中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

目的磨削作为一项木质材料精加工技术，研究木质材料磨削过程中的材料去除行为对提高磨削效率和加工表面质量具有重要意义。方法本研究设计了木质材料单磨粒磨削实验平台，采用横向划擦法，利用扫描电镜和3D轮廓仪考察了单磨粒在中密度纤维板(MDF)和红松(Pinus koraiensis)表面形成的划擦痕迹形貌，并测定了相关特征参数，分析了最大磨削深度、沟壑面积对隆起比的影响，并根据磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况，研究磨粒引起的材料变形。定义λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。结果与金属磨削过程不同，中密度纤维板和红松划擦时形成的隆起区域很小。红松横纹划擦时(λ = 90°)，被磨粒切刃横向割断的木材在试件表面形成断茬，局部接触区域发生压溃式切削。红松顺纹划擦时(λ = 0°)，隆起比集中在0~0.05，而中密度纤维板的隆起比呈现高度离散。在对红松进行横纹划擦时，法向磨削力F_n和切向磨削力F_t均呈剧烈振荡，而在中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中，F_n和F_t都近似符合正态分布，并且随着磨粒切入试件深度的不断增加，F_n和F_t均随之增大，最大值出现在最大切入深度处附近。就中密度纤维板而言，F_n大于F_t，而红松顺纹划擦时F_t略大于F_n。无论是中密度纤维板还是红松顺纹划擦时，磨粒切入试件形成沟壑后半段的综合摩擦系数略大于初期。结论红松磨削过程中，其内部的孔隙(如轴向管胞、解剖学上的植物内部腔洞等)分布和木材纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。中密度纤维板较红松而言，在磨削痕迹两侧产生较多的塑性隆起，隆起比随磨削深度、沟壑面积变化呈现高度离散。在磨粒切入试件过程中，磨粒所受的综合摩擦力是逐渐增大的。      

中密度纤维板磨削时的砂带磨损研究及寿命评判

  目的  砂带磨削作为中密度纤维板生产加工过程中必不可少的工序，直接影响着加工效率和表面质量。目前有关木质材料磨削方面的研究基础较为薄弱，多借鉴金属磨削且多以实木为研究对象，针对人造板砂带磨削的研究极少。在实际生产中，砂带的选择和更换大多依靠工人的经验判断。本研究可以为实际生产中的砂带选择和更换提供科学依据和理论支撑，促进木材加工技术和砂带制造技术向高效智能化方向发展。  方法  本研究以中密度纤维板为试验材料，测试砂带磨削时的磨削效率和表面粗糙度，结合三维形貌图和电镜图，分析砂带磨损对材料去除率和表面粗糙度的影响，并对砂带寿命做出合理预测。  结果  MDF磨削初期磨粒尖锐，材料去除率较高，但随磨粒破碎和脱落，材料去除率下降速度较快；磨削中期材料去除率趋于动态稳定，磨削后期随着磨粒进一步钝化、局部片状脱落，材料去除率再次降低。随着磨削次数增加，磨粒在持续磨损过程中逐渐钝化、顶端直径增大，在试件表面留下渐宽的磨削痕迹，试件表面粗糙度参数S_a和S_dr数值呈下降趋势，磨削前后期粗糙度参数值较分散，中期的粗糙度参数值相对集中、收敛性好。而砂带表面粗糙度参数S_a和S_ku数值在磨削前后期相对集中，磨削中期比较分散。在试验所用120目砂带的情况下，以材料去除率为评价指标时，累计磨削长度23 096 m为砂带的使用寿命终点；以磨削表面粗糙度参数S_a为评价指标时，累计磨削长度18 375 m为砂带的使用寿命终点。  结论  砂带磨损至失效大致可以分为3个阶段，磨削效率与参与磨削的磨粒尖锐度和有效磨粒数量成正比。砂带磨损对磨削表面粗糙度影响较大。磨削加工目的不同，依据不同的考察指标，砂带寿命评判结果有差异，可以通过材料去除率和表面粗糙度的变化趋势对砂带寿命进行合理预测。      

工程陶瓷高效深磨磨削力和损伤的研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮,对氧化铝和氧化锆等2种工程陶瓷进行高效深磨磨削加工.测量了磨削力,并对磨削表面形貌和亚表面损伤进行了观测.揭示了这2种工程陶瓷的高效深磨材料去除机理,氧化铝陶瓷主要为脆性去除,而氧化锆则是局部的横向裂纹和塑性去除.提出了磨粒的平均磨削力公式,讨论了磨粒的平均法向磨削力对陶瓷材料去除机理和磨削损伤的影响.     

