第三章单板和薄木制造

第三章单板和薄木制造,薄木制造的方法一般有三种：旋切、刨切、锯切，应用最多的为旋切。l旋切圆形的木段得到的薄木一般称为单板，主要用于胶合板生产。l刨切的薄木主要用于装饰l锯制薄木,出材率较低,本章主要内容,第一节旋切的基本原理第二节单板的质量第三节旋刀和压尺的安装第四节单板的出板率第五节旋切机和前后工序的配合第六节刨切薄木,T3-1,第一节旋切的基本原理,木段作定轴回转（或作回转运动的同时瞬时回转中心作定向直线运动），旋刀作直线进给运动（或固定不动）时，旋刀的刀刃基本平行于木纤维，而成垂直于木材纤维长度方向的进给二者运动之间有着严格的运动学关系，必须保证旋刀切下连续的带状单板。,单板的厚度等于木段回转一圈,刀架的进刀量为了获得光滑平整、厚度均匀的单板，在旋切时应把握下述几重要参数。切削速度旋刀的位置压尽相对于旋刀的位置等。,双卡轴旋切机,相关概念,单板veneer圆旋切、半圆旋切、刨切或锯制方法生产的薄片状木材松面looseside在旋切或刨切过程中，单板与刀接触的一面，此面因受反向伸张而常产生旋切或刨切裂隙,一主要角度参数,未加压尺的木段的旋切示意图角度的测量（一）旋刀的研磨角值的大小，根据刀身材料的种类、旋切单板的厚度、木材的树种及其温度和W等来确定。,为了要得到优质单板，应尽可能减小值。胶合板生产中，一般采用1823其它条件相同时，旋切硬质材料、厚单板、硬节子多时，应当采用较大的值。我国常用的值松木20-23椴木18-20水曲柳20-21,微楔角,为了提高旋切质量和旋刀的使用寿命，采用了研磨微楔角的旋刀，其研磨角可为19,其微楔角可为单面或双面，其值约为2530,（二）后角和切削角,后角和切削角在旋切时具有重要的意义。旋切时值是不变的。当木段直径改变时，为了保证旋切质量，值的大小要适当。,1值过大,在单板离开木段的瞬间，单板发生伸直，并向反向弯曲时弯曲变形过大，这时单板的背面（朝木段的一面）更容易产生裂缝；同时刀架发生振动，旋刀撕下木材纤维，使单板表面不光滑（松面）单板成为瓦楞板，节距约为10mm左右。,2值过小,旋刀后面和木段表面的接触面积增大，产生较大的压力，导致木段劈或弯曲，尤其是小径积的木段更容易弯曲单板厚度在变化，节距约为300mm或更大。,3后角大小的实质,1）实质是反映旋刀的后面和木段表面的接触面的大小，其值表示木段对旋刀支撑力的大小。支撑力小，则旋刀在旋切时稳定性差，将会发生震动。支撑力大，虽然旋刀稳定好，但对木段推力大，使木段向外弯曲变形，旋切质量差。,为了给旋切过程一个稳定的状态，在旋切过程中，旋刀和木段表面的接触宽度应基本保持在一定的范围，一般硬材为23mm，软材为34mm,2）变化范围,同一直径下，后角大的比后角小的接触面宽度小。后角值应随着主旋切木段的直径的变小而减小后角的变化范围在13度之间较好；直径大的，后角可为34，直径小时可为1，甚至为负值,依据木材树种、旋切单板的厚度等来决定，目的是保持一定的接触面，保证旋切的质量直径300030-200直径300-800200-300,（三）补充角,tg=(a+h)/(r2-h2)1/2即：a-阿基米德螺旋线的分割圆或渐开线的基圆半径a=s/(2)s-旋切单板厚度（mm）h-旋刀刀刃距卡轴轴线水平面的垂直距，低于水平面时为负值，高于水平面的为正值（mm）r-旋切过程中木段瞬时半径（mm）,补充角（当旋切单板厚度为1.5mm）的变化与刀刃高度h和木段瞬时半径的关系见表32补充角为正值时，表示CP线在铅垂线CM的右面（即旋刀所在的象限）为负值时，CP线在CM左边（即木段所在的象限）。