刀具前角对木塑复合材料加工表面质量的影响.pdf
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1、收稿日期:2023-03-20第 1 作者:孙成岗(1981-),男,高级工程师,研究方向:家具智能制造。通讯作者:郭晓磊(1981-),男,教授,研究方向:家具智能制造和木工刀具的设计与应用。引文格式:孙成岗,朱梦男,郭晓磊.刀具前角对木塑复合材料加工表面质量的影响 J.林业科技,2023,48(5):51-55.刀具前角对木塑复合材料加工表面质量的影响孙成岗1朱梦男2郭晓磊2*(1.浙江巨美家科技有限公司,浙江湖州313015;2.南京林业大学材料科学与工程学院,江苏南京210037)摘要:木塑复合材料(WPC)是一种可重复使用的新型环保材料,在其二次加工过程中,表面易出现凹坑、凸起和波纹
2、,致使表面质量差。本文通过分析 WPC 加工过程中切削力、切削温度和表面粗糙度,研究了刀具前角和每齿进给量对 WPC 已加工表面质量的影响。结果表明,随着刀具前角的增大,切向切削力 Fx和径向切削力 Fy、切削温度逐渐减小,表面粗糙度值逐渐降低,提高了已加工工件表面质量。切向切削力 Fx和径向切削力 Fy随着每齿进给量的增大而增大,切削温度和表面粗糙度值随着每齿进给量的增大而降低。在高切削力和低切削温度情况下,已加工工件表面质量更优,但同时也出现了能耗高的问题,通过对切削参数的调整来改善以上的问题,对 WPC 的二次加工提供理论依据指导。关键词:木塑复合材料;刀具前角;切削力;表面质量中图分类
3、号:TS 642文献标识码:A文章编号院 员园园1 原 9499渊圆园23冤05 原 0051 原 05DOI:10.19750/ki.1001-9499.2023.05.012林业科技FORESTRY SCIENCE&TECHNOLOGY第48卷第5 期2 0 2 3 年 9 月Vol.48No.5Sep.2 0 23AbstractWood-plastic composite(WPC)is a new type of reusable and environmentally friendly material.During its secondary processing,the surf
4、ace is prone to pits,bumps,and corrugations,resulting in poorsurface quality.In this paper,by analyzing the cutting force,cutting temperature,and surface roughness inthe process of WPC machining,the influence of the tool rake angle and the feed per tooth on the surfacequality of the WPC machined is
5、studied.The results showed that with the increase of the tool rake angle,thetangential cutting force Fx,radial cutting force Fy,and cutting temperature gradually decreases,and thesurface roughness value gradually decreases,which improves the surface quality of the machined workpiece.The tangential c
6、utting force Fx and radial cutting force Fy increase with the increase of the feed per tooth,while the cutting temperature and surface roughness value decrease with the increase of the feed per tooth.Under the condition of high cutting force and low cutting temperature,the surface quality of the mac
7、hinedworkpiece is better,but at the same time,the problem of high energy consumption also appears.By adjustingthe cutting parameters,the above problems can be improved to provide the theoretical basis for the secondarymachining of WPC.Key wordsWPC;rack angle;cutting force;surface qualityEffect of Cu
