作者：廣東工業(yè)大學(xué) 曾麗霞 來(lái)源：工具技術(shù)
}XJA#@ xSnkv,my< 1 引言
3`%]3qd} wZ&l6J4L 木質(zhì)材料是一類(lèi)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、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(chēng)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。由于木質(zhì)材料性質(zhì)的特殊性，切削必須要考慮樹(shù)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(jì)都有較強(qiáng)的針對(duì)性。我國(guó)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(guó)，但木工刀具制造業(yè)相對(duì)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(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。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。
?Xdb%. (gdi 2 2 木質(zhì)材料及其加工特點(diǎn)
2P`Z >_ <'{*6f@n 2.1 木質(zhì)材料的分類(lèi)
d`}t!]Gg Ol%KXq[ 通常意義的木材是指樹(shù)木的樹(shù)干部分，又稱(chēng)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(lèi)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、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(lèi)型、用途分類(lèi)和加工性能。
eflmD$]SW qK_jgj=w 表1 典型的人造板材料
zv~dW4' 人造板類(lèi)型－材料組成－表面質(zhì)量－邊部加工性能－用途分類(lèi)－典型用途－專(zhuān)門(mén)用途
i?{cB!7 針葉樹(shù)材膠合板－針葉樹(shù)材單板－砂光后表面光滑－較差－結(jié)構(gòu)用－屋頂板、地板、墻面板－單板層積材（LVL）、混凝土模板、船舶膠合板
z( 00"ei 闊葉樹(shù)材膠合板－闊葉樹(shù)材單板、人造板芯板－砂光后表面光滑－較差－多為非結(jié)構(gòu)用－墻面裝飾板、家具、細(xì)木工－裝飾地板
F(!9;O5J] 定向刨花板（OSB）－12×150mm刨花（多為楊木）－砂光后表面光滑－差－結(jié)構(gòu)用－屋頂板、地板、墻面板、地板襯板－工字梁
J@ CKgE 刨花板－刨花長(zhǎng)度＜6mm；麥秸－用細(xì)刨花時(shí)表面很光滑－良好－多為非結(jié)構(gòu)用－家具、細(xì)木工、地板襯板、樓梯踏板－無(wú)
3FD6.X>x 中密度纖維板（MDF）－木材纖維，纖維束，秸稈－表面非常光滑－很好－非結(jié)構(gòu)用－家具、細(xì)木工、裝飾線(xiàn)條－無(wú)
ZGa;' fJiY~mQ 2.2 木材的加工特點(diǎn)
HLlp+;CF>< `>i8$q% 國(guó)內(nèi)外對(duì)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：
Kc3BVZ71 8@$`'h^6 （1）木材材料性質(zhì)和強(qiáng)度因方向各異，切削時(shí)作用于木材纖維方向的夾角不同，木材的應(yīng)力和破壞載荷也就不同，因而產(chǎn)生的切屑形態(tài)和工件表面質(zhì)量也不同。例如順紋切削時(shí)，材料超前劈裂發(fā)生在刃口斜上方，易于彎曲折斷，切削表面良好；逆紋切削時(shí)，材料超前劈裂發(fā)生在刃口斜下方，不易折斷，切削表面較差。由于木材的非均質(zhì)性和異向性，切削方向不同需要不同結(jié)構(gòu)的刀具。
ZOAHM1ci （2）木材硬度不高，機(jī)械強(qiáng)度極限較低，分離性好。
4l2/eh]Hc( （3）耐熱能力較差，加工時(shí)不能超過(guò)其焦化溫度（110～120℃）。
xF/ u('A （4）適于高速切削：木材切削速度一般在40～70m/s，最高可達(dá)120m/s，一般切削刀軸的轉(zhuǎn)速在3000～12000r/min，最高可達(dá)20000r/min。高速切削使切屑來(lái)不及沿纖維方向劈裂就被切刀切掉，可以獲得較高的幾何精度和表面粗糙度。
< 5 ? （5）影響木材切削性能的因素很多，不同樹(shù)種材料的物理力學(xué)性質(zhì)不同，樹(shù)種、密度、含水率、木材紋理、纖維方向、年輪、溫度、力學(xué)強(qiáng)度等，都可能會(huì)產(chǎn)生不同的切削動(dòng)力消耗，或發(fā)生毛刺等加工缺陷。例如文獻(xiàn)[3]通過(guò)銑削方式研究木材早材和晚材間過(guò)渡區(qū)域和材料密度對(duì)切削力的影響；文獻(xiàn)[4]通過(guò)不同木材的微觀結(jié)構(gòu)、木材密度研究對(duì)刀具磨損的影響，分析表明木材石英含量和木材密度與刀具磨損沒(méi)有明顯的線(xiàn)性關(guān)系，指出不能單獨(dú)用石英含量和大小以及密度來(lái)解釋切削刃磨損率情況。
~AvB5 {IB}g: 2.3 木質(zhì)人造材料的加工特點(diǎn)
vYPZVqF_$ TJ _<21a 木質(zhì)人造材料種類(lèi)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。由于這些材料多以木材為主要原料，切削成不同形狀、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)：
ktA 5]f; qKSS 2f $ （1）環(huán)境等其他條件對(duì)材料性能的影響。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、定向刨花板和刨花板這三種材料的靜力強(qiáng)度、硬度、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。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；
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aU .hASj （2）材料性能對(duì)切削力、刀具磨損和加工質(zhì)量的影響。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、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。
8zI*<RX.Q 43'!<[?x 用銷(xiāo)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。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。
3Fu5,H EJ fTq/9=Rq4
