木材学第一章.

《木材学第一章.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《木材学第一章.（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、木材切削原理与刀具 授课教师： 吴良奎 主要内容 基本概念及理论； 刀具材料； 锯切及锯子； 铣削及铣刀； 钻削、榫槽切削及刀具； 磨削及磨具； 主要参考资料 杂志：林产工业 木材工业 林业机械与木工设备 木材加工机械 木工机床 Wood Science and Technology 书籍：金属切削原理与刀具 金属工艺学 机械制造工艺学 第一章 木材切削的基本理论 基本概念 切屑形态 切削热 切削力 刀具磨损及耐用度 木质材料切削表面粗糙度 本章重点 刀具角度 切削力及其影响因素 刀具耐用度及其影响因素 概述 1、木切的实质：木材在刀具作用下切削区发生 变形的过程 研究问题：切削区木材的变形（

2、基本问题）、 切削力、刀具 2、木切的共性：直角自由切削条件下楔形切刀 的切削。 二维切削 第一节 基本概念 定义：借助于刀具和工件之间的相对运动撇开木材间 的联系以获得所需木制品的运动。 切削条件：刀具、工件、切削运动 1、主运动动：速度高、功耗大 (4070m/s，最大达 120m/s) 一、切削运动动及切削用量： 2、进给进给 运动动： 使多余切削层连续 或逐步被切削的运动 （1） 回转运动： （2）直线运动 D 最大回转半径 （mm） L 最大行程； n 每分钟往复次数 U Un Uz 注意单位 4、运动动的合成： 主运动和进给 运动的合成 切削运动形式： 一个直线运动： 刨削、拉削

3、一个回转运动： 圆盘 拉刀 一个直线运动与一个回转运动：铣、钻、车、圆锯 两个回转运动： 铣削回转体 两个直线运动： 带锯 5、切削用量： 切削速度(v)；进给进给 速度(u)；背吃刀量(a) 3、辅助运动：机床的调整、让刀运动等 切削用量的选择： 1、考虑机床动力和加工系统刚性的许可下选取apmax，减少 走刀次数； 2、在保证加工精度和表面粗糙度要求下选取umax； 3、保证刀具一定耐用度前提下选取vmax，以提高生产效率 。 注：精加工时由于加工余量小，背吃刀量不会太大，进给 量受表面粗糙度限制也很小，v 应尽可能大。 二、刀具与工件的各组成部分： 1、工件： 待加工表面 加工表面 已加

4、工表面 2、刀具： 刀杆（刀体） 夹持部分 刀头 切削部分 前刀面：切屑沿其流出的表面 后刀面：刀具与加工表面相对的表面 切削刃：前、后刀面相交部分 三、刀具角度： （一）种类：标注角度、 工作角度、切削角度 用于生产用于科研 （二）刀具角度的定义： 1、切削平面：通过切削刃上某一选定点，切于工件加工表面的平 面，即合成切削速度向量与切削刃的切线组成的平面。 2、基面：通过切削刃上某一选定点，垂直与切削速度的平面。 基面与切削平面垂直 3、刀具标注角度的参考系：（静态） 标注角度：画刀具图及磨刀时应掌握的角度，是假定条件下的切 削角度。即在切削角度的基础上，合理地规定一些条件，使基面、切 削平

5、面与刀具刃磨、检验的基准面相一致，便于刀具设计制造。 假定运动条件：用主运动代替切削运动； 假定安装条件：刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削平面或平 行于基面，刀杆中心线与进给方向垂直。 测测量方向（测测量平面）： 垂直于切削刃在基面投影的法向剖面 主剖面（PO） 垂直于切削刃的平面法剖面（PN） 当切削刃水平时时，主剖面和法剖面重合。 在主剖面上测测量的角度： 前角：前刀面与基面的夹角对切屑的挤压 ； 后角：后刀面与切削平面的夹角加工表面质量和后 刀面磨损； 楔角：前、后刀面的夹角利钝； 切削角：前刀面与切削平面的夹角派生角度 基面上的角度：主偏角、副偏角等 += 90 =+= 90- 4、刀