,二旋切运动学,在旋切过程中，旋刀的刃口在木段横断面上所走过的轨迹，称为旋切曲线（一）设计旋切机运动学的依据旋切的目的是要求得到厚度均匀的优质连续单板带，像纸圈展开一样。目前在两种运动轨迹符合要求,1阿基米德螺旋线,其基本公式为XacosY=asin从木段上旋出的单板名义厚度即为该曲线在X轴方向上螺线各节的螺距(2=2+1)S=x=a2cos2a1cos1=a(2+1)cos(2+1)-a1cos1=2acos,2圆的渐开线,Xacos1+a1siny=asin1a1cos1式中：1发生线至坐标中心点之间垂线与轴之间夹角,旋刀是沿着平行于x轴方向作直线运动，故其轴方向上渐开线各点的节距，即为单板的名义厚度。X=|2asin1|若要为恒值(S=2a)，则1必须为n+270，因此y=asin270-acos270=-a=h,两种曲线的特点,在旋切过程中，旋刀相对于木段的后角（切削角），或旋刀后面与铅垂面之间的夹角，应随着木段的直径的减小而自动减小，而h=-a=-s/2之值是依s值改变而改变，故旋切的回转中心也应相应地变化，旋切机较复杂,与此相反，阿基米得螺旋线则是比较理想的，不管单板的名义厚度怎样变化，h值总为，旋刀的回转中心线是不必改变的。因此，它被作为目前设计旋切机旋刀与木段之间的运动关系的理论基础。,（二）实际旋切时的运动轨迹,在生产中，旋刀刀刃安装高度h不一定同卡轴中心线在同一水平面。h0此时旋切曲线近似于阿基米得螺旋线h=0为阿基米得螺旋线0h-a为伸长了的渐开线h=-a为渐开线5.h-a为缩短了的渐开线,三旋切力学,木段在旋切机上被旋切成单板时，作用在木段上的力基本上可分为旋刀的作用力压尺的作用力卡头的作用力压辊的作用力,（一）旋刀的作用力,将旋刀对木段的作用力进行分析如下：P1旋刀前面对已旋好单板的作用力P2切削力P3旋刀后面对木段的压力,1P1可称为劈力,1）在P1的作用下，旋切时产生超前裂缝使单板同木段分离，不是按旋切轨迹进行而是不规则的劈裂，木纤维不是直接被旋刀切断分离，而是先撕裂，后切断。结果背面是凹凸不平的，而正面仅有凹陷。,2）在P1的作用下，背面产生大量的裂缝单板由自然状态（正向弯曲）变到反向弯曲，使单板的内部产生了较大的内应力。由于木材的横纹抗拉强度低，结果在背面产生了大量的裂缝，降低了单板的质量,2P2为切削力,在该力的作用下，从木段上切下了单板。影响切削力大小的因素很多，例如，木段的温度、木材的密度、切削条件（h值、值、值、单板厚度、刀刃状态等）、木材的结构等等。,切削力计算,P2kL式中：k单位切削力NCML木段长CM根据试验，在一般树种和常用单板厚度时，单位切削力k约为100200N/cm。,3P3为压木段力,要保证正常切削，该力必存在，应尽量使其稳定。影响该值的因素很多，但以旋切条件影响较大。在正常的旋切条件下，刀刃锋利进，P30.2P2刀钝时，P3（0.8-1.0）P2,旋刀对木段的总作用力R1,R1=P1P2P3，T3-5当未使用压尺时，R1可能在第一象限。在这种情况下，木段与旋刀是相吸的，当变小时，刀钝情况下，R1可能在第二象限。