基于響應(yīng)面法的鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨工藝參數(shù)研究

鄧曰明，趙玉剛，劉廣新，劉謙，高躍武，代迪，張夏駿雨，宋壯

（山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

鎳鈦合金具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)、優(yōu)異的耐腐蝕性以及生物相容性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于血管支架的制造[1]。圖1 為鎳鈦合金血管支架植入血管圖。由于制造血管支架的鎳鈦合金管材均采用拉拔工藝制造而成，其內(nèi)壁存在褶皺、裂紋、劃傷、麻坑等缺陷，導(dǎo)致未經(jīng)處理的血管支架內(nèi)壁具有較高的表面粗糙度，植入人體后對(duì)該處的血液流動(dòng)產(chǎn)生較大阻力，導(dǎo)致血栓的二次形成[2]，因此去除用于制造血管支架的鎳鈦合金管材內(nèi)壁表面缺陷，獲得高質(zhì)量的內(nèi)壁表面成為制備醫(yī)用血管支架的關(guān)鍵[3]。

圖1 鎳鈦合金血管支架植入血管圖Fig.1 Vascular diagram of Ni-Ti alloy cardiovascular stent implantation

圖2 為試驗(yàn)用鎳鈦合金心血管支架管材。目前用于制備血管支架的鎳鈦合金管材大多使用電化學(xué)拋光方法對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行拋光，進(jìn)而去除表面缺陷層[4-7]，由于鎳鈦合金陽(yáng)極溶解非常困難，導(dǎo)致使用電化學(xué)拋光后的表面易產(chǎn)生點(diǎn)蝕、鼓包和氧化層，氧化層脫落進(jìn)入血液對(duì)人體危害性極大，加上電化學(xué)拋光工藝難度大，只有為數(shù)不多的單位掌握了鎳鈦合金的電化學(xué)拋光工藝[8-10]。針對(duì)電化學(xué)拋光方法對(duì)鎳鈦合金血管支架內(nèi)壁拋光難度大、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，本文使用磁粒研磨法對(duì)鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁進(jìn)行光整加工。

圖2 試驗(yàn)用鎳鈦合金心血管支架管材Fig.2 Ni-Ti alloy cardiovascular stent tubes for testing

磁粒研磨拋光工藝作為一種具有自適應(yīng)性高、自銳性強(qiáng)、溫升小、無(wú)需刀具補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)的特種加工方法，被廣泛地應(yīng)用于空間彎管、復(fù)雜曲面、內(nèi)外圓表面的光整加工。為獲得高質(zhì)量的加工表面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)磁粒研磨拋光工藝進(jìn)行了大量研究。Gurpreet[11]使用響應(yīng)曲面法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究了化學(xué)輔助磁粒研磨拋光工藝參數(shù)對(duì)鉻鎳鐵合金625 管表面圓度的影響，認(rèn)為處理時(shí)間是影響表面圓度的重要因素。Srivastava[12]使用擴(kuò)展磁性工具，采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析了管材旋轉(zhuǎn)速度、加工間隙、表面轉(zhuǎn)速、電解鐵粒度等4 個(gè)主要工藝參數(shù)，對(duì)提高鈦（2級(jí)）管內(nèi)壁表面光潔度的影響。Singh[13]研究了利用黏性磁性磨料顆粒對(duì)鋁管進(jìn)行磁粒研磨的機(jī)理。采用響應(yīng)面法（RSM）對(duì)不同工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分析了粗糙度改善率（RIR）和材料去除率（MRR）對(duì)表面粗糙度的影響。李文龍[14]建立了磁粒研磨TC4 彎管工藝參數(shù)與表面粗糙度的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射模型，得到磁粒研磨TC4 彎管內(nèi)表面加工工藝參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)組合。

超細(xì)、超長(zhǎng)管材內(nèi)壁的光整加工問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，然而使用磁粒研磨法對(duì)鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁進(jìn)行光整加工，在國(guó)內(nèi)外依然是一塊空白。對(duì)于內(nèi)徑為1.0 mm、外徑為1.2 mm、長(zhǎng)度為1800～2000 mm 的鎳鈦合金血管支架管材，傳統(tǒng)的加工方法很難對(duì)其內(nèi)壁進(jìn)行光整加工。因此，為解決該問(wèn)題，本研究搭建了用于鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使用磁粒研磨法對(duì)鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁進(jìn)行拋光處理。通過(guò)響應(yīng)曲面法中Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[15-18]，建立管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量和磨料粒徑對(duì)表面粗糙度的響應(yīng)面分析模型，分析工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律和各工藝參數(shù)之間的交互作用，并得到關(guān)于表面粗糙度的最佳工藝參數(shù)組合，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1.1 原理

