木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响
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２.Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｇｉｍｉｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ.ꎬＬｉｄ.ꎬＨｕｚｈｏｕ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１５０００ꎬＣｈｉｎａꎻ
３.Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３００３６ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
４.Ｗａｎｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｍａ'ａｎｓｈａｎ Ａｎｈｕｉ ２４３０３１ꎬ Ｃｈｉｎａ)
果ꎬ而每齿进给量对切削力的影响是其重要的方面
之一ꎮ 在刀具高速切削木塑复合材料的过程中ꎬ刀
具对工件所做的功一部分用于形成切屑ꎬ并将切屑
ꎬ广泛应用于园林景观设计、建筑材料、工业产
带离工件表面ꎬ其余部分力用于克服刀具后刀面与
不同塑料基和木质纤维含量制成的 ＷＰＣꎬ其各
切削温度是另一个重要参数ꎬ它将直接影响加工工
∗ 通讯作者:郭晓磊ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为木工刀具设计与智能制造ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｘｉａｏｌｅｉ.ｇｕｏ＠ ｎｊｆｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ
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２８
林 业 机 械 与 木 工 设 备
第 ５１ 卷
ｗｉｔｈ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏｓ. Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ
关键词:硬质合金刀具ꎻ木塑复合材料ꎻ木粉配比ꎻ切削参数ꎻ表面质量
中图分类号:ＴＳ６４３ 文献标识码:Ａ 文章编号:２０９５ － ２９５３(２０２３)０６ － ００２７ － ０９
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｐｅｅｄ. Ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｗｏｏｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎬ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ
ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ａｔ ｈｉｇｈ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｓｍａｌｌ. Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅ￣
且会导致工件表面温度升高使工件表面粗糙 度 增
聚氯乙烯( ＰＶＣ) 等热塑性塑料和木粉、稻壳和秸秆
量的情况下ꎬ切向切削力和径向切削力也会随之变
我国天然林面积仅有 ５ ６４３ 万 ｈｍ ꎬ并且天然林资源
２
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎬＷＰＣ) 简称“ 木塑” ꎬ是指由聚乙烯( ＰＥ) 或
等生物质纤维材料经熔融混合加工而形成的一种复第６期 Nhomakorabea２９
朱梦男ꎬ等:木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响
切削试验采用四种不同木粉配比的木塑复合材
１ 材料与方法
料( 南京聚新锋新材料有限公司) 作为加工试件ꎬ其
１.１ 试验材料
还含有界面相容剂滑石等添加剂增强其性能ꎮ
中聚乙烯( ＰＥ) 和木粉的质量分数比例如表 １ 所示ꎬ
表 １ 试验材料
编号
第 ５１ 卷 第 ６ 期
２０２３ 年 ６ 月
林 业 机 械 与 木 工 设 备
ＦＯＲＥＳＴＲＹ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ＆ ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
Ｖｏｌ ５１ Ｎｏ.６
Ｊｕｎ.２０２３
研究与设计
木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响
朱梦男１ ꎬ 孙成岗２ ꎬ 郭 勇３ ꎬ 张 丰４ ꎬ 杨沛琪１ ꎬ 郭晓磊１ ∗
( 木粉 ５５％) < ＷＰＣ( 木粉 ７０％) ꎮ 在木塑复合材料的实际生产过程中ꎬ木粉含量较少时ꎬ高转速和高切削深
度时工件表面质量最佳ꎬ可以选用的参数为切削深度 １.５ ｍｍ 和每齿进给量 ０.５ ｍｍ / Ｚꎬ可以提高加工效率ꎮ
木粉含量较多时ꎬ切削深度 ０.５ ｍｍ 时ꎬ每齿进给量应在 ０.３ ｍｍ / Ｚ 以下才能满足加工质量的要求ꎮ
热稳定性和耐光老化性的不同ꎬ纤维素能提高木塑
切削深度的增加而增加ꎮ 董伟航 [２１] 研究了木制家
况ꎬ通过改变切削参数观察刀具的磨损状况ꎮ 结果
是使用遗传 ＢＰ 神经网络所建立的刀具监测模型的
