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木制铅笔加工刀具的工作性能研究

作　者: 刘逸群
导　师: 温建民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 木工刀具 切削力 切削温度 有限元模拟 优化设计
分类号: TS951.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


我国铅笔制造业始终徘徊在低档次粗放型阶段,与国外先进水平相比,落后主要表现在生产设备自动化程度不高、工艺及产品质量稳定性较差等方面。木制笔杆成型刀具是铅笔制造设备中最关键的部分,刀具性能直接影响着笔杆质量、生产效率及生产成本。本文以威海市科技攻关计划项目《木制铅笔加工用高性能刀具的开发研制》为依托,旨在通过科学研究和技术创新来解决我国木制铅笔生产设备的瓶颈问题,从根本上解决当前制笔行业普遍面临的笔杆刨削刀具性能低、生产效率低等技术难题,从而大幅度提高制笔企业的生产效率和产品质量。研究成果将会在制笔行业以及整个木工机械行业中形成巨大的经济效益。木材切削过程十分复杂,本文在深入研究木材切削与刀具原理的基础上,综合传统经验理论与现代分析方法,提出了木材力学性能的三点基本假设,提出了木材切削力计算的理论分析法及经验公式法,设计了切削力试验对两种方法的准确性进行了验证,为数值模拟提供基础。根据温度场解析法对刀具温度场分布以及前刀面平均温度进行定性分析,建立了符合木材切削实际状况的半无限大物体静止的连续作用面热源的温度场分布。利用Pro/E建立了刀具的三维实体模型,并基于ANSYS软件平台对刀具的应力场及温度场分布进行了模拟仿真,得到较为准确的应力、变形及温度分布云图,为刀具几何参数优化提供了支持。从木材性质、刀具几何参数、刀具材料、前后刀面性质以及切削条件等方面分析了各因素对刀具应力场及温度场分布的影响。通过改变刀具前角、材料及结构进行了一系列仿真实验,实现了对刀具几何参数的优化,提出了刀具设计制造的最佳参数范围,得到了一些可供工程应用的有效结论。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景及产业化前景  8-9
    1.1.1 课题来源及背景  8-9
    1.1.2 现实意义及产业化前景  9
  1.2 国内外研究现状分析  9-14
    1.2.1 木工刀具磨损及耐磨性  9-11
    1.2.2 木工刀具材料  11
    1.2.3 刀具参数及切削条件  11-12
    1.2.4 切削过程的有限元分析  12-13
    1.2.5 国内外制杆刀具对比  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第2章 木材切削基本理论  15-25
  2.1 木材加工特点  15-18
    2.1.1 概述  15
    2.1.2 木材强度  15-16
    2.1.3 切削方向  16-17
    2.1.4 切屑形态  17-18
  2.2 木工刀具角度  18-19
  2.3 木工刀具材料  19-21
  2.4 木工刀具磨损机理  21-22
  2.5 木材力学特性的假设  22-23
  2.6 木材的本构模型  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第3章 切削过程应力场分析  25-39
  3.1 切削应力与应变  25
  3.2 切削力与切削阻力  25-28
  3.3 切削力的计算  28-33
    3.3.1 理论分析法  28-29
    3.3.2 经验公式法  29-31
    3.3.3 笔杆成型刀具切削力计算  31-33
  3.4 切削力测量试验  33-35
    3.4.1 试验设计  33
    3.4.2 结果分析  33-35
  3.5 刀具应力场分析  35-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章 切削过程温度场分析  39-51
  4.1 切削热与切削温度  39
  4.2 热传导微分方程的建立  39-42
  4.3 温度场的解析法分析  42-46
    4.3.1 瞬时点热源温度场  42-43
    4.3.2 连续作用点热源温度场  43
    4.3.3 静止的连续作用面热源温度场  43-46
  4.4 前刀面接触区平均温度理论分析  46-48
  4.5 刀具温度场分析  48-50
    4.5.1 热流密度的计算  48
    4.5.2 刀具温度的有限元分析  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 关键因素分析及优化  51-59
  5.1 木材性质的影响  51-52
  5.2 刀具参数的影响  52-54
  5.3 切削条件的影响  54-56
  5.4 刀具参数的优化  56-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 其他轻工业、手工业 > 文教用品制造工业 > 笔 > 铅笔
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