木工超薄圆锯片消音缝多目标优化设计

针对超薄圆锯片消音缝设计问题,提出并实施了一种基于MATLAB/ANSYS联合仿真协同非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化设计方法。通过Inspire软件采用变密度法进行拓扑优化,确定消音缝的设计域。构建以消音缝位置、角度及缝宽等形状参数为设计变量,以最大变形量、最大等效应力及整体振幅最小化为目标的多目标优化模型。通过MATLAB/ANSYS联合仿真协同NSGA-Ⅱ的策略,进行模型的优化求解。结果表明:4个优化解均能有效减少锯切过程中锯片的变形和整体振幅,为决策者提供了更广泛的选择空间。研究为圆锯片消音缝的多目标优化设计问题提供了可行的解决方案。

基于拓扑与形状优化的超薄圆锯片曲线缝结构设计

为实现超薄型圆锯片曲线缝的结构设计,基于变密度法拓扑优化和模式搜索算法的形状优化相结合的方法,对圆锯片的曲线缝结构进行优化设计。通过基于变密度法的拓扑优化,确定曲线缝开设位置;以圆锯片整体振幅作为评价标准,以拓扑优化后得出的设计域作为边界条件,通过模式搜索算法对圆锯片曲线缝结构形状进行优化,得出给定约束和载荷条件下的最优解。在试验过程中进一步证明了曲线缝形状对锯片轴向振动影响的重要性。

木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响

为了研究不同木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响,避免木塑复合材料加工过程中高能耗和加工质量差的问题,试验采用直齿圆柱铣削方式,以木粉含量、每齿进给量和切削深度为变量,研究不同木粉含量对木塑复合材料铣削的性能影响。在每齿进给量和切削深度相同的情况下,四种不同木粉配比的木塑复合材料切削力大小为:WPC(木粉55%)<WPC(木粉50%)<WPC(木粉40%)<WPC(木粉70%);四种不同木粉配比的木塑复合材料切削温度和表面粗糙度的大小为:WPC(木粉40%)<WPC(木粉50%)<WPC(木粉55%)<WPC(木粉70%)。在木塑复合材料的实际生产过程中,木粉含量较少时,高转速和高切削深度时工件表面质量最佳,可以选用的参数为切削深度1.5 mm和每齿进给量0.5 mm/Z,可以提高加工效率。木粉含量较多时,切削深度0.5 mm时,每齿进给量应在0.3 mm/Z以下才能满足加工质量的要求。

硬质合金刀具铣削GFRP材料加工特性的研究

为了获得硬质合金刀具加工玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的理想铣削参数,为实际生产提供参考,使用硬质合金柄铣刀对GFRP进行开料铣削加工,以进给速度及主轴转速为铣削因素,以铣削力、铣削温度、表面粗糙度及表面损伤形貌为评价指标,对硬质合金铣刀开料铣削加工GFRP材料的加工特性进行探究。结果表明,随着进给速度的增加,铣削力F((x))与F((y))均呈上升趋势,铣削温度呈下降趋势,表面粗糙度随着温度的下降也呈下降趋势;随着刀具转速的增加,铣削力F((x))与F((y))呈先下降后上升的趋势,并在14000 r/min时达到谷值。同时,GFRP开料加工时顺铣端的表面损伤程度要低于逆铣端,即顺铣可以得到更好的表面质量。因此,在选择GFRP材料的开料加工参数时,应根据刀具参数,在计算出合适的每齿进给量的基础上,尽可能选用较大的进给速度与主轴转速,从而提高加工效率,并在一定程度上减小刀具磨损,提高表面质量,降低成本。

木塑复合材料正交切削过程中的切削力研究

木塑复合材料是一种环境友好型的绿色复合材料,因其具有防腐防潮、硬度大、可循环利用等优点,深受国内外木材行业的认可,具有良好的发展前景。在对木塑复合材料进行切削加工的过程中,切削力是影响刀具寿命和加工质量的一个重要因素。为了进一步探究木塑复合材料在切削加工过程中切削力的变化特性,基于方差分析和分形理论,分别研究了木塑复合材料切削加工过程中的平均切削力和切削力信号分形维数,并用二者表征静态切削力和动态切削力,切削力信号分形维数越小,动态切削力越稳定。研究结果表明:静态切削力随切削深度的增加而增大,随刀具前角的增大而减小,随一定范围内木粉质量分数的增大而增大;动态切削力信号分形维数随切削深度的增加而减小,随刀具前角的增大而增大,随一定范围内木粉质量分数的增大而增大。因此,在实际生产过程中,较大的刀具前角、较小的切削深度和适当的木粉质量分数有助于降低能耗,提高切削的稳定性。