圖3 為鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工原理。將鐵基金剛石磁性磨料加入鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)部，在外部磁場(chǎng)的作用下，磁性磨粒被外部磁場(chǎng)磁化，形成有一定切削能力和剛性的磁力刷。鎳鈦合金血管支架管材由兩端夾頭夾緊，夾頭安裝于兩端伺服電機(jī)上。當(dāng)伺服電機(jī)帶動(dòng)管材旋轉(zhuǎn)，磁極沿著軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁力刷與管材內(nèi)壁表面產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，被磁化形成“磨粒刷”的磁性磨料在工件表面作螺旋運(yùn)動(dòng)，對(duì)管材內(nèi)壁產(chǎn)生滑擦、切削、耕犁作用，進(jìn)而對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行磁力研磨加工[19-20]。

圖3 鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工原理Fig.3 Principle of magnetic abrasive finishing for the inner wall of Ni-Ti alloy cardiovascular stent

1.2 設(shè)備及材料

1.2.1 設(shè)備

圖4 為研制的用于鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。圖5 為鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工控制系統(tǒng)。設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由磁極裝置、工件夾持與旋轉(zhuǎn)裝置、磁極往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置三部分組成，其中工件夾持與旋轉(zhuǎn)裝置主要由交流伺服電機(jī)、精密夾頭、拉緊裝置組成，其目的是實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，管材工件由精密夾頭夾緊和拉緊裝置拉緊后，交流伺服電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；磁極往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置主要由步進(jìn)電機(jī)、同步帶直線模組、限位開(kāi)關(guān)組成，其目的是實(shí)現(xiàn)磁極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磁極裝置固定于同步帶直線模組滑動(dòng)平臺(tái)上，在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)磁極裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。除此之外，后端固定架可以在底座上進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)節(jié)與前端固定架的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同長(zhǎng)度血管支架管材的加工。控制系統(tǒng)的界面使用Delphi 語(yǔ)言編寫，控制程序采用VC++6.0 編寫，可同時(shí)控制同軸對(duì)稱安裝的伺服電機(jī)同步工作，使管材旋轉(zhuǎn)和磁極裝置軸向做往復(fù)直線移動(dòng)。

圖4 鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備Fig.4 Experimental equipment for magnetic abrasive finishing of the inner wall of Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube

圖5 鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工控制系統(tǒng)的界面Fig.5 The interface of control system for magnetic abrasive finishing of the inner wall of Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube

1.2.2 鎳鈦合金心血管支架管材及其性能參數(shù)

試驗(yàn)用鎳鈦合金心血管支架管材如圖2 所示，其長(zhǎng)度為1800～2000 mm，內(nèi)徑為1.0 mm，外徑為1.2 mm，具體元素成分如表1 所示。鎳鈦合金性能參數(shù)如表2所示[21-23]。該材料的管材不具有鐵磁性。

表1 鎳鈦合金心血管支架管材化學(xué)成分Tab.1 The chemical constituents of Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube wt%

表2 鎳鈦合金性能參數(shù)Tab.2 The performance parameters of Ni-Ti alloy

1.2.3 試驗(yàn)用鐵基金剛石磁性磨料

本文使用自由降落氣固兩相流雙級(jí)霧化快凝磁性磨料制備方法[24]，制得了試驗(yàn)用的不同粒徑的鐵基金剛石磁性磨料，該方法是一種可以實(shí)現(xiàn)大批量、低成本制備高性能磁性磨料的新方法。圖6 為使用該方法制得的鐵基金剛石磁性磨料SEM 電鏡圖片。從圖6 中可看出，金剛石硬質(zhì)磨料均勻密集地鑲嵌在鐵基體表面，鐵基金剛石磁性磨料呈理想的球形。球形磁性磨料具有微刃等高性的特殊性能，加工過(guò)程中，磨粒在工件表面保持一致的切削深度，大大提高了磨料的加工性能[25-26]。該鐵基金剛石磁性磨料具有高效的研磨光整效率和使用性能[27]。

