close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2538.Основы деревообработки

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У
чебное
Пособие
Основы деревообработки
Основы
деревообработки
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ОСНОВЫ
ДЕРЕВООБРАБОТКИ
Допущено Министерством сельского хозяйства Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов высших аграрных
учебных заведений, обучающихся по направлению 250100 «Лесное дело»
и по специальности 250201 «Лесное хозяйство»
Оренбург
Издательский центр ОГАУ
2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ББК 37.13Я73
УДК 674(02)
О 75
Одобрено и рекомендовано к печати редакционно-издательским советом ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»
(председатель совета – профессор В.В. Каракулев)
Одобрено и рекомендовано к изданию кафедрой лесопользования и информационных технологий в лесном хозяйстве и методической комиссией
факультета лесного хозяйства и зеленого строительства Оренбургского ГАУ
(председатель комиссии – доцент В.А. Симоненкова).
Составители:
О.А. Лявданская, канд. биол. наук, ст. преподаватель;
В.А. Любчич, канд. техн. наук, доцент;
Г.Т. Бастаева, канд. с.-х. наук, доцент;
С.Н. Литвинов, канд. с.-х. наук, доцент;
А.П. Несват, канд. с.-х. наук, доцент.
Рецензенты:
Н.И. Кузьмин, директор Департамента лесного хозяйства министерства сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности
Оренбургской области, канд. с.-х. наук;
В.Ю. Соколов, зав. кафедрой теплоэнергетики Оренбургского государственного университета, канд. техн. наук.
О 75
Основы деревообработки: учебное пособие / сост. О.А. Лявданская,
В.А. Любчич, Г.Т. Бастаева и др. – Оренбург: Издательский центр ОГАУ,
2011. – 274 с.
Учебное пособие составлено в помощь студентам факультета лесного хозяйства и зеленого строительства, изучающим предмет «Основы деревообработки», и специалистам
лесного хозяйства.
ISBN 978-5-88838-605-7
© О.А. Лявданская, В.А. Любчич, Г.Т. Бастаева,
С.Н. Литвинов, А.П. Несват, 2011
© Издательский центр ОГАУ, 2011
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Одна из главных задач лесной промышленности – сокращение отходов производства древесины и их переработка, уменьшение потерь от
несвоевременного вывоза, несовершенных методов транспортировки.
Рациональное использование древесного сырья видится важнейшим направлением ресурсосбережения отрасли.
Положительный экологический эффект, выражающийся в сокращении вырубаемых лесных площадей, достигается за счет вторичного использования древесных отходов.
Ресурсосберегающие технологии необходимо вывести в ранг основных. Деревообрабатывающая промышленность должна активно участвовать и в реализации природоохранных программ. И главная цель развития
отрасли в экологической сфере выражается в переориентации производства на ресурсосберегающий путь развития. Ведь такие природные ресурсы, как леса, восстанавливаются медленно и с большим трудом.
Технология деревообработки не стоит на месте ни минуты, постоянно совершенствуясь и развиваясь.
Постоянное внедрение нового высокопроизводительного оборудования для деревообработки необходимо для успеха в непростой конкурентной борьбе на рынке обработки дерева.
Механизация и автоматизация технологических процессов позволяет предприятиям деревообработки расширять производство, увеличивать объемы поставок и находить новые рынки сбыта.
Площадь лесов России составляет около 20% леса всего мира, поэтому формирование и широкое распространение в нашей стране различных способов и методов обработки дерева еще с древних времен было
неизбежно. Деревянные дома из оцилиндрованного бревна с замысловатой причудливой резьбой, окна, двери, резные ставни, разнообразную
мебель и утварь можно встретить практически во всех уголках России.
Территория, занятая лесами, в России просто огромна, поэтому древесина издавна считалась одним из лучших строительных материалов,
сочетая в себе множество уникальных свойств.
Не удивительно, что производство оцилиндрованного бревна настолько широко распространено в нашей стране.
Древесина – самый экологичный, натуральный материал, идеально
подходящий для строительства жилых домов.
Промышленность России состоит из многих отраслей, обеспечивающих добычу, обработку и переработку промышленного и сельскохозяйственного сырья.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отрасли, связанные с заготовкой, обработкой и переработкой древесины, объединены в комплексную отрасль с общим названием «лесная,
деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность».
В ее состав входят лесозаготовительная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная и лесохимическая отрасли промышленности.
Деревообрабатывающие производства – лесопильное, стандартных
домов, строительных деталей и ящичной тары – имеют много общего. В
качестве сырья в них используют круглые лесоматериалы и пиломатериалы. В технологических процессах обработки древесины преобладают
операции резания (пиление и фрезерование).
Деревообрабатывающая промышленность включает:
– лесопильное производство – предприятия по производству пиломатериалов, заготовок, шпал, технологической щепы;
– производство стандартных деревянных домов и комплектов деталей
для стандартных домов со стенами из местных строительных материалов;
– производство строительных деталей, древесно-волокнистых и
древесно-стружечных плит, столярных изделий и деревянных конструкций;
– производство деревянной тары;
– мебельное производство – предприятия по производству мебели и
мебельных деталей, ремонту и реставрации мебели;
– производство фанеры, гнутоклееных деталей и шпона;
– производство спичек;
– прочие деревообрабатывающие производства – предприятия по
производству деревянных музыкальных инструментов, спортизделий из
древесины, вспомогательных материалов для легкой промышленности,
древесной муки и др.
В данном учебном пособии авторами дается обзор основных вопросов, изучаемых в курсе «Основы деревообработки»:
– переработка древесины в производстве: технологической щепы для
изготовления бумаги, ДВП, ДСП, фанеры, лесохимических продуктов;
– разные производства: токарное, брикетирование, прессование,
гнутые изделия;
– основы раскроя пиловочного сырья и используемое оборудование;
– использование древесных отходов;
– раскрой пиломатериалов на заготовки и применяемое оборудование;
– методы защиты и обработки сырья и пиломатериалов;
– методы сушки древесины;
– техника безопасности в деревообработке и некоторые другие.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВООБРАБОТКИ
Древесина – древнейший конструкционный материал, которым человечество стало пользоваться для изготовления орудий охоты и труда
уже на самых ранних стадиях своего развития.
В большинстве стран, и особенно в странах, богатых лесом, развитие материальной культуры человеческого общества на всех этапах его
истории было теснейшим образом связано со все расширяющимся применением древесины в строительстве, быту, технике и искусстве, с развитием и совершенствованием ее обработки и переработки.
Из древесины строили жилища и хозяйственные постройки, сооружали мосты и суда, изготавливали орудия охоты и рыболовства, разнообразный хозяйственный инвентарь, мебель, посуду, транспортные
средства, всевозможные емкости, музыкальные инструменты и др.
Древесина применялась для изготовления разнообразных орудий
труда в сельском и домашнем хозяйстве, а с появлением ремесел стала одним из первых конструктивных материалов для изготовления прядильных, ткацких, мельничных, гончарных и других станков.
С развитием промышленного производства древесина применялась
в качестве одного из основных конструкционных материалов во многих
отраслях машиностроения, особенно транспортного.
Еще в первой XX столетия древесина широко применялась в вагоностроении, судостроении, автомобилестроении и авиастроении. Из
древесины изготавливали многие детали сельскохозяйственных машин,
каркасы кабин легковых и грузовых автомобилей, фюзеляж, обшивку и
винты самолетов, каркасы и обшивку пассажирских и товарных вагонов, многие детали конструкций пассажирских и грузовых судов и др.
Начиная со второй четверти XX столетия, развитие производства
высокопрочных легированных сталей и легких металлов (в первую очередь алюминия), а также успехи химии полимеров и развитие их производства привели к постепенному вытеснению этими материалами
древесины из основных отраслей транспортного машиностроения, и
в первую очередь из авиа- и вагоностроения, крупнотоннажного судостроения и др.
Тем не менее, большое значение древесины и изделий из нее в народном хозяйстве не снизилось и, несомненно, сохранится и в будущем.
Объясняется это многими причинами, и прежде всего, рядом ценных свойств древесины как конструкционного материала, а также и
тем обстоятельством, что успехи химии и химической промышленно5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сти приводят не только к созданию новых синтетических материалов,
но и расширяют возможности переработки традиционных материалов,
в том числе и древесины за счет лучшего ее использования в сочетании
с новыми материалами, а во многих случаях и за счет изменения самих
свойств древесины в нужных направлениях.
В современной деревообрабатывающей промышленности производство изделий занимает вполне определенное место.
Среди всех производств, занятых механической и химикомеханической обработкой древесины (лесопиление, производство стружечных и волокнистых плит, фанеры, строительных деталей, стандартного деревянного домостроения, мебельного, лыжного, канцелярских
принадлежностей и др.), можно различить две большие группы.
Группу производств первичной обработки древесины (производство
пиломатериалов, плит, фанеры, шпона) и группу производств вторичной обработки (производство всевозможных изделий из древесины, а
также деталей машин, столярных деталей для строительства и др.).
Характерным для производств первой группы является потребление в качестве сырья продукции лесозаготовительной промышленности, т. е. бревен, кряжей, дров, сучьев, и выпуск в качестве продукции
полуфабрикатов в виде пиломатериалов (досок, брусьев, заготовок),
древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, лущеного и строганого шпона, фанеры и др.
Для группы производств вторичной обработки древесины характерно использование в качестве сырья продукции предприятий первичной
обработки древесины, т. е. полуфабрикатов (пиломатериалов, плит и
др.), и выпуск в качестве продукции готовых изделий или законченных
механической обработкой деталей машин и зданий. Как правило, из
этой группы разнообразных производств по вторичной переработке древесины, в свою очередь по особенностям технологического процесса,
принято выделять подгруппу производств, вырабатывающих изделия из
древесины, для технологического процесса которых характерно применение в качестве основных способов соединения деталей склеивания и
шиповых вязок, и как следствие этого, повышенные требования к точности механической обработки деталей.
К таким производствам относятся производство мебели, футляров
телевизоров и радиоприемников, музыкальных инструментов, спортивного инвентаря, канцелярских принадлежностей и др.
Несмотря на большое разнообразие видов и назначения изделий из
древесины, их конструкции и технологические процессы строятся на
основе одних и тех же принципов, причем наиболее полно и развернуто
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
все особенности конструирования и производства изделий из древесины можно проследить на примерах из производства мебели и столярностроительных деталей.
Эти производства являются наиболее значимыми по объемам их
производства и значению в народном хозяйстве. Поэтому в дальнейшем
изложении вопросы конструирования и производства изделий из древесины чаще всего иллюстрируются примерами из производства мебели и
столярно-строительных деталей.
Надо заметить, что и в части механизации и автоматизации технологических процессов и применения новейших достижений техники эти
производства в настоящее время являются ведущими, наиболее передовыми и оснащенными по сравнению с другими производствами столярных изделий.
1.1 Типы изделий из древесины
Классификация изделий из древесины, как и любых других, возможна по разным признакам.
Чаще всего изделия из древесины классифицируют по назначению,
например: мебель, музыкальные инструменты, спортивные принадлежности, столярно-строительные изделия и т. д.
В свою очередь мебель может разделяться на мебель для сидения,
лежания, мебель-хранилище и т. д.
Музыкальные инструменты подразделяются на клавишные (рояли,
пианино) и струнные (гитары, скрипки, мандолины и др.).
Наиболее полно такая классификация разработана применительно к
мебели. В соответствии с этой классификацией различают мебель бытовую или мебель для жилых и общественных зданий.
Классификация изделий по назначению необходима для составления планов производства (предприятием, объединением, ведомством),
разработки ассортиментных планов торговых организаций, а также для
проведения унификации типоразмеров деталей, применяемых в разных
изделиях, и типизации технологических процессов их изготовления.
Для изучения основ конструирования и технологии изготовления
изделий более существенна классификация изделий по конструктивному признаку. Такая условная классификация для учебных целей может
быть построена на основе особенностей и степени сложности конструкций изделий. В соответствии с ней все изделия из древесины можно
разделить на два класса: одноэлементные и многоэлементные. К классу одноэлементных изделий относятся простейшие изделия, состоящие
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
из одной детали (элемента). Такая деталь-изделие может быть цельной,
т. е. изготовленной из одного куска (заготовки) древесины, и клееной,
т. е. изготовленной из предварительно склеенных нескольких заготовок
(для предупреждения возможного коробления и увеличения прочности)
и обработанных как одна деталь.
