基于ANSYS的木材切削应力分析开题报告

全文总字数：2292字

1. 研究目的与意义

木材切削，是通过刀具作用于木材产生相对运动，以获取一定形状、尺寸和表面状态的木材制品的加工过程，是木材加工中占比重最大的一项基本工艺，其质量对胶合工艺和表面装饰工艺有重要影响。由于木材切削加工的对象是木材，木材的不均匀性和各向异性使木材在不同的方向上具有不同的性质和强度，切削时作用于木材纤维方向的夹角不同，木材的应力和破坏载荷也就不同，促使木材切削过程发生许多复杂的机械物理和物理化学变化，如弹性变形、弯曲、压缩、开裂以及起毛等。此外，由于木材的硬度不高，机械强度极限较低，具有良好的分离性。木材的耐热能力较差，加工时不能超过其焦化温度( 110～120℃)，所有的这些构成了木材切削独有的特点。（1）高速切削：小材切削速度一般在4070m/s，最高可达120m/s．一般切削刀轴的转速在3000～12000r/min，最高可达20000r/min这是因为高速切削使切屑来不及沿纤维方向劈裂就被切刀切掉，从而获得较高的几何精度和表面粗糙度，同时木材的表面温度也不会超过木材的焦化温度。受高速切削和被切削材料的限制，木材切削的噪声水平一般较高。一方面是高速回转刀轴扰动空气产生的空气动力性噪声；另一方面是刀具切削非均质的木材工件产生的振动和摩擦噪声，以及机床运转和振动产生的机械性噪声。一般在制材和家具车间产生的噪声可达90dB (A)以上，裁板锯的噪声可110dB (A)，严重地污染着环境，影响工人的身心健康，成为木材工业公害之一。由于高速切削，对机床各方面就提出了更高的要求，如主轴部件的强度和刚度要求较高，高速回转部件的静、动平衡要求较高，要用高速轴承，机床的抗振性能要好，以及刀具的结构和材料要适应高速切削等。（2）被加工材料材性不均并有一定含水率：作为加工工件的木材其物理力学性质因树种而异，即使同一树种，也因为生长条件、含水率和纤维方向等不同而不同，因此会产生切削动力消耗不同，发生呛茬和毛刺等加工缺陷，影响加工精度。针对不同方向的切削需要应用不同形状的刀具，如纵剖锯和横截锯。因此必须要研究如树种、密度、含水率、木材纹理、纤维方向、年轮、温度、力学强度和缺陷对木材切削的影响。（3）切屑有时就是加工产品：优质、大径级原木越来越少，要得到大幅面板材越来越困难。另外，为克服木材各向异性和干缩湿涨等固有缺点，木材工业中研究开发了胶合成材、胶合板、刨花板和纤维板等木质复合材料，这些加工中获得的产品单板、木片和纤维既是切削过程的切屑又是加工的制品。（4）刀具楔角小：切削过程中，在切削力的作用下，木材首先发生变形，然后分离并排除切屑，与金属切削相比，木材强度小得多，切削的分离力所占的比例大，刀具的锐利程度对分离力的影响很大。为此把刀具的楔角做小，使刀刃锐利，以利于木材分离。

随着家居行业、建筑装潢业、木材工业、人造复合板材工业的发展，木制品的产量与日俱增，此时对加工工艺与成本的考量也愈发凸显。木材与常规金属板材不同，由于其各向异性和不均匀性导致切削时的应力状况不同，而现今研究主要集中在木材切削的粗糙度上，切削应力的研究相对较少，研究木材切削应力有利于弥补这方面的不足，并且对家具制造行业提高工艺精度和降低生产成本大有裨益。

2. 国内外研究现状分析

国内：

戴辉寿对带锯条辊压进行了应力分析，得出结论：当锯条锯切木材时，在切削力、摩擦力及摩擦力产生的热应力的作用下，使锯口受到的总应力大于锯背所受的总应力，变形量增加，引起锯口松弛，造成左右晃动，甚至出现跑锯，有时还会因为参加张紧的锯面宽度太小，容易产生窜锯，锯条的工作稳定性差影响到锯切的质量，为此生产上一般都不采用对称辊压，而采用前张紧带宽于后张紧带的不对称辊压。

南京林业大学的林石用薄壁圆筒式切削力传感器测定木材切削力的原理和方法。薄壁圆筒式传感器可同时测定木材切削力的两个分量,适用于没有第三方向切削力分量的情况。这种传感器结构简单,制造容易,费用低廉,使用方便,可用于多种形式的木材切削力测定。文章论述了薄壁圆筒式切削力传感器的设计计算方法和不同的安装方式,并提出了改善性能的途径。

3. 研究的基本内容与计划

1~2周(1.20~3.5)：查阅翻译文献并了解木材切削研究，准备好相关木材切削技术的资料；

3~6周(3.6~4.3)：熟悉ansys软件的使用，并用ansys软件练习绘制模型；

7~8周(4.3~4.14)：查阅资料独立完成论文并用软件模拟仿真木材切削应力，准备中期检查；

4. 研究创新点

目前，木材切削的研究主要集中在木工产品的粗糙度上，切削力的研究在木工机械业的应用很少，也很少有木工机械企业研究切削力，但是切削力与能源消耗有很大关系，对它的研究可以给工业界带来效益。