木材单磨粒砂带磨削机理研究

基于多线性弹塑性材料本构模型和Shear Damage损伤准则,建立椴木单颗粒砂带磨削的有限元仿真模型;通过有限元模型,研究了单磨粒切削的成屑机理、切削力以及切削深度和弹性支撑对切削力的影响。结果表明:从成屑机理角度,可将单颗磨粒切削过程分为滑擦、耕犁和切削3个过程。在稳定切削阶段,切削深度对切削力的影响较大,随着切削深度的增加,平均切向切削力及其标准差均增大,但其变异系数略微减小。理想条件下,弹性支撑切向切削力的标准差比刚性支撑大44.74%,考虑外界扰动后弹性支撑切向切削力的标准差比刚性支撑小8.54%。     

水曲柳磨削的砂带磨损机理研究

目的砂带磨削是木材加工行业的一项重要工艺。分析砂带磨削过程中的砂带磨损机理及其对材料去除率、磨削表面质量的影响,旨在进一步完善木材切削理论,推动新型砂带研发制造。方法本研究以水曲柳为实验材料,通过测定磨削过程中的试件质量变化和表面形貌,就砂带磨损对试件材料去除率和表面粗糙度的影响进行分析,结合试件材料去除率、磨削过程中砂带的质量变化和表面形貌探究砂带的磨损机理,并采用灰色模型预测磨削长度与材料去除率、磨削表面粗糙度之间的定量关系。结果横纹磨削时,材料去除率整体大于顺纹磨削的材料去除率。整体而言,材料去除率与砂带质量随磨削次数的增加而不断减小,试件表面粗糙度呈先增大后减小的趋势。磨削过程中,砂带磨粒出现磨损、破碎以及脱落的现象,造成砂带质量不断减小,磨粒等高性逐渐增加。顺纹方向磨削对砂带磨粒的磨损大于横纹方向磨削。磨粒磨损程度越大,材料去除率越小。当材料去除率降低至3%时,可认为已基本达到砂带使用寿命。结论磨削过程中,等高性越差,材料去除率越高。随磨削次数增加,砂带材料去除能力不断下降,试件表面粗糙度则呈先增大后减小的趋势。均值GM（1,1）灰色预测模型的平均模拟相对误差都在20%以内,适用于水曲柳砂带磨削过程中磨削长度与材料去除率、表面粗糙度之间的预测。      

陶瓷磨削的表面/亚表面损伤

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法，本文主要对国内外在陶瓷磨削后工件表面／亚表面损伤（主要是微裂纹和表面残余应力）方面所作的研究成果进行了总结、分析和讨论，提出了一些有待研究的问题及其研究思路。同时就作者所承担项目“纳米结构材料精密磨削及其预报”研究中的临界砂轮磨粒切深（dc)和被磨工件临界损伤深度Cr(临界中位裂纹长度）的预测模型进行了分析，并建立了临界砂轮磨粒切深（dc)理论模型。     

纳米结构陶瓷(n-WC/12Co)涂层材料精密磨削的试验研究

对纳米结构陶瓷(n—WC／12Co)涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究，对常规结构陶瓷(c—WC／12Co)和n—WC／12Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验。分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮粘结剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响。结合被磨试件表面的扫描电镜(SEM)的观察，分析了n—WC／12Co涂层材料磨削的材料去除机理。     

工程陶瓷高效深磨ELID 进程控制策略初探

在一些合理假设的前提下，建立了砂轮表面磨粒分布的理想几何模型，并在此基础上，结合磨粒磨损特性和法拉第电解定律，以磨粒突出高度保持不变为目标，建立了工程陶瓷高效深磨ELID进程控制的数学模型，由此数学模型可推出ELID进程的控制策略.为确认此控制策略的效果，分别以由数学模型所确定的电解参数和指定的不同电解参数对氧化锆陶瓷进行高效深磨ELID磨削，并对比其磨削力和表面粗糙度变化状况.试验结果表明该控制策略能够解决工程陶瓷高效深磨ELID进程控制问题，实现连续稳定的磨削过程.     