–
Рис. 1 – Классификация одноэлементных изделий
К таким изделиям можно отнести цельные и клееные лыжи, бильярдные кии, ткацкие челноки, трости, линейки, спиннинговые удилища, разделочные доски и тому подобные изделия.
Другой класс классификации составят многоэлементные изделия,
т. е. изделия, состоящие из нескольких или многих деталей, каждая из
которых до сборки подвергается механической обработке для придания
ей определенных размеров и формы.
Внутри этого класса можно различать два подкласса – подкласс изделий плоской конструкции и подкласс более сложных изделий пространственной конструкции.
В подклассе изделий плоской конструкции различают две группы
изделий: рамной и щитовой конструкции.
К первой группе относятся оконные и дверные блоки, чертежные
угольники, рамки различного назначения (для картин, каминных экранов и др.).
В другую группу входят изделия в виде щитов, например, чертежные доски, двери щитовой конструкции, паркетные щиты и доски и др.
В подклассе изделий пространственной конструкции различают две
группы изделий: решетчатой и корпусной конструкции.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2 – Классификация многоэлементных изделий
К первой группе изделий относятся стулья, этажерки, обеденные и
журнальные столы и др., ко второй группе – всевозможные корпусные
изделия. Они могут быть каркасной и бескаркасной конструкции.
К каркасным относятся изделия, конструкция которых предусматривает образование сначала из брусьев или брусков жесткого каркаса, обшиваемого затем брусками или щитами, как это иногда бывает при изготовлении деревянных контейнеров и маломерных судов, фургонов и т. д.
В рассматриваемой классификации можно проследить постепенное
усложнение конструкции изделий из древесины.
Одноэлементные и простейшие плоские многоэлементные изделия
повторяются в тех или иных сочетаниях в более сложных в конструктивном отношении решетчатых и корпусных изделиях.
Приведенная классификация согласуется и с производством.
На практике можно встретить предприятия, специализирующиеся
на выпуске одноэлементных изделий: фабрики и цеха по производству
столов, стульев, автофургонов, корпусной мебели, корпусов телевизоров и т. п.
Когда цеха или целые предприятия специализируются на изготовлении определенных изделий или деталей из представленных в классификации групп, встречается предметная специализация производства.
Предлагаемый принцип классификации удобен при изучении курса,
но он не является единым, исчерпывающим для отраслей и народного
хозяйства в целом.
В государственном масштабе для упрощения обработки информации при решении задач по планированию, учету и снабжению в автома9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тизированных системах управления (АСУ) используется Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации.
Она включает как составную часть Общероссийский классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП). ОКП
построен по десятичной системе кодирования. Аналогичным образом
классифицируются все промышленные изделия для кодирования их в
Единой системе классификации (рис. 3).
–
Рис. 3 – Схема Общероссийского классификатора промышленной
и сельскохозяйственной продукции
Однако с точки зрения современного производства понятие изделия
значительно шире. Изделием считается любой предмет или набор предметов производства, подлежащий изготовлению и включенный в производственную программу предприятия.
Изделием данного предприятия могут являться детали, входящие в
состав изделия, выпускаемого другим предприятием, например, мебельные щиты, изготовляемые комбинатом мебельных деталей для фабрики
корпусной мебели, а также отдельные предметы и целые наборы предметов, например, набор бытовой мебели для спальни, столовой и т. д.
Цифровой код ОКП состоит из двух частей: классификационной и
идентификационной.
ГОСТ 2.101-68 «Единая система конструкторской документации
(ЕСКД). Виды изделий» устанавливает следующую классификацию:
детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты.
Под деталью понимается изделие, изготовленное из однородного
материала без применения сборочных операций.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Деталью может являться изделие из цельной древесины или из древесины, предварительно склеенной для придания ей большей формоустойчивости или облицованной шпоном, но без применения шиповых
вязок, свинчивания и других приемов сборки.
Изделиями могут быть ножка обеденного стола, изготовленная из
цельного бруса или из бруса, склеенного из нескольких заготовок; щит,
изготовленный из столярной или стружечной плиты; сиденье стула, выклеенное из шпона, и т. д., если они включены в программу изготавливающего их предприятия.
Сборочными единицами являются изделия, составные части которых подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе
шиповыми вязками, свинчиванием шурупами или болтами, соединению
нагелями, стяжками и т. п. Сборочные единицы могут представлять собой изделия очень разной степени сложности.
Под комплексом понимается два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
В деревообработке комплексы представлены наборами предметов
мебели, изготовленными в едином архитектурно-художественном стиле
и предназначенными для оборудования определенных функциональных
зон бытовых или общественных зданий, например, набор мебели для
кабинета, состоящий из рабочего стола, кресла, книжного шкафа и др.,
набор мебели для спальни, аудитории и т. д.
В отличие от комплекса комплектом называют два и более изделия,
не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например, комплект возвратной тары для упаковки набора
мебели, комплект оборудования кухни, включая набор мебели и принадлежностей для кухни, и т. д. Комплекты могут составляться из изделий,
изготовленных на разных предприятиях.
Изделия из древесины, как и любые другие, должны проектироваться и изготавливаться так, чтобы в достаточной степени отвечать потребностям народного хозяйства в целом и требованиям людей, которые
пользуются этими изделиями.
Для этого изделия должны обладать высокими эксплуатационными
и технико-экономическими показателями, прежде всего:
– соответствием своему функциональному назначению;
– высокими эстетическими качествами;
– прочностью;
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– долговечностью;
– технологичностью;
– малой материалоемкостью и малой себестоимостью. Первые четыре требования могут быть отнесены к эксплуатационным, последние
три – к технико-экономическим.
Требования полного соответствия изделий их назначению также
разнообразны, как и их функции.
Для мебели, например, это удобство пользования ею, согласованность размеров мебели с анатомической особенностью строения и размерами (антропометрией) человеческого тела, размерами предметов,
хранящихся в мебели, согласованность с высотой и планировкой помещений и т. д. Для оконных блоков это высокий процент световой поверхности от всей площади оконного проема, малые воздухопроницаемость и теплопроводность.
Для музыкальных инструментов, кроме согласованности с антропометрией, еще большее значение, очевидно, должно иметь качество звучания инструмента, для чертежных досок – точность и стабильность их
формы, равномерная и невысокая плотность древесины, допускающая
легкое закрепление листов бумаги кнопками, и т. д.
Требования к показателям, обеспечивающим достаточное соответствие изделия его функциональному назначению, обычно обусловливаются в технических условиях или стандартах.
Так, например, ГОСТ 5994-79 «Парты школьные» устанавливает
типы и функциональные размеры парт для школьников в зависимости
от роста учащихся и основные параметры их размеров, обеспечивающие удобное положение учащихся, размещение портфелей или ранцев,
учебников и карандашей.
В связи с этим изделия могут изготавливаться только по соответствующей нормативно-технической документации на них в форме стандартов или технических условий.
Однако стандарт не исключает возможность и желательность постоянного совершенствования изделий в конструктивных решениях, отделки и т. д., обеспечивающих повышение эффективности производства.
В тесной взаимосвязи с функциональным назначением изделий находятся эстетические требования.
Основную массу изделий из древесины составляют предметы, окружающие человека в его повседневной жизни. Исходя из этого, изделия
должны быть совершенны в эстетическом отношении.
Известно, что свойства окружающей человека обстановки, удобство
и красота вещей, их расположение, условия освещения, наличие или
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отсутствие шумов и запахов оказывают непосредственное влияние на
психику человека, уменьшают или повышают его работоспособность в
одних условиях, способствуют или не способствуют отдыху в других
условиях.
Все это относится к любым изделиям, которые формируют предметную среду, в которой находится человек на работе, в быту и на отдыхе.
Поэтому требования к эстетическим качествам современных изделий
должны решаться на научной основе.
Такой основой является техническая эстетика и эргономика – наука
о законах художественного творчества в технике, выявленных на основе
изучения взаимосвязи между человеком и окружающей его средой.
В промышленном изделии красота и полезность неразрывно связаны. Изделие не может быть признано хорошим, если оно красиво,
но неудобно в пользовании. Поэтому удобство пользования является
первым условием эстетически полноценного промышленного изделия.
Изделие должно соответствовать рациональному типажу и номенклатуре, т. е. должна быть действительная потребность именно в таких
изделиях, учитывается спрос на такие изделия.
Изделие должно гармонично согласовываться с другими изделиями, с которыми оно будет совместно находиться в эксплуатации. Для
мебели, например, это требование можно выразить так: каждый предмет мебели должен входить в современный интерьер, не нарушая его
гармоничности. Изделие должно отвечать действующим санитарным и
гигиеническим требованиям.
Для лучшего удовлетворения этих требований в проектировании
современных изделий из древесины, кроме инженеров-конструкторов,
принимают участие художники-конструкторы (дизайнеры), в некоторых
случаях врачи-психологи и др.
Интересы создания полноценных в художественном отношении изделий должны быть близки и понятны инженерам-конструкторам, технологам и торговым организациям.
Изделия из древесины должны быть в достаточной мере (в соответствии с назначением) прочны и долговечны.
Это достигается не за счет больших сечений и массивности изделий,
а за счет рациональной конструкции и выбора материалов (вида древесного материала, породы древесины, вида клея) и особенно качественного изготовления соединений.
Для изделий, эксплуатируемых в неотапливаемых помещениях или
под открытым небом, средняя эксплуатационная влажность и отклоне13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния от нее еще больше зависят от климатических условий данного района.
В средней полосе России влажность древесины изделий в этих условиях может колебаться примерно от 12 до 18%.
Влажность древесины в изделиях должна соответствовать равновесной влажности древесины для условий эксплуатации изделий.
Долговечность изделий из древесины во многом зависит от условий
их эксплуатации.
В комнатных условиях изделия, не подвергающиеся интенсивному
износу (мебель, музыкальные инструменты и др.), могут находиться
длительное время. И хотя в расчетах срок амортизации, например, для
некоторых видов мебели обычно принимается равным 20 годам, нередки случаи эксплуатации таких изделий несколькими десятилетиями.
В этих условиях древесина как конструкционный материал значительно
превосходит большинство видов современных пластмасс.
На долговечность изделий из древесины может влиять периодическое кратковременное воздействие влажности.
Связанные с изменениями влажности явления набухания и усушки
древесных материалов могут приводить к нежелательной деформации
(короблению) и растрескиванию деталей. В этом случае большое значение для долговечности изделия имеют форма, размероустойчивость
его конструкции и наличие на изделии защитно-декоративных покрытий.
Хотя среди применяемых для отделки древесины покрытий нет
полностью влаго- и паронепроницаемых, все же наличие их на поверхности резко замедляет процессы сорбции и десорбции древесиной
влаги и деструкции древесины под действием факторов внешней среды. Соотносительно с качеством и комфортабельностью изделия стоимость (себестоимость) его должна быть, по возможности, невысокой.
Удовлетворение этого требования зависит от характера организации
производства, степени его эффективности и технической культуры, технологичности конструкции изделия, его материалоемкости и многих
других факторов.
Систематическое повышение качества продукции является обязательным требованием развития экономики и эффективности производства. Высокие темпы развития народного хозяйства и повышение эффективности производства могут быть достигнуты с помощью стандартизации на основе новейших достижений науки, техники и организации
труда.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.2 Материалы, используемые в деревообработке
В современных изделиях из древесины применяют много разнообразных материалов. Для изучения условно их можно разделить на
конструкционные и отделочные.
Под конструкционными принято понимать материалы, составляющие основу (тело) деталей и сборочных единиц конструкции.
Свойства этих материалов определяют прочность и целостность изготовленных из них изделий.
В изделиях из древесины к таким материалам относятся сама древесина и полученные из нее древесные материалы в виде стружечных, столярных и волокнистых плит, шпона и фанеры, клеи и некоторые виды
пластических масс.
Под отделочными принято понимать материалы, служащие для
улучшения внешнего вида изделий и не оказывающие существенного
влияния на его прочность.
К ним могут быть отнесены защитно-декоративные покрытия из
пленок, ткани, лакокрасочные материалы и детали декора в виде накладных, резных или штампованных украшений фасадных поверхностей изделий и т. п.
1.2.1 Свойства древесины
Несмотря на определенные различия в анатомическом строении и
свойстве древесины разных пород и условий произрастания, общность
элементарного химического состава и строения клеточных тканей придает древесине любых пород схожие свойства.
Вышесказанное, а также достоверно установленные корреляционные связи между физико-механическими свойствами древесины (чем
выше плотность древесины, тем, как правило, выше и показатели ее механических свойств) позволяют дать древесине как конструкционному
материалу обобщенную характеристику.
