第9章、木材切削原理與刀具之旋切及旋刀

第九章、旋切及旋刀主要內(nèi)容：

1、單板旋切原理(了解)2、旋切過(guò)程中主要角度參數(shù)及變化（難點(diǎn)掌握）

3、旋刀及壓尺的典型結(jié)構(gòu)與安裝（重點(diǎn)掌握）修改時(shí)間－2006.10.2411/22/20231《木材切削原理與刀具》課件第一節(jié)、旋切原理一、概述：旋切主要是用來(lái)生產(chǎn)單板的，而單板是厚度均勻的薄片木材，是膠合板的主要原材料。目前，生產(chǎn)單板的主要方法有：旋切、刨切、鋸切三種。旋切主要用來(lái)生產(chǎn)厚度較薄或中等厚度的單板。生產(chǎn)率高但生產(chǎn)過(guò)程中由于單板反向彎曲而存在單板背面裂隙。刨切單板主要生產(chǎn)厚度較薄的單板，但生產(chǎn)率低。多用于飾面用的薄單板或微薄木。鋸切單板單板幾乎不變形，生產(chǎn)質(zhì)量高，但效率低，出材率也低。多用于復(fù)合地板、集成材的表板11/22/20232《木材切削原理與刀具》課件一、概述：（旋切單板）11/22/20233《木材切削原理與刀具》課件一、概述：（鋸切單板）11/22/20234《木材切削原理與刀具》課件一、概述：（刨切單板）11/22/20235《木材切削原理與刀具》課件二、旋切曲線（旋切運(yùn)動(dòng)學(xué)）旋切時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是木段的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是旋刀的等速直線運(yùn)動(dòng)。為了獲得連續(xù)的帶狀等厚單板，要求在旋切時(shí)木段的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和旋刀的直線運(yùn)動(dòng)必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，保證單板厚度等于每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。11/22/20236《木材切削原理與刀具》課件旋切機(jī)11/22/20237《木材切削原理與刀具》課件運(yùn)動(dòng)關(guān)系：11/22/20238《木材切削原理與刀具》課件旋切曲線極坐標(biāo)方程：（刀具由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A’點(diǎn)）

Ф＝ωt

(ω－木段回轉(zhuǎn)的角速度ω＝2πn/60;n－木段的回角速度r/min；t－時(shí)間)

水平方向：x＝Vf*t(Vf——旋刀的進(jìn)給速度mm/sVf＝S×n/60S——單板的厚度mm)

11/22/20239《木材切削原理與刀具》課件旋切曲線：

X=Vf*t＝S*n/60*Ф/ω＝S*n/60*Ф/2πn/60

＝S/2π*Ф

＝a*Ф根據(jù)三角形得：R2＝a2Ф2+h2式中：

R——木段的瞬時(shí)半徑（mm）

a——極次法距或漸開(kāi)線的基圓半徑（mm）a＝S/2π

Ф——極角，是由ox方向算起逆時(shí)針的角度。

h——裝刀高度(mm)11/22/202310《木材切削原理與刀具》課件旋切曲線：R2＝a2Ф2+h2當(dāng)裝刀高度h＝0時(shí)：

R2＝a2Ф2

即：R＝aФ

旋切曲線是阿基米德螺旋線當(dāng)裝刀高度h<0或h>0時(shí)：旋切曲線是圓的廣義漸開(kāi)線。當(dāng)裝刀高度h＝?a時(shí)：旋切曲線是圓的漸開(kāi)線。說(shuō)明：當(dāng)h＝0時(shí)，R＝aФ，?R＝S＝a(Ф2-Ф1)

＝a2π(常數(shù))11/22/202311《木材切削原理與刀具》課件第二節(jié)、旋切過(guò)程中的主要角度參數(shù)及其變化：一、旋切過(guò)程中的主要角度參數(shù)：（一）楔角β楔角俗稱研磨角，它是旋刀前面與后面間的夾角，以β表示。楔角的大小，主要是根據(jù)旋刀的材料、單板的厚度、樹(shù)種、含水率及其溫度等參數(shù)來(lái)確定。在膠合板生產(chǎn)中，為了能旋切出優(yōu)質(zhì)單板，在保證旋刀強(qiáng)度足夠的前提下，應(yīng)盡可能地減小β角的數(shù)值，通常β=18°～23°。當(dāng)其它條件相同時(shí)，旋切硬質(zhì)木材和厚單板時(shí)，β值應(yīng)取較大值。11/22/202312《木材切削原理與刀具》課件國(guó)內(nèi)旋切常用樹(shù)種的旋刀β值樹(shù)種松木椴木水曲柳楊木樺木β值（°）18~2118~1920~2217~1819~2011/22/202313《木材切削原理與刀具》課件（二）切削角δ