40Cr超高速磨削工艺实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90~210 m/s的磨削条件下,对40Cr进行了超高速磨削工艺实验.分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响,讨论了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响.实验表明,在高速超高速磨削过程中,砂轮速度提高使得磨削力大大减小,工件表面粗糙度值下降,工件表面质量得到提高;加大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大,大大提高了磨削效率,同时也保证了工件表面质量.     

杯形砂轮精密磨削WC-Co涂层的磨削力

使用杯形砂轮进行磨削,可以获得较高的加工效率和表面质量.但由于杯形砂轮的平面磨削方式与普通外圆砂轮平面磨削存在差异,故传统的磨削力建模不适合杯形砂轮的平面磨削.为了从本质上解释杯形砂轮磨削力的各种现象,本文对杯形砂轮的磨粒切削过程进行了分析,提出了杯形砂轮有效磨削宽度的概念,分析了杯形砂轮磨削陶瓷涂层时的磨削力,建立了杯形砂轮精密磨削陶瓷涂层磨削力的理论公式.磨削力工艺试验结果验证了理论公式的有效性和正确性.     

杨木磨削力的影响因素及最佳磨削参数研究

为研究杨木磨削力的影响因素和最佳磨削参数,通过正交试验设计,研究砂带磨削杨木时磨料粒度、进给速度、磨削速度、磨削厚度对磨削力和法向力的影响,采用直观分析和方差分析研究了影响磨削力和法向力的主要因素,并采用模糊数学综合评判方法对磨削力和磨削质量进行综合评判和优化选择。结果表明:磨削厚度对磨削力和法向力的影响最大,其次为进给速度,磨料粒度和磨削速度对磨削力和法向力的影响较小;杨木的最佳磨削工艺参数为磨料粒度60目、进给速度2.5 m/min、磨削速度10.74 m/s、磨削厚度0.1 mm。      

利用森林模拟优化模型(FSOS)分析森林经营单位合理年伐量

  目的  年伐量的计算是森林经营方案编制的核心内容，合理的年伐量能指导森林可持续经营。使用公式计算年伐量的传统方法，结果偏差较大，主观性较强，局限性明显。本研究利用计算机模型来解决传统方法的弊端。  方法  基于建德市林业总场森林资源二类调查数据，使用森林模拟优化模型(forest simulation and optimization system，FSOS)进行用材林主伐方案的年伐量计算分析，并与公式法计算结果进行对比。  结果  公式法难以适应林场复杂的龄组结构，不同公式计算结果差异较大；而FSOS模型适应能力较强，计算结果准确。FSOS结果显示:全场用材林年伐面积76.35 hm2·a?1，年伐蓄积9 073.51 m3·a?1，平均采伐年龄40 a，采伐木材量109.27 m3·hm?2；在未来50 a的模拟经营过程中，年伐量呈现周期性波动，森林龄组结构变化逐渐趋于稳定，规划期末成、过熟林面积占比达40.94%，接近理想状态。  结论  FSOS模型能适应复杂的龄组结构，预测林分生长；远近结合，兼顾多目标，综合考虑林场经营的经济效益和生态效益，科学指导森林经营。图5表3参15     

砂光处理对芦苇刨花板粉末涂饰性能的影响

  目的  研究芦苇刨花板表面特性及其对于环氧聚酯粉末涂料涂饰效果的影响作用,为芦苇刨花板的粉末涂料涂饰提供理论和技术参考依据。  方法  选用环氧聚酯粉末涂料,采用静电喷涂方式涂布于砂光处理的芦苇刨花板基材表面,在130 ℃条件下固化3 min制备了粉末涂料涂饰的饰面芦苇刨花板。在表征涂料固化行为和芦苇刨花板表面性能基础上,研究了砂光处理对板材表面性能与粉末涂料涂饰效果的影响。  结果  环氧聚酯粉末涂料平均粒径为31.5 μm,在130 ℃条件下固化良好;砂光处理可以有效除去芦苇刨花板表层的预固化层和劣化物质,随着砂带目数的提高,芦苇刨花板表面的粗糙度和润湿性均有所改善,实验所选的范围内,240目砂光处理的效果最好;随着砂带目数的提高,粉末涂料在基材表面的流动性得到改善,所形成的涂层也更加平整,涂层平均厚度为125.4 μm,漆膜附着力为0级,铅笔硬度可达3H以上。  结论  芦苇刨花板基材经过80目、120目、180目、240目砂带逐级砂光处理后与环氧聚酯粉末涂料结合性能良好,外观质量较优,该方法可以用于芦苇刨花板的粉末涂料涂饰。      