Древесина, обладая невысокой плотностью (у большинства пород
она составляет примерно 450 – 700 кг/м3), имеет высокую прочность
вдоль волокон.
Удельная прочность (предел прочности, отнесенный к плотности)
вдоль волокон древесины не уступает удельной прочности легированных сталей и дюралюминия.
Твердость древесины относительно невысока. Древесина легко обрабатывается режущим инструментом из нелегированных углеродистых
сталей и позволяет завинчивать в нее винты (шурупы) без предвари15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельного нарезания резьбы, забивать гвозди и скобы. При этом упругие
свойства древесины обеспечивают достаточную прочность удерживания крепежных деталей.
Древесина обладает упругопластическими свойствами. Внешние
нагрузки вызывают в ней деформации, в которых различимы упругая,
высокопластическая, или запаздывающая, и остаточная, или пластическая, части.
На величину общей деформации и соотношение ее частей существенное влияние оказывают температура и влажность древесины.
Нагрев и увеличение влажности (в пределах точки насыщения волокна) способствуют росту общей и пластической деформаций, а охлаждение и сушка древесины, находящейся в деформированном состоянии,
приводят к перерождению упругих и высокопластичных деформаций в
пластические и закрепляют приданную древесине форму. Это свойство
используют для обработки древесины гнутьем и прессованием.
В состав древесины входят вещества различного химического состава: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза, экстрактивные вещества,
включая дубильные.
Этим сложным строением, а также наличием в основном компоненте древесины – целлюлозе относительно большого количества химически активных гидроксильных групп ОН можно объяснить хорошую адгезию к древесине самых различных по происхождению и химическому
составу клеев и пленкообразователей, а также способность древесины
хорошо окрашиваться красителями разных групп (гуминовыми, кислотными, прямыми, основными и др.) и протравами.
Эти обобщающие свойства значительно облегчают выбор материалов и процессов склеивания и отделки изделий из древесины.
В благоприятных условиях эксплуатации (например, в сухих отапливаемых помещениях) древесина обладает большой долговечностью
и может эксплуатироваться в течение многих десятков и сотен лет без
значительного снижения ее механических свойств, этим она выгодно отличается от многих пластмасс.
При мгновенных нагрузках древесина ведет себя как упругое тело, обладающее способностью хорошо поглощать энергию динамических нагрузок. Это свойство в сочетании с высокой прочностью на изгиб и малой
теплопроводностью делает древесину некоторых пород ценным материалом для изготовления рукояток различных ручек инструментов (топорищ
кувалд, молотков) и спортивного инвентаря (хоккейные клюшки, теннисные ракетки и др.). Лучшей для таких целей является древесина твердых
лиственных пород – клена, граба, ясеня, вяза, рябины и др.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В числе особо положительных свойств древесины при применении
ее для изготовления чертежных принадлежностей можно также отметить ее способность адсорбировать на поверхности и удерживать частицы графита, жиров и пигментов, поэтому при выполнении чертежных
работ с помощью деревянных линеек и угольников бумага чертежей
меньше загрязняется, чем при выполнении таких же работ с помощью
чертежных принадлежностей из пластмасс.
Комплекс перечисленных технологических и эксплуатационных
свойств в сочетании с высокими декоративными качествами древесины многих пород и доступностью их обусловили широкое применение
древесины как основного материала для изготовления деталей зданий,
мебели, музыкальных инструментов, домашнего и спортивного инвентаря и многих других изделий. Эти свойства древесины учитываются и
широко используются.
К недостаткам древесины как конструкционного материала следует отнести ее гигроскопичность и биологическую нестойкость во влажном состоянии, горючесть и анизотропию, большие колебания прочности и других свойств не только в зависимости от породы древесины,
но и от направления волокон, условий произрастания дерева, наличия в
древесине природных пороков (сучков, свилеватости и др.).
Важнейшее свойство древесины, которое необходимо учитывать
при конструировании и технологии – гигроскопичность, способность
при определенных условиях поглощать влагу из воздуха до предела гигроскопичности, составляющего при 15 – 20 °С около 30%, и обратный
этому процесс сушки или потери древесиной влаги в сухом воздухе.
Изменения влажности древесины, происходящие в пределах до точки насыщения волокна, сопровождаются усушкой или набуханием древесины поперек волокон. Значения последних неодинаковы в различных направлениях по отношению к годичным слоям древесины.
Коэффициент усушки в тангентальном направлении примерно в
полтора-два раза больше, чем в радиальном. Коэффициент усушки
вдоль волокон очень мал, т.е. менее 0,01%. Принято считать, что вдоль
волокон древесина при изменениях влажности практически не изменяет
свои размеры.
Значительные величины усушки и набухания древесины поперек
волокон обусловливают размероизменяемость деталей из натуральной
древесины в поперечном направлении, а существенная разница в коэффициентах усушки и разбухания в тангентальном и радиальном направлениях может приводить к короблению деталей при изменении их
влажности.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому годной для производства изделий может считаться только
древесина, высушенная до влажности, которая будет соответствовать
равновесной влажности воздуха, в котором будет эксплуатироваться изделие. Такую влажность принято называть эксплуатационной. Она зависит от климата географического района и конкретных условий эксплуатации изделий (внутри отапливаемых или неотапливаемых помещений,
на открытом воздухе и т. п.).
Эксплуатационная влажность древесины обычно оговаривается в
стандартах на изделия. При сушке заготовок необходимо учитывать изменения их размеров от усушки.
Высушивание древесины перед ее обработкой до эксплуатационной влажности не исключает ее колебаний при эксплуатации изделий
в результате периодического изменения влажности окружающего воздуха. Например, в связи с наступлением отопительного сезона или его
окончанием величина таких сезонных колебаний влажности древесины
в изделиях невелика и обычно не превышает 2% в отапливаемых и 4% в
неотапливаемых помещениях, но она оказывается достаточной для того,
чтобы вызвать изменения поперечных размеров и коробление деталей в
изделии.
В зависимости от расположения годичных слоев в детали это коробление может быть поперечным или поперечно-продольным (крыловатость).
Наибольшее коробление встречается у широких деталей из досок тангентального распила, у которых плоскость детали расположена по касательной
к годичным кольцам. Наименьшее у деталей радиального распила.
Теоретически у деталей из досок радиального распила коробление
должно отсутствовать. Практически при обычных методах раскроя бревен радиальными оказываются только центральные доски постава.
Все остальные доски имеют тангентальное или смежное с ним расположение пластей, а изготовленные из них детали, как и сами доски,
подвержены короблению. Поэтому в производстве изделий даже при наличии достаточно широких досок широкие детали и массивные щиты
для уменьшения их коробления желательно склеивать из узких заготовок шириной, не превышающей 60 – 70 мм.
Не меньшее значение имеет анизотропия механических свойств натуральной древесины.
Волокнистое строение обусловливает очень большое различие в
механических свойствах древесины вдоль и поперек волокон. Предел
прочности на растяжение и модуль упругости поперек волокон примерно в 20 раз меньше предела прочности и модуля упругости на растяжение вдоль волокон.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значительная разница и у других показателей механических свойств.
Предел прочности на сжатие поперек волокон у древесины хвойных пород примерно в 10 раз меньше предела прочности на сжатие вдоль волокон.
У древесины лиственных пород эти показатели отличаются в 6 раз.
Предел прочности при статическом изгибе брусков с направлением волокон, совпадающим с осью изгибаемого бруска, также примерно в 20
раз превышает предел прочности в случае поперечного расположения
волокон. Сопротивление перерезанию древесины в направлении перпендикулярном волокнам примерно в 4 раза больше сопротивления
сдвигу в плоскости волокон.
Капиллярно-волокнистое строение древесины оказывает существенное влияние и на ее технологические свойства.
Древесина неодинаково проницаема для жидкостей вдоль и поперек
волокон. Вдоль волокон проницаемость древесины значительно выше,
так как жидкость может продвигаться по капиллярам клеток. Поперек
волокон капиллярная проницаемость почти отсутствует.
В поперечном направлении древесина оказывается малопроницаема
для жидкостей и практически совершенно непроницаема для больших
громоздких молекул большинства клеев и пленкообразователей.
Иными свойствами обладают торцовые и близкие к ним по углу перерезания волокон поверхности древесины.
Растворы даже высокомолекулярных пленкообразователей и клеев
легко поглощаются капиллярами, и поэтому торцовые поверхности плохо отделываются и еще хуже склеиваются, требуются завышенные расходы материалов и труда.
1.2.2 Виды материалов, получаемых из древесины
В производстве изделий натуральная древесина потребляется в виде
пиломатериалов (досок, брусьев, брусков или выпиленных из них заготовок), а также в виде лущеного и строганого шпона.
Досками называют пиломатериалы, ширина которых более их двойной толщины, брусками – пиломатериалы, ширина которых не более
двойной толщины.
Брусьями называют пиломатериалы большого сечения, толщина и
ширина которых более 100 мм.
Государственные стандарты различают пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель, пихта, лиственница и кедр) и пиломатериалы лиственных твердых пород (дуб, ясень, бук, клен, граб, вяз, ильм, берест, береза)
и мягких (ольха, осина, липа, тополь) и др.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В стандартах нормируются размерные ряды пиломатериалов (по
длине, ширине и толщине) и допускаемые отклонения размеров. ГОСТы
допускают широкое разнообразие длин пиломатериалов, особенно лиственных пород, с целью наиболее полного использования стволовой
части деревьев.
Ширина пиломатериалов древесины лиственных пород установлена
от 60 до 80 мм, а хвойных – от 80 до 100 мм с градацией через 10 мм,
затем 130, 150, 180, 200 у лиственных и 130, 150, 180, 200, 250 мм у
хвойных. По подобному типу ступенчатых арифметических прогрессий
построены ряды толщин.
Допускаемые отклонения от стандартных размеров у всех материалов по длине составляют +50 и –25 мм. По толщине при размерах до 32
мм включительно + 1 мм, при больших толщинах +2 мм. По ширине при
размерах до 100 мм +2 мм, более 100 мм +3 мм.
Размеры и допуски на них установлены для пиломатериалов влажностью 15%. Если пиломатериал имеет более высокую влажность, его
размер по толщине и ширине должен иметь припуск на усушку до 15%
по ГОСТу 6782- 80. Пиломатериалы с влажностью менее 15% могут отклоняться от установленных размеров в меньшую сторону на величину
усушки от влажности 15% до фактической.
В зависимости от качества древесины пиломатериалы хвойных пород разделяют на отборный, 1, 2, 3 и 4-й сорта, лиственных пород – на
1, 2 и 3-й сорта.
Пиломатериалы относят к тому или иному сорту по нормам допускаемых пороков (количеству, размерам и расположению сучков, трещин, пороков строения, грибных повреждений и др.) и дефектам обработки (наличию и размерам обзола, покоробленности и др.).
Пиломатериалы высших сортов (отборного, 1-го) предназначаются
в основном для использования в целом виде и для раскроя преимущественно на крупные заготовки ответственных деталей (специального судостроения, вагоностроения, сельскохозяйственных машин, платформ
грузовых автомобилей, дверей и окон для строительства и др.).
Пиломатериалы низших сортов используются для менее ответственных деталей и чаще всего для раскроя на заготовки мелких деталей, например, брусковой мебели, тары и др., так как мелкие заготовки могут
быть вырезаны из бездефектных участков, имеющихся даже у низкосортных пиломатериалов.
При этом, чем больше размеры заготовок, тем выше требования к
качеству их древесины, а чем ниже сорт пиломатериала, тем меньше заготовок удается из него получить.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому предприятия потребителя заинтересованы в получении
пиломатериалов высоких сортов, несмотря на их более высокую стоимость, все оправдывается большим выходом заготовок и сокращением
трудозатрат на их получение.
Однако общегосударственные интересы требуют рационального использования пиломатериалов в соответствии с их сортностью и нуждами данного производства.
Рационально использовать пиломатериалы можно при раскрое их на
лесопильном предприятии и поставке готовых заготовок предприятиям,
изготавливающим изделия.
Заготовки выпускают пилеными, т. е. выпиленными из досок или
брусьев без дополнительной обработки, и калиброванными, т. е. фрезерованными по толщине.
С целью лучшего использования древесины на лесопильных предприятиях заготовки выпускают не только цельные, но и клееные по длине, ширине или толщине.
Размеры и технические требования к заготовкам для изготовления
строительных деталей, железнодорожных вагонов, мебели, сельскохозяйственных машин, грузовых автомашин, малотоннажных судов регламентированы ГОСТом.
