木工刀具的分類及木質材料加工特點

木質材料的分類

通常意義的木材是指樹木的樹榦部分，又稱原木或實木，是由纖維素、半纖維素和木素等組成的天然有機高分子材料，它天然生成，紋理自然、色澤質感親切，比強度大、易於加工，隔熱、隔音性好，是傢具中不可或缺的材料。木質人造材料包括人造板材、人造方材和成型材料。木質複合材料包括木材塑料、塑化碎料板和木質複合結構板等。由於木材資源的緊缺、人類環保意識的增強以及製造技術的進步，近十年來，世界木質人造材料和木質複合材料特別是人造板工業發展迅猛。常用人造板包括：膠合板、刨花板和纖維板（低密度、中密度、高密度）。表1列出了其中幾種典型人造板的類型、用途分類和加工性能。

典型的人造板材料

人造板類型－材料組成－表面質量－邊部加工性能－用途分類－典型用途－專門用途

針葉樹材膠合板－針葉樹材單板－砂光後表面光滑－較差－結構用－屋頂板、地板、牆面板－單板層積材（LVL）、混凝土模板、船舶膠合板

闊葉樹材膠合板－闊葉樹材單板、人造板芯板－砂光後表面光滑－較差－多為非結構用－牆面裝飾板、傢具、細木工－裝飾地板

定向刨花板（OSB）－12×150mm刨花（多為楊木）－砂光後表面光滑－差－結構用－屋頂板、地板、牆面板、地板襯板－工字梁

刨花板－刨花長度＜6mm；麥秸－用細刨花時表面很光滑－良好－多為非結構用－傢具、細木工、地板襯板、樓梯踏板－無

中密度纖維板（MDF）－木材纖維，纖維束，秸稈－表面非常光滑－很好－非結構用－傢具、細木工、裝飾線條－無

木材的加工特點

國內外對木材加工性能的研究已經比較成熟。木材與金屬性質不同，它是一種典型的具有非均質性和異向性的材料，它的切削特點主要有：

（1）木材材料性質和強度因方向各異，切削時作用於木材纖維方向的夾角不同，木材的應力和破壞載荷也就不同，因而產生的切屑形態和工件表面質量也不同。例如順紋切削時，材料超前劈裂發生在刃口斜上方，易於彎曲折斷，切削表面良好；逆紋切削時，材料超前劈裂發生在刃口斜下方，不易折斷，切削表面較差。由於木材的非均質性和異向性，切削方向不同需要不同結構的刀具。

（2）木材硬度不高，機械強度極限較低，分離性好。

（3）耐熱能力較差，加工時不能超過其焦化溫度（110～120℃）。

（4）適於高速切削：木材切削速度一般在40～70m/s，最高可達120m/s，一般切削刀軸的轉速在3000～12000r/min，最高可達20000r/min。高速切削使切屑來不及沿纖維方向劈裂就被切刀切掉，可以獲得較高的幾何精度和表面粗糙度。

（5）影響木材切削性能的因素很多，不同樹種材料的物理力學性質不同，樹種、密度、含水率、木材紋理、纖維方向、年輪、溫度、力學強度等，都可能會產生不同的切削動力消耗，或發生毛刺等加工缺陷。例如文獻[3]通過銑削方式研究木材早材和晚材間過渡區域和材料密度對切削力的影響；文獻[4]通過不同木材的微觀結構、木材密度研究對刀具磨損的影響，分析表明木材石英含量和木材密度與刀具磨損沒有明顯的線性關係，指出不能單獨用石英含量和大小以及密度來解釋切削刃磨損率情況。

木質人造材料的加工特點

木質人造材料種類繁多，又涉及諸多影響因素，為對其進行系統研究帶來一定難度。目前還沒有這方面的系統深入研究報道。由於這些材料多以木材為主要原料，切削成不同形狀、大小的構成單元，再添加膠粘劑等製作而成，因此，木材的非均質性和異向性對這些材料的切削性能仍然有很大影響。國內外對其研究主要歸結為兩點：