切削角是通過(guò)旋刀刃口相接觸的木段表面的切線AT與旋刀前面之間的夾角，以δ表示。切削角對(duì)加工質(zhì)量的影響很大，單板旋切下來(lái)以后，由彎曲狀變成伸直平板狀，而且是反向彎曲，切削角越大，彎曲的程度就愈大，單板背面出現(xiàn)裂縫的可能性了就越大，因此，減小切削角就能減小背面裂縫的出現(xiàn)。旋切過(guò)程中，木段的直徑逐漸減小，而單板切下瞬間的曲率則越來(lái)越大，即切下單板出現(xiàn)裂縫的可能性相應(yīng)增加，所以，切削角應(yīng)隨木段直徑的減小而減小?！夕?∠β+∠а，由于旋刀的楔角β在研磨后為一定值，而且較小，若再減小將會(huì)明顯地降低刃口的強(qiáng)度，因此，在旋切過(guò)程中要想減小切削角，只有靠減小后角來(lái)實(shí)現(xiàn)。11/22/202314《木材切削原理與刀具》課件（三）后角α為了保證旋切質(zhì)量，后角的大小要適當(dāng)。后角過(guò)大時(shí)，若楔角不變，則切削角也大，單板出現(xiàn)拉裂和裂縫的可能性就大；同時(shí)，由于后刀面與木段的接觸面積減小而引起刀架振動(dòng)，刀刃就易于切入分開(kāi)線以下的木材中，造成單板厚度不均勻（如成波浪狀變化），故以后角小一些為宜。又由于接觸面積與木段直徑有關(guān)，木段直徑越小，接觸面積越小，因此，為了保證必要的接觸面積，后角應(yīng)隨木段直徑的減小而減小。TV11/22/202315《木材切削原理與刀具》課件后角小，雖然可以減小單板出現(xiàn)裂縫的可能性，但是，如果過(guò)小，則旋切刀后面與木段的接觸面積過(guò)大，對(duì)木段的壓力增大，這樣，不僅會(huì)造成過(guò)大的摩擦損失，而且且使木段彎曲，木段直徑越小，彎曲越嚴(yán)重，從而也會(huì)造成單板厚度不均勻，甚至使木段了生局部劈裂（單板可能成瓦楞板）。TV11/22/202316《木材切削原理與刀具》課件木段徑級(jí)與后角的關(guān)系:在旋切過(guò)程中，為了保證旋切質(zhì)量，后角的大小要恰當(dāng)；為了保證正常的旋切條件，還要求后角必須隨木段直徑的減小而減小。

木段徑級(jí)（mm）260-300320-420400-600620-800后角（°）

0.5-11-22-33-411/22/202317《木材切削原理與刀具》課件（四）補(bǔ)充角ε和旋切角K

補(bǔ)充角ε是切線AT和鉛垂線AV之間的夾角，以ε表示。旋切角是過(guò)卡軸中心的水平面與旋刀后面之間的夾角，以K表示。TV11/22/202318《木材切削原理與刀具》課件

.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化由于旋切曲線不是圓弧曲線，所以旋刀的工作后角（即運(yùn)動(dòng)后角）和其靜止?fàn)顟B(tài)的后角即裝刀后角并不相等。旋切過(guò)程隨著木段直徑的減小，旋刀的工作后角是否變化，如何變化，主要視裝刀高度和刀架類型而定。

1、當(dāng)裝刀高度h=0時(shí)：式中：αG—工作后角；αz--裝刀后角：αB--補(bǔ)充角。11/22/202319《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化裝刀高度h=0時(shí)的旋刀工作后角與補(bǔ)充角的關(guān)系11/22/202320《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化

由此式可見(jiàn)，隨著木段直徑R的減小，補(bǔ)充角αB增大，工作后角αG減小。工藝上也是這樣要求的。雖然如此，但這種情況下，工作后角的改變有限，例如：

當(dāng)

R=300mm,s=1.5mm,αZ=5°時(shí)，

a=s/2π=1.5/2π=0.2387,αG=5°-arcsin(0.2387/300)=4.955°由圖可見(jiàn)，補(bǔ)充角可表示為如下公式：11/22/202321《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化而當(dāng)R=60mm時(shí)，

αG=5°-arcsin(0.2387/60)=4.487°

工作后角的減小幅度只有10%。11/22/202322《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化2、當(dāng)轉(zhuǎn)刀高度h

0時(shí)：

h

0時(shí)的旋刀工作后角與補(bǔ)充角的關(guān)系11/22/202323《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化

在其他條件相同裝刀高度h

0時(shí)，補(bǔ)充角由兩部分組成。旋刀的工作后角可表示為如下公式：

αG=αz-αB=αZ-(arcsina/R+arcsinh/R）

設(shè)h=1.5mm，

則αG由R=300mm時(shí)的4.669°到R=60mm時(shí),αG=1.679°，減幅達(dá)64%。11/22/202324《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化3、當(dāng)h=-a時(shí)，αZ=αG,補(bǔ)充角為0，工作后角始終不變（這是一個(gè)臨界情況）。

h=-a時(shí)的旋刀的角度11/22/202325《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化4、當(dāng)-a∠h∠0時(shí)，