В отличие от стандартов на пиломатериалы стандарты на заготовки
предусматривают более мелкую их градацию по длине: через 50 мм при
длине от 0,5 до 1,0 м и в 100 мм при длине свыше 1 м.
Градации заготовок по толщине в основном совпадают с градацией
по толщине пиломатериалов, с той лишь разницей, что для заготовок
из хвойных пород предусматриваются еще толщины в 7 и 10 мм, а
заготовок из лиственных пород – толщина в 10 мм. Максимальная ширина заготовок из хвойных пород составляет 200 мм, а у лиственных
– 150 мм.
Пиленые заготовки выпускают влажностью до 22%. Влажность
клееных и калиброванных заготовок, а также заготовок для паркетных
полов должна соответствовать влажности деталей, для которых они
предназначены. По качеству древесины заготовки хвойных пород разделяют на 4 группы, заготовки из древесины лиственных пород – на 3
сорта.
По техническим требованиям допускаются пороки древесины и дефекты обработки, приводимые в стандартах для заготовок разных групп
и сортов, выше допускаемых дефектов в пиломатериалах, с учетом прямого использования заготовок для изготовления деталей определенного
назначения.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Стандарты не исключают изготовления и поставки заготовок по специальным заказам.
Для конструкционных пиломатериалов, качество которых определяется физико-механическими показателями, сортность целесообразно
устанавливать по значениям этих показателей, а не по породам древесины и наличию природных дефектов. Такой принцип сортирования
пиломатериалов более прогрессивен. Он связывает сортность с требованиями к пиломатериалам по назначению. Для вагоностроения в таком
случае предусмотрено только два сорта досок: К19 и К24.
Эти сорта различаются по пределам нормативных сопротивлений
при изгибе на кромку соответственно 19 МПа и 24 МПа. Такой подход к
оценке качества пиломатериалов повышает эффективность использования имеющихся ресурсов древесины.
Шпон. В зависимости от способа получения различают лущеный и
строганый древесный шпон.
Шпон лущеный предназначается для изготовления фанеры, гнутоклееных заготовок, слоистых пластиков, облицовки столярных плит и
других древесных материалов.
Способ срезания лущеного шпона по спирали относительно оси
вращения чурака определяет характер текстуры поверхности. Она близка к тангентальной поверхности досок с еще большими промежутками между границами ранней и поздней древесины годичных колец. За
исключением редких случаев, когда лущению подвергается свилеватая
древесина (например, волнистая береза), текстура лущеного шпона не
представляет большой ценности в декоративном отношении. Поэтому
лущеный шпон редко применяется в качестве облицовочного материала.
Чаще всего он выполняет только конструктивные функции.
Лущеный шпон выпускается листами длиной (вдоль волокон) от 800
до 2500 мм и шириной от 150 до 2500 мм.
Толщина шпона может быть от 0,35 до 4 мм. Допускаемые отклонения при толщине шпона до 1,15 мм составляют + 0,05, при толщине 1,5
мм +0,1 мм.
В зависимости от наличия пороков и дефектов обработки лущеный
шпон разделяют на сорта: А, АВ; В; ВВ; С; 1; 2; 3. Сорта шпона А, АВ,
В, ВВ и С предназначаются для наружных слоев фанеры, сорта 1, 2 и
3-й – только для внутренних слоев.
В отличие от лущеного строганый шпон предназначается в качестве
облицовочного материала.
Строганый шпон получают из древесины многих пород: лиственных рассеянно-сосудистых – бука, ореха, чинары, груши, яблони, че22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
решни, березы, тополя и др.; кольцесосудистых – дуба, ильма, каштана,
ясеня, вяза, шелковицы, бархатного дерева, дзельквы, акации, карагача
и хвойных – тиса, сосны, лиственницы.
Строганый шпон из сосны и лиственницы получают только радиального и полурадиального видов, так как тангентальный не применяют
для облицовки из-за очень большой разницы в плотности ранней и поздней зон годичных слоев.
В зависимости от качества древесины и обработки строганый шпон
разделяется на 1-й и 2-й сорта.
Нормы допускаемых пороков и дефектов обработки по сортам
и размеры листов шпона установлены стандартом. Влажность строганого шпона (как и лущеного) должна быть 8+2%, толщина шпона
из кольцесосудистых и хвойных пород – 0,8 и 1,0 мм, из рассеяннососудистых – 0,4; 0,6 и 0,8 мм, а предельные отклонения по толщине
+ 0,05 мм.
Толщина строганого шпона имеет большое технико-экономическое
значение. От толщины шпона зависит его выход из сырья. Чем тоньше
шпон, тем больше его может быть получено из одного кряжа при строгании. Поскольку ресурсы древесины, из которой получают наиболее
ценный и декоративный строганый шпон, ограничены, желательно производство и применение наиболее тонкого шпона. Но с уменьшением
толщины шпона работа с ним осложняется; шпон больше ломается при
обработке, чаще наблюдается просачивание клея со стороны, обращенной к облицовываемой детали, на наружную сторону.
С учетом этого ГОСТ предусматривает изготовление из древесины
кольцесосудистых пород, обладающих крупными порами, через которые
может происходить просачивание клея, более толстого шпона (1,0 – 0,8
мм), а из рассеянно-сосудистых пород – наиболее тонкого шпона, толщиной до 0,4 мм. У шпона принято различать лицевую, или условно
правую, и обратную ей левую стороны.
Лицевой, или правой, называют наружную сторону шпона, срезаемого с кряжа или чурака. Левой – противоположную сторону.
Условия срезания шпона создают разницу в структуре поверхности
правой и левой сторон шпона.
Поверхностный слой шпона с лицевой стороны всегда более уплотнен за счет действия обжимной линейки.
Доминирующими неровностями на поверхности являются углубления – следы вырывов ножом пучков волокон, количество и величина
этих вырывов зависят от остроты ножа и качества древесины. У лущеного шпона больше вырывов образуется в местах косослоя.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На обратной (левой) стороне шпона поверхностный слой обычно
несколько разрыхлен за счет растяжения при отгибе, в нем возможны
микротрещины, а неровности имеют вид местных бугорков, вытянутых
вдоль волокон.
Вероятность появления и размеры трещин на левой стороне шпона
зависят от толщины шпона и режимов его получения. С увеличением
толщины вероятность появления и глубина микротрещин возрастают.
Под древесными материалами принято понимать фанеру и фанерные плиты, столярные, древесно-стружечные и древесно-волокнистые
плиты (ДВП) и другие материалы, изготовленные путем предварительного деления древесины (на шпон, рейки, мелкие древесные частицы) и
последующего их склеивания.
Характерной особенностью всех этих конструкционных материалов
является значительно меньшая анизотропия их свойств по сравнению со
свойствами натуральной древесины.
У древесных плит и фанеры не наблюдается усушки и набухания
в двух направлениях (по длине и ширине), для них характерны малая
разница или одинаковые механические свойства в этих направлениях.
Достигается это за счет перекрестного направления волокон и частиц
древесины в смежных слоях.
При изменении влажности такого материала набуханию или усушке каждого слоя в поперечном к волокнам направлении препятствуют
смежные слои, связанные с ним слоем клея.
У древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит плоского
прессования по длине и ширине не наблюдается набухания и усушки
за счет случайного расположения волокон мелких древесных частиц в
плоскости прессования с одинаковой статистической вероятностью по
длине и ширине плиты.
Фанера общего назначения может быть изготовлена из древесины
разных пород (березы, ольхи, липы, осины, бука, сосны, ели, лиственницы и других пород), даже в одном листе: например, средний слой из древесины одной породы, а наружные слои из древесины другой породы.
Фанеру считают изготовленной из той породы, из которой изготовлены
ее наружные слои.
В зависимости от вида клея фанера общего назначения подразделяется на марки:
– ФСФ – повышенной водостойкости, склеенная фенолформальдегидными клеями;
– ФК – склеенная карбамидоформальдегидными клеями;
– ФБА – склеенная альбуминоказеиновыми клеями.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В зависимости от качества древесины и обработки лицевого слоя
фанера общего назначения делится на пять сортов: А/АВ, АВ/В, В/ВВ,
ВВ/С, С/С. Внутренние слои фанеры изготавливают из шпона 1, 2 и 3-го
сортов. Механические свойства фанеры общего назначения не нормируются, за исключением водостойкости, характеризуемой пределом прочности при скалывании по клеевому слою после разных сроков кипячения или вымачивания.
Фанера, облицованная строганым шпоном, по виду применяемого
клея разделяется на марки: ФОФ – склеенная фенолформальдегидными
клеями и ФОК – склеенная карбамидными клеями.
По количеству облицованных сторон облицованная фанера подразделяется на двустороннюю и одностороннюю. В последней один наружный лицевой слой изготовляется из строганого шпона, другой – из
лущеного шпона не ниже сорта ВВ.
В зависимости от количества пороков на облицованных строганым
шпоном слоях фанера разделяется на два сорта (1-й и 2-й).
Фанера декоративная представляет собой фанеру с декоративными
покрытиями на основе карбамидомеламиноформальдегидных (фанера
марок ДФ-1 и ДФ-2) и меламиноформальдегидных смол (фанера марок
ДФ-3 и ДФ-4).
Покрытия могут быть прозрачными и непрозрачными, с имитацией
текстуры ценных пород древесины, глянцевые и полуматовые. В зависимости от качества поверхности декоративную фанеру выпускают двух
сортов: 1-го и 2-го.
Фанеру бакелизированную изготавливают из березового лущеного
шпона на основе фенол- или крезолформальдегидных клеев. Она предназначается для нужд машиностроения и строительства. В зависимости
от атмосферостойкости фанера подразделяется на марки: ФБС и ФБС1 –
для конструкций, работающих в атмосферных условиях; ФБВ и ФБВ1 –
для конструкций, работающих в помещениях; ФБС-А и ФБС1-А – для
конструкций, применяемых в автомобилестроении. Фанера марки ФБС
может применяться и в изделиях, эксплуатируемых в условиях тропического климата.
Фанеру авиационную изготавливают из тонкого высококачественного березового шпона с применением фенолформальдегидных смол,
листами размером по длине от 1000 до 1525 мм и по ширине от 800 до
1525 мм с градацией в 25 мм. В зависимости от применяемых клеев фанера подразделяется на марки БП-А, БП-В – склеенная соответственно
бакелитовой пленкой А и В, и марки БС-1 и БПС-1В – склеенная смолой
СФЖ-3011 и бакелитовой пленкой. В зависимости от показателя преде25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ла прочности вдоль волокон и качества шпона фанера подразделяется на
два сорта: 1-й и 2-й.
Плиты фанерные представляют собой слоистый материал, склеенный из семи и более листов лущеного шпона синтетическими клеями.
Отличаются они от клееной фанеры большей толщиной и порядком набора слоев шпона. Плиты фанерные изготовляются следующих марок:
– ПФ-А – облицованные строганым шпоном и необлицованные,
смежные слои шпона у которых имеют взаимно перпендикулярное направление волокон древесины;
– ПФ-Б – плиты, у которых пять слоев шпона с параллельным направлением волокон чередуются с одним слоем шпона, имеющим перпендикулярное направление волокон. В крайних и центральном наборах
допускается меньше пяти слоев;
– ПФ-Х – плиты у которых все слои имеют параллельное направление волокон. Выпускают их толщиной 13, 29 и 33 мм; они предназначены для изготовления хоккейных клюшек;
– ПФ-Л – плиты, у которых все слои имеют параллельное направление волокон. Они имеют большую длину, чем плиты ПФ-Х, и толщины:
14, 16, 18, 20 и 22 мм; предназначены для изготовления лыж.
В зависимости от качества древесины и дефектов обработки наружных слоев шпона фанерные плиты разделяются на сорта.
Плиты столярные представляют собой реечные плиты, оклеенные
с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона (наружный слой и подслой) общей толщиной не менее 3 мм (с каждой стороны плиты), и так,
чтобы направление волокон во всех четырех слоях шпона было одинаково и перпендикулярно к направлению волокон в рейках.
В зависимости от конструкции щита столярные плиты подразделяются на три типа: HP – щит из не склеенных между собой реек; СР –
щит из склеенных между собой реек; БР – щит из реек, выпиленных из
склеенных в блок досок.
Плиты типа HP обладают большей, по сравнению с другими, формоустойчивостью, но меньшей жесткостью.
Древесно-стружечные плиты по масштабам производства и применения находятся на первом месте среди других древесных материалов.
В основном такие плиты изготавливают методом горячего плоского
прессования. Показатели их прочности во многом зависят от плотности
и технологии изготовления.