动态测试木材的泊松比

【目的】根据悬臂板一阶弯曲振形给出动态测试木材泊松比的方法,测试西加云杉木材试件径切板顺纹、横纹的泊松比和横切面横纹试件的泊松比;对西加云杉木材试件的测试结果,分析用悬臂板试件测量一阶弯曲频率,代入到悬臂梁的公式推算出弹性模量的精度;同时用低碳钢板的动态测试试验来验证动态测试木材泊松比方法的正确性,为在木建筑、家具、木材加工等行业中对木材力学性能测定研究工作提供借鉴。【方法】根据动力学原理,利用YD-28A型四通道动态电阻应变计和CRAS振动及动态信号采集分析系统等测试仪器,以敲击方式激励悬臂西加云杉木材、低碳钢试件的自由振动,通过滤波处理保留其基频振动,记录并显示基频振动的横向应变和纵向应变的衰减振波曲线,并从同一时刻的横向应变峰值与纵向应变峰值比值得泊松比。【结果】横向应变振波曲线的正（负）峰值对应于纵向应变振波曲线的负（正）峰值,说明横向应变振波曲线与纵向应变振波曲线的相位差为180°或横向应变与纵向应变是反向的;通过低碳钢板验证试验,从其振波曲线第一通道和第二通道读出峰峰值,计算它们的比值后取平均值,得低碳钢泊松比的测量值μ=0.28,符合其规范值为0.25-0.28的要求;西加云杉木材的径切面顺纹泊松比μLR与径切面横纹泊松比μRL测量值之比为10.6,即径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级;用悬臂梁公式推算的弹性模量值比实际弹性模量值偏小0.7%。【结论】根据悬臂板的一阶弯曲振形测试泊松比的动态方法是行之有效的,具有快速、简便、精度高的优点;西加云杉试件的径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级,体现了木材的各向异性;用悬臂板云杉试件测得的一阶固有频率,代入到悬臂梁理论公式推算的弹性模量值具有足够精度。

重切机夹式螺旋木工刀具结构特点及安装应用

从重切机夹式螺旋木工刀具结构组成、主要技术参数、刀片安装方法等方面对进行了详细阐述,并对螺旋木工刀具使用出现的问题点进行了重点分析,为家具厂的安全使用提供了具体的解决思路,提高了刀片装配后更换的精度并减少了装配消耗工时,在大大改善加工环境的同时提升家具生产的产量和质量。

切削速度和切削厚度对纤维板切削力和表面粗糙度的影响

研究了纤维板铣削过程中切削速度和平均切削厚度对切削力和表面粗糙度的影响。结果表明:平行进给方向的切削分力Fx和垂直进给方向的切削分力Fy都会随着切削刃在工件中位置的变化而变化;切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值与负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均随着平均切削厚度的增加而增大;高速铣削时的切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值和负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均小于低速铣削时;当加工表面粗糙度要求相同时,高速铣削时的平均切削厚度可大于低速铣削时。因此,高速铣削不仅可以提高加工效率,还可以改善表面的加工质量。

