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弧形竹片加工技术与设备研究

作　者: 李武
导　师: 张占宽
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 材料加工工程
关键词: 弧形竹片曲率半径定型弧铣机利用率干燥特性
分类号: TS959.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前竹片坯条主要是通过铣削加工成矩形竹片。由于竹片坯条自然存在着一定的曲率半径,加工成矩形竹片时,上下两弧面的加工量大,使得竹片坯条加工利用率低。同时,由于铣削量大,加工时切削能耗高、刀具磨损快,大大缩短了刀具的使用寿命。针对上述问题,本文提出了一种新的竹片加工技术——弧形竹片加工技术,加工后的弧形竹片尺寸精度高、微观结构完整、内部残余应力小,能最大程度地保留竹材原有的物理力学特性,可显著提高竹材资源利用率、减少切削动力损耗、降低产品的生产成本。本文根据竹材加工的特点,分析了弧形竹片加工的技术难点,计算了弧形竹片加工利用率,研究了弧形竹片干燥特性,制定了合理的加工工艺,并研制出弧形竹片定型弧铣机。本研究取得的主要研究结果有:(1)研究并总结了弧形竹片加工过程。竹片坯条→分组→两侧初次定宽铣削→竹黄侧一次弧形铣削→竹青侧一次弧形铣削→竹黄侧二次弧形铣削→竹青侧二次弧形铣削→竹黄侧三次弧形铣削→两侧终定宽铣削→弧形竹片。(2)弧形竹片定型弧铣机的研制为弧形竹片的制备提供了设备条件。该设备主要由机架,初定宽加工系统,竹黄弧面加工系统,竹青弧面加工系统,终定宽加工系统,物料输送系统,工件定位系统和动力传动系统等部分组成。能一次进行四面定宽定弧铣削加工。具有加工效率高,结构紧凑、操作方便、性能优良、加工精度高等优点。(3)弧形竹片加工利用率是评价弧形竹片加工技术的一项重要指标。研究表明,弧形竹片加工利用率是矩形竹片加工利用率的1.5～2.0倍。弧形竹片加工利用率随竹筒剖分份数增多而提高,随着竹筒截距增大,加工利用率降低。(4)弧形竹片干燥是弧形竹片生产中的重要环节。在初始高含水率阶段,干燥速度较快,干缩率变化较大;竹材含水率接近纤维饱和点时,干燥速度呈现逐步减缓趋势,干缩率变化较小;当含水率降至5%以下时,干燥速度较低,干缩率趋于稳定;弧形竹片在干燥过程中,除了发生干缩变形外,还会产生皱缩、开裂等缺陷。干燥温度不同,弧形竹片产生缺陷的程度也不同。当干燥温度低于60℃时,未产生明显缺陷;随着干燥温度的升高,依次发生翘曲、皱缩、开裂等现象;在弧形竹片的不同部位,存在着一定的干缩率差异,弦向竹青侧全缩率约为竹黄侧干缩率的2倍,弦向平均干缩率大于径向,竹节部位干缩率小于无节部位干缩率;由于弦向竹青侧与竹黄侧的干缩差异,导致了弧形竹片曲率半径的变化,干燥后,曲率半径由50mm变为58mm~62mm。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第一章绪论  16-27
  1.1 前言  16-19
    1.1.1 研究背景  16-18
    1.1.2 研究的目的与意义  18-19
  1.2 国内外研究现状与评述  19-24
    1.2.1 竹材加工利用的研究现状  19-20
    1.2.2 竹材加工机械的研究现状  20-22
    1.2.3 竹材干燥的研究现状  22-24
  1.3 与本论文相关的竹材构造及物理性质  24-25
    1.3.1 竹材的结构  24
    1.3.2 竹材的物理性质  24-25
    1.3.3 竹材的加工特性  25
  1.4 本论文的主要研究内容  25-27
第二章弧形竹片加工方法研究  27-36
  2.1 前言  27
  2.2 弧形竹片加工方法  27-28
  2.3 竹片坯条弧形铣削的技术难点  28-29
    2.3.1 竹片坯条的加工特点及分组  28
    2.3.2 竹片坯条的进给输送  28
    2.3.3 竹片坯条的对中定位  28-29
    2.3.4 竹片坯条的压紧  29
    2.3.5 铣削加工量的调整  29
  2.4 弧形竹片加工过程  29-35
    2.4.1 分组  31
    2.4.2 初次定宽铣削  31-32
    2.4.3 竹黄侧一次弧形铣削  32
    2.4.4 竹青侧一次弧形铣削  32-33
    2.4.5 竹黄侧二次弧形铣削  33
    2.4.6 竹青侧二次弧形铣削  33-34
    2.4.7 竹黄侧三次弧形铣削  34
    2.4.8 终定宽铣削  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章弧形竹片定型弧铣机结构设计  36-58
  3.1 前言  36-37
  3.2 主要研究内容  37-38
    3.2.1 目标  37
    3.2.2 主要技术难点分析  37
    3.2.3 相关设备调研  37
    3.2.4 设计制造与改进  37-38
  3.3 工作原理与总体方案设计  38-40
    3.3.1 技术原理  38
    3.3.2 工作过程  38-39
    3.3.3 总体方案设计  39-40
  3.4 弧形竹片定型弧铣机结构设计  40-53
    3.4.1 总体结构设计  40-42
    3.4.2 进给机构结构设计  42-44
    3.4.3 初定宽铣削机构结构设计  44-47
    3.4.4 竹黄弧形铣削机构结构设计  47-49
    3.4.5 竹青弧形铣削机构结构设计  49-51
    3.4.6 终定宽铣削机构结构设计  51-53
  3.5 弧形竹片定型弧铣机评价及技术创新点  53-56
    3.5.1 弧形竹片定型弧铣机评价  53-55
    3.5.2 技术创新点  55-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章弧形竹片加工利用率分析计算  58-67
  4.1 前言  58
  4.2 弧形竹片加工利用率  58-62
    4.2.1 竹筒相关参数及其相互关系  58-59
    4.2.2 竹筒体积计算  59-60
    4.2.3 弧形铣削后竹片截面积和体积  60-62
    4.2.4 弧形竹片加工利用率计算式  62
  4.3 弧形竹片加工利用率影响因素  62-64
    4.3.1 竹筒剖分份数对弧形竹片加工利用率的影响  62-63
    4.3.2 竹筒截距对弧形竹片加工利用率的影响  63-64
  4.4 弧形竹片加工利用率与矩形竹片加工利用率的比较  64-66
    4.4.1 不考虑加工余量时利用率的比较  64-65
    4.4.2 考虑加工余量时利用率的比较  65-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章弧形竹片干燥特性研究  67-77
  5.1 前言  67
  5.2 试验材料与方法  67-68
    5.2.1 试验材料  67
    5.2.2 试验仪器  67-68
    5.2.3 试验方法  68
  5.3 干燥温度对干燥特性的影响  68-70
    5.3.1 干燥温度对干燥速度的影响  68-69
    5.3.2 干燥温度与竹材的变形与缺陷  69-70
    5.3.3 干燥温度对干缩率的影响  70
  5.4 竹材构造对干缩率的影响  70-72
  5.5 干燥速度、含水率和干缩率对曲率半径的影响  72-76
    5.5.1 干燥温度对曲率半径的影响  72-73
    5.5.2 含水率对曲率半径的影响  73-75
    5.5.3 干缩率对曲率半径的影响  75-76
  5.6 本章小结  76-77
第六章结论与展望  77-80
  6.1 结论  77-78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-83
导师简介  83-84
在读期间的学术研究  84-85
致谢  85

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