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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

    通讯作者:

    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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    王保平, 王明枝, 李梅, 宋小双, 张一平, 耿晓东, 范文义, 吕建雄, 窦军霞, 尹立辉, 朱金兆, 陈晓阳, 李发东, 张克斌, 王洁瑛, 王雪军, 徐峰, 李俊清, 李妮亚, 李吉跃, 赵敏, 梁机, 朱金兆, 陆熙娴, 韩海荣, 刘文耀, 秦瑶, 李俊清, 慈龙骏, 唐黎明, 赵宪文, 李云, 于贵瑞, 乔杰, 倪春, 孙玉军, 齐实, 陈素文, 沈有信, 毕华兴, 李凤兰, 李黎, 康峰峰, 刘桂丰, 陈晓阳, 刘雪梅, 秦素玲, 欧国强, 王玉成, 李伟, 黎昌琼, 魏建祥, 朱国平, 王雪, 马钦彦, 赵双菊, 宋献方, 文瑞钧, 蒋建平, 韦广绥, 刘伦辉, 张桂芹, 李伟, 任海青, 丁霞, 杨谦, , 张万军, 孙涛, 周海江, 李慧, 宋清海, 孙晓敏, 孙志强, 刘莹, 李宗然, 
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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

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

    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

    通讯作者: 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

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。

English Abstract

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
  • 砂带磨削在木质材料后序精加工过程中扮演着非常重要的角色,其主要目的是尺寸定厚,去除铣削等加工所形成的表面不平度以及去除人造板表面的预固化层等[1-2]。磨削过程中由于磨粒形状和分布状态不一,砂带表面实际参加切削的有效磨粒数少于磨粒总数,加之大部分磨粒呈现负前角切削,使得砂带磨削机理非常复杂[3]

    在经典的金属磨削理论中,磨粒切削刃与金属材料的接触过程分为滑擦、耕犁、切削3个阶段[4]。滑擦阶段,磨粒切入深度较小,工件表面仅发生材料弹性变形。随着磨粒切入工件的深度增大,磨粒与工件表面的压力逐步增大,使得磨粒在工件表面耕犁出沟痕,并在沟痕两侧出现材料塑性流动形成的隆起。当磨粒继续切入工件表面至一临界值时,部分材料便会出现剪切滑移,并形成切屑从磨粒的前刀面流出[5]

    磨削过程是众多磨粒切削作用的综合表现,从微观角度来看,砂带表面的每个磨粒都可被近似看作刀尖圆弧半径为几微米到几十微米的一把微型切刀[6]。长期以来,国内外很多学者采用单磨粒磨削形式,以实验和仿真研究来探讨金属磨削过程中的材料变形方式以及材料去除效率。Anderson等[7]采用单磨粒磨削方法,研究了具有不同尖端圆弧半径以及锥角的球头圆锥磨粒和截头圆锥磨粒对单位宽度磨削力以及磨削能耗的影响。Rasim等[8]研究了磨粒形状对切屑形成的影响,并基于磨粒形状参数建立了切屑形成定量模型。张梦元等[9]利用Abaqus软件对砂带磨削中单磨粒磨削过程进行了分析和建模。还有一些学者研究了磨削速度对材料去除机制的影响[10-11]

    相较于具有良好延展性的金属材料而言,木材是一种各向异性、具有细胞结构的多孔材料,因此木质材料磨削过程中的材料去除形式和金属必然存在差异。事实上,无论是阔叶材的导管还是针叶材的轴向管胞,其内部的孔隙在磨削过程中势必会吸收部分材料变形,对此,本研究以中密度纤维板、红松为研究对象,展开单磨粒磨削实验探究。使用3D轮廓仪对划擦痕迹进行测量,考察隆起比的变化情况,结合扫描电镜(SEM)分析单磨粒与木质材料接触区域的材料变形形貌。最后,考察了单磨粒划擦木质材料过程中的磨削力以及综合摩擦系数的变化情况。

    • 中密度纤维板(MDF),气干密度0.72 g/cm3;红松(Pinus koraiensis),气干密度0.38 g/cm3。试件尺寸为130 mm(长)×30 mm(宽)×30 mm(厚);所有试件表面平整,无明显缺陷。在实验开始之前,所有试件在电热鼓风干燥箱(GZX-9070MBE)中干燥至接近本地(北京)平衡含水率11%左右。为了准确测定相关磨削表面形貌参数,中密度纤维板和红松在锯制成规格试件之前均用150目砂带进行砂光预处理,所得表面粗糙度分别为2.376、6.562 μm。单磨粒采用登封市少林办鑫源刚玉磨料厂生产的一级棕刚玉磨料,使用瑞士进口透明强力胶水(ERGO 5800)将其黏结在圆盘圆周面上。图 1为单颗棕刚玉磨粒的三维形貌图。