,（二）压尺的形状和作用力,1压尺的作用1）避免旋切时发生劈裂现象压尺对单板和木段有一个压力（由于木材是弹塑性体，这个压力是一个合力）。应该使压尺的作用力的作用线通过旋刀的刀刃，这样才可防止由于旋切作用力P1所引起的劈裂现象,2）减少单板背面的裂缝,另外，由于单板被压缩，其横纹抗拉强度有所增加，这样对于减少单板背面的裂缝是有益的。,3）缩短单板的干燥时间,同时从单板时挤出一部分水分，可缩短单板的干燥时间。,2压尺的类型,两大类型:接触型压尺非接触型压尺,1）接触型压尺,可分固定式压尺（圆压棱压尺、斜面压棱压尺）和辊柱压尺固定压尺是由厚度为1215mm，宽5080mm的钢板条制成。研磨角来确定。（1一般为45）,圆压棱压尺的压棱半径为0102mm，压尺研磨角通常为4550斜面压棱压尺的断面形状如T36（2），由斜面压棱的宽度H及斜棱的,H（152）S2180（1+），一般为85式中：切削角压尺和旋刀之间的夹角1压尺的压榨角，一般为57,辊柱压尺是由不锈钢或其它材料制成。其直径约为1640mm左右。压尺两端用轴承支持，本身的转动可由同木段表面的摩擦力带动或电动机直接带动,2)非接触型压尺,喷射压尺喷射压尺，介质可以是常温压缩空气；若用蒸汽，可既加压又加热木段，可省去木段热处理这一工序。,3不同压尺的特点,在同样的压尺压入木段表面量时，圆压棱压尺对木段的正压力最小，斜压棱次之，圆柱压尺最大。（因后者压榨木材的面积最大）,1）圆压棱压尺,最好用于旋切薄单板和硬质木材对单板的压力分布比较集中，能使单板的表面光滑当用于厚单板或软质木材时，可能发生纤维的压溃与剥落，造成单板的表面粗糙。,圆角曲率半径0.1-0.2mm研磨角45-50度,2）斜棱压尺,由于压尺的压榨角较小，木材的压缩面比较大，压缩过程是逐渐增大的，因此适用于软质木材和切削厚单板,H=(1.5-2.0)s1一般45度2一般为85度,3）辊柱压尺,对木材的压缩面积更大，压缩过程是逐渐增大的，因此适用于软质木材和切削厚单板。旋切时产生的碎屑较易排出刀门，对单板表面质量影响较小,压尺对木段的作用力为压榨力P0和由此而产生的、阻止单板通过刀门的阻力FP0（04）。两者的合力方向与水平线夹角约为30,（三）压尺与旋刀对木段总的作用力,参考T38，RKL式中：R总作用力（N）K单位长度作用力（NCM）L旋切木段长（CM）在一般情况下，单位长度作用力K约为160240NCM，作用力方向可用角来表示（R同水平线的夹角）表示，约在4075范围内变化。,（四）卡头对木段的作用力,木段在旋切过程中，由于旋刀和压尺的总作用力R的作用下，形成一个阻力距（MRsin)和一个垂直于卡轴轴线的作用力R（与R大小相等，但方向相反）,M取决于总作用力R（与木段长度L、树种、切削状态等有关）和瞬时切削木段直径D的大小。切削直径大的木段时，所产生的阻力距M就大；木段变小时，M就变小,为了保证正常的旋切，必须有一个反向力距M1来带动木段回转，克服切削阻力距M。只有M1M时，旋切才能正常进行,1.力距的来源,M1主要通过卡入木段两个端面的卡头提供。当卡头转动时，带动木段一起同步转动，形成M1M1的大小同卡头的形状、直径卡头、卡头卡入木段的深度（即卡头对木段轴向正压力的大小）等有关,2卡头合理的形状,卡头形状以直角三角形优于等腰三角形。因后者有一个向外的推出力，当木段端部材质不佳时，易产生空转打滑，影响正常旋切。