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随着人们环保意识的增强,森林城市概念的推广和平原造林项目的实施,城市园林绿化面积得到显著增加。随之而来的是每年因保持树形、恶劣天气和树枝枯死等原因产生大量的园林树枝废弃物。将树枝废弃物粉碎后再利用是一种高效环保的废弃物处理方式。削片动刀是树枝粉碎机的关键部件,良好的切削性能能够提高生产效率、降低维护成本。削片动刀在切削树枝时出现磨损和崩刃(断裂)失效。为选择合适的树枝削片刀具材料,提高刀具使用寿命,本课题对9CrSi和38CrMoAl材料削片动刀的磨损失效、崩刃(断裂)失效和刀具结构参数的优化做了如下研究:(1)建立了树枝削片力学模型,分析了削片动刀的载荷情况,结果表明动刀在削片过程中承受冲击载荷与交变载荷,影响切削过程切削力的刀具结构参数有动刀后角和刀具楔角。(2)分析了失效后削片动刀的材料成分,结果表明C元素含量明显升高,树枝材料中的有机质与刀具表面发生元素互渗或化学反应。分析了失效后削片动刀的金相组织,结果表明38CrMoAl刀具渗氮层及其与基体之间的过渡层组织均匀致密,渗氮层厚度为0.1mm,其心部组织主要为回火索氏体;9CrSi刀具金相组织主要为针状回火马氏体。刀具组织均匀致密,不存在明显缺陷。(3)分析了削片动刀磨损失效的表面形貌,结果表明38CrMoAl和9CrSi材料刀具的磨损失效形式均有显微切削的沟槽与疲劳磨损的凹坑,38CrMoAl材料刀具还存在犁沟塑性变形。9CrSi材料与树枝的有机质发生化学反应,其腐蚀产物降低刀具表层与基体的结合能力,促进磨损进行。38CrMoAl材料具有良好的抗腐蚀能力和抗显微切削能力;分析了削片动刀崩刃(断裂)失效的表面形貌,结果表明9CrSi和38CrMoAl材料刀具均为疲劳断裂,9CrSi材料刀具韧性较差。38CrMoAl材料刀具比9CrSi材料刀具表现出更为良好的抵抗断裂的能力。(4)基于有限元分析方法分析了削片动刀切削树枝的过程,解决了以往将前处理、求解运算、后处理分开,分析与设计效率低的问题,同时发现了可通过在对应位置插入Commands或Input File Include以修改K文件关键字,从而使参数设置更为直观方便,提高分析效率;基于正交试验设计选择了动刀后角、楔角和宽度作为优化刀具结构的设计变量,确定了树枝粉碎机削片动刀的优化结构参数为刀具楔角44°、后角2.9°、宽度88mm,确定了各因素对削片动刀切削力影响程度从大到小依次为动刀楔角、动刀后角、动刀宽度。本文研究成果为选择合适的树枝削片刀具材料及其结构参数的改进,提高削片动刀使用寿命和粉碎效率提供一定的理论依据,对同类研究具有一定的参考价值。