[发明专利]一种超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷微观结构的预测方法

说明书

本发明提出一种超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷微观结构的预测方法，首先，根据超声振动条件下磨削的特点，建立单颗磨粒的运动轨迹方程；并根据单颗磨粒在牙科氧化锆陶瓷上生成的裂纹系统，计算获得横向裂纹的宽度和深度及表面凹坑的长度，根据以上结果，建立无干涉作用下单个微凹坑模型(M1模型)；其次，建立磨粒在刀具端面的随机分布模型，根据磨粒的随机分布特点，基于干涉机理，求取相邻凹坑的中心线之间的距离，从而建立干涉作用下单个微凹坑模型(M2模型)；最后，开展超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷试验，观察不同加工参数下表面的微观结构，并对M2模型进行验证，结果显示，预测值和试验值匹配性较好。

技术领域

本发明属于超声振动辅助磨削加工技术领域，特别涉及超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷微观结构的预测方法。

背景技术

在传统的机械工程领域，改善零件之间的摩擦磨损性能主要是改善表面微织构和提高润滑剂的性能。然而在口腔修复领域，改变人体口腔内唾液的可能性微乎其微。因此，义齿材料表面微织构的改进与优化将成为改善摩擦磨损性能的主要措施。近年来，陶瓷材料凭借优异的仿真美观效果、化学稳定性、生物相容性及耐磨性等，成为替代天然牙硬组织的主要义齿材料之一，其中牙科氧化锆陶瓷是目前最受青睐的选择。传统全锆牙冠的制作工艺是通过对预烧结瓷块进行高速铣削或磨削后再进行二次烧结后获得，如图2所示。受牙冠壁厚尺寸及二次烧结过程中成型压力、粉体粒度、维压时间和水分含量等因素的影响，收缩率难以精确控制。然而牙冠的制造精度不仅严重影响了患者的佩戴舒适感同时是导致其断裂失效的主要因素。为了解决上述问题，最理想和便捷的途径便是将超声振动辅助磨削技术引入口腔修复领域实现对牙科氧化锆陶瓷的直接加工。

现有的超声振动辅助磨削技术已被引入口腔修复领域。由于超声振动辅助磨削技术不仅能改变传统陶瓷牙冠的制造工艺(实现牙科氧化锆陶瓷的一次成型加工)，同时能形成大面积各向同性的表面织构，与传统的普通金刚石磨削的犁沟状织构存在鲜明反差。然而，目前对超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷表面微观结构的研究尚不清楚，尚不明确超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷表面微观结构的形成过程。

发明内容

本发明的目的旨在预测一种超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷表面微观结构，提出了一种超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷微观结构的预测方法，能够预测牙科氧化锆陶瓷材料超声振动辅助磨削过程中的表面微观结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷微观结构的预测方法，包括以下步骤：

步骤(1)：建立单颗磨粒的运动轨迹方程：超声振动磨削牙科氧化锆陶瓷的过程中，包括三个方面的运动形式：主轴的旋转运动、主轴的超声振动和刀具的进给运动，根据三种运动形式，建立单颗磨粒的运动轨迹方程；

步骤(2)：建立单颗磨粒的裂纹系统：根据脆性材料脆性去除机理，获取单颗磨粒生成裂纹的宽度C_L和深度C_h表达式，根据总的轴向力和总磨粒数的比值求得单颗磨粒的轴向力，并根据牙科氧化锆陶瓷的性能，求取宽度C_L和深度C_h基于加工和振动参数的表达式；

步骤(3)：建立无干涉作用下单个微凹坑模型：超声振动磨削牙科氧化锆是断续切削的过程，获取有效切削时间t_AB，基于有效切削时间，获得有效切削长度L_d，基于单颗磨粒的运动轨迹方程和单颗磨粒的裂纹系统，建立基于宽度C_L、深度C_h和有效切削长度L_d的无干涉作用下单个微凹坑模型；

步骤(4)：建立刀具端面磨粒的随机分布模型：假设刀具端面磨粒分布为均匀分布，获取概率密度函数f(r)；