摘要：木质材料是一类包括木材和以木材(或其废料)为主要原料，经过机械加工、物理化学处理而得到的具有木材基本特性和主要组分的材料。本文在介绍木质材料基本特点的基础上，对木质材料加工刀具的基本结构特点、典型结构的钻头和铣刀也作了介绍。
关键词：木质材料；加工特点；刀具
我国虽然是人造板生产、家具生产和木工机械生产大国，但木工刀具制造业相对比较薄弱，耐用度高、加工质量好、适合于目前高速加工趋势的高性能木工刀具仍很紧缺，很大一部分市场份额被外资产品占有。因此了解和掌握目前木质材料加工技术研究现状，有助于我们清楚认识木质材料材质特点及其加工特性和木工刀具结构的特点，对提高我国对木工刀具的重视并进一步对其进行研究和开发、提高我国木质材料切削加工技术水平和加工效率、缩短我国与发达国家之间在这一领域的差距有重要意义。
一、木质材料及其加工特点
1.1木质材料的分类
通常意义的木材是指树木的树干部分，又称原木或实木，是由纤维素、半纤维素和木素等组成的天然有机高分子材料，它天然生成，纹理自然、色泽质感亲切，比强度大、易于加工，隔热、隔音性好，是家具中不可或缺的材料。木质人造材料包括人造板材、人造方材和成型材料。木质复合材料包括木材塑料、塑化碎料板和木质复合结构板等。由于木材资源的紧缺、人类环保意识的增强以及制造技术的进步，近十年来，世界木质人造材料和木质复合材料特别是人造板工业发展迅猛。常用人造板包括：胶合板、刨花扳和纤维板(低密度、中密度、高密度)。
1.2木材的加工特点
国内外对木材加工性能的研究已经比较成熟。木材与金属性质不同，它是一种典型的具有非均质性和异向性的材料，它的切削特点主要有：
(1)木材材料性质和强度因方向各异，切削时作用于木材纤维方向的夹角不同，木材的应力和破坏载荷也就不同，因而产生的切屑形态和工件表面质量也不同。
(2)木材硬度不高，机械强度极限较低，分离性好。
(3)耐热能力较差，加工时不能超过其焦化温度(110～l20℃)。
(4)适于高速切削：木材切削速度一般在4O一70m／s，最高可达120m／s，一般切削刀轴的转速在300O一12000r／min，最高可达2O000r／min。高速切削使切屑来不及沿纤维方向劈裂就被切刀切掉，可以获得较高的几何精度和表面粗糙度。
(5)影响木材切削性能的因素很多，不同树种材料的物理力学性质不同，树种、密度、含水率、木材纹理、纤维方向、年轮、温度、力学强度等，都可能会产生不同的切削动力消耗，或发生毛刺等加工缺陷。
1.3木质人造材料的加工特点
木质人造材料种类繁多，又涉及诸多影响因素，为对其进行系统研究带来一定难度。目前还没有这方面的系统深入研究报道。由于这些材料多以木材为主要原料，切削成不同形状、大小的构成单元，再添加胶粘剂等制作而成，因此，木材的非均质性和异向性对这些材料的切削性能仍然有很大影响。国内外对其研究主要归结为两点：
(1)环境等其他条件对材料性能的影响。在不同相对湿度(65％RH和85％RH)环境下中密度纤维板、定向刨花板和刨花板这三种材料的静力强度、硬度、疲劳寿命和蠕变的不同的情况下，MDF的静力强度最大，刨花板最小，并且65％RH下三种材料的静力强度都比85％RH下的大。另外，由于MDF的纤维比刨花尺寸小，即其材质均匀性更好，所以较高的相对湿度对OSB和刨花板的弹性模量和疲劳寿命造成地不利影响比对MDF的影响更明显；