准确度可以达到 １００％ꎮ 低切削深度更适应于精加
工ꎬ以得到更优的表面质量ꎬ对工件的预切削可以使
材料的力学性能ꎬ同时其热稳定性较低ꎬ木质纤维含
１
２
３
４
聚乙烯( ＰＥ) :木粉
尺寸( 长×宽×高) / ｍｍ
密度 / ｇｃｍ － ３
１: １
１４０×９０×２０
１.３５
６: ４
４５: ５５
３: ７
１４０×９０×２０
１.２６
１４０×９０×２０
１.３７
１４０×９０×２０
１.３９
试验用刀具牌号为 ＹＧ８ 硬质合金单齿柄铣刀ꎬ
统ꎬ切削试验环境温度为 ２２℃ ꎮ 粗糙度测量仪( ｆ) 采
用高切削深度以提高加工效率ꎮ
其力学性能、热稳定性、吸水率、阻燃性、耐久性等都
验ꎬ研究每齿进给量、切削厚度和不同木粉的配比对
量增多时木塑的硬度增大ꎮ 不同木粉含量的 ＷＰＣ
各不相同ꎬ通过切削四种不同木粉配比的木塑复合
材料的试验ꎬ挑选出最佳木粉配比的木塑复合材料ꎬ
在实际生产加工过程中ꎬ更好地取代木质材料应用
ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ －ｔｏｏｔｈ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏꎬ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ
ｄｅｐｔｈ ａｓ ｖａｒｉａｂｌｅｓꎬ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ
晓磊等 [１９－２０] 研究了切削速度、切削厚度对材料的表
项性能均不相同ꎮ 余旺旺等
[８]
品ꎮ 李腊梅 [９ ] 、许梦瑶等 [１０] 对木塑复合材料界面改
面质量和切削性能的影响ꎬ得出了高速切削刨花板
性研究ꎬＷＰＣ 中的植物纤维为极性材料ꎬ而和非极
既提高了加工效率又提高了加工精度和表面质量ꎬ
性的塑料之间不容易形成较好的界面融合ꎬ致使在
粉含量对木塑复合材料铣削的性能影响ꎮ 在每齿进给量和切削深度相同的情况下ꎬ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％) ꎻ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
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＷＰＣꎬ ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ＷＰＣ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｖｏｉｄｅｄ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｄｏｐｔｓ
在日常生活中ꎮ
笔者通过对不同木塑配比的 ＷＰＣ 进行切削试
ＷＰＣ 切削过程中切向切削力 Ｆ ｘ 、径向切削力 Ｆ ｙ 、切
削温度以及加工表面粗糙度的影响ꎬ分析其影响机
理ꎬ以 期 为 ＷＰＣ 的 优 质 切 削 加 工 利 用 提 供 理 论
依据ꎮ
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０.３ ｍｍ / Ｚ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｔｏｏｌ ꎻ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒꎻ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻ
ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ
ｏｆ ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ４０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５５％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ７０％)
收稿日期:２０２３－０３－０１
基金项目:国家自然科学基金项目 (３１９７１５９４)
第一作者简介:朱梦男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为木材加工装备与信息化ꎬＥ－ｍａｉｌ:１０３３７９７９９６＠ ｑｑ.ｃｏｍꎮ
ｔｅｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｏｆ １.５ ｍｍ ａｎｄ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ｏｆ ０.５ ｍｍ / Ｚꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍ￣
ｐｒｏｖｅｄ. Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ０.５ ｍｍꎬ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｂｅｌｏｗ
随着社会的进步与发展ꎬ２０２０ 年我国进口原木
ＰＥＩ Ｚ 等 [１３] 、ＺＨＵ Ｚ 等 [１４－１５] 、Ｆａｉｚｈ Ｓ Ｍ [１６] 都研
１０ ７５７.３ 万 ｍ ３ ꎬ人们对木制品需求量日益增加ꎬ然而
究切削参数对木塑复合材料的表面质量的影响ꎬ切
日渐减少ꎬ因此我们需要高效利用木材资源ꎬ使木材
资源的利用率最大化ꎮ 木塑复合材料( Ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ
合材料
[１]