8、tting Tool Angle on Surface Qualityof Wood-plastic CompositeSUN Chenggang1ZHU Mengnan2GUO Xiaolei2*(1.Zhejiang Jumeijia Technology Co.,Ltd.,ZhejiangHuzhou313015;2.Collage of Materials Scienceand Engineering,Nanjing Forestry University,JiangsuNanjing210037)木塑复合材料(wood plastic composite,WPC)由木粉和 PE 为主
9、要原料,辅以多种添加剂制备而成的一种复合材料,同时将木材和塑料的性能结合起来,不仅具有良好的力学性能,同时在防腐、阻燃、防水和抗老化等方面具有独特的优势 1,2。因此WPC 广泛应用于室内装饰、城市景观设计和传统中式家具等 3-6。WPC 作为一种新型的环保材料,人们对其的需求也日益增加,因此对 WPC 产品加工质量的要求也更高。蒋荣升 7 采用单因素方差分析方法分析了不同刀具前角和主轴转速对 WPC 已加工工件表面质量的影响,结果表明,随着刀具前角的增大,已加工工件表面质量逐渐升高,但主轴转速增大,其表面质量逐渐变差。高语 8,9 研究了木纤维增强氧化镁复合材料锥形铣削,分析了刀具锥度角、铣
10、削速度和铣削深度对已加工工件表面质量的影响,结果表明,已加工工件表面质量随着刀具锥度角和铣削速度的增大而升高,但是随着铣削深度增大而降低。张丰和陈凯 10-12 研究了刨削时加工质量的预测模型和切削参数对木塑复合材料表面质量的影响,曹平祥、郭晓磊和朱兆龙 13-17 也研究了木质复合材料与切削参数之间的规律,但是对于木塑复合材料铣削加工的相关规律研究较少,需要进一步研究铣削参数与木塑复合材料加工的影响规律。本文通过对木塑复合材料进行直齿圆柱铣削试验,研究了刀具角度和每齿进给量对木塑复合材料铣削过程中切削力、切削温度和已加工工件表面质量的变化规律,以期为实际生产加工提供理论依据和实践指导。1材料
11、与方法1.1试验材料试验材料选取的是木粉和 PE 配比为 7 3 的木塑复合材料(浙江 GIMIG 科技有限公司)作为加工试件,该公司主营木塑地板、木塑墙板和木塑建筑材料,其生产标准执行 GB/T24508-2020,主要应用于室内及室外的地板。其材料性能执行 GB/T29418-2012,试验材料规格与物理性能见表 1。刀具采用上海博深普锐高工具有限公司提供得硬质合金单齿柄铣刀,刀柄直径 16 mm,刀具前角2、6 和 10,楔角固定为 45。表 1木塑复合材料的材料性能1.2试验方法切削试验在 MGK01 高速切削加工中心(南兴木工机械有限公司)开展;同时用 9257B 石英三向测力仪(瑞
12、士 Kistler 公司)采集切削力,经电荷放大器5070A 对信号进行放大,然后由计算机中 Dynoware软件得出切削力值。东京精密生产的探针式SURFCOMNEX001SD-12 表面粗糙度仪测量配合软件 ACCTeeVersion5.6.11.0 采集数据;红外热成像(Thermo VisionA20,Thermo Finisher Co.Ltd,USA);用环境扫描电镜(FEI Quanta 200,荷兰)扫描已加工工件表面更细微的损伤。试验采用直齿圆柱铣削方式,影响木塑复合材料的已加工表面质量的主要因素为刀具前角和每齿进给量。本文主要研究调整不同刀具前角和每齿进给量对 WPC 加工
13、表面质量的影响,得到最佳的加工参数。选取 2、6 和 10 的刀具前角和 0.1mm/Z、0.3 mm/Z 和 0.5 mm/Z 的每齿进给量加工工件(表 2)。表 2切削试验设计2结果与分析2.1切削参数对切削力的影响2.1.1刀具前角对切削力的影响在切削深度 1.0 mm 和每齿进给量 Uz=0.3mm/Z时,从图 1 可以看出,在前角 2 时,切向切削力 Fx和径向切削力 Fy分别为 141.14 N 和 162.81 N;在前角 10 时,切向切削力 Fx和径向切削力Fy为 89.23N和 112.16N,分别降低了 36.8%和 32.1%。随着刀具前角的增大,切向切削力 Fx和径向
14、切削力 Fy逐渐密度/(g cm-3)1.39含水率/%10弹性模量/MPa2 750静曲强度/MPa23.09冲击强度/(kJ m-2)10.6样本123456789每齿进给量 Uz/(mm Z-1)0.10.30.50.10.30.50.10.30.5切削深度 h/mm0.51.01.50.51.01.50.51.01.5林业科技第 48 卷52渐小。在 WPC 加工工程中,较小的刀具前角,刀具的前刀面对切屑的挤压越大,切屑与前刀面的摩擦越大,切屑变形越大,所消耗的切削力更大。随着刀具前角的增大,刀具前刀面与切屑的接触挤压变形减小,刀具前刀面与切屑的摩擦减小,刀具后刀面与已加工工件表面摩擦
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