辐射松和红橡铣削加工时木粉尘的特性研究

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木材是世界范围内重要的可再生自然资源,人们的生活离不开木材。然而,木材加工生产过程中容易产生大量的木粉尘,极大地限制木材加工行业的发展。因此,针对木粉尘特性方面的研究到了刻不容缓的地步。木质粉尘物理化学特性较为复杂,实木材料的密度、含水率、铣削方向和铣削参数等因素均直接影响粉尘的产尘量和粒径粒形,从而给木材工业除尘带来很多困扰。通过控制含水率及铣削参数等条件减少粉尘的产生是目前除尘的重要研究方向之一。本论文选用常用的辐射松和红橡为研究对象,以含水率、铣削方向、主轴转速、进给速度、铣削深度这几个影响因素为主要变量,采用高速木材复合加工中心设备进行木材铣削试验,同时,利用激光粉尘仪和粒度粒形分析仪,探索各因素对悬浮性木粉尘质量浓度及沉降性木粉尘粒径粒形的影响及分布规律。研究主要结论如下:(1)木粉尘浓度及粒径分布。距板材中心距离越远,悬浮性粉尘质量浓度越低,沉降性粉尘中值粒径越小;板材附近,粉尘质量浓度最高,中值粒径最大。因此,大多数粉尘沉降在板材附近,除尘器设置在板材附近可以使除尘效率最佳。较多细小粉尘往X轴正方向飘散,除尘罩的几何中心可往此方向上稍做偏移,或在该方向增加除尘设备,可以有效地阻挡粉尘逸出。(2)悬浮性木粉尘质量浓度。红橡悬浮性性粉尘质量浓度大于辐射松,横向铣削比纵向铣削产生的悬浮性粉尘质量浓度小。悬浮性粉尘质量浓度与主轴转速、铣削深度(大于1.49 mm)呈正相关;与含水率和进给速度呈负相关。正交试验表明,各铣削参数对粉尘质量浓度影响主效应顺序为:进给速度>主轴转速>铣削深度。因此,在保证加工质量的条件下,铣削方向为横向铣削,选用较高的进给速度,较低的主轴转速和铣削深度可以减少悬浮性粉尘质量浓度。(3)沉降性木粉尘粒径分布及粒形特征。针对粒径为0~400μm范围内的沉降性粉尘,红橡粉尘中值粒径小于辐射松;纵向铣削产生的粉尘中值粒径均小于横向铣削,粉尘长宽比、圆度、坚固度、钝度参数大于横向切削。沉降性粉尘中值粒径及粉尘长宽比、圆度、坚固度、钝度参数与含水率、进给速度、铣削深度(大于1.49 mm)呈正相关,与主轴转速呈负相关。正交试验表明,辐射松、红橡铣削过程中,各铣削参数对粉尘中值粒径的影响主效应顺序为:进给速度>主轴转速>铣削深度。进给速度对粉尘中值粒径影响最为显著,铣削深度影响最弱。因此,结合单因素试验结果,选用横向铣削,设置较高的进给速度以及较低的主轴转速可以减小粉尘中值粒径。(4)粉尘质量浓度及粒径模型。根据正交试验结果,辐射松和红橡粉尘粒径分布符合Rosin-Rammler分布。本论文通过线性回归方法所建立的粉尘质量浓度和中值粒径预测模型与实际预测数据相关性较高。
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