ꎮ 将秸秆和甘蔗渣等农林废弃物和废弃木
材同热塑性塑料熔融制成的 ＷＰＣꎬ具有优良力学性
能及耐磨损性能ꎬ能在一定程度上代替木质材料使
削力过大不仅会影响刀具的磨损并且增大能耗ꎬ而
大ꎮ 因此ꎬ切削力是材料加工中的重要因素ꎬ会直接
影响能耗、刀具磨损和加工质量ꎮ 在改变每齿进给
化ꎬ导致木塑复合材料的加工面出现不同的切削效
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏ
ＺＨＵ Ｍｅｎｇ￣ｎａｎ１ ꎬ ＳＵＮ Ｃｈｅｎｇ￣ｇａｎｇ ２ ꎬ ＧＵＯ Ｙｏｎｇ ３ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｆｅｎｇ ４ ꎬ ＹＡＮＧ Ｐｅｉ￣ｑｉ １ ꎬ ＧＵＯ Ｘｉａｏ￣ｌｅｉ １ ∗
(１.Ｃｏｌｌａｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００３７ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
塑复合材料的性能对比ꎬ得到高密度聚乙烯( ＨＤＰＥ)
低ꎬ因此对切削温度的研究尤为重要ꎮ ＺＨＵ [１７－１８] 、郭
用
[２ꎬ ３]
品和包装领域
[４－７]
ꎮ
加工面的摩擦产生的切削热ꎮ 在切削工件过程中ꎬ
通过对不同塑料基木
件的精度ꎬ由于木塑复合材料中原料 ＰＥ 热稳定性较
基的木塑复合材料综合性能最佳ꎬ最适宜作户外产
ｒａｔｉｏ. Ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈꎬ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５５％) < ＷＰＣ
( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ５０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ４０％) < ＷＰＣ ( ｗｏｏｄ７０％) . Ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
但与此同时也加剧了刀具的磨损ꎬ切削温度也随着
通过添加界面相容剂进行界面改性得到工艺和性能
具生产过程中通过 ＢＰ 神经网络检测刀具的磨损状
加工 ＷＰＣ 的时候容易热变形ꎬ影响工件表面质量ꎬ
优异的木塑复合材料ꎮ 刘如等
[１１]
、段国燕等
[１２]
研究
了不同组分的木质纤维木塑复合材料的性能ꎬ得出
不同组分的木质纤维会导致木塑材料的力学性能、
(１.南京林业大学材料科学与工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００３７ꎻ
２.浙江巨美家科技有限公司ꎬ浙江 湖州 ３１５０００ꎻ
３.安徽农业大学ꎬ安徽 合肥 ２３００３６ꎻ
４.皖江工学院ꎬ安徽 马鞍山 ２４３０３１)
摘 要:为了研究不同木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响ꎬ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ꎬ试验采用直齿圆柱铣削方式ꎬ以木粉含量、每齿进给量和切削深度为变量ꎬ研究不同木
１６ ｍｍꎬ刀具前角 ２ °ꎬ后角 ４３ °ꎬ楔角 ４５ °ꎬ由乐客
３.Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３００３６ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
４.Ｗａｎｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｍａ'ａｎｓｈａｎ Ａｎｈｕｉ ２４３０３１ꎬ Ｃｈｉｎａ)
果ꎬ而每齿进给量对切削力的影响是其重要的方面
之一ꎮ 在刀具高速切削木塑复合材料的过程中ꎬ刀
具对工件所做的功一部分用于形成切屑ꎬ并将切屑
ꎬ广泛应用于园林景观设计、建筑材料、工业产
带离工件表面ꎬ其余部分力用于克服刀具后刀面与
不同塑料基和木质纤维含量制成的 ＷＰＣꎬ其各
切削温度是另一个重要参数ꎬ它将直接影响加工工
∗ 通讯作者:郭晓磊ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为木工刀具设计与智能制造ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｘｉａｏｌｅｉ.ｇｕｏ＠ ｎｊｆｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ
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林 业 机 械 与 木 工 设 备
第 ５１ 卷
ｗｉｔｈ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏｓ. Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ
关键词:硬质合金刀具ꎻ木塑复合材料ꎻ木粉配比ꎻ切削参数ꎻ表面质量
中图分类号:ＴＳ６４３ 文献标识码:Ａ 文章编号:２０９５ － ２９５３(２０２３)０６ － ００２７ － ０９
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｐｅｅｄ. Ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｗｏｏｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎬ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ
ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ａｔ ｈｉｇｈ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｓｍａｌｌ. Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅ￣
且会导致工件表面温度升高使工件表面粗糙 度 增
聚氯乙烯( ＰＶＣ) 等热塑性塑料和木粉、稻壳和秸秆
量的情况下ꎬ切向切削力和径向切削力也会随之变
我国天然林面积仅有 ５ ６４３ 万 ｈｍ ꎬ并且天然林资源
２
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎬＷＰＣ) 简称“ 木塑” ꎬ是指由聚乙烯( ＰＥ) 或
等生物质纤维材料经熔融混合加工而形成的一种复第６期 Nhomakorabea２９
朱梦男ꎬ等:木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响
切削试验采用四种不同木粉配比的木塑复合材
１ 材料与方法
料( 南京聚新锋新材料有限公司) 作为加工试件ꎬ其
１.１ 试验材料
还含有界面相容剂滑石等添加剂增强其性能ꎮ
中聚乙烯( ＰＥ) 和木粉的质量分数比例如表 １ 所示ꎬ
表 １ 试验材料
编号
第 ５１ 卷 第 ６ 期
２０２３ 年 ６ 月
林 业 机 械 与 木 工 设 备
ＦＯＲＥＳＴＲＹ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ＆ ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
Ｖｏｌ ５１ Ｎｏ.６
Ｊｕｎ.２０２３
研究与设计
木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响
朱梦男１ ꎬ 孙成岗２ ꎬ 郭 勇３ ꎬ 张 丰４ ꎬ 杨沛琪１ ꎬ 郭晓磊１ ∗
( 木粉 ５５％) < ＷＰＣ( 木粉 ７０％) ꎮ 在木塑复合材料的实际生产过程中ꎬ木粉含量较少时ꎬ高转速和高切削深
度时工件表面质量最佳ꎬ可以选用的参数为切削深度 １.５ ｍｍ 和每齿进给量 ０.５ ｍｍ / Ｚꎬ可以提高加工效率ꎮ
木粉含量较多时ꎬ切削深度 ０.５ ｍｍ 时ꎬ每齿进给量应在 ０.３ ｍｍ / Ｚ 以下才能满足加工质量的要求ꎮ
热稳定性和耐光老化性的不同ꎬ纤维素能提高木塑
切削深度的增加而增加ꎮ 董伟航 [２１] 研究了木制家
况ꎬ通过改变切削参数观察刀具的磨损状况ꎮ 结果
是使用遗传 ＢＰ 神经网络所建立的刀具监测模型的
准确度可以达到 １００％ꎮ 低切削深度更适应于精加
工ꎬ以得到更优的表面质量ꎬ对工件的预切削可以使
材料的力学性能ꎬ同时其热稳定性较低ꎬ木质纤维含
１
２
３
４
聚乙烯( ＰＥ) :木粉
尺寸( 长×宽×高) / ｍｍ
密度 / ｇｃｍ － ３
１: １
１４０×９０×２０
１.３５
６: ４
４５: ５５
３: ７
１４０×９０×２０
１.２６
１４０×９０×２０
１.３７
１４０×９０×２０
１.３９
试验用刀具牌号为 ＹＧ８ 硬质合金单齿柄铣刀ꎬ
统ꎬ切削试验环境温度为 ２２℃ ꎮ 粗糙度测量仪( ｆ) 采
用高切削深度以提高加工效率ꎮ
其力学性能、热稳定性、吸水率、阻燃性、耐久性等都
验ꎬ研究每齿进给量、切削厚度和不同木粉的配比对
量增多时木塑的硬度增大ꎮ 不同木粉含量的 ＷＰＣ
各不相同ꎬ通过切削四种不同木粉配比的木塑复合
材料的试验ꎬ挑选出最佳木粉配比的木塑复合材料ꎬ
在实际生产加工过程中ꎬ更好地取代木质材料应用
ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ －ｔｏｏｔｈ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏꎬ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ
ｄｅｐｔｈ ａｓ ｖａｒｉａｂｌｅｓꎬ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ
晓磊等 [１９－２０] 研究了切削速度、切削厚度对材料的表
项性能均不相同ꎮ 余旺旺等
[８]
品ꎮ 李腊梅 [９ ] 、许梦瑶等 [１０] 对木塑复合材料界面改
面质量和切削性能的影响ꎬ得出了高速切削刨花板
性研究ꎬＷＰＣ 中的植物纤维为极性材料ꎬ而和非极
既提高了加工效率又提高了加工精度和表面质量ꎬ
性的塑料之间不容易形成较好的界面融合ꎬ致使在
粉含量对木塑复合材料铣削的性能影响ꎮ 在每齿进给量和切削深度相同的情况下ꎬ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％) ꎻ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
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＷＰＣꎬ ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ＷＰＣ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｖｏｉｄｅｄ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｄｏｐｔｓ
在日常生活中ꎮ
笔者通过对不同木塑配比的 ＷＰＣ 进行切削试
ＷＰＣ 切削过程中切向切削力 Ｆ ｘ 、径向切削力 Ｆ ｙ 、切
削温度以及加工表面粗糙度的影响ꎬ分析其影响机
理ꎬ以 期 为 ＷＰＣ 的 优 质 切 削 加 工 利 用 提 供 理 论
依据ꎮ
