楔块，所述仿形楔块安装在所述测压应变片上，所述测压应变片与凹槽内壁间留有一定间隙，所述仿形楔块外表面与工件试样外表面形成完整的仿形曲面。
[0017]进一步的，所述仿形楔块与凹槽侧壁和底面均设有间隙。
[0018]进一步的，所述仿形楔块外表面上贴有防水隔膜。
[0019]进一步的，所述仿形抛光加工装置上还设有PIV测试系统，所述流道底座和仿形端盖由透明有机玻璃材料制成，所述Piv测试系统包括CCD相机、激光发生器、激光控制器和PIV主机，所述PIV主机通过控制所述激光控制器控制激光发生器发生激光，所述激光照亮流道底座和仿形端盖内所测流场的截面，并通过CCD相机拍摄连续两个激光脉冲照亮流场的两幅图像，并将图像转化为数字信号传给PIV主机，利用互相关技术匹配图像离子对的方法做图片处理，测出单位时间内粒子在x、y方向上的位移，从而计算出x、y方向的移动速度。
[0020]进一步的，所述凹槽沿仿形流道内流体流动方向均匀分布。
[0021]由于仿形楔块与凹槽内壁间有间隙，仿形楔块与凹槽内壁摩擦力极小，仿形楔块所受压力传递到测压应变片上的损耗极小，为了避免流体进入凹槽内间隙影响测量结果，故在所述仿形楔块表面上贴一层防水隔膜。
[0022]本发明的有益效果在于:本发明结构简单紧凑，生产成本低，通过设在工件试样表面的凹槽内的三个测压应变片，能够准确测量出工件试样在加工时表面不同位置所受到的压力，以实现软性磨粒流加工时软性磨粒流内部的压力测量，并修改各种加工参数进行压力测量，最后分析出最佳加工参数方案。
【附图说明】
[0023]图1是本发明仿形抛光加工装置的结构示意图。
[0024]图2是未开槽的工件试样的结构示意图。
[0025]图中，1-仿形端盖、2-仿形楔块、3-测压应变片、4-工件试样、5-仿形流道出口、 6-流道底座、7-仿形流道入口。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0027]如图1、图2所示，一种人工关节仿形抛光加工参数优化选择实验测试方法，包括以下步骤:
[0028]I设计与被加工的人工关节形状完全一致的工件试样，工件试样设有多个，各个工件试样的材质及表面粗糙度均不相同；
[0029]2在工件试样的加工曲面上开至少三个凹槽，在凹槽底部安装测压应变片并在测压应变片上安装仿形楔块，仿形楔块的外表面与工件试样的加工曲面形成完整的加工曲面；
[0030]3将工件试样放入仿形抛光加工装置中进行仿形抛光加工试验，同时利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0031]4修改仿形抛光加工试验的加工参数，继续利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0032]5更改不同材质、不同表面粗糙度的工件试样进行仿形抛光加工试验，同时利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；同时修改仿形抛光加工试验的加工参数，继续利用测压应变片测量工件试样加工曲面上各个凹槽处的压力；
[0033]6将压力应变片检测到的压力制成与加工参数、材质、表面粗糙度相对应的曲线，并对该曲线进行分析，得出仿形抛光加工试验的最佳加工参数。
[0034]进一步的，所述加工参数包括软性磨粒流的磨粒种类、磨粒比例、抛光时间和进口处的水压。
[0035]进一步的，所述仿形抛光加工装置包括流道底座6、工件试样4、仿形端盖1、测压应变片3和仿形楔块2，工件试样4安装在流道底座6内，所述仿形端盖I安装在所述流道底座6上端并与工件试样4间留有3?5毫米的间隙，所述仿形端盖I内表面与工件试样4外表面形状相同，所述仿形端盖I内表面与工件试样4外表面间形成厚度均匀的仿形流道；所述流道底座6的两端分别设有仿形流道入口 7和仿形流道出口 5 ;
[0036]所述工件试样4外表面上设有