SPF规格材弹性模量的动态测试及其概率分布

【目的】应用频率法精确测量SPF规格材的弹性模量，探讨应用威布尔分布分析其弹性模量数据的可行性。【方法】从南京北美木屋有限公司一批 SPF规格材中随机抽取容量为300的样本作为试件，采用弹性绳垂直自由悬挂方式的支承结构对试件实现自由梁，模态试验验证自由梁的精度。在瞬态激励下，通过测试试件一阶弯曲频率，得其弹性模量值；应用应力波法验证频率法测试结果的正确性。对其测试数据采用 Weibull分布拟合检验、威布尔分布和正态分布的 K-S检验、SPF规格材总体弹性模量在给定值下的概率计算和 SPF 规格材质量评价的概率分布方法进行研究。【结果】频率法和波速法测得的弹性模量具有较好的相关性；从威布尔分布和正态分布在参数未知时的 K-S检验结果可知，SPF规格材弹性模量不服从两参数威布尔分布（Eu =0），但服从于位置参数 Eu 大于最小测试值一半的三参数威布尔分布和正态分布；从 SPF 规格材总体弹性模量在给定值下的概率数据分析可得：以3500，4000，4500 MPa为Eu 的设定值时，计算的概率值稳定且基本相同，这时Eu 设定值分别是弹性模量测试的最小值5526 MPa的63%，72%和81%，因此推荐采用根据实测数据最小值的60%～80%作为位置参数Eu 设定值的三参数威布尔分布进行概率计算；三参数威布尔分布和正态分布计算的 SPF规格材弹性模量在给定值下的概率相等；从 SPF 规格材弹性模量的概率分布曲线和概率密度曲线可知，威布尔概率密度相对于它的均值（9997 MPa）略显不对称性，弹性模量不超过7000 MPa 时，正态概率分布曲线略高于威布尔概率分布曲线，超过7000 MPa后，则正好相反。【结论】模态试验验证了文中的试验装置实现了试件自由悬挂的支承条件，提出了频率法的测试方案，保证了一阶弯曲振动固有频率测试精度，可靠地推算出 SPF规格材的弹性模量；瞬态激励频率法测试 SPF规格材的弹性模量具有简便、快速、重复性好和精度高的优点；频率法和波速法测出的弹性模量具有较好的相关性，验证了频率法测试弹性模量的正确性；SPF规格材总体弹性模量服从三参数的威布尔分布和正态分布，并不服从于两参数的威布尔分布；正态分布计算的弹性模量不超过7000 MPa的概率高于威布尔分布的计算值，在其他范围，2种分布计算的概率值是相同的；SPF规格材总体弹性模量的三参数威布尔概率密度曲线相对于均值略显非对称性；在确定威布尔分布参数时，推荐按最小试验数据的60%～80%设定位置参数 Eu 值；计算 SPF 规格材总体弹性模量均值、标准离差和弹性模量在给定值下的概率，除弹性模量在低端范围内、正态分布计算的概率高于威布尔分布外，其他范围计算的概率值相同；应用三参数威布尔分布和正态分布计算 SPF 二级规格材总体的弹性模量不超过8000 MPa的概率分别为13．8%和13．6%。

陶瓷刀具材料与木质复合材料的摩擦特性分析

通过测试Al2O3基陶瓷材料、Si3N4基陶瓷材料及硬质合金材料等刀具材料与木质复合材料摩擦系数及磨损前后的粗糙度变化,分析了几种刀具材料与木质复合材料的摩擦特性。研究结果表明,陶瓷刀具材料与MDF、PB的摩擦性能要明显优于硬质合金刀具材料,且Si3N4基陶瓷材料优于Al2O3基陶瓷材料的摩擦性能;硬质合金材料与木粉/PE复合材料摩擦性能较陶瓷材料稳定;添加ZrO2的Al2O3基陶瓷材料摩擦性能优于未添加ZrO2的Al2O3基陶瓷材料;刀具材料种类对MDF摩擦系数的影响显著,而对PB摩擦系数的影响并不显著;正压力对摩擦力的影响不十分明显;添加ZrO2的Al2O3基陶瓷材料可以抑制腐蚀磨损。

测试木材剪切模量的自由板扭转振形法

根据ANSYS程序和优化原理得到自由板一阶扭转振形函数,应用能量法导出木材剪切模量和自由板一阶扭转频率的关系式。该关系式的正确性得到木材剪切模量的数学仿真、试验测试和静态试验3个方面的验证。瞬态激励法测量西加云杉、国产马尾松、油松、杉木和蒙古栎自由板的频谱,且借助于互功率谱概念从频谱图中识别出自由板的一阶扭转频率。

八角环式三向测力传感器的研究

设计了一种锯链锯切木材时可实时动态测量主切削力、进给力和侧向力的八角环式三向测力传感器。通过对主切削力和进给力方向的标定,分析研究贴片位置对被测方向灵敏度、非线性度的影响,以及对非被测方向交叉灵敏度的影响。修改进给力方向的贴片位置,使交叉灵敏度由3.2×10-6N-1下降到4.27×10-7N-1,进给力测试系统的非线性度由原来的7.8%下降到0.025%。主切削力、进给力、侧向力等各测力方向的灵敏度分别为5.51×10-6N-1、6.45×10-6N-1和4.05×10-6N-1。

圆锯片上热应力及回转应力的分析

该文运用实验的方法对木材切削加工所用的圆锯片上的温度分布进行了测定 ,据该温度梯度对圆锯片的热应力进行了详细的分析和计算 .通过实验研究表明 ,对于未适张锯片 ,当锯片上的温度梯度达到 2 1℃时 ,锯片将发生失稳并出现“蛇行” .在分析计算了圆锯片回转离心应力后 ,将锯片上的热应力和回转离心应力进行了叠加 ,得出锯片发生失稳时的应力分布曲线 .对照已有的辊压适张应力测定结果进行分析和比较 ,辊压适张的应力分布在数值上至少应抵消锯片上的热应力和回转离心应力 .因此 ,实验和分析结果对圆锯片的加热适张和机械适张都有非常重要的指导意义 .