卡齿的直角边在中心线上的卡头能传递较大的M1,3卡头对木段的压力,卡头对木段的压力（卡头卡入的深度）不宜过大。太大易使木段端部劈裂；同时在旋切木段直径变小时，容易产生弯曲变形,f值增大在同样的R力作用下，木段瞬时半径小，则f值越大。当然FE值越大，f值也会增加。结果产生中间薄两边厚的现象,在同样卡头形状下，直径增大，扭距增加较快，约为其相应直径平方比值，轴向压力增加较小直径轴向压力扭矩6524.496KN-CM8625.5190,小结,1合理的利用双卡轴旋切机2尽可能采用液压传动的卡头3为克服木段对旋刀的反推力，保证刀架作直线运动，需要有进刀螺杆或液压传动进刀机构为了克服主滑道与主滑块之间的摩擦力，进刀螺杆的轴线应低于卡轴中心线的水平面内。,4压尺最好不用螺钉支持在刀梁上，宜采用滑块同刀梁凹槽相互连接和支持，压尺的压力用气压或液压保持为佳5为了旋切较细的木芯，可以考虑无卡轴旋切旋切机,生产中已经有采用电磁调速的智能数控无卡轴旋切旋切机（驱动也是丝杠）,双卡头示意图,压辊工作示意图,第二节单板的质量,单板质量影响到合板的质量指标归纳起来有四个单板厚度偏差背面裂缝背面光洁度单板横纹抗拉强度生产中常采用的还是前面两个。,一单板的厚度偏差,但由于机床的精度、切削条件、木材内部的应力等原因，厚度差异总是存在的。鉴定单板厚度均匀性的主要指标为：实际厚度和名义厚度的差值H=-a时，S实=S名义H-a时，S实0时，补充角为正值。补充角随着木段直径的变小而增大，此时补充角的增量为正值。后角在旋切过程中逐渐减小。当后角变向0或负值时，也表示h值太大了，如T331,a+h0时，此时切线和铅垂线重合，补充角恒为0，切削角和后角保持不变。a+h0，补充角为负值，补充角随着木段直径的减小，其绝对值在变大。补充角的增量为负值，表示后角随着木段的直径的减小而增大。参考T331（1）当h2m时，后角变化较小，这类旋切机结构简单，常作小径木和短木旋切成芯板之用。,2)旋切机第二类刀床,后角变化是通过偏心轮和辅助滑道相接合来调节的。后角变化是通过辅助滑道和其垂直高度相接合来调节的,通过综合各类刀床结构后，发现后角是刀架的后尾同辅助滑块联接点高度的函数，由于后角在旋切过程中变化值一般在4以内，近似认为二者是线性关系如T335，其中斜线的斜率是后角变化常数。,（三）实用旋切机后角调节方法,1计算出后角变化常数2求了辅助滑道的倾斜角3用求出的辅助滑道的倾斜角来调整辅助滑道4调整B点的位置以满足初始位置(+)或值的要求，调整时使用万能测角仪,二压尺的安装,压尺相对于旋刀的位置，对于单板的质量关系较大。主要由下面几个参数决定：1压尺的压棱与旋刀之间缝隙的宽度S02压棱至通过刀刃水平面之间的垂直距离h0,3压尺前面与通过压尺压棱的铅垂线之间的夹角（压榨角1）4压尺后面与通过压尺压棱的铅垂线之间的夹角5压尺后面与旋刀前面形成的夹角,1压尺的压棱与旋刀之间缝隙的宽度S0,S0S（100）100式中：S单板厚度压棱程度（）,压榨程度,对于松木、桦木，=（7S+9）/100对于椴木、杨木，=（7S+14）/100常用值：松木、桦木、椴木35杨木4050，超过这些值，将明显破坏木材表面纤维。