مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و تحلیلی نیرو در فرآیند سوراخکاری استخوان به کمک ارتعاشات آلتراسونیک

نویسندگان
1 مربی - مدیر گروه مهندسی مکانیک - دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال. دانشجوی دکتری مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
عارضه شکستگی استخوان در پزشکی که ناشی از عوامل سانحه، کهولت سن و بیماری می‌باشد، از همان زمان که بشر شروع به کار و فعالیت نموده، وجود داشته است. فرآیند سوراخکاری استخوان، مرحله مهمی از بی‌حرکت‌سازی داخلی در عمل جراحی ارتوپدی محسوب می‌شود. نیروی مورد نیاز جهت تشکیل براده در فرآیند سوراخکاری، منجر به تولید حرارت در موضع سوراخ و وقوع پدیده نکروز حرارتی می‌گردد. تحقیق حاضر بصورت تجربی تاثیر ارتعاشات آلتراسونیک بر روی نیروی محوری، در فرآیند سوراخکاری استخوان ران گاو را مورد مطالعه قرار داده است. این روش مبتنی بر اعمال ارتعاشات فرکانس بالا و دامنه پایین در جهت پیشروی ماشینکاری بوده و قادر است با گسترش ترک‌های ریز در استخوان و کاهش اصطکاک، موجب کاهش نیروهای برشی شده و همچنین سرعت تخلیه براده را افزایش داده که این عوامل در مجموع منجر به کاهش نیروهای سوراخکاری می‌شوند. نتایج تجربی نشان می‌دهند که فرآیند سوراخکاری استخوان به کمک ارتعاشات آلتراسونیک، نیروی محوری کمتری نسبت به فرآیند سوراخکاری معمولی ایجاد می‌نماید و سرعت چرخشی rpm 1000، سرعت بهینه برای دستیابی به حداقل نیروی محوری برای تمامی نرخ‌های پیشروی می‌باشد. ضمن آنکه به علت عدم وابستگی نیرو به مقدار نرخ پیشروی در این سرعت، قابل استفاده در عمل‌های جراحی ارتوپدی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and Analytical Investigation of Thrust Force In Ultrasonic Assisted Drilling of Bone

نویسندگان English

Ehsan Shakouri 1
Mohammad Hossein Sadeghi 2
Mehdi Maerefat 2
Mohammadreza Karafi 2
Mehdi Memarpour 2
1 Islamic Azad Universiy-tnb/TMU
چکیده English

The problem of bone fracture in medicine due to an accident, aging or diseases, has existed from times when humans started to work and activity. The process of bone drilling is an essential part of internal immobilization in orthopaedic and trauma surgery. The force required to chip formation in drilling process, resulting in heat generation in drill site that leads to the occurrence of thermal necrosis. This research experimentally investigates the effect of ultrasonic vibration on thrust force in drilling of bovine femur bone. This method induces high-frequency and law-amplitude vibration in the feed direction during cutting, and has the potential to spread tiny cracks in bone and decrease friction leading to reduce of cutting forces and also increase the speed of chip disposal leading to reduction of machining forces, totally. Experimental results demonstrate that ultrasonic assisted drilling of bone produces fewer thrust force than conventional drilling and rotational speed of 1000 rpm is the optimal speed to achieve at minimum thrust force for all feed rates. Moreover, this method is due to the force independence of the feed rate in the rotational speed of 1000 rpm, is applicable in orthopedic surgery.

کلیدواژه‌ها English

Bone
thermal necrosis
Ultrasonic Vibration
Thrust Force