中国是竹材资源大国之一,竹材加工利用已成为中国林业产业四大朝阳产业之一。竹材切削加工在竹材加工利用中占有重要地位。切削加工直接关系到动力消耗、加工成本、竹材利用率和制成品的质量。 本文综合运用了信号分析、高速摄像、显微测量等技术手段,在生物材料切削理论的基础上,针对竹材构造及物理力学性能,以产量与开发利用量最大的毛竹(Phyllostachys pubesens Mazel ex H.de Leh)为对象,从理论与实验两方面研究了竹材物理性能、切削参数在不同切削方向对切削力的影响及对切削质量的影响。目的在于探明竹材物理性能、切削参数对切削力与切削质量的影响规律,得出相关关系数学模型,以期达到节约能源、降低成本、提高制成品质量的目的。本研究获得以下几点主要结论: 1.得出了竹材密度、含水率对切削力影响的规律,得出了相关关系数学模型。切削力与竹材密度呈正相关关系;在竹材纤维饱和点含水率之前,切削力随着含水率的增加而增加,在纤维饱点之后,随着含水率的增加,切削力略有下降。端面、径向与横向切削切削力明显不同。 2.首次提出了竹材切削过程表面剥落现象及机理。纵向切削时,竹材表面出现坑状剥落。横向切削时,竹材表面出现沟状剥落。随切削过程的进行,竹材出现微小裂纹的扩展方向和部位不同,沟状剥落形成三种不同的形态,本文对其进行了命名。 3.根据竹材明显的各向异性的特点,本文对纵向切削与横向切削质量进行了对比研究。由于纵向切削产生的坑状剥落对表面的破坏程度远小于横向切削产生的沟状剥落对表面的破坏,横向切削表面质量与形成的屑片质量较差。 4.得出了竹材密度、含水率对竹材切削质量的影响规律,得出了相关关系数学模型。由于制成品的不同,本文所述切削质量包括切削表面质量及屑片质量两个方面的内容。分别以竹材密度及含水率为变量,从定性和定量两个角度研究了其对切削表面及屑片质量的影响。研究发现,随着竹材密度的增加,切削质量提高。随着含水率的增加,表面剥落现象消失,但含水率过高,切削表面出现拉毛现象。随含水率的增加,屑片形态和质量均有所提高。 5.得出了切削厚度与刀具前角这两个切削参数对切削质量影响的规律,得出二者关系的数学模型。研究发现,切削厚度较大时,超前劈裂与表面剥落更易发生,使得切削表面质量下降。小前角刮削与大前角铲削均可提高切削表面质量,但小前角切削时,屑片的弯曲变形较大,质量较差。