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2007-12-20 19:12 |
木質(zhì)材料切削加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀解析
作者：廣東工業(yè)大學(xué) 曾麗霞 來源：工具技術(shù) ]bui"-tlK
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1 引言 D2@J4;UW*W
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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)過機(jī)械加工、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。木材、改性木材、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，長時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。由于木質(zhì)材料性質(zhì)的特殊性，切削必須要考慮樹種、密度、含水率、木材紋理、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)計都有較強(qiáng)的針對性。我國雖然是人造板生產(chǎn)、家具生產(chǎn)和木工機(jī)械生產(chǎn)大國，但木工刀具制造業(yè)相對比較薄弱，耐用度高、加工質(zhì)量好、適合于目前高速加工趨勢的高性能木工刀具仍很緊缺，很大一部分市場份額被外資產(chǎn)品占有。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)，對提高我國對木工刀具的重視并進(jìn)一步對其進(jìn)行研究和開發(fā)，提高我國木質(zhì)材料切削加工技術(shù)水平和加工效率，縮短我國與國際發(fā)達(dá)國家之間在這一領(lǐng)域的差距有重要意義。 JDI1l_Ga
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2 木質(zhì)材料及其加工特點(diǎn)
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2.1 木質(zhì)材料的分類 0&W*U{0F\
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通常意義的木材是指樹木的樹干部分，又稱原木或?qū)嵞荆怯衫w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、色澤質(zhì)感親切，比強(qiáng)度大、易于加工，隔熱、隔音性好，是家具中不可或缺的材料。木質(zhì)人造材料包括人造板材、人造方材和成型材料。木質(zhì)復(fù)合材料包括木材塑料、塑化碎料板和木質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)板等。由于木材資源的緊缺、人類環(huán)保意識的增強(qiáng)以及制造技術(shù)的進(jìn)步，近十年來，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、刨花板和纖維板（低密度、中密度、高密度）。表1列出了其中幾種典型人造板的類型、用途分類和加工性能。 F4#^jat{
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表1 典型的人造板材料 H;=JqD 8`
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－專門用途 9[9
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針葉樹材膠合板－針葉樹材單板－砂光后表面光滑－較差－結(jié)構(gòu)用－屋頂板、地板、墻面板－單板層積材（LVL）、混凝土模板、船舶膠合板 aOOkC&%
闊葉樹材膠合板－闊葉樹材單板、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、細(xì)木工－裝飾地板 %" C%p A
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、地板、墻面板、地板襯板－工字梁 9P)28\4
刨花板－刨花長度＜6mm；麥秸－用細(xì)刨花時表面很光滑－良好－多為非結(jié)構(gòu)用－家具、細(xì)木工、地板襯板、樓梯踏板－無 "L)=Y7Dx
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、裝飾線條－無 ^=1:!'*3D
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2.2 木材的加工特點(diǎn) B S^P&TR!
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國內(nèi)外對木材加工性能的研究已經(jīng)比較成熟。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： DEFh&n
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（1）木材材料性質(zhì)和強(qiáng)度因方向各異，切削時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，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；逆紋切削時，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。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。 sT ;:V
（2）木材硬度不高，機(jī)械強(qiáng)度極限較低，分離性好。 T l%n|pc
（3）耐熱能力較差，加工時不能超過其焦化溫度（110～120℃）。 =a]B# uUn
（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。 Cbq|<p# #o
（5）影響木材切削性能的因素很多，不同樹種材料的物理力學(xué)性質(zhì)不同，樹種、密度、含水率、木材紋理、纖維方向、年輪、溫度、力學(xué)強(qiáng)度等，都可能會產(chǎn)生不同的切削動力消耗，或發(fā)生毛刺等加工缺陷。例如文獻(xiàn)[3]通過銑削方式研究木材早材和晚材間過渡區(qū)域和材料密度對切削力的影響；文獻(xiàn)[4]通過不同木材的微觀結(jié)構(gòu)、木材密度研究對刀具磨損的影響，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解釋切削刃磨損率情況。 ,xzSFs >2
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2.3 木質(zhì)人造材料的加工特點(diǎn) /
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