Модуль упругости и предел прочности при статическом изгибе у
древесно-стружечных плит одинаковы по длине и ширине плиты, но
значительно меньше, чем у натуральной древесины вдоль волокон. Для
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
улучшения работы плит на изгиб их обычно упрочняют путем облицовывания, чаще всего древесным шпоном.
Стружечные плиты обладают невысокой прочностью на растяжение
перпендикулярно пласти плиты (0,3 – 0,6 МПа), что необходимо учитывать при проектировании их соединений.
В зависимости от назначения различают три марки (вида) стружечных плит: П-1, П-2 и П-3, отличающиеся качеством поверхности и плотностью.
Они должны обладать повышенной прочностью, поэтому плотность
этих плит установлена в пределах 750, 850 кг/м3.
Плиты, рассчитанные на облицовку шпоном, линолеумом или
ДБСП, должны выпускаться только трехслойными, шлифованными или
нешлифованными. Шероховатость шлифованных плит должна быть в
пределах 200 мкм, нешлифованных – 320 мкм.
В зависимости от наличия дефектов поверхности стружечные плиты марок П-2 и П-3 могут быть отнесены к первому или второму сорту
(плиты марки П-1 должны соответствовать только первому сорту).
Древесно-волокнистые плиты в зависимости от плотности разделяют на мягкие (марок М-4, М-12, М-20), полутвердые (ПТ-100), твердые
(Т-350 и Т-400) и сверхтвердые (СТ-500).
Числа в обозначениях марок плит указывают минимально допустимую по ГОСТу величину прочности плит этой марки при изгибе в кг/см2.
Мягкие плиты имеют малую плотность (не выше 350 кг/м2), низкую прочность и применяются как теплоизоляционный материал.
Полутвердые плиты (плотностью от 400 до 800 кг/м3) находят применение в строительстве, например, для подвесных потолков.
Твердые и сверхтвердые плиты находят широкое применение как
конструкционный материал в строительстве (обшивки потолков, щитовых дверей перегородок, настила полов под линолеум и т. д.), в производстве мебели (донышки ящиков, задние стенки корпусной мебели и
др.), автокузовов и др. Такие плиты изготавливают толщиной 2,5; 3,2;
4,0; 5,0 и 6,0 мм с отклонением +0,3 мм, но наиболее распространена
толщина плит 3,2 мм.
Такие плиты заменяют фанеру толщиной 3 и 5 мм. Подобно
древесно-стружечным древесно-волокнистые плиты выпускают разных
форматов, т. е. до 5,5 м в длину и более 2 м шириной. В зависимости от
способа производства древесно-волокнистые плиты могут иметь одну
гладкую лицевую и рифленую нелицевую поверхности (плиты мокрого
способа формования) или обе гладкие поверхности (плиты сухого способа формования).
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.3 Клеи
Склеивание широко применяется во многих отраслях народного хозяйства и наиболее широко в деревообрабатывающей промышленности.
Свыше 75% всех выпускаемых клеев потребляется в деревообрабатывающих отраслях (производство фанеры, плит и изделий из древесины).
В производстве изделий из древесины склеивание применяется для
соединения заготовок по толщине, ширине и длине, для получения деталей крупных сечений и повышенной формоустойчивости, для облицовки заготовок древесным шпоном и различными пленками, для склеивания из шпона криволинейных заготовок, для приклеивания к древесине
тканей и деталей из пластмасс, для склеивания деталей в сборочные
единицы и т. п.
Характер склеивания, а также условия эксплуатации, в которых могут находиться изделия, обусловливают разнообразие требований, которым должны отвечать технологические и эксплуатационные свойства
применяемых клеев.
В зависимости от условий склеивания или эксплуатации изделий
решающее значение могут иметь разные свойства клея. Универсальных
клеев, пригодных для склеивания любых материалов в их сочетании и
для любых условий эксплуатации изделий, нет.
Промышленность выпускает широкий ассортимент клеев разного
химического состава и различного назначения. В зависимости от происхождения их можно сгруппировать.
До сравнительно недавнего времени в производстве изделий из древесины применялись природные клеи животного происхождения – казеиновый и глютиновый и другие, которые в прошлом были известны под
названием столярных клеев. В настоящее время эти клеи по многим причинам утратили свое значение и уступили место синтетическим клеям.
Основу синтетических клеев составляют синтетические олигомеры
и полимеры, которые являются также основой получения пластических
масс и современных лакокрасочных материалов.
При выборе клеев для конкретных случаев склеивания исходят из
условий, в которых происходит склеивание и эксплуатация изделий, и
из основных требований, которые предъявляются к клеям.
Применяемые в производстве изделий из древесины клеи должны
отвечать следующим требованиям:
– наличие у клея адгезии к склеиваемым материалам; высокая стабильность при хранении;
– достаточная жизнеспособность;
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– регулируемое время схватывания;
– высокий фактор диэлектрических потерь;
– высокое содержание сухого остатка при хорошей смачиваемости;
прочность клеевого соединения;
– влаго -, водо-, тепло- и биостойкость клеевых соединений;
– нетоксичность клея и его соединений;
– отсутствие нежелательных реакций со склеиваемыми материалами;
– близкий к древесине цветовой тон;
– низкая стоимость клея;
– способность легко наноситься на поверхности.
В зависимости от механизма проявления склеивания синтетические
клеи можно разбить на три основные группы: термореактивные, термопластичные, дисперсионные.
ПВАД представляет собой белую сметанообразную массу, состоящую из мелких частиц (глобул) поливинилацетата (ПВА) размером 1 – 3
мкм, распределенных в воде.
Глобулы окружены оболочками из молекул поливинилового спирта, препятствующими их преждевременному слипанию.
Однокомпонентность и неограниченная жизнеспособность делают поливинилацетатные клеи технологичными.
Недостатками их являются ограниченная водостойкость и невозможность склеивания древесины влажностью свыше 12%. Водостойкость
поливинилацетатных клеев повышают модификацией, добавляя в них
до 3% карбамидных и фенольных смол.
При склеивании древесины таким клеем с нагревом получаются водостойкие соединения.
Широкое распространение получили клеи на основе смеси фенолформальдегидной смолы с поливинилацетатами – термопластичными
полимерами, получаемыми при взаимодействии поливинилового спирта
с альдегидами, в частности клеи БФ-2, БФ-4, БФ-6. Они представляют
собой спиртовой раствор поливинилбутираля и фенолформальдегидной
смолы. Клеи БФ-2 и БФ-4 предназначаются для склеивания металлов,
однако пригодны также для склеивания древесины, пластмасс, стекла,
керамики и др. Клей БФ-6 предназначается для склеивания тканей и
приклеивания их к металлу.
Эпоксидные клеи – обширная группа клеев на основе термореактивных эпоксидных смол.
Эпоксидными называют синтетические смолы, содержащие так
называемые эпоксидные группы О-СН-СН2. Чаще всего их получают
путем конденсации эпихлоргидрина с многоатомными спиртами, на29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пример, с дифенолпропаном. Образующиеся при этом смолообразные
продукты состоят в основном из линейных молекул, обладающих гидроксильными и концевыми эпоксигруппами, которые и обусловливают
их высокую реакционную способность.
При взаимодействии со многими веществами (спиртами, фенолами,
аминами, кислотами и др.), содержащими подвижные атомы водорода,
происходит сополимеризация и отверждение смолы за счет раскрытия
эпоксигрупп.
В качестве отвердителей в эпоксидных клеях чаще всего применяются алифатические (для холодного отверждения) или ароматические
амины (для горячего отверждения), но могут применяться также и ангидриды ароматических и циклических кислот и некоторые (например,
полиэфирные, карбамидоформальдегидные) другие смолы. Прочность
склеивания эпоксидными клеями очень высокая. Они обладают чрезвычайно высокой жесткостью.
Применение их в деревообработке ограничивается высокой стоимостью. Для снижения стоимости эпоксидных клеёв в них добавляют наполнители: песок, цемент и т. п.
Клеи-расплавы получают из термопластичных полимеров.
Их используют в виде расплавов, не содержащих растворителей
и затвердевающих при нанесении на поверхность только в результате
охлаждения.
Такие клеи обладают преимуществом очень короткого времени
схватывания, что позволяет выполнять операции склеивания в режиме
проходной обработки на автоматически действующих устройствах.
Клеи-расплавы на основе сополимера этилена с винилацетатом, в
том числе и отечественные клеи марки КРУС, выпускают в виде твердых гранул, и в таком виде при 20 °С они имеют практически неограниченные сроки хранения.
Клеи размягчаются обычно при температуре 60 – 80 °С. Рабочая температура чаще всего находится в пределах 160–200 °С. Перхлорвиниловый клей получают растворением в углеводородах, ацетатах, кетонах
дополнительно хлорированного поливинилхлорида – перхлорвинила.
Клей применяют для склеивания поливинлхлорида (ПВХ), широко используемого в производстве изделий в виде пленок, обкладок и т. д.
Для повышения жесткости клеевого слоя перхлорвиниловую смолу
модифицируют с эпоксидной, фенолформальдегидной с добавками наполнителей двуокиси титана или аэросила.
Полиуретановые клеи получают в результате взаимодействия полиизоцианатов (соединений, содержащих изоцианатные группы –
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
N = C = 0) с многофункциональными гидроксилсодержащими веществами – полиолами, например, многоатомными спиртами, некоторыми полиэфирами и др.
В зависимости от содержания в компонентах функциональных
групп могут получаться клеи термореактивного или термопластичного
характера. При наличии в компонентах только двух изоцианатов и двух
гидроксильных групп получают клеи термопластичного типа, при большем содержании функциональных групп – термореактивные. В производстве изделий из древесины полиуретановые клеи применяют при
склеивании пено- и поропластов.
Клеи на основе эластомеров получают растворением эластомера в
растворителях.
Эластомерами называют термопластичные полимеры, обладающие
высокоэластическими свойствами при практических температурах их
эксплуатации.
Эластомерами являются натуральный и многочисленные синтетические каучуки, например, бутадиеновый, бутадиен-стирольные,
бутадиен-нитрильные, изопреновые, уретановые и др., а также вырабатываемые из каучуков резины.
Широко известны, например, клеи 88-Н и КС-1 для приклеивания
вулканизированных резин к металлам, стеклу, древесине, бетону и другим материалам, представляющие собой растворы резиновой смеси на
основе найритового каучука и бутилфенолформальдегидной смолы в
смеси этилацетата с бензином. Поэтому сухой остаток в клеях, имеющих рабочую вязкость, невелик и редко превышает 30%.
После нанесения клея требуется открытая выдержка для испарения
растворителей.
Клей после нанесения на поверхность и удаления растворителей
или воды приобретает способность к контактному, или мгновенному,
схватыванию при соприкосновении поверхностей с нанесенным клеем.
1.4 Конструирование из древесины
При конструировании формируется комплекс всех основных
свойств нового изделия, его качество, полезность и популярность для
потребителя и экономическая эффективность выпуска для изготовителя.
Изделия конструируют на основании заявки, составленной заказчиком, в лице которого может быть министерство или подведомственная
ему организация.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Заказчик предъявляет разработчику исходные требования к изделию, подлежащему разработке; отвечает за обоснованность предъявляемых требований и обеспечивает реализацию и полное использование изделий в предполагаемом объеме выпуска в планируемом
периоде.
Разработчик на основе достижений отечественной и зарубежной
науки и техники, потребностей народного хозяйства и возможностей
экспорта разрабатывает техническое задание на проектируемое изделие.
Техническое задание иногда разрабатывают на основе результатов
экспериментальных работ, научного прогнозирования, анализа технического уровня, изучения патентной документации.
В техническое задание включают прогнозируемые показатели технического уровня и качества продукции, лимитную цену продукции.
Техническое задание не должно ограничивать инициативу разработчика при выборе оптимальных решений при конструировании и разработке технической документации.
В технических требованиях к изделию с учетом действующих стандартов и норм обычно указывают: состав, показатели и назначение, требования к надежности, требования к технологичности, уровню унификации и стандартизации, эстетические и эргономические требования,
патентную чистоту, требования к составным частям изделия, сырью,
исходным материалам, условия эксплуатации, маркировку, упаковку,
транспортирование и специальные требования.
Техническое задание согласовывается с заинтересованными организациями и заказчиком. Включаемые в техническое задание требования
к изделию основываются на современных достижениях науки и техники с учетом необходимости обеспечения опережающего технического
уровня.