(2)材料性能对切削力、刀具磨损和加工质量的影响。人造板的含水率、密度与切削性能有很大关系，通过测量切削力和表面粗糙度，研究刀具的磨损。
二、木质材料加工钻头和铣刀的结构特点
2.1木质材料加工刀具基本结构特点
木质材料的切削方向不同时需要不同结构的刀具。刀具楔角(前刀面与后刀面的夹角)小：木材强度比金属小得多，因此，其切削过程中，由于切削力的作用，木材首先发生变形，然后分离并排除切屑，切削的分离力所占的比例大，刀具的锐利程度对分离力的影响很大。所以小楔角利于木材分离。
2.2钻头
木材加工行业钻头的用量很大，主要用于加工各种盲孔、通孔和挖掉缺陷(节子)等。一般用45钢做刀体，硬质合金做刀刃，铜银钎焊而成。按照合金刀片焊接的形式可分为镶片式和整体式，镶片式只有刀头为硬质合金，整体式刀头和螺旋槽是一整体硬质合金棒，焊接和刃磨技术要求较高。
2.3铣刀
木质材料加工用铣刀主要用于在铣床、镂铣机及各类加工中心上，加工成型表面、榫槽、封边等，转速1～2万r／min。按结构形式分为以下三类：
(1)整体式铣刀：一般用45钢做刀体，硬质合金做刀刃，铜银钎焊而成。刀片突出刀体1～1.5mm，后角1O0～150，前角250～350。这种铣刀用钝后一般刃磨其前刀面，重磨多次后其切削圆直径将逐渐变小，并且线型弧度会随之改变，因而影响加工质量。所以整体式铣刀适于加工不需配合的线型。封边机所用的封边刀属于这一类型。
(2)装配式铣刀：其刀片一般为正多边形，直接用螺钊安装在刀体上，并可转位使用。刀片使用变钝后，把刀片转到另一个刃(即刀片的另一边)，即可继续使用。这种铣刀经调整、更换或维修后仍可保持初始轮廓形状不变，因而提高了加工质量，另外还可用同一刀体，通过配备不同线型的刀片来满足不同型面的加工要求。
(3)组合式铣刀：整体式和装配式铣刀都可以组合成组合式铣刀以加工不同型面。例如，单片指接刀组合使用可加工指榫。指榫拼接牢固、通用性好，是充分利用木材原料的重要手段。可根据材料宽度和拼接松紧要求调整刀片数量、切削深度。这种刀片一般标准化批量生产。
三、本质材料加工刀具磨损
3.1机械擦伤磨损
机械擦伤磨损由木质复合材料中的硬质颗粒或凸出物使刀具材料迁移所造成。细胞壁、树脂、矿物质(如石英砂等)、节子、胶合材料等，都可能成为机械擦伤磨损的硬质点。通常认为：机械擦伤磨损是磨料在刀具表面滑过，产生擦伤或微切削，结果在刀具表面形成擦痕或犁沟的过程。判断机械擦伤是否为刀具的主要磨损机理，除了考虑刀具材料特性，还要考虑工件的化学性质和含水率。
3.2腐蚀磨损
硬质合金刀片在切削某些木质材料时易生成挥发的氯化物。硬质合金刀具中的钴元素会被有机弱酸中的氢离子夺去电子形成金属离子，然后多元酚化合物会与离子发生鳌合反应，生成疏松的鳌合物。可见，有机弱酸和多元酚化合物对刀具材料的腐蚀是逐步进行的，最后生成金属鳌合物覆盖在刀具表面。对于硬质合金刀具，钴是不可缺少的粘结相，一旦钴被腐蚀，生成的鳌合物在机械擦伤磨损作用下很快被磨耗，造成刀具材料被严重磨损。
木质材料与我们的生产和生活有着密不可分的联系，其加工技术对我们国家建设和提高人民生活水平有着不可忽视的地位。随着木工机械高速化与自动化的发展趋势，木质材料切削加工有良好的发展趋势与前景。■
参考文献
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