,2.h0/S之比值,在不同的，时，h0/S之比值可参考表37,3压榨角的经验值,一般带有压棱的压尺应在1520当单板厚度超过2mm时，应采用斜棱压尺，压榨角为57,三单板缺陷及其产生原因,厚度偏差超过允许值单板带有楔形开始端单板带纵向厚度变化量大横向厚度不均匀表面质量不好边部不齐单板松散、压碎等表面裂隙,第四节单板的出板率,降低产品成本的重要措施之一。提高单板的旋切质量，减小厚度偏差，减小实际厚度和名义厚度的差值也是提高单板出板率的一个重要方面。另外还应该尽可能减少无用材积也是一个重要方面。,木段在旋切过程中，可分为四个部分：1碎单板：尖削度、弯曲、断面形状不规则（长度小于木段长度）2长单板：木段定心不准确产生（宽度小于木段圆周长，长度满足）3连续的单板带4木芯：一般在85140mm之间。,一减小木芯直径,采用双卡头带压辊的旋切机在大型旋切机上要直接旋切小径积木芯，可采用双卡头带压辊的旋切机。注意在只用小卡头的时候，要防止木段变形，压辊发挥作用。,压辊装置可分为：机械和气动两种类型。机械压辊的压力是利用与刀床连在一起的滑道，把压力传递给压辊。气压在一定的缓冲作用，力的大小能与木段弯曲度相适应。为了使木段的转动阻矩减小，有利于减小木芯直径，可考虑采用动力压辊和动力压尺,二木芯锯断再旋,采用小型旋切机或无卡轴旋切机有些木芯由于带有心腐、开裂等缺陷，不能直接减小木芯直径，可以把这些缺陷去掉，在专用的小型旋切机或无卡轴旋切机上进行旋切。,无卡轴旋切机,三合理挑选碎单板和窄长单板,人工抱送单板易造成单板损坏，而且影响旋切机的生产率，目前广泛采用的是机械分选，流水线操作。此外，也可将旋圆与旋切分开进行。主要在制造特种胶合板：航空胶合板、木材层积塑料、微薄木等。,第五节旋切机和前后工序的配合,一旋切机前面工序木段运输、上木定心二旋切机后面工序单板的运输、剪切、干燥等,三两种不同的基本加工工艺,目前由旋切到单板干燥有两种不同的基本加工工艺：先剪后干；先干后剪由于旋切机和单板的剪切、干燥等工序的速度不同步，因此一般在各个工序之间有时要连接一个缓冲中间库,四后续工序的基本连接方法,旋切机同后续工序的基本连接方法可分为：带式运输带单板折叠输送器单板卷筒装置等,1带式传送装置,单板损失少，节省人力，劳动效率高。常用于输送厚单板或小径材旋切的单板。不足之外：造价高，占地面积大,2单板折叠输送器,输送器单板旋出的速度比传送带的速度大67倍，由速度差使单板折叠起来注意单板的倾斜顶峰倒向旋切机单板在展开的时候易被拉断,3卷筒卷板法,要求卷筒的转速随着旋切过程而变化。卷筒放在开式轴承上，便于取下和放上。其动力可用直接带动法，也可用皮带传送带间接带动。地面积少，较灵活，特别是大径木旋切时被广泛采用卷筒的直径可达80CM以上,第六节刨切薄木,为充分利用珍贵木材的天然纹理或一些不正常的缺陷纹理，合理利用一般材料（人造木质），将其旋切成0.5mm以下的薄片状材料。主要工艺流程：原木合理贮存原木锯断剖成木方木方热处理薄木刨切干燥整理,一薄木原料的准备,1主要树种一般早晚材区分明显，木射线宽大且分布奇特的树种适于制造薄木。常用树种：桦木、花梨木、槭木、榆木、桃花心木、核桃木、栎木、水曲柳、拟赤杨等等。针叶材有：柏木、松木,2质量要求,刨切用木段不能有裂缝或其它变质缺陷，否则影响薄木的质量和出板率,3锯剖方案,此外，根据原木径积的不同，可采用不同的锯剖方案，不同的锯剖方法出板率不同。