1引言

木質(zhì)材料是一類包括木材和以木材(或其廢料)為主要原料,經(jīng)過(guò)機(jī)械加工淫奔、物理化學(xué)處理而得到的具有木材基本特性和主要組分的材料灶平。木材蠢护、改性木材雅宾、木質(zhì)人造材料和木質(zhì)復(fù)合材料都屬于木質(zhì)材料。用于加工木質(zhì)材料的刀具統(tǒng)稱為木工刀具,其特點(diǎn)是要求在高速并且承受沖擊載荷的切削條件下,長(zhǎng)時(shí)間保持刀具切削刃的鋒利,不僅要具有較好的硬度和耐磨性,還要有足夠的強(qiáng)度和韌性恃姨。由于木質(zhì)材料性質(zhì)的特殊性,切削必須要考慮樹(shù)種擅锁、密度、含水率宴今、木材紋理母谋、纖維方向等因素,這也使得木工刀具的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有較強(qiáng)的針對(duì)性。我國(guó)雖然是人造板生產(chǎn)换攘、家具生產(chǎn)和木工機(jī)械生產(chǎn)大國(guó),但木工刀具制造業(yè)相對(duì)比較薄弱,耐用度高堰哗、加工質(zhì)量好、適合于目前高速加工趨勢(shì)的高性能木工刀具仍很緊缺,很大一部分市場(chǎng)份額被外資產(chǎn)品占有椎颓。因此了解和掌握目前木質(zhì)材料加工技術(shù)研究現(xiàn)狀,有助于我們清楚認(rèn)識(shí)木質(zhì)材料材質(zhì)特點(diǎn)及其加工特性和木工刀具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)提高我國(guó)對(duì)木工刀具的重視并進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā),提高我國(guó)木質(zhì)材料切削加工技術(shù)水平和加工效率,縮短我國(guó)與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家之間在這一領(lǐng)域的差距有重要意義恐梅。

2木質(zhì)材料及其加工特點(diǎn)

2.1木質(zhì)材料的分類

通常意義的木材是指樹(shù)木的樹(shù)干部分,又稱原木或?qū)嵞?是由纖維素、半纖維素和木素等組成的天然有機(jī)高分子材料,它天然生成,紋理自然最阿、色澤質(zhì)感親切,比強(qiáng)度大掀塞、易于加工,隔熱、隔音性好,是家具中不可或缺的材料貌砖。木質(zhì)人造材料包括人造板材喂很、人造方材和成型材料。木質(zhì)復(fù)合材料包括木材塑料皆刺、塑化碎料板和木質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)板等少辣。由于木材資源的緊缺凌摄、人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及制造技術(shù)的進(jìn)步,近十年來(lái),世界木質(zhì)人造材料和木質(zhì)復(fù)合材料特別是人造板工業(yè)發(fā)展迅猛。常用人造板包括:膠合板毒坛、刨花板和纖維板(低密度望伦、中密度、高密度)煎殷。表1列出了其中幾種典型人造板的類型屯伞、用途分類和加工性能。

表1典型的人造板材料

人造板類型-材料組成-表面質(zhì)量-邊部加工性能-用途分類-典型用途-專門(mén)用途

針葉樹(shù)材膠合板-針葉樹(shù)材單板-砂光后表面光滑-較差-結(jié)構(gòu)用-屋頂板豪直、地板劣摇、墻面板-單板層積材(LVL)、混凝土模板弓乙、船舶膠合板

闊葉樹(shù)材膠合板-闊葉樹(shù)材單板末融、人造板芯板-砂光后表面光滑-較差-多為非結(jié)構(gòu)用-墻面裝飾板、家具暇韧、細(xì)木工-裝飾地板

定向刨花板(OSB)-12×150mm刨花(多為楊木)-砂光后表面光滑-差-結(jié)構(gòu)用-屋頂板粮郁、地板、墻面板作两、地板襯板-工字梁

刨花板-刨花長(zhǎng)度<6mm学咸；麥秸-用細(xì)刨花時(shí)表面很光滑-良好-多為非結(jié)構(gòu)用-家具、細(xì)木工袒覆、地板襯板骤顿、樓梯踏板-無(wú)

中密度纖維板(MDF)-木材纖維,纖維束,秸稈-表面非常光滑-很好-非結(jié)構(gòu)用-家具、細(xì)木工鱼虽、裝飾線條-無(wú)

2.2木材的加工特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外對(duì)木材加工性能的研究已經(jīng)比較成熟海黍。木材與金屬性質(zhì)不同,它是一種典型的具有非均質(zhì)性和異向性的材料,它的切削特點(diǎn)主要有:

(1)木材材料性質(zhì)和強(qiáng)度因方向各異,切削時(shí)作用于木材纖維方向的夾角不同,木材的應(yīng)力和破壞載荷也就不同,因而產(chǎn)生的切屑形態(tài)和工件表面質(zhì)量也不同。例如順紋切削時(shí),材料超前劈裂發(fā)生在刃口斜上方,易于彎曲折斷,切削表面良好付准；逆紋切削時(shí),材料超前劈裂發(fā)生在刃口斜下方,不易折斷,切削表面較差闲挚。由于木材的非均質(zhì)性和異向性,切削方向不同需要不同結(jié)構(gòu)的刀具。

(2)木材硬度不高,機(jī)械強(qiáng)度極限較低,分離性好佩艇。

(3)耐熱能力較差,加工時(shí)不能超過(guò)其焦化溫度(110～120℃)年粟。

(4)適于高速切削:木材切削速度一般在40～70m/s,最高可達(dá)120m/s,一般切削刀軸的轉(zhuǎn)速在3000～12000r/min,最高可達(dá)20000r/min。高速切削使切屑來(lái)不及沿纖維方向劈裂就被切刀切掉,可以獲得較高的幾何精度和表面粗糙度分衫。

(5)影響木材切削性能的因素很多,不同樹(shù)種材料的物理力學(xué)性質(zhì)不同,樹(shù)種场刑、密度、含水率蚪战、木材紋理牵现、纖維方向、年輪邀桑、溫度瞎疼、力學(xué)強(qiáng)度等,都可能會(huì)產(chǎn)生不同的切削動(dòng)力消耗,或發(fā)生毛刺等加工缺陷科乎。例如文獻(xiàn)[3]通過(guò)銑削方式研究木材早材和晚材間過(guò)渡區(qū)域和材料密度對(duì)切削力的影響；文獻(xiàn)[4]通過(guò)不同木材的微觀結(jié)構(gòu)贼急、木材密度研究對(duì)刀具磨損的影響,分析表明木材石英含量和木材密度與刀具磨損沒(méi)有明顯的線性關(guān)系,指出不能單獨(dú)用石英含量和大小以及密度來(lái)解釋切削刃磨損率情況茅茂。

2.3木質(zhì)人造材料的加工特點(diǎn)

木質(zhì)人造材料種類繁多,又涉及諸多影響因素,為對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究帶來(lái)一定難度。目前還沒(méi)有這方面的系統(tǒng)深入研究報(bào)道太抓。由于這些材料多以木材為主要原料,切削成不同形狀空闲、大小的構(gòu)成單元,再添加膠粘劑等制作而成,因此,木材的非均質(zhì)性和異向性對(duì)這些材料的切削性能仍然有很大影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究主要?dú)w結(jié)為兩點(diǎn):

(1)環(huán)境等其他條件對(duì)材料性能的影響走敌。文獻(xiàn)[5,6]研究了不同相對(duì)濕度(65%RH和85%RH)環(huán)境下中密度纖維板碴倾、定向刨花板和刨花板這三種材料的靜力強(qiáng)度、硬度蛙饮、疲勞壽命和蠕變的不同,結(jié)果顯示,MDF的靜力強(qiáng)度最大,刨花板最小,并且65%RH下三種材料的靜力強(qiáng)度都比85%RH下的大即粗。另外,由于MDF的纖維比刨花尺寸小,即其材質(zhì)均勻性更好,所以較高的相對(duì)濕度對(duì)OSB和刨花板的彈性模量和疲勞壽命造成地不利影響比對(duì)MDF的影響更明顯；

(2)材料性能對(duì)切削力迁搜、刀具磨損和加工質(zhì)量的影響枯悲。例如,文獻(xiàn)[7]對(duì)MDF切削力進(jìn)行了試驗(yàn),研究MDF切削力的影響因素并提出切削力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式；人造板的含水率宣葡、密度與切削性能有很大關(guān)系,文獻(xiàn)[8]通過(guò)一系列切削試驗(yàn),測(cè)量切削力和表面粗糙度,研究刀具的磨損埂伺。

用銷孔鉆對(duì)MDF的鉆削試驗(yàn)研究表明:影響鉆削的因素主要有進(jìn)給量,轉(zhuǎn)速和切削速度等。軸向方向切削力最大,隨著切削速度的增加,切削力增大,當(dāng)切削速度達(dá)到60m/min時(shí),切削力開(kāi)始減小肴奠。MDF鉆削切屑為細(xì)小粉末,其出口和入口質(zhì)量隨著鉆孔數(shù)的增加而變差,但孔徑變化很小,在鉆孔17400個(gè)后,孔徑仍未超出加工偏差辙势。

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