      图  1  单颗棕刚玉磨粒的3D形貌

      Figure 1.  3D morphology of the single grit

    • 木质材料单磨粒磨削测试系统如图 2所示。为避免实验过程中发生弹性变形,选用铝制圆盘(直径100 mm),将其装夹在高速精密电主轴上(功率1.5 kW,转速2 100 r/min),试件与传感器通过工装与实验台刚性连接,试件进给速度为9 m/min。在该测试系统中,工作台拥有3自由度,可作XYZ方向上的移动,调节精度均为0.01 mm。实验采用横向划擦法,为了在试件表面产生不同深度的连续划痕(磨削深度0~0.5 mm),将试件一端垫起约1 mm。测试仪器主要包括KISTLER 3257A压电晶体式三维测力传感器、KISTLER 5806电荷放大器和NEC Omniace ⅡRA2300信号分析仪。

      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

    • 相较于中密度纤维板而言,红松试件具有生物性纹理,在本实验中,定义λ为单磨粒在试件表面的划擦方向与木材纹理方向的夹角,当λ=0°时称之为顺纹划擦,当λ=90°时称之为横纹划擦(图 3)。

      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

    • 单磨粒在试件表面形成深度不一的系列划擦痕迹后,利用3D轮廓仪(KEYENCE VR-3200)对划擦痕迹进行测量,测量精度可达0.1 μm。如图 4所示,在对试件表面物理划痕进行三维光学扫描后,通过专业分析软件(VR Series version 2.2.0.89)可以对划痕的任意位置进行剖切(如A-A′剖面),并将三维图形转换为二维图形。在进行基准面校正后,对划痕任意位置的磨削深度、沟壑宽度、隆起高度、沟壑面积、隆起面积等特征值进行测量。

      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

    • 制备局部划痕样品,并对样品进行抽真空和镀金处理。使用扫描电子显微(日立S-3400N Ⅱ)对MDF划痕、红松顺纹划痕、红松横纹划痕进行观察和分析。

    • 在每道划痕的最深处做剖切,抽离出二维轮廓,进行相关参数测量,本文中的磨削深度指的是最大磨削深度。在经典的金属磨削理论中,磨削过程的第二阶段—耕犁,会将发生塑性变形的金属推挤至磨粒的两侧及前方,导致试件表面的隆起,隆起比在金属磨削中是用来衡量材料去除效率的一个重要指标,定义为沟壑两侧隆起面积与沟壑面积的比值。本实验中,最大磨削深度和沟壑面积分别与隆起比之间的关系如图 5所示。

      图  5  最大磨削深度和沟壑面积与隆起比之间的关系

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

      图 5可以发现,红松顺纹划擦时的隆起比主要集中在0~0.05,而横纹划擦红松时,试件表面隆起比主要集中在0~0.1,而且还出现了个别隆起比异常大的情况。对于中密度纤维板而言,各划痕最大磨削深处的隆起比呈现更大的离散性。在金属磨削相关研究中隆起比一般在0.4左右[5],这是因为金属材料较木质材料更加均质化,金属晶体中的原子趋向于紧密排列,具有良好的延展性,而木材呈现各向异性以及多孔特性,这就导致了木材磨削过程中的材料去除机制不同于金属[12]

      中密度纤维板的密度大约是红松的两倍,在生产中密度纤维板时,对错综排布的细小纤维施加胶黏剂,之后进行热压,使得中密度纤维板中的孔隙较红松而言更少且更小,这就造成中密度纤维板中的孔隙对材料塑性变形的吸收能力较差,从而在沟壑两侧呈现出更多的塑性隆起以及更大的隆起比。图 6为中密度纤维板和红松顺纹划擦时的磨削痕迹对比,从中还可以发现红松顺纹划擦时产生的沟壑形状更为圆滑,而中密度纤维板的沟壑痕迹则多呈锯齿状,这也说明了红松试件的孔隙对材料塑性变形的吸收能力更强。可见,人造板与实木在磨削过程中的材料变形方式也是存在差异的。

      图  6  试件初始表面与磨削后表面的截面轮廓比较

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

      对于中密度纤维板而言,隆起比能比较好地反映材料的去除效率,为了明确最大磨削深度、沟壑面积、隆起面积以及法向磨削力与隆起比之间的关联性,采用灰色关联度分析,其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密[13]。曲线越接近表明相应序列之间的关联度越大,反之就越小。灰色关联分析结果如表 1所示,从中可以得出:法向力对隆起比的影响最大,最大磨削深度对隆起比的影响仅次于隆起面积,沟壑面积对隆起比的影响最小。