6、具的工作角度：刀具实际 工作时的角度 实际工 作中由于进 给速度远小 于主运动速 度，所以用 标注角度代 替工作角度 。 w m U 四、切削层层尺寸参数： 切削层层：刀具正在切削的木材层。 1、名义宽 度b：加工表面的宽度，实际宽 度略大于名义宽 度； 2、名义长 度l：一次切削中切削轨迹的长度，实际长 度略小于名 义长 度； 3、名义厚度a：相邻两次切削所形成的两加工表面间的法向距离 ，实际 略大于名义。 a = Uzsin Uz每齿进给 量； 运动遇角（切削速度与进给 速 度的夹角） 主运动为动为 直线线运动时动时 a为为常数；回转转运动时动时 a 是变变化的。 一般用名义尺寸参数代替实

7、际尺寸参数 五、切削方向 二维切削（直角自由切削）：刃口与切削方向垂直，切屑在横向 上无变形； 三维切削（斜刃切削）： 1、按刃口与切削方向的作用状况分： 2、按切削方向与木材纤维方向分 ： 纵纵向切削（）： 刀刃垂直于纤维 ，刀具在纤维 平 面内平行于纤维长 度方向的切削。 横向切削（#）： 刀刃纤维 方向，刀具在纤维 平 面内纤维 方向运动的切削。 端向切削（）： 刀刃垂直于纤维 方向，刀具在垂 直于纤维 的平面内运动的切削 纵纵向切削 横向切削 端向切削 六、木材切削的特点： 1、高速切削 2、工件材性不均并有一定的含水率 3、切屑有时就是加工产品 4、刀具楔角小 第二节 切屑形态 一、

8、切屑的类型 （一）纵向切削 纵型切屑（折断型切屑） 纵型切屑（流线型切屑） 纵型切屑（压缩型切屑） （二）横向切削 横型切屑 横型切屑 （三）端向切削： 型、型 二、流线型切屑 切削力变化稳定；切削过程连续，光滑的螺旋 状切屑； 形成条件：薄切削，小切削角，含水率高； 形成机理：纵向切削时产生超越裂缝（先行于 刃口的开口破坏 ），超越裂缝随着刀具刃口的前进 而前进形成连续的带状切屑； 特点：加工质量好 （切削厚度很小时不容 易产生超越裂缝，此时 加工表面比较好），刀 具磨损大； 三、折断型切屑 产生条件：抗劈裂强度低，抗弯强度大，韧性好；含水率低；厚切 削（0.1mm）；切削角中等（1.7 2

9、1.51.251.11.00.90.80.750.7 切削力随刃口变钝变钝 而增大的原因： 切削刃变钝变钝 ，刃口与木材的接触面积积增大，刃口上 的压压力增加； 切削刃变钝变钝 ，刃口压压入分开线线以下木材深度加大 ，压缩压缩 木材所消耗的力增大，同时时由于刃口与分开线线以 下木材的压压力增加导导致刃口与木材间间的摩擦力增大； 刃口压压入木材深度增大，木材纤维弹纤维弹 性回复量增 大，木材对对后刀面的压压力增大使后刀面上的摩擦力增大 注：随着刀具变钝变钝 ，后刀面摩擦系数下降（Fy的增 量大于Fx的增量） 3、切削方向： 端向 纵纵向 横向 过渡切削时，切 削力与有关 纤维倾斜角 纵端向切削

10、切削力与年轮方向有关 方向3的纵向切削受 年轮影响小，一般纵 向切削试验往往采用 此方向 4、刀具角度： ： F 增大，切屑形状 发生变化，纵向切 削时从流线型变为 折断型或压缩型； 端向切削时由剪切 型向撕裂型转变。 端向切削时切削 角为3040时切削 力最小，因为切削 角过小，刀尖强度 和刚度下降，使实 际切削角和切削深 度增加。 ：015 F 15 F 因为过小 ，刃口稳定性 下降使实际切 削角和切削厚 度加大。 最佳后角： 刨削：5 锯、回转切削： 1015 5、木材： 材性：强度大，切削力大；比重大，切削力大 （麻栎 桦木 松木） 含水率：10% 时最大（通常） 温度：温度升高，材性

11、软化，切削力下降 0时切削力突变，因为切削冻结材和融冰材所需切 削力不同 横向切削时，切削力随温度变化大（旋切单板时应 加热） 6、切削速度： 当切削深度、切削角比较小时，切削力与切削速 度基本无关； 当切削深度和切削角比较大时，切削速度增加，切 削力明显下降 第五节 刀具的磨损及耐用度 一、衡量磨损的指标： 1、刃口的纵向微观几何形状 前后刀面的粗糙度、 2、刃口的横向微观几何形状 磨损特性、磨损强度 刃口圆半径；后刀面棱长 ； 刃口收缩量A 二、正常磨损： 前刀面磨损：切屑与前刀面间的摩擦 后刀面磨损：切削表面的纤维弹性恢复量对后刀面的摩擦 1、前后刀面同时磨损，后刀面磨损量大于前刀面 v