Изделие должно полностью соответствовать техническому заданию, содержащему требования к продукции высшей категории качества. Поскольку в условиях научно-технического прогресса требования
к продукции меняются сравнительно быстро, при конструировании изделий необходимо прогнозировать технический уровень его на весь период разработки и постановки продукции на производство.
При разработке конструкции изделия разработчик вносит предложения по унификации, стандартизации элементов изделия, используемых
материалов, методов изготовления, испытания, хранения и транспортирования. Выявляет новые оригинальные технические решения, составляет заявки на предполагаемые изобретения, которые подтверждают
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новизну решений и высокий технический уровень конструируемого изделия. Разрабатывается техническая документация и организуется изготовление опытного образца и его испытание.
Изготовитель анализирует и согласовывает техническое задание и
техническую документацию, обеспечивает своевременное освоение нового изделия в заданных параметрах качества.
Потребитель обеспечивает надлежащее применение изделий с максимальным использованием его технической возможности, информирует о результатах наблюдений и имеющихся рекламаций по качеству в
начальный период реализации.
Порядок построения и оформления документации на конструируемое изделие должен соответствовать требованиям государственных
стандартов, Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и
Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП).
1.4.1 Физико-механические свойства древесины
При конструировании изделий из древесины необходимо учитывать
физико-механические свойства древесины как исходного конструкционного материала, ее анизотропию и гигроскопичность, а также условия
современного производства.
Надлежащее качество изделия обеспечивается соблюдением элементарных правил конструирования. Древесина является гигроскопичным материалом.
Изделие из нее эксплуатируется в условиях изменяющейся относительной влажности воздуха. Отдельные детали изделия будут в процессе эксплуатации изменять свою влажность, как показывают наблюдения, примерно на 4 – 8%. По этой причине детали изделия из древесины
будут изменять свои размеры в зависимости от коэффициентов усушки
и разбухания.
При разбухании и усушке древесина способна развить напряжения,
превосходящие ее предел прочности на сжатие и растяжение поперек
волокон.
Этой особенностью древесины пользовались еще в Древнем Египте
для раскалывания скальных пород при сооружении пирамид. В скале
долбили отверстия на определенном расстоянии друг от друга. В эти
отверстия забивали клинья из высушенной древесины. На эти клинья
поливали водой. Древесина впитывала воду, клинья разбухали и создавали внутреннее напряжение в скале выше ее предела прочности.
Происходило разрушение скальной породы между сделанными в ней
отверстиями. Если в изделии закрепить детали между собой таким об33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разом, что неизбежное при эксплуатации разбухание их и усушка будут
ограничены этим закреплением, то непременно произойдет разрушение
либо изделия в местах закрепления, либо самой детали.
Учитывая эту особенность древесины, необходимо конструировать
изделие из нее таким образом, чтобы эти неизбежные изменения размеров и формы деталей в процессе их возможного увлажнения и усушки
происходили свободно, без разрушения целостности изделия и изменения его формы.
Для того чтобы эта конструкция оставалась цельной, необходимо
пазы в рамке делать с учетом возможного изменения размера щита. При
этом склеивать такой щит в пазах рамки нельзя.
Для обеспечения прочности конструкции шип должен входить в эти
пазы достаточно глубоко и относительно плотно.
При значительных размерах деталей из древесины поперек неизбежные изменения их размеров и формы при эксплуатации изделия будут велики. В таком случае это правило при конструировании изделия
практически будет трудно выполнить.
Кроме того, детали изделий из древесины следует конструировать
так, чтобы неизбежные изменения их размеров и формы при эксплуатации были минимальными. Это условие достигается применением
клееных древесных материалов, у которых значительно уменьшены
анизотропия свойств и коэффициенты усушки и разбухания. Широкое
использование в конструкции изделия плитных материалов, фанеры,
гнуто-клееных деталей и пластмасс полностью соответствует требованиям этого правила.
Широкие детали следует склеивать из мелких заготовок с соответствующим подбором расположения годичных слоев.
При этом следует помнить, что полная усушка древесины в тангентальном направлении 6 – 12%, а в радиальном – только 3 – 5%. По этой
причине при эксплуатации изделий форма детали будет изменяться изза усушки или разбухания.
При склеивании заготовок необходимо, чтобы склеивались одноименные поверхности по расположению годичных слоев, а смежные
поверхности, образующие пласти заготовок после склеивания, были
различными.
Исходя из требования этого правила, детали из цельной древесины
размером сечения свыше 100 мм следует делать всегда склеенными из
заготовок меньших сечений.
Максимально допустимый размер сечения брусков из цельной древесины у качественных изделий мебели менее 100 мм. При эксплуата34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ции некоторые изделия из древесины являются несущими и подвергаются значительным нагрузкам (клееные несущие конструкции, лыжи,
хоккейные клюшки и т. п.). Поскольку прочность древесины в различных направлениях действия сил относительно ориентации волокон различна, то при конструировании изделий необходимо это учитывать.
При сжатии и растяжении древесина имеет максимальные значения
пределов прочности при действии силы вдоль волокон, а при изгибе
– перпендикулярно волокнам. Поэтому все детали изделия, воспринимающие усилия растяжения и сжатия, должны иметь направление волокон, совпадающее с действием этих сил.
Детали, воспринимающие изгибающие усилия, должны иметь направления волокон древесины перпендикулярно к действующей изгибающей их силы.
Направление годичных слоев в сечении детали из хвойных пород
относительно сжимающих усилий оказывает влияние на предел прочности древесины.
Если угол наклона годичных слоев равен 45°, предел прочности древесины хвойных пород на сжатие составляет только 75% предела прочности при перпендикулярном или параллельном направлении силы сжатия к направлению годичных слоев.
Это правило согласования действия сил и направления волокон соблюдается при конструировании изделия из древесины тем, что длина
детали и направление волокон в ней должны почти всегда совпадать.
Изделие должно быть технологичным для существующих условий
производства. Это значит, что проектируемое изделие при изготовлении
потребует минимальных материальных и трудовых затрат, может быть
легко освоено действующим производством без коренной ломки технологии и необходимости приобретения дополнительного дорогого оборудования и оснастки.
При изготовлении изделия не потребуются дефицитные материалы
и опасные приемы работ.
Гарантируется планируемый рост производительности труда и рентабельность производства.
При конструировании необходимо предусмотреть и обеспечить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц в пределах минимальной
точности их изготовления. Количество соединений, требующих высокой степени точности обработки, должно быть минимальным. Следует
широко использовать унифицированные и стандартные элементы, избегать оригинальных крепежных деталей, сложных профилей и трудноосуществимых сопряжений.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Целесообразно использовать в новых изделиях детали и узлы, которые уже освоены производством. При конструировании необходимо постоянно учитывать функциональные и эстетические требования. У многих изделий из древесины функциональные требования основываются на
данных антропометрии, физиологии, инженерной психологии и гигиены.
Функциональные размеры изделий мебели, музыкальных инструментов и спортивного инвентаря должны быть увязаны с размерами тела
человека, его физиологическими и психологическими особенностями.
Эстетические требования обусловливаются необходимостью гармонического сочетания нового изделия с окружающей средой. Функциональные размеры изделий мебели, например, определены государственными стандартами.
Исходя из этих положений, проектируемое изделие должно отвечать
своему назначению в соответствии с требованиями стандартов и норм
по всем показателям качества и техническому уровню. Оно должно
пользоваться спросом, обладать патентной чистотой и быть конкурентоспособным на внешнем рынке.
Для соблюдения этих условий конструируемое изделие согласуется
с художественным советом министерства, где оно тщательно анализируется на соответствие современным требованиям.
Составляется карта технического уровня, в которой дается оценка новому изделию по всем основным характеристикам качества, и решается
вопрос о целесообразности освоения выпуска изделия производством.
1.5 Технологичность изделий из древесины
Взаимосвязь конструктивных решений изделия с его производством
выражается сложной функцией, именуемой комплексным понятием –
технологичность.
В единой системе технологической подготовки производства технологичность рассматривается в совокупности свойств конструкции и
качества изделия.
Качество изделия оценивается многими показателями, которые указываются в его характеристике.
Технологичность объединяет часть этих показателей, связанных
только с конструктивными и производственными характеристиками
изделия. Технические характеристики изделия, такие, как прочность,
надежность, жесткость и др., имеют конкретное теоретическое обоснование по результатам расчета, соответствие и правильность их можно
проверить экспериментально.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технологичность – сложная комплексная характеристика изделия,
выявляемая в затратах труда, средств, материалов, времени и общей эффективности организации процесса производства изделия на всех его
стадиях.
Для современного механизированного и массового производства
технологичность имеет важное практическое значение.
Повышением технологичности изделия при конструировании обеспечивается рост эффективности всех последующих стадий организации его производства в повышении производительности труда и возможности увеличения выпуска продукции без дополнительных затрат
средств и времени.
Сложность и многогранность понятия технологичности обусловливает и сложность ее оценки.
Технологичность можно оценить качественно и количественно.
Качественная оценка характеризует технологичность изделия обобщенно на основании производственного опыта.
Качественная оценка обычно предшествует количественной и определяет ее целесообразность. Часто качественная оценка определяется
экспертным опросом и выражается в баллах.
Количественная оценка технологичности выражается численными
показателями, которые отражают степень удовлетворения предъявляемых требований к технологичности.
Количественная оценка технологичности целесообразна только по
тем признакам и свойствам изделия, которые существенно влияют на
удовлетворение конкретных требований к изделию со стороны интересов народного хозяйства и изготовителя изделия.
Количественная оценка технологичности более определенна, позволяет конкретно выразить технологические свойства изделия и оптимизировать пути их обеспечения.
Технологичность изделия может проявляться в производстве и эксплуатации. Производственная технологичность изделия обусловливает
эффект при конструкторской и технологической подготовке производства, а также в процессе производства и контроля качества проектируемого изделия.
При эксплуатации технологичность проявляется в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт готового
изделия. При оценке технологичности изделий используется множество
показателей, количественно отражающих технологические свойства изделия.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатели технологичности изделия можно классифицировать по
следующим признакам: по области проявления, по области анализа, по
системе оценки, по значимости, по количеству характеризуемых признаков и по способу выражения.
По области проявления показатели могут быть связаны с производством или эксплуатацией изделия.
По области анализа они могут быть техническими и техникоэкономическими.
К техническим относятся такие, как надежность, прочность, масса,
материалоемкость, унификация, к технико-экономическим – себестоимость, трудоемкость и т. д.
По системе оценки показатели технологичности разбиваются на три
вида: базовые, проектируемого изделия, уровня технологичности.
Базовые показатели технологичности регламентируются соответствующей отраслевой организацией в документации на изделие или
принимаются из характеристик аналогичных изделий, аттестованных
по высшей категории качества.
Показатели проектируемого изделия характеризуют квалифицированность решения проблемы технологичности при проектировании конкретного изделия.
Показатели уровня технологичности регламентируются директивной документацией, обусловливающей технический уровень производства. Приведенные показатели уровня технологичности для конкретного изделия могут определяться как отношение достигнутых показателей
к базовым.
По значимости показатели могут быть основными и дополнительными. Основными показателями часто являются трудоемкость, технологическая себестоимость.
Дополнительными могут быть относительная трудоемкость по отдельным видам работ, унификация конструкции и применяемых технологических процессов и т. п. В некоторых случаях как приведенные, так
и дополнительные показатели могут быть основными, в других – наоборот. По количеству характеризуемых признаков показатели технологичности различаются как частные и комплексные. Частные показатели
характеризуют технологичность только по одному свойству изделия,
комплексные – по двум и более.
По способу выражения показатели могут быть абсолютными и относительными.
Абсолютные показатели характеризуют физические свойства изделия величиной с соответствующей размерностью.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Относительные – безразмерной величиной. Относительные показатели должны иметь одинаковые пределы значений, обычно от нуля до
единицы.
В оценке технологичности конструкции изделия могут использоваться два приема в зависимости от принятых показателей: чем больше
показатель, тем выше технологичность; чем меньше – тем лучше.
Второй прием более удобен в решении практических задач по оценке технологичности изделий из древесины.
Численные значения показателей технологичности изделий определяют по формулам, структура которых обеспечивает их значение в установленных пределах.
Возможно использование и других зависимостей с учетом конкретных условий и методики оценки. При освоенной методике оценки технологичности отработка изделия на технологичность производится по
ходу подготовки производства.
Технологичность изделия при этом может повышаться от стадии к
стадии организации его производства.
