بخشی از مقاله
خلاصه
تثبیت شکستگی استخوان توسط پلاکهای ارتوپدی انجام می گیرد و استحکام این پلاکها باید به اندازه ای بالا باشد که بتواند وزن بدن را تحمل کند. بدلیل استفاده در بخشهای حساس بدن، ساخت با کیفیت و استحکام بالای پلاکهای ارتوپدی از ارزش بالایی برخوردار است. در این مقاله روش تولید پلاک ارتوپدی با فرایند فورجینگ و شبیه سازی المان محدود فرایند با استفاده از نرم افزار آباکوس بررسی شده است. علاوه بر انجام ملاحظات در طراحی قالبهای فورج، نمودار نیروی لازم برای انجام این فرایند و پروفیل تنش و کرنش در بخشهای مختلف پلاکها بدست آمده و مورد بررسی و بحث قرار گرفته اند.
.1 مقدمه
برای معالجه شکستگی های استخوان که اغلب در تصادفات بویژه وسایل نقلیه موتوری اتفاق می افتد از پیچ و پلاک ارتوپدی استفاده می شود. با توجه به اینکه کیفیت تولید پیچها و پلاکها در کارایی آنها تاثیر زیادی دارد، محققان تحقیقات مختلفی درباره روش تولید این قطعات انجام داده اند. برخی از محققین در مورد جهت کاهش مقدار تنش در پلاکها بهینه سازی روی هندسه پلاکها را بررسی کرده اند
Murr و همکاران ، به بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری پلاکهای تولید شده بروش نمونه سازی سریع یا لایه نشانی پرداختند. آنها نشان دادند که روشهای EBM و SLM برای تولید آلیاژTi.6Al.4Vبسیار مناسب بوده و پلاکهای بدست آمده نه تنها مشابه روشهای مرسوم کسفیت دارند بلکه استحکام آنها نیز % 50 بیشتر شده است.
در کاری دیگر Fores و همکاران ، تهیه پلاکهای ارتوپدی بروش متالورژی پودر که بسیار مقرون به صرفه است، را مورد بررسی قرار دادند. در تحقیقی دیگر Sola و همکاران[4] به بررسی مواد مدرج تابعی جهت تولید پلاکها پرداختند. Manteghi و همکاران ][5، به بررسی مدلهای شکست و خواص مکانیکی پلاکهای کامپوزیت پرداختند.
در کاری دیگر Satapathy و همکاران به شبیه سازی المان محدود استخوان و پلاک پرداخته و میزان تغییر فرم و تنش های بوجود آمده را بررسی کردند. با توجه به اینکه در زمینه تولید پلاکهای ارتوپدی با روش فورجینگ گرم تحقیقات کمی انجام شده است در این مقاله روش تولید پلاک ارتوپدی با فرایند فورجینگ و شبیه سازی المان محدود فرایند با استفاده از نرم افزار آباکوس بررسی شده است. علاوه بر انجام ملاحظات در طراحی قالبهای فورج، نمودار نیروی لازم برای انجام این فرایند و پروفیل تنش و کرنش در بخشهای مختلف پلاکها بدست آمده و مورد بررسی و بحث قرار گرفته اند.
.2 طراحی قالب
طرح های خاص و ویژه ای از پلاک ها برای انواع حالات شکستگی استخوان ران وجود دارد که به طور گسترده ای از پلاک DHS استفاده می شود
شکل-1 پلاک ارتوپدی - الف - قطعه واقعی و - ب - شماتیک
محل اتصال پلیسه در خط جدایش قالب روی سطح جانبی قطعه یک خط بوجود می آورد. زاویه خط جدایش دو نیمه قالب و پلیسه باعث ایجاد نیروی جانبی زیاد می شود. برای پرهیز از برش ناصاف خط جدایش تا حد امکان ساده و مسطح انتخاب گردیده است. خط جدایش این پلاک در شکل 2 نشان داده شده است. در تعیین خط جدایش پارامترهای نظیر سهولت در بیرون اندازی قطعه با کمترین تلاش کارگر، ایجاد سهولت در قرارگیری قطعه در درون قالب در نظر گرفته شده است
شکل-2 مدل سازی نیمه قالب بالا و پایین
شکل -3 کفشک بالا و پایین قالب
.3 شبیه سازی المان محدود
پلاک از نوع Ti-6Al-4V بوده و مشخصات مکانیکی آن در جدول 1 آورده شده است. مشخصات پلاستیک جنس اشاره شده در دماهای مختلف در شکل 4 نشان داده است. شبیه سازی عددی با کد المان محدود آباکوس انجام گرفته است. مدل شبیهسازی از نوع سه بعدی در شرایط دمای بالا بوده و شبیهسازی در حالت استاندارد انجام گرفت و برای قالبها از نوع المان R3D4 - A 4-node 3-D bilinear rigid quadrilateral - و برای پلاک المان از نوع - An 8-node thermally coupled brick, trilinear displacement and C3D8RT - temperature, reduced integration, hourglass control استفاده شد. که یک المانهای سه بعدی هستند. تعداد مش در قالب بالا 1115 در قالب پایین 1642 و در قطعه کار 4047 عدد استفاده شد
جدول -1 خواص مکانیکی آلیاژ تیتانیوم
