木工硬质合金锯齿磨损变钝规律及切削力研究

摘要

硬质合金圆锯片在木材加工行业中有着极为广泛的应用。在对实木和人造板进行锯切加工过程中，刀具的磨损变钝和切削力直接关系到刀具使用寿命、加工产品质量、切削动力消耗、木材利用率和加工成本。本文旨在对硬质合金锯齿切削木质材料过程中的磨损变钝规律及其切削力变化规律进行研究，为木材、人造板和竹材等生物质材料切削加工中提高木材利用率和产品质量、节约动力消耗、降低成本及合理使用刀具提供必要的依据和支持。
　　本文首先以硬质合金圆锯片的单个锯齿为切削刀具，以中密度纤维板为被切削材料进行了锯齿磨损实验，采用显微测量系统对锯齿刀头的磨损情况进行了测量，分析了磨损变钝主要参数随切削长度变化的规律。
　　在此基础上，研究了硬质合金锯齿切削杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.) Hook.)、樟子松(Pinus Sylvestris L. var. mongouca Litv.)、水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr.)三种实木过程中，切削方向、锯齿前角、切削速度、切削厚度、含水率及锯齿磨损变钝程度对切削力的影响规律。最后对硬质合金锯齿切削中密度纤维板和刨花板两种人造板过程中锯齿前角、切削速度、切削厚度、含水率及锯齿磨损变钝程度对切削力的影响进行单因素分析。通过研究得出以下结论：
　　1．在硬质合金锯齿磨损实验过程中，负间隙、刃口缩短量、后刀面磨损区宽度、前刀面磨损量、后刀面磨损量等参数都随切削长度增加而增加；锯齿后刀面的磨损远大于前刀面磨损；在本实验中刀头磨损变钝明显经历了初期磨损阶段和正常磨损阶段。
　　2．在硬质合金锯齿对杉木、樟子松、水曲柳进行闭式切削过程中，水曲柳切削力普遍高于其他两个树种，樟子松切削力次之，杉木最小。
　　3．切削方向对杉木、樟子松、水曲柳切削力有明显的影响。三种木材端向切削的主切削力均较大，纵向次之，横向较小，法向力变化比较复杂，无明显规律。
　　4．锯齿前角在10°～20°范围内，杉木、樟子松、水曲柳三种木材及中密度纤维板、刨花板的切削力均随前角的增大而减小。前角对水曲柳切削力的影响较大，对杉木和樟子松切削力影响较小。前角对两种人造板法向力的影响较大，对其主切削力影响较小。
　　5．切削速度在3～12m/s范围内对切削力的影响比较复杂。三种实木主切削力均随切削速度的增加呈下降趋势，且主切削力与切削速度成线性关系；杉木和水曲柳的法向力与切削速度呈二次多项式关系；刨花板主切削力随切削速度变化不大；纤维板的主切削力和法向力以及刨花板的法向力都随切削速度的增加呈下降趋势，并与切削速度呈线性关系。
　　6．切削厚度对杉木、樟子松、水曲柳、中纤板、刨花板的切削力有明显影响，主切削力和法向力都随切削厚度变大呈增加趋势。杉木和樟子松的切削力与切削厚度呈对数关系，水曲柳的切削力与切削厚度呈线性关系，中纤板和刨花板的切削力与切削厚度呈二次多项式关系。
　　7．含水率对杉木、樟子松、水曲柳、中纤板、刨花板的切削力有明显影响，但其影响在不同材种间存在差异。含水率在5％～90%范围内增大时，杉木的主切削力、法向力以及水曲柳法向力都不断减小；在试件由气干到含水率增加到80%以上，樟子松和水曲柳的主切削力先增大然后减小，在含水率接近纤维饱和点含水率时比较大。随含水率增加，三种实木试件劈裂现象减少。含水率在5%～18%范围内，中纤板和刨花板的主切削力及法向力都随含水率的增加而增加。
　　8．锯齿磨损变钝对不同材种切削力有明显影响。杉木、樟子松、水曲柳的切削力随着代表锯齿磨损变钝参数的负间隙的增加呈增加趋势，法向力随锯齿磨损变钝增加尤为明显；锯齿磨损变钝增加时，劈裂现象有所增加；刨花板主切削力随负间隙的增加而不断增加；中纤板主切削力、法向力以及刨花板法向力随负间隙变化规律类似，都经过缓慢上升－急速上升－趋于平缓三个阶段。

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表目录

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第一章 绪 论

1.1前言

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要研究内容

第二章 硬质合金锯齿磨损变钝规律研究

2.1前言

2.2 实验设备、材料及方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

第三章 切削力测试系统及方法

3.1切削力测试系统

3.2系统标定

3.3切削力的定义

3.4试件及数据处理方式

第四章 硬质合金锯齿切削木材时的切削力研究

4.1前言

4.2 切削方向对三种实木切削力的影响

4.3锯齿前角对三种实木切削力的影响

4.4 切削速度对三种实木切削力的影响

4.5 切削厚度对三种实木切削力的影响

4.6 含水率对三种实木切削力的影响

4.7 锯齿磨损变钝对三种实木切削力的影响

4.8 本章小结

第五章 硬质合金锯齿切削两种人造板时的切削力研究

5.1前言

5.2锯齿前角对中纤板和刨花板切削力的影响

5.3切削速度对中纤板和刨花板切削力的影响

5.4切削厚度对中纤板和刨花板切削力的影响

5.5含水率对中纤板和刨花板切削力的影响

5.6锯齿磨损变钝程度对中纤板和刨花板切削力的影响

5.7本章小结

第六章 结论与展望

6.2 结论

6.2展望

参考文献

导师简介

在读期间的学术研究

致谢