圖6 鐵基金剛石磁性磨料SEM 圖片F(xiàn)ig.6 The SEM micrographs of iron-based diamond MAPs

1.3 響應(yīng)曲面法工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

響應(yīng)曲面法（Response surface method，簡(jiǎn)稱RSM）是一種綜合了優(yōu)化設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析的用于優(yōu)化過(guò)程的數(shù)學(xué)方法[16]。通過(guò)將方案與試驗(yàn)相結(jié)合，獲得每組參數(shù)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值，并構(gòu)建變量與響應(yīng)值之間的響應(yīng)面模型，以此建立響應(yīng)目標(biāo)和設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)分析函數(shù)關(guān)系獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)。

利用Box-Behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。根據(jù)先前的試驗(yàn)研究，選取鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁磁粒研磨加工試驗(yàn)參數(shù)：管材旋轉(zhuǎn)速度1x為 100～300 r/min，磁極進(jìn)給速度x2為5～15 mm/min，磨料填充量3x為0.05～0.1 g，磨料粒徑x4為60～100 μm。加工管材長(zhǎng)度為1200 mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.8 T，往復(fù)加工1 次。以表面粗糙度為響應(yīng)值，用X1i、X0i、X-1i分別表示各加工參數(shù)變量的1水平、0 水平和?1 水平，采用公式(1)進(jìn)行線性變換：

式中，Xi為變量編碼值；xi為加工參數(shù)變量真實(shí)值；0x為加工參數(shù)變量0 水平真實(shí)值；iΔ為真實(shí)值區(qū)間變化范圍[28]。響應(yīng)面模型的因素水平及編碼如表3 所示。

表3 因素水平及編碼值對(duì)應(yīng)表Tab.3 Correspondence table of factor level and coding value

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果及回歸模型

將加工后鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁的表面粗糙度作為響應(yīng)指標(biāo)，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表4 所示。使用Design-Expect 12 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到表面粗糙度和管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量、磨料粒徑4 個(gè)工藝參數(shù)之間的回歸方程式（式(2)）。

表4 試驗(yàn)方案及結(jié)果Tab.4 Test plan and results

2.2 表面粗糙度回歸模型及其分析

圖7 顯示了表面粗糙度預(yù)測(cè)模型殘差的正態(tài)分布。由圖7 可知，該模型殘差的正態(tài)分布均在一條直線上，說(shuō)明對(duì)于表面粗糙度的模型預(yù)測(cè)值和實(shí)際值能夠較好地吻合。

圖7 表面粗糙度預(yù)測(cè)模型殘差正態(tài)概率分布Fig.7 Residual normal probability distribution of surface roughness prediction model

表5 為表面粗糙度回歸模型的方差分析結(jié)果。模型的F值為40.95，即“Prob＞F”值＜0.0001，說(shuō)明表面粗糙度和各自變量之間所建立的回歸方程高度顯著；失擬度F值為11.90，即“Prob＞F”值＞0.05，說(shuō)明不顯著，多元相關(guān)系數(shù)R2= 0.9795，校正后的多元相關(guān)系數(shù)dj= 0.9556，表明表面粗糙度的回歸模型能解釋95.56%的響應(yīng)值。從表5 的分析數(shù)據(jù)還可知，影響表面粗糙度的4 個(gè)因素中，管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量3 個(gè)因素的“Prob＞F”值均＜0.0001，說(shuō)明管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量與表面粗糙度高度顯著，磨料粒徑的“Prob＞F”值為0.0024＜0.05，說(shuō)明磨料粒徑與表面粗糙度顯著。對(duì)比F值可知，4 個(gè)工藝參數(shù)對(duì)表面粗 糙 度 的 影 響 因 素 大 小 排 序 為x1＞x2＞x3＞x4。當(dāng)“Prob＞F”的值小于0.0500 時(shí)，表示模型顯著；當(dāng)“Prob＞F”的值大于0.1000 時(shí)，表示模型不顯著。從表5 中可以看出，在交互影響項(xiàng)中，x1x2、x1x3、x1x4和x12的P值小于0.05，所以在“Prob＞F”值小于0.0500 的條件下，交互影響關(guān)系顯著。

表5 表面粗糙度回歸模型方差分析Tab.5 Variance analysis of surface roughness regression model

2.3 影響表面粗糙度的響應(yīng)面分析

使用Design-Expert 軟件，對(duì)管材旋轉(zhuǎn)速度（1x）、磁極進(jìn)給速度（x2）、磨料填充量（x3）、磨料粒徑（4x）的交互作用進(jìn)行分析，做出3D 曲面圖和等高線圖，以表達(dá)各加工參數(shù)對(duì)于管材內(nèi)壁表面粗糙度的交互影響情況。