αG=αZ-arcsin(a/R),情況和h=0時(shí)一樣。當(dāng)-a∠h∠0時(shí)的旋刀角度11/22/202326《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化

由以上幾種情況的分析來(lái)看，裝刀高度不同，旋刀工作后角隨木段直徑的變化情況不同。實(shí)際操作時(shí)只能控制裝刀高度，可控程度有限。為此，現(xiàn)代旋切機(jī)都設(shè)計(jì)有輔助滑道，通過(guò)調(diào)整輔助滑道的傾斜角，可控制工作后角也隨木段直徑減小而減小，從而可在更大程度上控制旋刀工作后角的變化11/22/202327《木材切削原理與刀具》課件

帶水平主滑道和傾斜輔助滑道的旋切機(jī)刀架11/22/202328《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化

說(shuō)明：①旋刀刀尖可繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；②AB=L不變；③B可繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，初始裝刀后角靠B點(diǎn)繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)；④B點(diǎn)平行于輔助滑道運(yùn)動(dòng)；A點(diǎn)平行于主滑道運(yùn)動(dòng)；⑤旋刀與AB剛性聯(lián)結(jié)，夾角不變；⑥當(dāng)B點(diǎn)移至B1點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)移至A1點(diǎn)，裝刀后角變小。變化強(qiáng)度與μ有關(guān)。11/22/202329《木材切削原理與刀具》課件4.旋切過(guò)程旋刀角度的自然變化

在AB=L,ε,μ,和裝刀高度h及旋刀楔角β都一定的情況下，裝刀后角從木段R變到R1時(shí)的變化量可表示為：

Δαz=Δδz-β旋刀工作后角的計(jì)算仍如前述。有些工藝手冊(cè)上有帶輔助滑道刀架（第二類刀架）璇璣的工作后角隨木段直徑變化的圖表可供選擇。11/22/202330《木材切削原理與刀具》課件5.旋刀與壓尺的安裝和單板的壓榨率在旋刀上方安裝壓尺的目的，一是為了防止木段的超前開(kāi)裂，二是為了擠壓出單板中一部分水分，有利于縮短單板干燥時(shí)間并節(jié)約能源。設(shè)單板的名義厚度為S,經(jīng)過(guò)壓榨后的單板厚度為S0(刀門(mén)寬度)，單板壓榨率為：壓榨率為單板旋切的重要工藝參數(shù)，它與樹(shù)種、蒸煮溫度有關(guān)，如椴木的壓榨率10-15%，水曲柳的15-20%。11/22/202331《木材切削原理與刀具》課件5.旋刀與壓尺的安裝和單板的壓榨率

除刀門(mén)寬度S0外，壓尺的另一個(gè)重要安裝參數(shù)為刀門(mén)高度,其中：式中：δ—裝刀時(shí)的切削角（δ=α裝+β）；

σ—壓尺前面與旋刀前面之夾角，不同機(jī)床有不同規(guī)定，例如上海造紙機(jī)械廠生產(chǎn)的旋板機(jī)次角70度。11/22/202332《木材切削原理與刀具》課件5.旋刀與壓尺的安裝和單板的壓榨率樹(shù)種單板厚度壓榨率壓尺安裝參數(shù)(mm)S(mm)Δ%刀門(mén)寬度S0

刀門(mén)高度h0

楊樹(shù)椴木1.0050.950.301.20101.020.301.50151.270.352.00181.650.402.50221.950.5011/22/202333《木材切削原理與刀具》課件裝刀高度的測(cè)量：11/22/202334《木材切削原理與刀具》課件二、旋刀和壓尺的結(jié)構(gòu)（一）、旋刀：1、材料：一般為兩種材料，刀體采用15#低碳鋼或同等材料的鋼板，刀刃材料采用合金工具鋼9SiGr、6CrW2Si或同等性能以上的材料。刃口處理硬度HRC57－62。2、刃口直線度：

1.0mm/<2300mm；2.0mm/>2300mm；寬度上不大于0.08mm。3、常用規(guī)格：

L＝1050～2750mmB＝150～180mmS=15（16）17mm

β＝18－23°

（出廠20±2o）11/22/202335《木材切削原理與刀具》課件4、旋刀結(jié)構(gòu)：常用旋刀的結(jié)構(gòu)11/22/202336《木材切削原理與刀具》課件4、旋刀結(jié)構(gòu)：特殊旋刀的結(jié)構(gòu)11/22/202337《木材切削原理與刀具》課件5、旋刀外形：11/22/202338《木材切削原理與刀具》課件（二）壓尺：1、壓尺的作用