影響木材切片機切削阻力的刀具參數主要有刀具材料、刀具角度、幾何形狀和尺寸等。刀具材料材質通?勺鳛橐粋間接的影響因素來考慮。
一、切削角(cutting angle)
縱向切削與端向切削時的切削阻力與切削角的關系如圖2-9所示。隨著切削角的增加,縱向切削時木屑從流線型向折斷型和壓縮型轉變,端向切削時的切屑由剪切型向撕裂型轉變,不管出現哪一種現象,切削阻力都會隨切削角增加而增加。特別是切削角從50°~60°開始其切削阻力急增,在切削深度大時切削阻力增加的幅度很顯著。其中,端向切削切削角在30°~40°時,切削阻力值最小。這是因為切削角太小,刀具的剛度和強度下降,導致實質的切削角和切削深度增加的緣故。即切削角小于30°時,隨著切削角減小其振動加劇,切削阻力反而有所增大。切削角較小時,垂直分力作用于正的方向(被切削工件牽引刀具進入的方向),切削角大時作用于負的方向。大約50°是臨界切削角(critical cutting angle)。
二、后角
后角過小時,由于木材纖維的彈性恢復,使切削表面與刀刃后刀面產生摩擦加劇,導致切削阻為增加(圖2 -10)。特別是在生成壓縮型切屑時,刀具刃口變鈍,逆纖維方向端向切削時,切削阻力增加顯著。另一方面,后角過大,楔角必定減小,刀具剛度降低,切削阻力增大。木材切削后角存在一個適當值,直刃刨切時刀刃后角在50°左右,鋸切和銑削時,刀刃后角一般要大5°~ 8°。
三、刃傾角
刀刃斜傾切削(三維切削,oblique cuUing)具有以下三種前角(圖2-11):①法向前角,與切削刀刃成直角的法向平面內測定的前角(normal rake angle)。②前角,與切削速度平行的方向,與加工面垂直的平面內測定的前角。③工作前角,包含切削速度方向和切屑流出方向的平面內測定的前角。
刀刃傾斜切削時,隨著刃傾角的增大,依據以上兩公式所示,對刀具前角、切屑變形和切削力有如下影響:①工作前角隨刃傾角的增加而增加,切削刃可以銳利地作用于切削工件;②因為刀具的前面傾斜,切屑在橫方向也有變形,因此切削阻力增加;③相對切削刃的纖維排列方向發生變化。
作為這種關系的結果,在常用的刃傾角0°~60°之間,隨刃傾角的增加,端向切削時水平分力因為工作前角增加而降低;縱向切削時因為刃口纖維排列方向發生變化,橫向切削要素占有很大比例,因而切削阻力降低(圖2-12)。橫向切削時,由于工作前角增加,開始切削阻力降低,并隨著縱向切削比例的加大,切削力的水平分力又開始增加。其中,刃傾角再增加,刀具切削刃切削寬度增加,縱向切削力水平分力存開始顯示最小值后再度增加。也有研究結果表明在切削深度變大、切削角較小的單板時,有與上述結論相反的情況。另一方面,隨刃傾角增加垂直分力稍稍有所增加,在切削平面內,垂直于切削速度的橫向分力在任何情況下都呈增加趨勢。
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