1.绪论
1.1前言
随着生活水平的提高，人们的消费观念越来越趋向于贴近自然，因此，对木材制品的装饰价值的要求越来越高。木材，尤其是具有美丽花纹和色泽的珍贵树种木材的用量越来越大。然而，由于人类对木质产品的特殊喜爱，需求量持续增长，从而导致了世界性森林资源的过度砍伐，天然林资源严重破坏，可开采林木资源逐年减少。特别是二十世纪七十年代后热带雨林大幅度减少，导致了自然灾害增多，人类生存环境恶化问题日益突出。为了人类自身的需要，许多国家和地区纷纷立法，限制甚至禁止砍伐林木，以保护森林资源，维护生态环境。从而使得世界木材供给总量锐减，供需矛盾日益尖锐。从“国家天然林资源保护工程”实施以来，木材供需矛盾更是日益加剧，远远不能满足经济快速发展所带来的对木材日益增长的强劲需求。以往主要靠天然林资源的木材工业不得不转向培育和利用定向经营的速生人工林。尽管人工速生林有着重要的经济效益，但由于速生树种一般径级较小，装饰价值和使用性能普遍较低，直接应用的话，很难满足市场需求。
目前在我国仅用于造纸、生产人造板等有限范围内，产品附加值低。因此，必须利用科技手段对人工速生树种木材加以改性和重组，以提高其各方面的性能，使其成为天然珍贵树种木材的补充和替代品。在这种形势下，一种以人工速生林作为基材，采用染色、模压等技术制造而成的新型材种重组装饰材便应运而生。在重组装饰材的生产中，模具起着举足轻重的作用，它决定了大部分非径切类产品的外观纹理，产品的纹理自然与否，能不能达到预期的效果，很大程度上受到模具的影响。将施胶后的板坯在模具中压合，使板坯在模具形状的作用下胶合成各种形状的重组装饰材毛方。这些不同形状的重组装饰材经后续加工后可获得预先设计的装饰纹理。因此，加强对重组装饰材纹理与模具的研究，缩短模具的开发周期，提高纹理模拟的精确性，稳定产品的质量，是新型木质复合装饰材料重组装饰材能够被迅速推广的关键。
1.2重组装饰材的特点及应用
重组装饰材是以人工林或普通树种木材的旋切(或刨切)单板为主要原材料，在不改变木材天然特性和微观物理构造的前提下，采用计算机三维模拟、单板调色、层积、模压胶合成型等技术制造而成的一种具有天然珍贵树种木材的质感、花纹、颜色等特性或其他艺术图案的新型木质装饰材料。
1.2.1重组装饰材的优良特点
重组装饰材产品在设计制造过程中不破坏木材的微观结构，保留了天然木材的一些自然属性和环境视觉的亲和力，如吸收紫外线，热传导率小，隔热隔音，给人以温暖的感觉，有一定的弹性，通过吸湿解吸来适当调节室内的湿度等，同时又使木材富有新的内涵。它和天然木材相比，具有如下特点阵:
(1)色彩丰富，纹理多样重组装饰材不仅可以模仿天然珍贵树种木材的纹理，还可根据客户的要求，对木材的色泽进行改性，并且搭配重组，制造出人们喜欢的花纹和图案，色泽更加鲜亮，纹理立体感更强，图案更加具有动感和活力，充分满足现代人们的个性化消费和需求的多样化。
(2)物理力学性能及加工性能更优越重组装饰材在结构上对天然木材进行了优化重组，克服了天然木材易翘曲变形的缺点，其密度、硬度、静曲强度和抗弯强度等物理力学性能均优于其原材料天然木材。因为其木质均匀、密度适中、加工后不易变形，故加工切削性能好，有利于实现后续加工的机械化和自动化。
(3)原料来源广泛，生产综合利用率和成品利用率高重组装饰材对原料的要求不高，原料来源广泛，价格低廉，而且可以充分利用原木旋切成的单板，将木材变圆为方，提高了木材的综合利用率;同时还可以根据不同的需求加工成所需的幅面尺寸，克服了天然木材径级的局限性。重组装饰材在生产制造过程中可以易(除天然木材的原有缺陷，克服了天然木材固有的虫孔、节疤、腐朽、色变、色差等不可避免的缺陷，其纹理和色泽均具有一定的规律性，在使用过程中很好地避免了天然木材因纹理、色泽差异而产生的切割和拼接的烦恼，可以充分利用每一寸材料。
(4)可以赋予木材多种功能重组装饰材在制造过程中可以方便的进行防腐、防蛀、耐潮、吸音、阻燃等改性处理，赋予木材各种功能，并且有利于集多种功能于一身，充分发挥木材的性能。
2重组装饰材模具的数字化设计
在重组装饰材的生产过程中，大部分非径切类产品的外观纹理是由模具的曲面形状来决定的。传统的模具制作方式是根据经验，由拟模拟的纹理形状，确定模具形状参数、单板厚度和刨切角度等参数，然后进行生产。这种方式会影响同种重组装饰材模具的一致性，导致批量化生产的产品无法达到一致，而且如果设计生产出来的模具达不到预想的效果，这个模具就失去了作用，从而造成不必要的损失。目前，随着C入D/CAM技术的发展，三维实体造型、仿真模拟、虚拟技术己成为CAD的重要发展方向，并在产品设计和制造方面引起了重大变革。用CAD/CAE/CAM软件来实现重组装饰材模具的设计和虚拟制造，可以提高模具设计的准确性，稳定产品的质量，最重要的是能够在事先观察到刨切纹理，如不满意，只需重新编辑修改，达到理想的效果后再进行模具的加工，大大降低了模具的生产成本。
2.1重组装饰材的类型