（1）環境等其他條件對材料性能的影響。文獻[5,6]研究了不同相對濕度（65%RH和85%RH）環境下中密度纖維板、定向刨花板和刨花板這三種材料的靜力強度、硬度、疲勞壽命和蠕變的不同，結果顯示，MDF的靜力強度最大，刨花板最小，並且65%RH下三種材料的靜力強度都比85%RH下的大。另外,由於MDF的纖維比刨花尺寸小，即其材質均勻性更好，所以較高的相對濕度對OSB和刨花板的彈性模量和疲勞壽命造成地不利影響比對MDF的影響更明顯；

（2）材料性能對切削力、刀具磨損和加工質量的影響。例如，文獻[7]對MDF切削力進行了試驗，研究MDF切削力的影響因素並提出切削力計算的經驗公式；人造板的含水率、密度與切削性能有很大關係，文獻[8]通過一系列切削試驗，測量切削力和表面粗糙度，研究刀具的磨損。

用銷孔鑽對MDF的鑽削試驗研究表明：影響鑽削的因素主要有進給量，轉速和切削速度等。軸向方向切削力最大，隨著切削速度的增加，切削力增大，當切削速度達到60m/min時，切削力開始減小。MDF鑽削切屑為細小粉末，其出口和入口質量隨著鑽孔數的增加而變差，但孔徑變化很小，在鑽孔17400個後，孔徑仍未超出加工偏差。

01

木材切削加工的分類

木材切削加工是利用木工切削刀具從木材工件上去除多餘材料的加工方法。通過切削加工，使工件變成符合圖樣規定的形狀、尺寸和表面粗糙度等方面要求的零件。它一般是通過工人操縱木工機床設備進行加工的，其主要方法有車削、銑削、鑽削、打光以及拋光等,本書將著重介紹銑削和銑刀設計製造與質量檢驗方面的知識。

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木材切削加工的特點和作用

木材切削加工刀具有如下特點:

1).切削加工的精度各表面粗糙度的範圍廣泛，且可獲得很高的加工精度和較低的表面粗糙度。

2).切削加工木材零件的材料、形狀以及尺寸範圍較大，對於木製件的形狀和尺寸一般不受限制，特別是能加工出各式各樣形態優美的木線條。

3).切削加工的生產率較高，在常規條件下，切削加工的生產率一般高於其他加工方法。

4).木材在切削過程中存在著很大的摩擦力和其它切削力，因此要求刀具具有一定的強度和剛度。

因此切削加工也是木材工業中最基本、最廣泛、最重要的工藝之一，它直接影響木材工業生產的效率、成本和能源消耗等。

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木材切削加工的發展方向

近年來隨著科學技術和世界傢具業的迅猛發展，木材加工方式日趨高度的機械化和自動化，切削加工也正朝著高精度、高效率、自動化、柔性化和智能化方向發展，主要體現在以下方面：

1).木材加工設備正朝著數控技術、精密和高速方向發展。

2).生產規模由目前的小批量和單品種大批量向多品種多批量的方向發展，生產方式也由目前的手工操作、機械化、單機自動化向柔性自動化和智能自動化方向發展。

3).木工刀具也朝著高精密化、高效率、高自動化以及高耐用度方向發展.

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木材切削加工PCD刀具應用技術

目前我國常用木工刀具材料是高速鋼和硬質合金，但是在國外PCD木工刀具也逐步得到了應用,目前最主要的用途就是加工強化木地板。

在加工強化木地板Al2O3耐磨層時，切削速度可達3000m/min, ，進給量可達每分鐘20米，且加工時噪音小，PCD刀具耐用度是硬質合金刀具的200倍以上，已完全取代硬質合金刀具。其它的PCD木工刀具主要有PCD鋸片和PCD傢具成形銑刀等

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