Практика показывает, что около 60% уровня технологичности изделия достигается при разработке эскизного и технического проектов. Со
стадии опытного образца до серийного выпуска изделия имеется возможность еще повысить технологичность на 20%. Оценка технологичности изделий из древесины представляет собой типичную инженерную задачу, не имеющую однозначного решения.
Если необходимо обеспечить проектируемое изделие высоким уровнем технологичности, задача решается по ходу технологической подготовки производства, последовательным определением и анализом единичных оценок технологичности по частным показателям относительно
базового изделия. Когда необходимо из группы изделий выбрать наиболее технологичное, определяются комплексные показатели технологичности каждого изделия и путем сопоставления их выбирается наиболее
технологичное изделие. Оценка технологичности конкретных изделий
должна производиться только по апробированной методике, приемлемой для этих изделий.
Отличительные признаки изделий из древесины обусловливают необходимость применения различных методик, которые разрабатываются в следующей последовательности:
– определяют исходные данные, которые характерны изделию и методам его изготовления и оказывают существенное влияние на основные показатели технологичности;
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– проводят анализ этих данных для определения требований к технологичности на основе типовых аналогов, возможностей применения
новых материалов и прогрессивной технологии;
– обрабатывают результаты анализа для выявления конкретных показателей, определяющих технологичность;
– выбирают показатели оценок технологичности, определяют их
значимость регрессионным анализом или экспертным методом и ограничивают их количество;
– выводят формулы для расчета показателей;
– ведут расчет численных значений частных показателей и устанавливают закон суммирования их для определения комплексного показателя технологичности.
Для правомерности суммирования различных показателей необходимо привести их к безразмерным величинам. Это достигается использованием при суммировании относительных значений показателей
технологичности либо путем определения приведенных коэффициентов
весомости каждого показателя в общей оценке. Для оценки технологичности клееных деревянных несущих конструкций по ГОСТу 4.208-79
предлагается, например, две группы показателей: материалоемкость,
рациональность конструктивного решения.
В группу материалоемкости включены такие частные показатели,
как расход пиломатериалов, клея, металла и т. п. В группу рациональности конструктивного решения включаются: общее количество деталей,
количество типоразмеров сечений пиломатериалов, трудоемкость изготовления, количество этапов склеивания, сложность геометрических
форм сечений клееных блоков и т. п.
В оценке технологичности корпусной мебели пользуются, например, такими частными показателями: унификация размеров, технологическая сложность, сложность сборки, оптимальность конструкции
и т. п. Для оценки технологичности других изделий могут использоваться совершенно иные показатели.
Количество показателей, используемых при оценке технологичности, определяет точность и вероятность ее оценки.
Увеличение количества показателей позволяет в более высокой степени дифференцированно выявить различие, оценить и сопоставить
группу изделий по технологичности. Кроме того, большое число показателей делает решение задачи более громоздким. Необходимо рационально использовать минимальное число частных показателей, имеющих наиболее существенное влияние на технологичность конкретных
изделий из древесины при существующих условиях производства.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оценка технологичности изделия по техническим показателям, характеризующим свойства составных частей изделия, эффективна при
разработке новых изделий.
Для анализа технологичности изделий по имеющейся документации
с целью выбора из многих более технологичных можно воспользоваться
сопоставлением технико-экономических показателей, например, технологической стоимости, которая может быть основным комплексным показателем технологичности конструкции изделия.
Технологическую себестоимость принято делить на две составные
части расходов: прямые и косвенные.
К прямым расходам относят: стоимость материалов, покупных комплектующих изделий и полуфабрикатов, зарплату производственных
рабочих, расходы на подготовку производства и освоение выпуска изделия, стоимость топлива и электроэнергии, услуги кооперированных
предприятий. Косвенные затраты включают: расходы на содержание и
эксплуатацию оборудования, цеховые и общезаводские расходы, стоимость потерь от брака, внепроизводственные расходы.
Величины затрат по каждой группе определяются нормативами и
сметами расходов производства базовых изделий.
Технологическая себестоимость может быть рассчитана на заготовку, деталь, сборочную единицу или изделие, комплекс – набор мебели.
Общие требования по технологичности изделий сводятся к следующим положениям:
– конструкция изделия должна состоять из стандартных и унифицированных элементов;
– детали должны изготавливаться из стандартных заготовок или форматов, иметь оптимальную точность и шероховатость, которые обеспечиваются типовыми технологическими процессами. Методы изготовления
деталей должны быть прогрессивными, с высокой производительностью,
простотой контроля и с минимальными потерями материалов;
– используемые в конструкции материалы не должны быть дефицитными, их следует ограничить по видам, типам и массе. Конструкция
сборочной единицы изделия должна допускать возможность компоновки ее из стандартных и унифицированных частей;
– сборка и применяемые соединения должны быть простыми, позволяющими использовать базовую часть изделия, механизацию и автоматизацию;
– базовая часть изделия должна формироваться на основе использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и
измерительных;
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– количество мест и поверхностей соединений должно быть минимальным, они должны быть легкодоступны механизации сборки и контролю качества.
1.6 Особенности поверхности
материалов из древесины
Размеры и форма деталей, поверхности материалов в нормативнотехнической документации представляются ограниченными номинальными идеально гладкими поверхностями в виде линий.
Реальные поверхности не являются идеально гладкими, они имеют
отклонения – неровности. Неровности реальной поверхности можно
выявить, сравнив ее с идеальной, гладкой поверхностью.
При совмещении идеально гладкой поверхности с реальной возможны два вида отклонений в зависимости от положения точек реальной
поверхности: выступы и впадины.
Эти отклонения реальной поверхности будут различаться размерами контуров пересечения их идеальной поверхностью и экстремальным
положением точки высотой выступа или глубиной впадины.
Неровности реальной поверхности деталей и материалов обусловливаются свойствами материала и особенностями процесса формирования поверхности при обработке материала.
В зависимости от размеров контура неровностей в деревообработке
условно принято неровности реальной поверхности разделять на макронеровность и микронеровность, или шероховатость. К макронеровностям относят единичные неровности больших размеров по контуру,
вызываемые главным образом короблением и геометрической неточностью оборудования.
Микронеровности чаще характеризуют точность формы поверхности. Допуски на такие отступления обычно регламентируются системой
допусков и посадок. Микронеровности на каждой поверхности являются случайными дефектами. Кроме размерных характеристик, неровности на реальной поверхности древесных материалов различают в зависимости от факторов, обусловливающих их проявление.
Неровности могут быть результатом проявления анатомического и
структурного строения материала, разрушения и восстановления в процессе физического воздействия на материал.
Анатомические неровности свойственны древесным материалам:
они образуются вскрытием сосудов, полостей клеток древесины.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Структурные неровности характерны для древесных материалов,
изготовленных из измельченной древесины, они обусловливаются формой, размерами и расположением частиц на поверхности этих материалов. Неровности упругого восстановления проявляются в результате неоднородности материала к упругому восстановлению из-за различных
плотности и твердости, неодинаковой усушки различного направления
волокон и т. д.
Неровности разрушения образуются при силовом воздействии на
материал в процессе его обработки резанием, скалыванием, разрывом
и т. п. Формы и размеры таких неровностей зависят от свойств материала, специфики и закономерности действия сил, разрушающих материал,
в зоне формирования поверхности.
Разновидностями неровностей разрушения поверхности древесины
являются ворсистость и мшистость.
Эти характерные для древесины дефекты поверхности обусловлены
волокнистым строением древесины и соответствующими условиями ее
разрушения.
Под ворсистостью поверхности древесины понимают такое ее состояние, при котором на ней имеются отделенные одним концом волокна, способные приглаживаться или подниматься.
Если на поверхности древесного материала имеются участки с пучками коротких волокон, отделенных одним концом, но неспособных
приглаживаться, то такой дефект поверхности называют мшистостью.
К неровностям разрушения можно отнести неровности, обусловленные кинематикой резания и вибрацией режущего инструмента. Такие
неровности имеют форму траектории лезвия резца в виде волн и называются волнистостью поверхности.
Волнистость поверхности является систематической погрешностью с определенным законом распределения, зная который, можно ее
прогнозировать.
При обработке поверхности вращающимися резцами волнистость
всегда ориентирована в направлении подачи и зависит от радиуса резания и подачи на резец. Длина волны является надежным и достаточным
критерием оценки волнистости поверхности древесных материалов.
Критерием шероховатости поверхности должен быть параметр, получаемый из уравнения, описывающего реальную поверхность в функции трех координат. Такой подход неприемлем для практики из-за сложности определения уравнения поверхности.
Направления линии поверхности:
– параллельная;
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– перпендикулярная;
– перекрестная, кругообразная;
– радиальная и произвольная.
Эти направления возможны благодаря определенности траектории
режущего инструмента при образовании поверхности.
Благодаря этим допущениям шероховатость поверхности можно
охарактеризовать по двум координатам одной плоскости нормального
сечения и по одному из названных направлений.
Требования к шероховатости поверхности устанавливаются наибольшим числовым значением выбранного параметра или его пределами независимо от происхождения неровностей, обусловивших это
значение параметра. Исключение составляют анатомические неровности.
Поскольку при обработке древесины резанием появление этих неровностей не зависит от способов и режимов резания, в требованиях к
шероховатости таких поверхностей анатомические неровности не учитываются.
Не включаются в числовую характеристику шероховатости ворсистость и мшистость поверхности, поскольку нет методов и средств количественной оценки этих неровностей и в технических требованиях к
шероховатости оговаривается только допустимость или недопустимость
этих неровностей на деталях данного назначения.
Известные методы определения параметров шероховатости различаются по следующим признакам:
– по измерению параметров – прямые и косвенные, контактные и
бесконтактные, дискретные и интегральные;
– по принципу действия и устройству используемых приборов – механические, пневматические, оптические, индукционные, емкостные,
ультразвуковые, высокочастотные;
– по виду представляемой информации – профилометрические и
профилографические.
Прямые методы позволяют определять значение параметра непосредственным измерением его величины.
Косвенные – на основании измерения величин, связанных с определяемым параметром, вычисляют расчетом.
Контактные методы осуществляются благодаря контакту измерительного органа с поверхностью, параметр шероховатости которой
определяется. Бесконтактный метод позволяет измерить параметр без
контакта рабочего органа с поверхностью, для которой определяется
параметр шероховатости. Дискретные или дифференциальные методы
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дают конкретное единичное значение измеряемого параметра в каждом
месте измерения.
Интегральные методы дают усредненное значение измеряемого параметра на определенном участке поверхности.
Название принципа действия соответствует конструктивным формам осуществления метода: механические основаны на принципе механики, оптические – на принципе оптики и т. д.
Профилометрические методы позволяют измерять параметр по ходу
его изменения вдоль профиля нормального сечения, без необходимости
графического представления этого профиля.
Профилографические методы основаны на получении чертежаграфика модели профиля в увеличенном масштабе, и по данным этой
профилограммы определяют все параметры профиля.
Профилографические методы дают больше информации о шероховатости поверхности, чем профилометрические.
В соответствии с перспективной классификационной схемой, принятой ИСО ТК 57, приборы и устройства для оценки шероховатости делятся на две группы:
– приборы для оценки шероховатости по поверхности. Они применяются при интегральном методе. В качестве критерия используют образцы сравнения;
– приборы для измерения шероховатости профильным методом.
Они делятся в свою очередь на приборы последовательного преобразования профиля – щуповые профилометры и профилографы и приборы одновременного преобразования, теневого и светового сечения.
Принципы действия и устройства приборов могут быть различными в
соответствии с принятым методом.
Поскольку принятые параметры шероховатости могут определяться
только с помощью приборов профильного метода, они считаются основными, хотя принцип оценки шероховатости поверхности интегральным
методом на практике является более корректным.
Наибольшее практическое значение и применение получили прямые методы, в частности, профильные методы.
Профильными называют методы, основанные на получении тем или
иным способом профиля сечения контролируемой поверхности и оценке ее шероховатости по этому профилю.
Получение профиля контролируемой поверхности возможно разными способами, однако чаще всего для этой цели пользуются способами
светового сечения или ощупывания поверхности. Существует две разновидности способа светового сечения поверхности.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Простейшим ощупывающим прибором для контроля шероховатости может служить индикаторный глубиномер, представляющий собой
индикаторную головку часового типа, закрепленную в специальной колодке с плоской опорной поверхностью так, чтобы стержень индикатора
выступал на 1,5 – 2 мм ниже опорной поверхности.
Пользуясь отверстиями в колодке, прибор можно установить на контролируемой поверхности так, чтобы конец стержня индикатора касался дна впадины, глубину которой хотят измерить.
