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中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

张健 罗斌 刘红光 李黎

张健, 罗斌, 刘红光, 李黎. 中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 123-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180265
引用本文: 张健, 罗斌, 刘红光, 李黎. 中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 123-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180265
Zhang Jian, Luo Bin, Liu Hongguang, Li Li. Material removal mechanism during MDF and Korean pine sanding processes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 123-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180265
Citation: Zhang Jian, Luo Bin, Liu Hongguang, Li Li. Material removal mechanism during MDF and Korean pine sanding processes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 123-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180265

中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180265
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项资金项目 2017JC11

“十三五”国家重点研发计划项目 2018YFD0600304

详细信息
    作者简介:

    张健。主要研究方向:木工机械与加工自动化。Email:zhangjianbjfu@163.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院

    责任作者:

    李黎,教授,博士生导师。主要研究方向:木材加工装备与自动化。Email:lili630425@sina.com 地址:同上

  • 中图分类号: TS652

Material removal mechanism during MDF and Korean pine sanding processes

  • 摘要: 目的磨削作为一项木质材料精加工技术,研究木质材料磨削过程中的材料去除行为对提高磨削效率和加工表面质量具有重要意义。方法本研究设计了木质材料单磨粒磨削实验平台,采用横向划擦法,利用扫描电镜和3D轮廓仪考察了单磨粒在中密度纤维板(MDF)和红松(Pinus koraiensis)表面形成的划擦痕迹形貌,并测定了相关特征参数,分析了最大磨削深度、沟壑面积对隆起比的影响,并根据磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况,研究磨粒引起的材料变形。定义λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。结果与金属磨削过程不同,中密度纤维板和红松划擦时形成的隆起区域很小。红松横纹划擦时(λ = 90°),被磨粒切刃横向割断的木材在试件表面形成断茬,局部接触区域发生压溃式切削。红松顺纹划擦时(λ = 0°),隆起比集中在0~0.05,而中密度纤维板的隆起比呈现高度离散。在对红松进行横纹划擦时,法向磨削力Fn和切向磨削力Ft均呈剧烈振荡,而在中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中,FnFt都近似符合正态分布,并且随着磨粒切入试件深度的不断增加,FnFt均随之增大,最大值出现在最大切入深度处附近。就中密度纤维板而言,Fn大于Ft,而红松顺纹划擦时Ft略大于Fn。无论是中密度纤维板还是红松顺纹划擦时,磨粒切入试件形成沟壑后半段的综合摩擦系数略大于初期。结论红松磨削过程中,其内部的孔隙(如轴向管胞、解剖学上的植物内部腔洞等)分布和木材纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。中密度纤维板较红松而言,在磨削痕迹两侧产生较多的塑性隆起,隆起比随磨削深度、沟壑面积变化呈现高度离散。在磨粒切入试件过程中,磨粒所受的综合摩擦力是逐渐增大的。

     

  • 图  1  单颗棕刚玉磨粒的3D形貌

    Figure  1.  3D morphology of the single grit

    图  2  木质材料单磨粒磨削测试系统示意图

    Figure  2.  Schematic of the single grit scratching test system

    图  3  单磨粒与木纤维之间划擦方向示意图

    Figure  3.  Schematic of scratching direction and wood fiber direction

    图  4  单磨粒在试件表面形成的划痕测量

    Figure  4.  Measurement of scratches cut by single grit

    图  5  最大磨削深度和沟壑面积与隆起比之间的关系

    λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。λ is the angle between scratching direction and wood grain direction.

    Figure  5.  Effects of maximum cutting depth and groove area on pile up ratio

    图  6  试件初始表面与磨削后表面的截面轮廓比较

    Ra表示轮廓算数平均偏差。Ra is the arithmetical mean deviation of the profile.

    Figure  6.  Comparison of cross-sectional profiles of original and scratched surface

    图  7  单磨粒划擦试件表面形貌对比

    Figure  7.  Comparison of surface morphology scratched by single grit

    图  8  磨削力分析

    Figure  8.  Analysis of grinding force

    表  1  最大磨削深度、沟壑面积、隆起面积、法向磨削力与隆起比的灰色关联度

    Table  1.   Results of GRGA analysis of the maximum cutting depth, groove area, pile up area, normal grinding force on pile up ratio

    灰色综合关联度
    Grey comprehensive relational grade

    Value
    排序
    Order
    ρ01 0.568 3
    ρ02 0.523 4
    ρ03 0.596 2
    ρ04 0.750 1
    注:ρ01表示的是最大磨削深度与隆起比之间的灰色综合关联度; ρ02表示的是沟壑面积与隆起比之间的灰色综合关联度; ρ03表示的是隆起面积与隆起比之间的灰色综合关联度; ρ04表示的是法向力与隆起比之间的灰色综合关联度。Notes: ρ01 is the grey comprehensive relational grade between maximum cutting depth and pile up ratio, ρ02 is the grey comprehensive relational grade between groove area and pile up ratio, ρ03 is the grey comprehensive relational grade between pile up area and pile up ratio, ρ04 is the grey comprehensive relational grade between normal grinding force and pile up ratio.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-10
  • 修回日期:  2018-09-03
  • 刊出日期:  2018-11-01

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