根據(jù)關(guān)于表面粗糙度的回歸方程式（式(2)）和試驗(yàn)方案及結(jié)果（表4），使用控制變量法，選取得到復(fù)合作用明顯的管材旋轉(zhuǎn)速度與磁極進(jìn)給速度、管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料填充量和管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料粒徑兩兩復(fù)合作用關(guān)于表面粗糙度的3D 曲面圖和等高線圖，如圖8—10 所示。

圖8 顯示了管材旋轉(zhuǎn)速度與磁極進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖。從3D 曲面圖中可以看出，磨料填充量和磨料粒徑固定在中心值不變時(shí)，隨著管材旋轉(zhuǎn)速度的增加以及磁極進(jìn)給速度的增加，得到的表面粗糙度值呈上升趨勢(shì)。因此，得到較小的表面粗糙度的方式是同時(shí)采用低的管材旋轉(zhuǎn)速度和較慢的磁極進(jìn)給速度。這是因?yàn)?，磁性磨料在管材?nèi)被磁化形成磨料刷后，在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡是相對(duì)于由管材的旋轉(zhuǎn)和磁極帶動(dòng)磨料做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)而形成的螺旋線，較慢磁極進(jìn)給速度和低管材旋轉(zhuǎn)速度形成的螺旋線較密，使得“磨粒刷”的拋光效果好，有利于表面缺陷層的去除。

圖8 管材旋轉(zhuǎn)速度與磁極進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度交互作用影響的3D 曲面圖和等高線圖Fig.8 3D surface and contour map of the interaction between pipe rotation speed and feed velocity of magnetic poles on surface roughness

圖9 顯示了管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料填充量對(duì)表面粗糙度交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖。從圖中可以看出，磁極進(jìn)給速度和磨料粒徑固定在中心值不變時(shí)，較大的管材旋轉(zhuǎn)速度、較多的磨料填充量以及較小的管材轉(zhuǎn)速、較少的磨料填充量都不能得到低的表面粗糙度值。管材旋轉(zhuǎn)速度影響著管內(nèi)“磨粒刷”的狀態(tài)，管材旋轉(zhuǎn)速度越高，部分磁性磨料因磁場(chǎng)力產(chǎn)生的對(duì)內(nèi)壁的切削力小于對(duì)管內(nèi)壁的摩擦力，因此少部分磨料會(huì)隨管材旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，難以得到較好的加工質(zhì)量；磨料填充量影響著“磨粒刷”的形狀。磨料填充量過(guò)多，磨料在管內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，因此選擇合適的磨料填充量極為重要。由圖9b 可得，較好的管材旋轉(zhuǎn)速度為150～200 r/min。磨料填充量的選擇取決于管材轉(zhuǎn)速，較大的轉(zhuǎn)速選擇的磨料填充量為0.05～0.075 g，較小的轉(zhuǎn)速選擇的磨料填充量為0.075～0.1 g。

圖9 管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料填充量對(duì)表面粗糙度交互作用影響的3D 曲面圖和等高線圖Fig.9 3D surface map and contour map of the interaction between pipe rotation speed and magnetic abrasive filling quantity on surface roughness

圖10 顯示了管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料粒徑對(duì)表面粗糙度交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖。從圖中可以看出，磁極進(jìn)給速度和磨料填充量固定在中心值不變時(shí)，獲得的表面粗糙度值隨著管材旋轉(zhuǎn)速度的變大以及使用的磨料粒徑的增大而變大。管材旋轉(zhuǎn)速度為100～200 r/min 時(shí)，獲得的表面粗糙度值較小。因此，若要獲得較小的表面粗糙度，使用較大的磨料粒徑時(shí)，應(yīng)選擇較小轉(zhuǎn)速；使用較小的磨料粒徑時(shí)，應(yīng)選擇較大轉(zhuǎn)速。

圖10 管材旋轉(zhuǎn)速度與磨料粒徑對(duì)表面粗糙度交互作用影響的3D 曲面圖和等高線圖Fig.10 3D surface and contour map of the interaction between pipe rotation speed and Size of diamond MAPs on surface roughness