球面多点加压适张圆锯片残余应力研究

该文综合分析了圆锯片在工作中受到的离心应力、切削热应力以及辊压和锤击适张产生的适张残余应力 ,并比较了辊压和锤击两种适张方法的优点和不足 .为了取长补短 ,作者提出了多点加压适张新方法 ,即用球面、柱面或锥面等压头对锯片进行加压适张 .研究中用X射线应力检测仪对球面多点加压适张后锯片内的残余应力进行了测定 .结果表明 ,新适张方法所获得的应力分布曲线相当理想 ,即适张获得的残余应力几乎抵消了锯片在工作中受到的离心应力和热应力之和 .这表明多点加压是一种很有开发价值的圆锯片适张新方法 .此外 ,X射线检测时 ,在适张前后 ,锯片切线方向皆为拉应力 ,而径向为压应力 .经电解抛光 10 μm后 ,无论径向还是切向 ,所测得应力的绝对值都有不同程度的下降 .由于机加工的影响 ,锯片中心孔边缘。

辊压适张度处理对圆锯片临界转速的影响

利用非线性理论和矩阵摄动理论，研究了离心力场 、切削温度场及辊压适张度位置对圆锯片动态特性和临界转速的影响；对离心力场、切削温度场共同作用下的锯片最佳辊压适张度处理位置进行了计算分析；还分析了锯夹半径对最佳辊压位置的影响。

木工刀具磨损机理及抗磨技术

分析了木工刀具的磨损机理,指出机械擦伤磨损是碳钢刀具的主要磨损机理;腐蚀磨损是硬质合金刀具的主要磨损机理。介绍了国内外刀具抗磨技术的研究现状及在木工刀具中的应用情况。

圆形薄板的温度分布及热变形

为了搞清圆锯片锯切工作时的受热变形情况和热变形与圆锯片适张的关系 ,该文测量了过度适张、不开径向槽薄圆盘的受热变形情况 .在一定的转速下 ,对圆盘的外边缘模拟加热 ,通过实验研究圆盘发生热变形的机理和变形过程 .实验结果表明 :①模拟切削加工过程对圆盘的外边缘加热 ,开始阶段 ,盘的变形很小 ,维持原有的碟形状态 ,随着温度差的不断增大 ,圆盘内产生了热应力 ,当温度差达到 16℃以后 ,圆盘开始从碟形逐渐向平面转变 .②圆盘变成平面状态后 ,仍处于临界不稳定状态 ,随着温度差的继续增大 ,圆盘逐渐回复到初始的碟形状态 .③圆盘回复到初始的碟形状态之后 ,圆盘不能蓄积更多的热应力 ,发生热应力释放 .④热压曲发生后 ,温度差继续增加 ,热压曲的变形量增加不大或几乎不增加 .⑤在温度差较小时 ,适张造成的碟形变形不能变成平面状态 ,可以认为是圆盘内的残余应力或适张应力对圆盘外缘的拉紧作用抵抗着热应力 。

金刚石涂层木工刀片磨损的研究

本文主要研究刀具材料、试验环境对金刚石涂层刀片耐磨性的影响 ,探讨刀片的耐磨性和耐腐蚀性。试验发现金刚石涂层提高了刀片耐磨性 2 0 %～ 4 5% ,金刚石薄膜均有不同程度的剥落 ,限制了涂层刀片的耐磨性。试验表明屑末溶液和醋酸、盐酸混合溶液不腐蚀金刚石薄膜 ,但腐蚀基体材料。金刚石薄膜磨耗机理是“磨损变形—裂纹—磨屑形成”。高速钢刀片以磨料磨损为主 ,腐蚀磨损为辅。粘结剂 (钴元素 )丧失是硬质合金刀片磨损的根本原因 ,一旦残余粘结力不足以抵抗磨擦所产生的剪切力 。

圆锯片适张度评价方法

通过锯片动态性能试验和分析，研究了圆锯片经适张度处理后模态参数的变化规律，提出合理的适张度评价准则以及相应的测试方法．试验证明该评价准则和测试方法有效．

锯齿磨损变钝程度对木质材料切削力影响的研究

采用锯齿磨损变钝程度不同的硬质合金切削刀具对三种木材(杉木、樟子松、水曲柳)和两种人造板(中密度纤维板、刨花板)进行闭式切削实验,研究锯齿磨损变钝程度对木质材料切削力的影响规律。实验结果表明,随着刀具磨损变钝程度的增加,主切削力和法向力都呈增大趋势,且法向力的增幅更明显。负间隙C对中纤板主切削力、法向力以及刨花板法向力的影响曲线类似,均为先缓慢上升,再急剧增加,然后又趋于平缓;刨花板主切削力随负间隙C的增加而不断增加。