      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.
    • 图 7所示为中密度纤维板和红松试件的划擦痕迹形貌,通过扫描电镜可以发现:单磨粒划擦中密度纤维板时,原本细小纤维的杂乱排列被破坏,易形成塑性隆起,而且翘起的纤维的隆起差异导致了图 5所示的情况,即磨粒最大切入深度和沟壑面积与隆起比之间呈现高度离散性。观察红松顺纹划擦时的表面形貌发现,在磨粒切入试件过程中,顺纹理方向留下的划擦沟壑痕迹显示有很少量的隆起产生,这是因为红松质软多孔,磨粒在切入过程中挤压了接触区域周围的孔隙,使得塑性变形的木材实质填充了部分孔隙,即轴向管胞和一些腔洞吸收了部分塑性变形,呈现出划痕的局部密实化及微量隆起。观察红松试件横纹划擦表面时发现:横向结构被磨粒尖端切刃和侧刃剪切断裂,形成很多断茬,这解释了图 5中红松横纹划擦时隆起比出现些许异常大的值;磨粒尖刃形成的磨削痕迹清晰可见,还出现了局部压溃式切削现象,这表明在红松试件横纹划擦时木材的剪切主要是靠侧刃完成的,而且侧刀面易压溃局部纤维。正是因为垂直于纹理方向切割木材会出现断茬与压溃现象,所以在实际生产中很少对木材板件进行横纹磨削。

      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

    • 磨削力是磨削过程中非常重要的考察指标,它会影响到磨削效率、加工质量以及磨具的寿命,所以在这里分析木质材料单磨粒磨削时的磨削力变化情况,有助于明确一个接触周期里的材料变形规律。在木质材料单磨粒磨削过程中,磨削力可以分解为相互垂直的3个分力,即切向磨削力Ft、法向磨削力Fn和轴向磨削力Fa,一般轴向磨削力Fa较小,可以不计。由于磨削过程中多数磨粒以负前角参与切削,所以一般而言法向磨削力Fn大于切向磨削力Ft[3]。本文中,定义综合摩擦系数(OFC)为切向磨削力Ft与法向磨削力Fn的比值,它能反映磨粒与试件间的整体摩擦情况。图 8所示的为木质材料单磨粒磨削典型的磨削力信号,对比发现: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,而在划擦中密度纤维板和红松顺纹划擦时,法向力磨削力Fn和切向力磨削Ft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,法向磨削力Fn和切向磨削力Ft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,法向磨削力Fn大于切向磨削力Ft,而红松顺纹划擦时切向力Ft略大于法向力Fn,这是因为红松的轴向弹性模量(EL)远大于弦向弹性模量(ET)和径向弹性模量(ER),当单磨粒顺着红松纤维方向划擦时,红松抵抗轴向变形能力强,造成更大的切向磨削力[14]。对比综合摩擦系数发现: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OFC值略大于初期。这表明:整体而言,在磨粒切入试件过程中,磨粒所受的摩擦力是逐步增大的。这是因为随磨粒逐渐切入试件表面,尤其是在磨粒到达最大磨削深度开始逐渐离开试件时,磨粒切刃前刀面已经聚集大量变形材料,包括部分切屑,这就使得磨粒与变形部分材料之间的摩擦力增大,从而增加磨削能耗。

      图  8  磨削力分析

      Figure 8.  Analysis of grinding force

    • 木质材料磨削过程中的材料去除行为关系到磨削效率以及最终表面质量,因为磨削过程中的材料变形一方面会影响材料切除效率,另一方面会决定磨削表面创成过程。长期以来,木质材料磨削理论绝大多数借鉴金属磨削理论,但木材作为一种各向异性、具有细胞结构的多孔材料,因此磨削过程中的材料变形行为与金属必然存在一定差异。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,考察单磨粒在中密度纤维板和红松试件表面所形成划擦痕迹的形貌及相关特征参数,并分析了磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况。得出以下结论:

      (1) 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)分布和纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。同经典的金属磨削理论相比,红松顺纹和横纹磨削过程中耕犁阶段所形成的隆起区域均很小,大部分塑性材料变形被内部孔隙吸收,会出现局部密实化现象;红松横纹磨削时切削条件恶劣,磨削表面易产生断茬并伴随局部压溃式切削,磨削表面质量差。

      (2) 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。通过灰色关联度分析得出:法向力对隆起比的影响最大,最大磨削深度对隆起比的影响仅次于隆起面积,沟壑面积对隆起比的影响最小。

      (3) 中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中,法向磨削力Fn和切向磨削力Ft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也随之增大。在磨粒切入试件过程中,磨粒所受摩擦力是缓慢增大的,尤其是在磨粒逐渐离开试件阶段,磨削能耗增加。

      在接下来的研究中,会进一步考察磨粒形状(如磨粒的顶锥角、侧刃数目)对木质材料磨削过程中的材料变形、去除行为以及表面创成过程的影响机制。

参考文献 (14)

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