两面锯剖毛方：适于直径3040CM，出材率为4451三面锯剖毛方：适于直径4060CM，出材率为5052,STA型专用锯剖机功能示意图,圆棱四面锯剖对开毛方：适于直径4060CM，出材率为5060圆棱三面锯剖四开毛方：适于直径60CM，出材率为5060,4主要设备,原木锯剖：卧式或立式带锯，卧式框锯及一些专用锯剖机械刨切设备：各种类型的刨切机,二木方的热处理,1热处理的目的刨切成薄木时，薄木也会发生弯曲，产生裂缝，影响以后的装饰质量。因此，木方刨切前必须进行热处理,2热处理应当注意的事项,1）由于木方多为硬阔材，应缓慢加热，否则易开裂，一般采用水煮。2）若木材单宁含量较多，可采用蒸煮方法。3）根据材质软硬、端裂的难易，采用不同的煮木温度和时间,软材水温低，煮木时间短（2天或以上）硬材水温高些，甚至达到沸点，煮木时间可长达10天。煮木结束后要调节木方内外的温度，一般为60，这样有利于旋出厚度偏差小，表面光滑的薄木,三薄木的刨切,（一）切削条件主要是指研磨角、切削后角、压榨程度等。1研磨角与切削后角=1617=12=+=1719,2刨刀厚度为15mm3压榨程度：一般为1015=（dd0）/d.100%C=d0.sin=d(1/100)sin式中：d-薄木的名义厚度如果d、和已知，则可根据上式求出d0和c，然后以d0来调节压尺和旋切刀的相对位，最后检查水平距离c,（二）薄木刨切的基本原理,1薄木最小厚度的确定由于原料是珍贵原木，为了降低成本和充分利用珍贵木材，合理确定薄木的厚度有着重要的意义。,基本要求,1）薄木贴在基材上，不允许透胶。2）在搬运和加工薄木时，要处理方便，同时不得破损。3）进行装饰之前，允许对表面进行磨光处理。4）使用场所如车厢制造一般在1.5mm，在一般不常接触的场所可为0.50.8mm。表面预处理的可达0.2mm左右。,2刨切方向的确定,纵向（顺纹）刨切时，应顺纤维方向刨切，即刨刀的运动方向和木纹倾斜方向之间的夹角越小越好横向刨切时，木方年轮的切线方向与刨刀运动方向之间的夹角接近0或180时刨切薄木的表面质量最好。90最差,3刀刃与木材纹理方向之间的夹角,刨刀刀刃应与木材纤维方向成一定的角度安装，一般为1015。夹角越大，则切削功率越大纵向切削时，为减少刨刀开始时的切削阻力，刨刀刀刃应与木纹方向之间的夹角小于90,4刨制薄木的出板率,主要决定于原木的直径和加工方法据统计1M3的柞木可刨切0.8mm厚的薄木700750M2。厚度为1mm时，则为580620M2，制造1000M2的薄木需原木量约为1.41.65M3,四刨切机,分为两大类：顺纹刨切；横纹刨切。顺纹刨切刨出的薄木表面光滑，木方长度不受限制，占地面积小；但生产效率低，薄木易卷曲，一般适合小批量的薄木生产工厂使用。横纹刨切生产效率高，是目前应用较为广泛的一类。,横纹刨切机,细分为：立式刨切机卧式刨切机倾斜式刨切机,1立式刨切机,刨切机夹住木方，作直线上下运动，可在木方上行或下行时进行切削刨刀在切削时不动，一个切削周期水平前进一个薄木厚度的进刀量,2卧式刨切机,在水平方向上切削，由刨刀（或木方）来完成主要工作运动（往复运动），木方或刨刀完成进给运动为了方便刨切的薄木便于运输，目前应用较多的是木方固定在刨刀的上方，刨刀从木方下面进行切削，使薄木的背面向上输出,3倾斜式刨切机,一种立式和卧式相接合的刨切机可分为立式倾斜式卧式倾斜式,1）卧式倾斜式,卧式倾斜式其刨刀运动