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泡桐木切削研究进展文献综述
摘要：本文总结了国内外关于泡桐木切削的相关研究成果，并综合合金刀具对其他木质材料的切削理论，从表面粗糙度、切屑类型、切削力三个方面对泡桐及其他材种的切削性能探究方面进行综述，作为毕业论文：泡桐木纵向铣削加工性能的研究的指导与支撑。
关键词：泡桐；切削；切屑类型；表面粗糙度；切削力
一、前言
泡桐是木制品常用的原料之一，具有纹理通直、光泽度好、尺寸稳定性好、强重比高、耐湿隔潮、导热系数低、燃点高、耐腐蚀等优点[1,2]，在制造木质家具及声乐器械[3]方面有广泛应用[4]。泡桐原产于中国[5]，是中国长江与黄河流域重要的短中期速生树种[6]，国内资源丰富、分布广泛，在全国25个省（市、自治区）均有较大规模的生长[7]，在我国木材加工业中有重要地位，具有繁殖容易、生长迅速的特点[8]，适宜用来培育人工林。研究泡桐的切削加工技术在缓解我国当前木材资源短缺的问题上有积极意义。
泡桐材为我国轻软木材中材质最优[9]，用途最广，利用历史最悠久的树种之一。泡桐不翘烈，少涨缩，为优质的隔热、隔音材料[10]。但在对泡桐进行切削加工的过程中，容易出现起毛、崩茬、撕裂等表面质量问题，从而影响加工产物的表面质量，从而影响产物的后续加工及成品质量。如果能够围绕泡桐切削加工过程中的切削力、试件表面粗糙度、切屑形态等探索泡桐木的高速切削理论，并分析不同切削参数下的切削表面质量，形成系统的泡桐木高速切削理论，将会对泡桐加工业的生产实践起到理论指导作用。
二、国内外研究现状
2.1国内研究现状
（1）表面粗糙度
木材切削加工表面粗糙度由两部分组成，即加工本身形成的表面粗糙度和木材细胞组织构造产生的粗糙度[11]。木材加工工件表面粗糙度是评价其表面质量的重要指标之一，它影响木材制品的用途[12]，目前还没有理想的方法对木材工件表面粗糙度进行评定[13]。国内学者对表面粗糙度的测定方法和影响因素进行了很多研究。江泽慧用探针法[14]测量分析了竹材表面粗糙度[15]，发现随竹龄增加，竹材的表面粗糙度降低，且竹青的表面粗糙度小于竹黄。李坚等采用触针式表面粗糙度测定仪和色差计测量了5个树种（6组试件）的木材在一系列加工过程中的多项表面粗糙度参数和与其对应的各项色参数，并对二者之间的关系进行了初步探究[16]。针对木材工件表面粗糙度的视觉感与触觉心理量间的关系，王明枝等用触针法测定了三个材种不同切面的表面粗糙度，发现水曲柳、毛白杨和杉木的表面粗糙度与视觉心理量呈正相关[13]。针对饰面刨花板在铣削过程中出现的铣削表面质量低、刀具磨损快的问题，郭晓磊、张清、朱兆龙、庆振华等人用CrN涂层硬质合金刀具对饰面刨花板进行了低高速铣削试验[17]，对以上两个问题的产生原因做了具体分析。此外，王晗等学者发现木材纹理也与表面粗糙度有密切关系[18]。
（2）切屑类型
切屑类型与工件表面粗糙度有着密切关系[19]。2005年王毅、曹平祥等采用CCD摄像技术，分析了在各种条件下产生的竹切屑类型，将纵向切削和横向切削过程中产生的切屑都分为三种类型，并将端向切削产生的切屑分为两类，对对竹材直角自由切削时的切屑形成过程作了系统、全面的研究[20]。马弘跃等在鼓式削片机切削角变化对切屑质量的影响的研究中，在试验室内模拟鼓式削片机的切削过程，将旋转运动简化为直线运动，归纳出了当刀具前角为45°时，切屑最易成片且厚度均匀的结论[21]。
（3)切削力
研究木材切削过程中的切削力对提高木制品加工质量，延长刀具使用寿命有重要意义[22]。为研究切削方向对木材切削力的影响，彭晓瑞等以杉木、樟子松、水曲柳等三种木材为试验对象，采用闭式切削，发现不同方向上的切削力大小明显不同，端向主切削力最大，横向最小[22]。当前国内学者对刨切力、锯切力的研究较多，对铣削过程中的切削力的研究较少。
2.2国外研究现状
（1）表面粗糙度