Индикаторный глубиномер пригоден для контроля шероховатости
только грубых поверхностей. В деревообработке им пользуются для
контроля шероховатости пиломатериалов, выпиленных на лесопильных
рамах, круглопильных станках с большой подачей на зуб и т. п.
Значительно большее распространение получили ощупывающие
приборы – профилографы и профилометры, в которых твердый щуп
(чаще всего им служит алмазная игла) скользит по контролируемой поверхности, неровности которой вызывают соответствующие им вертикальные колебательные перемещения щупа.
Перемещения щупа с помощью соответствующих механизмов могут быть преобразованы в отклонения светового луча, механические
перемещения пера или чаще всего в электрические импульсы и с многократным увеличением записаны на фотопленке или бумаге в виде кривой профиля – профилограммы или зафиксированы на показывающем
приборе.
Соответственно различают щуповые приборы – профилографы, служащие для записи неровностей поверхности в виде профилограмм, и
щуповые приборы – профилометры, дающие усредненный результат измерения неровностей в числовом выражении того или иного высотного
параметра шероховатости.
Масштаб вертикального увеличения в профилографах может быть
очень большим, в современных приборах он нередко достигает 105 и
более. Масштаб горизонтального увеличения редко превышает 102.
Поэтому профилограммы представляют собой искаженный сильно
гипертрофированный по высоте профиль поверхности, но именно это
позволяет выявить и оценить даже мельчайшие его подробности.
Очень важной характеристикой ощупывающих приборов являются
радиус закругления острия ощупывающей иглы и давление ее на контролируемую поверхность.
При очень малом радиусе закругления игла может царапать поверхность, при слишком большом – может происходить искажение профиля за счет недоощупывания, т. е. недоставания иглы до дна впадины.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Усилие прижима иглы к поверхности должно быть незначительным,
иначе возможно смятие контролируемой поверхности, особенно у такого мягкого материала, как древесина.
В то же время оно должно быть достаточным для того, чтобы исключить проскакивание иглы через отдельные неровности при ее поступательном перемещении по поверхности.
Таким образом, ощупывающие приборы должны отвечать очень высоким требованиям, и основные параметры их нормируются государственными стандартами.
Параметр шероховатости поверхности изделий из древесины и древесных материалов определяется по ГОСТу 15612-78.
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О РЕЗАНИИ ДРЕВЕСИНЫ
Резание древесины – обработка древесины, при которой связи между
частицами древесины разрушаются вдоль строго определенных направлений. Резание позволяет получить деревянные изделия нужной формы
и размеров.
Механической обработкой древесины называется процесс изменения ее формы и объема без изменения самого вещества.
Механическая обработка древесины производится с нарушением
связи между частицами древесины (пиление, строгание, фрезерование)
и без нарушения связи между ними (гнутье).
Основным способом механической обработки является резание.
Различают следующие способы резания: со стружкообразованием (пиление, фрезерование и др.) и без стружкообразования (выработка шпона, раскрой шпона на ножницах); раскалывание древесины (колка дров,
клепок, изготовление драни, щепы).
Чаще всего при механической обработке древесины применяется
резание со стружкообразованием. Обработка древесины резанием производится режущим инструментом, имеющим один резец (нож), несколько резцов (фрезы) и много резцов (пилы).
При резании резец, имеющий форму клина, внедряется в древесину,
отделяя от нее различные части.
Клиновидный резец является составным элементом всех режущих
инструментов. В простейшем случае резание можно представить себе в
соответствии со схемой на рисунке 4.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
передний угол
угол заострения
передняя грань
задний угол
угол
резания
лезвие
задняя грань
Рис. 4 – Схема процесса резания клиновидным резцом
Отделение стружки, когда ширина резца больше ширины материала, осуществляется лезвием резца или его режущей кромкой и передней гранью. Когда ширина резца меньше ширины материала, в резании
принимают участие также боковые режущие кромки и грани резца.
Плоскость, в которой происходит резание, называется поверхностью
резания (обработки).
Воспользовавшись сечением резца плоскостью, перпендикулярной
поверхности обработки и параллельной направлению движения резца,
рассмотрим его угловые элементы. Угол между передней и задней гранями резца называется углом заострения. Угол между задней гранью
резца и поверхностью резания называется задним углом.
Угол между передней гранью резца и плоскостью резания называется углом резания.
Угол между передней гранью резца и плоскостью нормальной к плоскости резания и проходящей через режущую кромку называется передним углом.
Сопротивление резанию уменьшается при уменьшении угла заострения, увеличении заднего угла и уменьшении угла резания; однако
уменьшение угла ограничивается вибрацией резца, ухудшающей качество обработки, а также прочностью резца.
По отношению к направлению древесины различают три основных
вида резания: торцовое, продольное и поперечное.
При торцовом резании резец движется в плоскости, перпендикулярной направлению волокон древесины, перерезая их.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Срезаемая стружка в этом случае скалывается на отдельные слабо
связанные или совсем не связанные элементы.
При продольном резании резец движется в плоскости волокон, параллельно их длине. Стружка имеет форму тонкой ленты либо может
надламываться и иметь ясно выраженные элементы.
Поперечное резание происходит при движении резца в плоскости
волокон, перпендикулярной их длине; при этом стружка получается непрочной и ее элементы слабо связаны между собой.
Однако при создании специальных условий в этом случае можно
получить сравнительно прочные ленты древесины. Такими условиями
являются, например, снятие тонкого слоя древесины, предварительное
распаривание древесины и обжим ее перед резцом, что наблюдается при
получении строганого и лущеного шпона.
Опытами установлено, что соотношение сопротивления резанию
для рассмотренных трех случаев составляет 5:2:1.
Резание называют элементарным при соблюдении следующих
основных условий: в процессе участвует только одна прямолинейно
режущая кромка, толщина стружки постоянна, резец надвигается на
древесину с постоянной скоростью и по отношению к ее волокнам занимает одно из рассмотренных трех положений (торцовое, продольное,
поперечное резание) (рис. 5).
б
а
г
в
Рис. 5 – Виды резания:
а – торцовое; б – продольное навстречу волокнам; в – продольное в направлении
волокон; г – поперечное
Всякое другое резание, имеющее хоть одну отличительную черту
от элементарного, называется сложным, например: резание с боковыми
стенками, когда длина резца не перекрывает ширину бруска, когда углы
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
встречи направления резания с волокнами отличаются от рассмотренных при элементарном резании, когда резание криволинейно и т. д.
При круговом резании угол встречи с волокнами изменяется в зависимости от положения резца на дуге резания.
Для резания необходимы два рабочих движения, которые могут осуществляться единовременно или разновременно.
Например, брусок неподвижен во время резания, а резец движется
со скоростью. Но для того, чтобы снять второй такой же слой, надо придать бруску второе движение, перпендикулярное, в то время, когда резец будет отодвинут обратно (холостой ход), т. е. надо подать древесину
на резец вторым рабочим движением.
Круглая пила вращается с рабочим движением, а брусок подается на
пилу рабочим движением. Два движения, происходящие единовременно, складываются, и получается траектория относительного движения
резца по отношению к древесине. Эта траектория называется траекторией резания. Окружная скорость движения пилы значительно больше
скорости подачи бруска, траектория резания почти совпадает с окружностью диска пилы и соответствующая ей скорость называется скоростью резания.
Рабочее движение, обеспечивающее последовательное резание
стружки за стружкой, называется движением подачи, а соответствующая ей скорость – скоростью подачи. На рисунке 2, где брусок неподвижен, а перемещается резец, скорость перемещения резца и будет скоростью резания, а подача и для снятия дальнейших слоев древесины будет
производиться бруском или ножом за холостой ход.
Итак, для резания необходимо два движения – движение резания
(главное) и движение подачи.
2.1 Способы резания древесины
К основным способам обработки древесины резанием относятся пиление, строгание, фрезерование, сверление, долбление, точение, шлифование, а также резание ножницами или ножами листовой древесины
(резание без стружкообразования).
Пиление – операция разделения древесины на части с помощью
многорезцового инструмента. Для распиловки лесоматериалов применяют ручные или механические пилы.
Пила представляет собой многорезцовый инструмент в виде полотна, ленты, диска, цилиндра с расположенными на рабочей кромке режущими зубьями. Некоторые пилы при установке в станки нуждаются
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в натяжении, которое создается специальными устройствами; такое натяжение придает пилам при пилении необходимую устойчивость.
К этой категории относятся пилы, применяемые в лесопильных рамах, и ленточные пилы.
Основные виды пил – рамные, ленточные и круглые (рис. 6).
б
в
а
Рис. 6 – Основные виды пил:
а – рамная, б – круглая, в – ленточная
Рамные пилы представляют собой длинные узкие тонкие стальные
полотна, на одной кромке которых насечены зубья (рис. 6).
2
а
4
3
1
u
u
б
в
V
V u
5
6
H
e
Рис. 7 – Схемы работы пил:
а – рамная, б – круглая, в – ленточная
Предназначены они для продольной распиловки бревен и брусьев
на доски и другие пиленые материалы в специальных станках, называемых лесопильными рамами, в которых пилы получают поступательновозвратное движение от кривошипно-шатунного механизма и производят пиление при движении в одну сторону.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При обратном движении (за холостой ход) зубья резать не могут, так
как задняя грань образует с направлением движения тупой угол и в этом
случае было бы не резание, а сминание древесины.
Круглые пилы, называемые также дисковыми, представляют собой
тонкий стальной зубчатый диск (смотрите рис. 6 б). Они имеют непрерывное вращательное движение с постоянной окружной скоростью.
Применяются для продольной и поперечной распиловки лесоматериалов всех видов.
Вследствие большой скорости резания и потому большой производительности круглые пилы являются наиболее распространенными.
Ленточная пила имеет форму тонкой стальной бесконечной ленты,
на одной кромке которой насечены зубья (рис. 6 в). Пила устанавливается в станке на двух шкивах, один из которых может перемещаться в
направлении длины пилы и таким образом ее натягивать.
При вращении шкивов получается непрерывное равномерное движение пилы – движение резания.
Применяются ленточные пилы для продольной распиловки бревен и
брусьев на доски, для распиловки толстых досок на более тонкие; узкие
ленточные пилы применяются в производствах древесных изделий для
пиления по кривой линии.
Движение подачи бревна осуществляется посредством вальцов.
Кривошипно-шатунный механизм рамы состоит из шатуна и коленчатого вала.
Пильная рамка за один оборот коленчатого вала делает два хода –
подъем и опускание – на величину двух радиусов кривошипа, называемую величиной хода. Пиление происходит за один ход при опускании
рамки и пил вниз.
На рис. 7 б показана круглая пила для поперечного резания лесоматериалов.
Движения резания и подачи производятся пилой. В станках продольной распиловки бревен движение резания осуществляются пилами,
а движение подачи на пилы производится вальцами, гусеницами, тележками.
На рис. 7 в показана схема ленточнопильного станка. Лесоматериалы
на пилу подаются вручную, тележкой или вальцами. Движение резания
производится пилой, а движение подачи – материалом.
Толщина полотнища пил лесопильных рам в зависимости от их длины составляет 1,8 – 2,4 мм.
Для распиловки бревен диаметрами до 60 см часто применяют полотнища толщиной 2 и 2,2 мм при длине 1250 – 1500 мм.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Толщина круглых пил зависит от их диаметра и составляет, например, для диаметра 320 мм 1,8 – 2,2 мм, для диаметра 500 мм – 2,2 – 2,8 мм,
для диаметра 800 мм – 3 – 3,6 мм и т. д.
Для успешной работы пил зубья должны соответствовать определенным размерам и профилям. В частности, для пил лесопильных рам
рекомендуется профиль, показанный на рисунке 8.
h
t
r
β
γ
Рис. 8 – Профили зубьев рамных пил:
t – шаг зубьев, h – высота зуба, r – радиус впадин, α – затылочный угол, β – угол
заточки зуба, γ – передний угол
Этот профиль имеет заднюю грань зуба, очерченную по ломаной линии. Линия пересечения передней грани зуба с задней образует так же,
как в элементарном резце, режущую кромку, называемую передней. Две
боковые кромки передней грани тоже принимают участие в резании и
называются боковыми режущими кромками.
Между передней гранью одного зуба и задней гранью последующего образуется пространство, называемое впадиной зуба. В ней размещается срезаемая в виде стружки древесина.
Дно впадины очерчено по дуге окружности с радиусом r, который
называется радиусом закругления впадины зуба.
Прямая линия, соединяющая вершины зубьев, называется линией
вершин зубьев. Прямая, касательная к дугам впадин, представляет линию впадин. