骨钻钻头刃形结构对钻削力与温度的影响研究.pdf

分类号 密级 1

U D C 1


昆明理工大学 硕士学位论文

骨钻钻头刃形结构对钻削力与温度的
影响研究

研究生姓名 杜兴泽

指导教师姓名、职称 杜茂华 副教授

学科专业 机械工程

研究方向 数字化设计与制造

论文工作

起止日期 2015 年 9 月~2018 年 4 月

论 文 提 交 日 期 2018 年 4 月
摘要
骨钻钻头刃形结构对钻削力与温度的影响研究
摘要
钻头在骨外科手术中的应用十分广泛，尤其是在人体长骨骨折修复、截骨手
术中发挥主要作用。人体骨骼是一种特殊的多组织复合材料，与金属材料性质有
很大区别。骨骼材质的导热性比较差，热量不能及时传导出去，过高的钻孔温度
会对孔周围的正常骨骼组织活性造成不良影响。在骨外科手术中应将钻削温度控
制在 47℃以下，在这个温度下才能保证骨骼组织不被烧坏而导致骨坏死。
在骨外科临床手术中所使用的钻头一般为标准麻花钻，这种钻头的刃形在手
术中往往会产生过大的切削力和切削温度。群钻是一种新型钻头，通过对标准麻
花钻进行修磨改进并且通过不断的试验和生产实践形成了一套针分别适用于各种
材料的钻型，对于实际生产中难加工材料和特殊材料的钻削都有较好的切削性能。
然而，标准群钻中并没有与骨骼材质相匹配的钻型，当前国内外学者对于骨钻削
的研究尚未涉及到群钻钻型结构和将群钻应用于骨外科手术中的实验案例。
本文使用专业切削加工有限元仿真软件 AdvantEdge 和试验对标准群钻在骨
骼钻削过程中的钻削力和钻削温度进行了探索研究。通过对钻削仿真结果和猪股
骨钻削试验数据进行对比分析得出，群钻在钻削过程中产生的钻削力均比标准麻
花钻低，其中钻橡胶群钻在猪股骨钻削试验中产生的钻削力最低。钻头结构对于
骨骼钻削温度的影响不大，钻头进给速度是影响骨骼钻削温度的主要因素。
关键词：骨钻；群钻；钻削力；钻削温度；有限元仿真









I
Abstract
Research on the Influence of Drill Bit Structure on Cutting
Force and Temperature in Bone Drilling
Abstract
The use of drill bits in orthopedic surgery is very extensive, especially in the repair
of human long bone fractures and osteotomies. The human skeleton is a special
multi-tissue composite material, which is very different from the nature of metal
materials. The thermal conductivity of the bone material is relatively poor, and the heat
cannot be conducted in time. Excessive drilling temperature can adversely aff