بررسي تجربي و مدل‌سازي آماري ازدياد دما در فرآيند سوراخ كاري استخوان به كمك خنك كاري داخلي با گاز

Experimental evaluating and statistical modeling of temperature elevation in bone drilling with internal cooling with gas

استخوان‌ها بر اثر سانحه، كهولت سن و بيماري دچار شكستگي مي‌شوند. براي درمان شكستگي استخوان ضروري است استخوان در محل مناسب ثابت نگه داشته شود. در شكستگي‌هاي پيچيده، براي ثابت نگه داشتن موضع شكستگي از ابزار و تجهيزات ثابت‌سازي داخلي و خارجي استفاده مي‌شود. به منظور اتصال تجهيزات نگهدارنده، سوراخكاري استخوان الزامي مي‌باشد. در حين سورخكاري استخوان، نيروهاي لازم جهت تشكيل براده، باعث افزايش دما مي‌گردند. اگر دما توليد شده از 47 درجه سانتيگراد فراتر رود، باعث پديده نكروز حرارتي در استخوان مي‌شود. نكروز حرارتي سبب عدم ثابت‌سازي و در نتيجه جوش‌خوردگي نادرست استخوان مي‌گردد. در تحقيق حاضر سعي گرديده است تا تاثير خنك‌كار گاز بر كاهش دماي موضع سوراخكاري بررسي شود و همچنين تحليل آماري اين فرآيند مطالعه گردد. آزمون‌ها با استفاده از تزريق مستقيم گاز نيتروژن به وسيله مته اينترنال كولانت انجام پذيرفته است. نتايج حاصله نشان دادند كه بكارگيري خنك‌كار گاز، ازدياد دماي سوراخكاري را تا 15 درجه سانتيگراد كاهش داده و از وقوع نكروز حرارتي جلوگيري شده است. حداكثر ازدياد دماي سوراخكاري معمولي 56 درجه سانتيگراد بوده، در حالي كه با استفاده از خنك‌كار گاز ميزان ازدياد دما 43 درجه سانتيگراد بدست آمده است. همين امر سبب شده تا احتمال وقوع نكروز حرارتي در سوراخكاري استخوان با خنك‌كاري مستقيم گاز نيتروژن از بين رود. تحليل آماري نيز نشان‌دهنده آن است كه در سوراخكاري با خنك‌كاري مستقيم گاز نيتروژن، تغييرات دما تقريبا مستقل از سرعت چرخشي مي‌باشد.

Bone fracture occurs as a result of accident, old age and disease. Generally bone fracture treatment consists of stabilizing the fractured bone in the right position. In complex fractures, stabilizing internal and external tools and equipment is used to stabilize the fractured bone in position. Bone drilling is required in order to connect fixating devices. The forces required for chip formation increase the temperature during bone drilling. The phenomenon of thermal necrosis of the bone occurs if the temperature exceeds 47°C. Thermal necrosis inhibit bone fixation and causes the wrong bone healing. The current study attempts to examine the effect of the cooling gas on the reduction of temperature rise on drilling site as well as statistical analysis of the process. Tests have been carried out using direct injection of nitrogen gas using internal coolant drill bits. Using cooling gas reduced the increase in drilling temperature to 15 degrees Celsius and prevented the thermal necrosis. The maximum increase in temperature in conventional drilling was 56°C, while using cooling gas the increase in temperature of 43°C was achieved. This reduces the risk of thermal necrosis. Statistical analysis also indicates that in the drilling with direct cooling with nitrogen gas the temperature changes are almost independent of the rotational speed.