12、小，进给量小，薄切削后刀面磨损； v大，进给量大前后刀面同时磨损，前刀面可能产生月牙洼 端向切削时后刀面磨损大（纤维弹性恢复大） 横向切削时后刀面磨损小，主要是刃口磨损 2、后刀面磨损，变化小 加工人造板时易产生 （人造板中硬质点多） 三、非正常磨损（刀具破损）： 原因：1、刀具材料的韧性或硬度太低； 2、刀具的几何参数不合理，使切削力过大，刃口脆弱； 3、切削用量选择不合理，使切削力过大，切削温度过高； 4、刀片在焊接或刃磨时因骤冷骤热使热应力过大，产生裂纹； 5、操作不当，加工情况不正常 破损的形式： 刀具破损比例较高，硬质合金刀具有5060是破 损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬

13、度材 料时，破损较严重。它又分为以下几种形式： 崩刃 特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给 量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。 剥落 特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎 片，常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落 ，另外硬质合金刀具连续切削也发生。 裂纹 特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于 长时间连续切削，刀具疲劳而引起。 塑性破损 特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高 温高压作用引起的。 四、磨损损原因（正常）： 1、磨料磨损损： 原因：切屑与工件表面有微小的硬质点，在刀具 表面划出沟纹 产生条件：切削速度小，切削温度低，磨损速度 慢 2、粘结磨损（冷焊）：由摩擦副新鲜表面

14、分子间的吸附 力造成的 轴与轴瓦间因润滑不良而产生的“咬死”现象属于冷焊 原因：切削温度高，摩擦副表面上微观高低不平的接触 点彼此粘结，两摩擦表面间相对运动，粘结点被对方带 走造成磨损。 若刀具材料硬度高于工件时，粘结处的破 裂一般发生在工件上，但由于疲劳、热应力及刀具表面 缺陷等也可能导致破裂发生在刀具上，将刀具材料的颗 粒带走，造成刀具磨损。 产产生条件：切削速度中等，磨损程度取决于工件与刀具 材料间的亲和力、刀具材料与工件的硬度比、切削速度 （切削温度）等。 3、扩扩散磨损损： 原因：高温下摩擦副中的某些元素在固态下互相扩散到对方中去，改 变刀具材料的结构，使刀具材料变脆，加速磨损。 扩

15、散磨损一般与粘结磨损同时发 生（硬质合金刀具前刀面上的月 牙洼） 影响因素：刀具材料的化学成分。如Ti比C、Co、W等扩散慢，一般YT 类（钨、钛、钴类 ）刀具的耐磨性大于YG类（钨钴类 ）； 温度高，扩散快，磨损快，高温下刀具磨损加快。高速钢刀具一般切 削温度较低，在400500时由于塑性变形使切屑与刀具表面发生原 子级的接触，产生扩散磨损。 切削时时由于刀具与工件材料不同，接触区产产生热电势热电势 促进扩进扩 散磨 损损，称为热电为热电 磨损损 4、氧化磨损损： 切削温度达到700800时发生，其磨损强度取决于 氧化膜的粘附强度。 5、热热磨损损： 周期性热应力作用，因疲劳而产生磨损。切削速度越 高，磨损越快 6、塑性变变形： 高温下高速钢刀具退火卷刃，硬质合金刀具产生 表层塑性流动使切削刃或刀尖塌陷。 总的来说，刀具磨损可能是其中的一种或 几种。对一定的刀具和工件材料，起主导 作用的是切削温度。在低温区，一般以硬 质点磨损（磨料磨损）为主；在高温区以 粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。 五、磨损过程及磨损限度： 刀具磨损损限度： 经济 磨损限度：根据刀具的最长寿命为原则制定 工艺磨损限度：能达到的加工精度和粗糙度为原则制定 1、初期磨损损：由于切削刃上应力集中，刀具材料缺陷等。磨损量 取决于刃磨质量。刀具经研磨后可减小磨损量。 特点：加工