3 參數(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)Design-Expect 12 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬優(yōu)化加工參數(shù)。將圖8、圖9 和圖10 分析得到的管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量和磨料粒徑的最佳參數(shù)，使用公式（式(1)）轉(zhuǎn)換為編碼值并帶入回歸方程式（式(2)）中，以加工后鎳鈦合金心血管支架管材內(nèi)壁表面粗糙度最小為目標(biāo)，根據(jù)設(shè)備以及磨料的實(shí)際情況，得到表面粗糙度最小的最優(yōu)工藝參數(shù)為：管材旋轉(zhuǎn)速度100 r/min，磁極進(jìn)給速度5 mm/min，磨料填充量0.1 g，磨料粒徑100.00 μm。此時(shí)預(yù)測(cè)的表面粗糙度Ra為0.101 μm。為了驗(yàn)證響應(yīng)曲面法對(duì)加工參數(shù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，使用該參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù) 3 次取平均值。使用超景深 3D 顯微鏡（型號(hào)DSX1000）觀測(cè)管材內(nèi)壁2D、3D 形貌，使用SEM掃描電鏡觀測(cè)管材內(nèi)壁表面形貌。

結(jié)合表6 可得，使用響應(yīng)面法得到的表面粗糙度關(guān)于管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量、磨料粒徑的回歸方程（式(2)）具有良好的預(yù)測(cè)能力，選取最優(yōu)加工參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)后，試驗(yàn)得到的表面粗糙度實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的誤差為10.9%。

表6 參數(shù)優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Experimental results after parameter optimization

圖11 為加工前鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM表面形貌。從圖中可以看出，加工前，鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁具有明顯的褶皺、麻坑等缺陷，使用超景深3D 顯微鏡（型號(hào)DSX1000）測(cè)得其表面粗糙度Ra為0.50 μm。

圖11 加工前鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM 表面形貌Fig.11 The SEM surface morphology of the inner wall of the Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube before processing

圖12 為23 號(hào)試驗(yàn)方案鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM 表面形貌。23 號(hào)試驗(yàn)方案為在27 組實(shí)驗(yàn)方案中得到的表面粗糙度最小的試驗(yàn)方案，表面粗糙度Ra為0.124 μm。雖然表面粗糙度值減小，但從圖12中可以看出，加工后的表面仍存在少量的未去除的褶皺等表面缺陷。

圖12 23 號(hào)試驗(yàn)方案鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM 表面形貌Fig.12 The SEM surface morphology of the inner wall of the Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube in Test 23#

圖13 為使用優(yōu)化后工藝參數(shù)加工的鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM 表面形貌。對(duì)比圖11 和圖12中存在的褶皺、麻坑等缺陷，從圖13 中可看出，加工后鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁表面具有的褶皺、麻坑等缺陷被去除，表面平整且紋理較為均勻。使用超景深3D 顯微鏡測(cè)得其平均表面粗糙度Ra為0.112 μm。

圖13 使用優(yōu)化后工藝參數(shù)加工的鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁SEM 表面形貌Fig.13 The SEM surface morphology of the inner wall of the Ni-Ti alloy cardiovascular stent tube processed by the optimized process parameters

4 結(jié)論

1）利用響應(yīng)面法，建立的管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量和磨料粒徑對(duì)表面粗糙度的回歸模型，經(jīng)殘差、方差分析結(jié)果證明其擬合良好。

2）使用Design-Expect 12 軟件得到的二維和三維響應(yīng)面圖，能直觀地反映出不同加工參數(shù)之間對(duì)表面粗糙度的交互作用關(guān)系。以表面粗糙度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析了管材旋轉(zhuǎn)速度、磁極進(jìn)給速度、磨料填充量和磨料粒徑對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律，得到表面粗糙度的影響因素排序?yàn)椋汗懿男D(zhuǎn)速度＞磁極進(jìn)給速度＞磨料填充量＞磨料粒徑。

3）以加工后鎳鈦合金心血管支架管材內(nèi)壁表面粗糙度值最小為目標(biāo)，得到最優(yōu)的工藝參數(shù)為：管材旋轉(zhuǎn)速度100 r/min，磁極進(jìn)給速度5 mm/min，磨料填充量0.1 g，磨料粒徑100.00 μm。將最優(yōu)工藝參數(shù)代入表面粗糙度回歸模型，得到表面粗糙度Ra的預(yù)測(cè)值為 0.101 μm，而表面粗糙度Ra的實(shí)際值為0.112 μm，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的誤差為10.9%。證明本文所得到的回歸模型具有較高的精度，可以對(duì)鎳鈦合金心血管支架管材內(nèi)壁加工結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4）使用磁粒研磨法對(duì)鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁進(jìn)行光整加工，通過(guò)響應(yīng)曲面法得到了以表面粗糙度值最小為目標(biāo)的最優(yōu)工藝參數(shù)，解決了超細(xì)、超長(zhǎng)的鎳鈦合金血管支架管材內(nèi)壁的光整加工問(wèn)題，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。