تحليل تجربي، آناليز حساسيت و بهينه سازي تاثير پارامترهاي زاويه رأس و زاويه مارپيچ مته بر روي رفتار دماي فرايند سوراخكاري استخوان كورتيكال

Experimental investigation, sensitivity analysis and optimization on the effect of drill bit’s point angle and helix angle on cortical bone drilling process temperature

در اين پژوهش با درنظر گرفتن زاويه مارپيچ و زاويه رأس مته به عنوان مهمترين فاكتورهاي هندسي مته و با استفاده از روش طراحي آزمايش‌ها بر مبناي روش سطح پاسخ، رفتار دما و نكروز گرمايي در سوراخكاري استخوان بررسي شده است. بدين منظور ضمن انجام آزمايش‌هاي تجربي بر روي استخوان كورتيكال ران تازه گاو يك معادله رگرسيون خطي مرتبه دوم براي رفتار دما استخراج گرديده و از دقت آن اطمينان حاصل شده است. با استفاده از روش تحليل حساسيت آماري سوبل، ميزان تأثير دقيق هريك از پارامترهاي ورودي زاويه رأس و زاويه مارپيچ بر خروجي دما به دقت بررسي شده است. همچنين با استفاده از روش بهينه سازي درينگر كمترين مقدار دماي ايجاد شده در بازه تغيير فاكتورهاي ورودي فرآيند ارائه گرديده است. نتايج نشان مي دهند كمترين دماي ايجاد شده در بافت استخوان در زاويه رأس 90 و زاويه مارپيچ 27 درجه حاصل مي‌گردد. همچنين با افزايش زاويه رأس و كاهش زاويه مارپيچ دماي ايجاد شده در بافت استخوان در فرآيند سوراخكاري افزايش مي‌يابد. همچنين تغييرات دما حساسيت بيشتري به تغييرات زاويه مارپيچ نسبت به زاويه رأس مته دارد.

In this study, considering the point angle and helix angle as the most prominent geometrical parameters associated with the tool, using design of experiment based on Response Surface Method, evolution of process temperature and possibility of thermal necrosis were investigated. For this purpose, performing experimental tests on fresh bovine cortical bone, second order linear regression equation reflecting the process temperature was derived and validated. Using the Sobel sensitivity analysis, the exact influence of each point angle and helix angle on temperature was specified. Also, using derringer optimization method, the minimum process temperature, coincided with the optimum point angle and helix angles, was obtained. Results showed that minimal temperature could be obtained with vortex angle of 90 and helix angle of 27. Moreover, with higher point angles and lower helix angles drilling temperature in bone tissue increased. Finally, drilling temperature was more sensitive to the variation of helix angle rather than point angle.