根据重组装饰材的设计素材和花纹图案的不同，可以分为两大类，一类为仿天然木材系列，其色泽和花纹图案是模拟大然珍贵树种木材的色泽和纹理设计制造的，根据装饰面纹理的不同，仿大然木材花纹重组装饰材又分为径切花纹重组装饰材、弦切花纹重组装饰材和特殊花纹重组装饰材;另外一类为艺术图案系列，是融合了人们的喜好和思想设计而成的艺术性色泽和花纹，也包括那些非木质材料所具有的花纹、图案，如花岗岩、虎皮等。
3 模具的曲面特征分析..................... 45-49
3.1 曲面的干涉分析....................45-46
3.2 曲面的最小曲率半径分析.................... 46-47
3.3 曲面的凹凸程度分析.................... 47-48
3.4 本章小结.................... 48-49
4 樱桃木树根模具的数控加工.................... 49-59
4.1 数控加工基本原理.................... 49-50
4.2 模具材料的选择.................... 50-51
4.4 模具的加工工艺分析.................... 51-52
4.5 零件程序的编制 ....................52-57
4.5.1 创建刀轨.................... 52-55
4.5.2 后置处理.................... 55-57
4.6 零件的加工.................... 57-58
4.7 本章小结 ....................58-59
5 模具及单板的有限元分析.................... 59-69
5.1 有限元分析软件ANSYS简介.................... 59-60
5.2 模具及单板的有限元分析过程.................... 60-68
5.2.1 模具及单板模型的建立 ....................61
5.2.2 定义单元类型及材料参数.................... 61-63
5.2.3 有限元模型网格的划分.................... 63-64
5.2.4 对有限元模型施加载荷.................... 64
5.2.5 计算结果输出 ....................64-68
5.2.6 结果分析.................... 68
5.3 本章小结.................... 68-69
结论
在重组装饰材花纹形状的决定因素中，模压所使用的模具形状是至关重要的，模拟人造薄木不同的花色品种和产品纹理的自然与否主要靠模具来实现。本文对不同类型的重组装饰材纹理与模具进行了数字化设计，通过改变组坯方式和刨切角度等参数对重组装饰材木方进行刨切，并选择樱桃木树根纹理的模具进行分析及数控加工，以试验来验证纹理效果。主要内容及结论包括以下几个方面:
(1)根据设计素材和花纹图案的来源不同，并结合纹理的设计方法，对重组装饰材进行分类:一类为仿天然树木系列，其色泽和花纹图案是模拟天然珍贵树种木材的色泽和纹理设计制造的，根据装饰面纹理，仿天然木材花纹重组装饰材又分为径切花纹重组装饰材、弦切花纹重组装饰材和特殊花纹重组装饰材;第二类为艺术图案系列，是融合了人们的喜好和思想设计而成的艺术性色泽和花纹，也包括那些非木质材料所具有的花纹、图案，根据影响曲面的因素，又可分为由不同曲面模具模压形成的艺术图案和加工工艺影响产生的艺术图案。
(2)本文对不同种类的重组装饰材纹理与模具进行了设计，详细描述了相关木材纹理与模具的设计过程和方法，并依托三维软件进行木方的模拟刨切，加以验证。不需加工生产，就可事先观察到木材的纹理。若不满意，可以提出修改或更新建议，重新编辑，能够方便快捷的模拟珍贵树种木材的纹理和生成艺术图案。同时，还可以在己有模具的基础上，通过改变组坯方式和刨切角度等工艺参数，得到完全不同于天然木材的纹理，形成与众不同的装饰效果，满足了人们对产品多样化和个性化的要求。为纹理数据库和模具数据库的建立打下了基础，可直接用于生产。
(3)选择了所设计的樱桃木树根纹理的模具进行了曲面特征分析，了解曲面是否有干涉现象;同时对曲面的曲率半径和凹凸程度进行分析，为模具的数控加工及后续的压力传递试验和模压试验提供依据。
(4)利用有限元分析软件对樱桃木树根纹理模具及单板进行了应力分析，得出了以下结论:模压过程中的压力对模具的影响不大，但模压后单板有较大的残余应力，容易回弹，为模具材料的选择及加工工艺的研究提供了依据。
(5)分析了樱桃木树根模具的数控加工工艺，通过UGNX4软件的CAM功能，创建操作，生成刀位轨迹，最后转换成适于机床适用的NC程序代码，并利用TZ一XK125型数控铣床对模具进行了实际的加工试验，验证了工艺的准确性。
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