绝大多数的刨花板和纤维板都需要对其表面进行某种处理，而不管是层压板、PVC箔、油漆或者其他材料，在与其他制品结合时，都要求其表面均匀光滑。高质量的表面将会降低表面处理的成本，简化其过程。因此，国外木材工业中对表面粗糙度的研究很多。
材料加工表面粗糙度的表征通常采用工件切削表面的粗糙度和湿润特性来表示[23]。研究表明，粗糙度与润湿特性的关系十分紧密，润湿性可以通过检测液滴在工件表面的形状变化情况来进行探究[24]。
Roger[25]等学者采用了螺旋铣削和端向铣削两种方式加工美国白桦，以此来检测表面粗糙度和润湿性，分析不同加工参数下二者的变化情况。在研究中密度纤维板的过程中，国外学者普遍认为表面粗糙度是表征种密度纤维板表面质量最主要的特征之一。Davim[26]等学者对中密度纤维板的加工质量的研究结果表明原材料的性质和切削条件对表面粗糙度起决定性作用。
人类的眼睛和手指擅长对表面粗糙度进行定性的判断，但是不擅长定量的感受物体表面的粗糙程度[27]。GreCon SUPERSCAN分析仪使用了倾斜平行光散射技术。该分析仪在木材工业的应用中能够扫描整个板材表面，且对人造板表面粗糙度的测定具有足够的精密度，是一种检测人造板表面粗糙度的较好仪器，在木材表面粗糙度的研究与木材工业中关于木板、人造板表面粗糙度的测定领域有广泛应用[28]。
（2）切屑类型
国外学者对切屑类型的研究时间较早。上世纪五十年代，Kivimaa，Franz及McKenzie等学者就开始研究木材切屑变形机理[29]。Aboussafy[30]等提出了一种FEA建模策略，用以预测木材加工过程中的切削力，就是通过刀具与切屑间的接触压力确定的。该研究表明，切屑与刀具间的阻力，是刀具前角和摩擦系数的函数。为探究木材加工过程，探索刀具的一般切削机理，Naylor[31]等使用高速摄影技术，评估了切屑的形成过程。Franz又将纵向切削产生的三种切屑分为三种主要类型，并研究了产生这三种类型的切屑时的切削力。Kivimaa等还分别研究了在不同刀具、木材性质、切削条件等情况下的切屑类型。Franz 提出将切削刃前方未变形切削层视为破坏之前的非稳定状态的梁模型，分析此梁所受的顺纹压应力、横纹剪应力及横纹拉应力的情况，并根据平衡条件得出形成上述切屑的条件。
（3）切削力
在切削过程中，刀具与木材之间的相互作用力称为切削力[32]。切削力是导致木材表面粗糙度缺陷的主要原因。Florent等人以多种不同的热带树种为样本，以木材的物理力学性能为影响因素，建立了切削力的预测模型，指出了木材密度是影响木材切削力的重要因素之一[33,34]。木材切削力还收到纤维方向与进给方向等其他相关因素的影响[35]。为找到使工件加工时法向力最小的加工参数，以避免加工时损坏工件，Palmqvist，J[36]通过测量木塑复合材料在各加工参数下的切削过程发现，随着加工参数的改变，木材切削时的切向力与法向力均会随之变化。此外，应力木与普通木材在切削力和表面加工质量方面有很大的不同[37]。在应力木中，由于木材内部纤维排列不规则，切削阻力增加，迫使切削力明显增加[38]，也进一步影响了木材的表面加工质量。物体的微观构造、抗拉强度、硬度及刀具角度、切削速度等物理参数也是切削力的重要影响因素[39,40]。
三、总结
木材切削加工是高效开发木材资源的重要手段，快速、高效及高速切削加工技术正逐步应用于木材工业的各个领域，为先进制造技术和刀具提供了广阔市场和巨大的发展空间，同时也是对木材切削提出了高精度、高效率、高可靠性和专用化——“三高一专”的要求，也就是对木工刀具的硬度、耐磨性及切削速度（转速）提出了高要求。开展和丰富泡桐木高速切削理论，对提高泡桐利用水平和加工质量，减少毛边、崩茬等表表面质量问题有着重要的现实意义。
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资料编号：[263579]
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