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０.３ ｍｍ / Ｚ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｔｏｏｌ ꎻ ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒꎻ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻ
ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ
ｏｆ ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ４０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５５％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ７０％)
收稿日期:２０２３－０３－０１
基金项目:国家自然科学基金项目 (３１９７１５９４)
第一作者简介:朱梦男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为木材加工装备与信息化ꎬＥ－ｍａｉｌ:１０３３７９７９９６＠ ｑｑ.ｃｏｍꎮ
ｔｅｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｏｆ １.５ ｍｍ ａｎｄ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ｏｆ ０.５ ｍｍ / Ｚꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍ￣
ｐｒｏｖｅｄ. Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ０.５ ｍｍꎬ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｂｅｌｏｗ
随着社会的进步与发展ꎬ２０２０ 年我国进口原木
ＰＥＩ Ｚ 等 [１３] 、ＺＨＵ Ｚ 等 [１４－１５] 、Ｆａｉｚｈ Ｓ Ｍ [１６] 都研
１０ ７５７.３ 万 ｍ ３ ꎬ人们对木制品需求量日益增加ꎬ然而
究切削参数对木塑复合材料的表面质量的影响ꎬ切
日渐减少ꎬ因此我们需要高效利用木材资源ꎬ使木材
资源的利用率最大化ꎮ 木塑复合材料( Ｗｏｏｄ － ｐｌａｓｔｉｃ
合材料
[１]
ꎮ 将秸秆和甘蔗渣等农林废弃物和废弃木
材同热塑性塑料熔融制成的 ＷＰＣꎬ具有优良力学性
能及耐磨损性能ꎬ能在一定程度上代替木质材料使
削力过大不仅会影响刀具的磨损并且增大能耗ꎬ而
大ꎮ 因此ꎬ切削力是材料加工中的重要因素ꎬ会直接
影响能耗、刀具磨损和加工质量ꎮ 在改变每齿进给
化ꎬ导致木塑复合材料的加工面出现不同的切削效
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ｒａｔｉｏ
ＺＨＵ Ｍｅｎｇ￣ｎａｎ１ ꎬ ＳＵＮ Ｃｈｅｎｇ￣ｇａｎｇ ２ ꎬ ＧＵＯ Ｙｏｎｇ ３ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｆｅｎｇ ４ ꎬ ＹＡＮＧ Ｐｅｉ￣ｑｉ １ ꎬ ＧＵＯ Ｘｉａｏ￣ｌｅｉ １ ∗
(１.Ｃｏｌｌａｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００３７ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
塑复合材料的性能对比ꎬ得到高密度聚乙烯( ＨＤＰＥ)
低ꎬ因此对切削温度的研究尤为重要ꎮ ＺＨＵ [１７－１８] 、郭
用
[２ꎬ ３]
品和包装领域
[４－７]
ꎮ
加工面的摩擦产生的切削热ꎮ 在切削工件过程中ꎬ
通过对不同塑料基木
件的精度ꎬ由于木塑复合材料中原料 ＰＥ 热稳定性较
基的木塑复合材料综合性能最佳ꎬ最适宜作户外产
ｒａｔｉｏ. Ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈꎬ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ ５５％) < ＷＰＣ
( ｗｏｏｄ ｐｏｗｄｅｒ５０％) < ＷＰＣ( ｗｏｏｄ ４０％) < ＷＰＣ ( ｗｏｏｄ７０％) . Ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
但与此同时也加剧了刀具的磨损ꎬ切削温度也随着
通过添加界面相容剂进行界面改性得到工艺和性能
具生产过程中通过 ＢＰ 神经网络检测刀具的磨损状
加工 ＷＰＣ 的时候容易热变形ꎬ影响工件表面质量ꎬ
优异的木塑复合材料ꎮ 刘如等
[１１]
、段国燕等
[１２]
研究
了不同组分的木质纤维木塑复合材料的性能ꎬ得出
不同组分的木质纤维会导致木塑材料的力学性能、
(１.南京林业大学材料科学与工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００３７ꎻ
２.浙江巨美家科技有限公司ꎬ浙江 湖州 ３１５０００ꎻ
３.安徽农业大学ꎬ安徽 合肥 ２３００３６ꎻ
４.皖江工学院ꎬ安徽 马鞍山 ２４３０３１)
摘 要:为了研究不同木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响ꎬ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ꎬ试验采用直齿圆柱铣削方式ꎬ以木粉含量、每齿进给量和切削深度为变量ꎬ研究不同木
１６ ｍｍꎬ刀具前角 ２ °ꎬ后角 ４３ °ꎬ楔角 ４５ °ꎬ由乐客