表面活性剂含量对石蜡乳液改性中密度纤维板表面润湿性的影响

  目的  探究表面活性剂含量对石蜡乳液改性中密度纤维板表面润湿性的影响,为蜡基防水剂的开发及应用提供理论依据及技术参考。  方法  以58号石蜡、司盘80、吐温80为原料制备了表面活性剂质量分数分别为2%、4%、6%、8%的4组石蜡乳液,并用于对中密度纤维板试件进行常压浸渍处理。利用接触角测量仪评估中密度纤维板试件表面被水润湿和渗透的能力;通过场发射电子扫描显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱（XPS）对试件表面的微观形貌和元素组成进行表征分析。  结果  与未处理材相比,处理材的初始接触角增大,且接触角和表面液滴体积下降速率明显减慢;对处理材而言,随着石蜡乳液中表面活性剂质量分数的增加,处理材的初始接触角减小,接触角和表面液滴体积下降速率加快。FESEM和XPS结果表明:增加石蜡乳液中表面活性剂的质量分数会导致试件表面更为平滑,同时使得处理材表面的C1/C2值减小。  结论  随着表面活性剂质量分数的增加,石蜡颗粒更容易在试件表面碰撞聚集,同时生成表面活性剂分子的双层结构,处理材的表面润湿性由于表面粗糙度的降低和亲水基团数量的增多而提高。降低表面活性剂质量分数有助于降低石蜡乳液改性中密度纤维板的表面润湿性,对蜡基防水剂的开发与应用具有重要的指导意义。      

油用牡丹茎秆切割本构方程及其参数测定

  目的  油用牡丹是我国特有的木本油料树种，属于多年生小灌木，其果实采收可以采用茎秆切割的方式，而灌木茎秆切割机理研究一直是林业生产中的难点问题之一。研究灌木茎秆在不同应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对茎秆切割有着重要意义。  方法  通过准静态拉伸试验和动态拉伸试验，研究茎秆塑性变形特点，并提出以Johnson-Cook模型作为本构模型，根据模型参数的物理意义，试验拟合得到模型参数。采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了油用牡丹茎秆切割过程，并对仿真结果与试验结果进行了相关性分析。  结果  准静态拉伸试验结果表明茎秆断裂过程存在明显的应变硬化现象；动态拉伸试验结果说明茎秆断裂存在显著的应变率效应，拉伸强度随应变率增加而增加；基于试验结果拟合得到了Johnson-Cook模型作为茎秆本构方程时的材料参数值；应用这些参数的模型在茎秆切割仿真中，切割力与切割能量与试验结果对比均无显著性差异，验证了本构方程及参数测定的准确性。  结论  基于Johnson-Cook模型建立了油用牡丹茎秆切割本构方程并验证了其可靠性，为油用牡丹茎秆切割性能的数值模拟研究及采摘机割刀设计提供了依据。      

松材线虫病疫木卫生伐对马尾松纯林林分结构的影响

  目的  探讨松材线虫Bursaphelenchus xylophlius病疫木采伐对马尾松人工纯林林分结构的影响，对松材线虫病入侵后的马尾松林分的经营管理有理论和实践价值。  方法  在浙江省杭州市临安区，分别选择松材线虫病危害及周边未受害的马尾松Pinus massoniana人工纯林设置样地并进行调查。  结果  疫木卫生伐12 a后的结果表明:与马尾松纯林相比较，卫生伐之后马尾松重要值显著下降，从100.00%降至38.41%；胸径结构由正态分布变为反J型曲线；树高结构由单层林变为复层林；林木大小个体差异显著增加，两级分化显著加剧；林木分布从均匀分布变为随机分布；林木竞争压力增加，6 cm径阶林木竞争压力最大。  结论  卫生伐促使受害马尾松纯林向混交林演替的速度加快，多个林分结构指标发生了重大变化，单层马尾松同龄纯林演替为复层马尾松落叶阔叶树混交异龄林。图2表4参18     

石灰岩渣场灌木喷播技术试验

[目的]渣场环境条件下植被自然恢复极其困难.石灰岩渣场因成土母质等具有其独特性,在一般客土喷播技术的基础上,需要根据其特点探求适宜的植被恢复方法.[方法]该研究模拟渣场表面灌浆处理后客土喷播植被恢复的过程,通过后期观察植被恢复及养分流失情况,比较3种渣场灌浆深度(15、30、45 cm)的植被恢复效果,并结合技术经济效...