木材及中密度纤维板磨削力的研究

论文摘要

木材的磨削力及法向力是反映木材磨削性能的基础,是磨料在木材上发生相对运动产生滑擦、耕犁、切削的现象,使木材的加工区域产生弹性和塑性变形的结果,是设计和使用木材磨削加工机械的重要参考依据,在木材磨削加工过程中具有极其重要的作用。磨削力是确定磨削设备主电机所需输入动力、进给履带的摩擦系数等设计参数的重要依据,同时法向力是影响工件表面质量及试件与进给履带之间摩擦力的重要影响因子,是确定最佳磨削条件的基础。本论文的研究是参考均质材料的磨削理论并综合考虑木材的特殊结构,以木材的物理性能及磨削参数为变量来研究磨削力及法向力的变化规律,得出相关的数学模型,探讨木材种类、木材纹理方向、进给速度和砂带粒度等参量对木材及木质复合材料在磨削过程中的磨削力及法向力的影响规律,为降低磨削加工的动力消耗、提高加工效率和加工质量寻求技术支持,为研制新型磨削设备提供科学的参考依据。木材及木质复合材料磨削性能的研究综合运用了信号采集、信号分析、正交试验等技术手段,采用极差分析、方差分析、数学回归等方法对数据进行处理,获得以下主要结论:1.通过正交试验的手段,研究了各个影响因子对试验结果的影响程度及各个因子不同水平对试验结果的影响。试验结果表明对于水曲柳和松木,磨削厚度的影响最为显著,并与磨削力及法向力成正相关趋势变化。砂带粒度对法向力的影响要比对磨削力的影响大。通过研究试件的纹理方向对磨削力的影响发现,顺纹理磨削时磨削力及法向力最大,依次是斜纹理和横纹理。因子之间的交互影响呈现出规律性变化,[进给速度B×磨削厚度C] > [进给速度B×纹理方向D] > [砂带粒度A×磨削厚度C],因子[砂带粒度A×纹理方向D]的影响最小。2.通过研究纹理方向及材料种类对磨削力及法向力的影响,得出如下结论:因子纹理方向对磨削力及法向力的影响是显著的。顺纹理磨削时的磨削力最大,横纹理磨削时的法向力最小。水曲柳和松木的磨削力实时曲线图很相似,两个大波峰之间的时间间隔均约为2.5×10-2 s。中密度纤维板的磨削力实时曲线与实木材质的有很大不同,其法向力与磨削力在波形图上的相互对应关系并不明显,基质对磨削力及法向力的信号采集可起到降噪的作用。3.磨削厚度对磨削力及法向力的影响是最为显著的,随着磨削厚度的增加,磨削力增幅比法向力的大,无论是那种材料,极值或是均值,磨削厚度与磨削力及法向力的对应关系都呈线性变化。进给速度对磨削力及法向力的影响在水曲柳和中密度纤维板两种材料上呈现出不同的变化趋势。水曲柳的波形图仍呈现出两个大波峰之间夹带着两个小波峰的波形特点,并且随着进给速度的不断增加,中间的两个小波峰图形越明显,当进给速度达到最大值时,磨削力曲线要比进给速度最小值时的曲线趋于平滑,波峰之间的峰值差值减小。从中密度纤维板的波形图中可以看出,其峰值变化较大,总体上仍呈现出大小波峰交替出现的规律,但无明显的频率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.1.1 砂带磨削技术的发展现状及趋势
• 1.1.2 砂带磨削机理及加工特点
• 1.1.3 砂带磨削在木材加工工业中的应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 磨削力建模研究
• 1.2.2 磨削力实验研究
• 1.3 本论文的主要内容
• 2 测试系统及方法
• 2.1 磨削力测试系统及其标定
• 2.1.1 磨削力测试系统
• 2.1.1.1 砂带磨削线速度的测量
• 2.1.1.2 试件进给速度的测量
• 2.1.1.3 砂辊硬度的测量
• 2.1.2 磨削力测试系统的标定
• 2.2 试材及试件
• 2.3 磨削力及磨削力理论公式
• 2.3.1 试件受力分析
• 2.3.2 磨削力理论公式
• 2.3.2.1 G..Werner（李伯民,1996）等人建立的磨削力模型
• 2.3.2.2 李力钧（李力钧等,1981）等人建立的磨削力模型
• 2.3.2.3 Hecker（Hecker R.L.,2004）等人建立的磨削力模型
• 2.4 研究方法
• 3 木材磨削力的正交试验分析
• 3.1 试验材料及测试条件
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 测试条件
• 3.1.3 测试方法
• 3.2 无交互作用的正交试验
• 3.2.1 正交试验结果
• 3.2.2 正交试验的直观分析
• 3.2.2.1 水曲柳磨削力试验结果的直观分析
• 3.2.2.2 松木磨削力试验结果的直观分析
• 3.3 有交互作用的正交试验
• 3.3.1 正交试验结果
• 3.3.2 正交试验的直观分析
• 3.3.3 正交试验的方差分析
• 3.4 本章小结
• 4 纹理方向及材料种类对磨削力的影响
• 4.1 不同纹理方向条件下的磨削力
• 4.1.1 试验条件
• 4.1.2 横纹理磨削
• 4.1.3 斜纹理磨削
• 4.1.4 顺纹理磨削
• 4.1.5 横纹理、斜纹理、顺纹理磨削的磨削力比较
• 4.2 材料种类对磨削力的影响
• 4.2.1 试验材料及测试条件
• 4.2.2 不同材种条件下的磨削力曲线
• 4.2.3 材种与磨削力的关系
• 4.3 本章小结
• 5 磨削参数对磨削力的影响
• 5.1 磨削厚度对磨削力的影响
• 5.1.1 试验材料及测试条件
• 5.1.2 不同磨削厚度时的磨削力曲线
• 5.1.3 磨削力与磨削厚度的关系
• 5.2 进给速度对磨削力的影响
• 5.2.1 试验材料及测试条件
• 5.2.2 不同进给速度时的磨削力曲线
• 5.2.3 磨削力与进给速度的关系
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 在读硕士期间发表的论文、专著
• 致谢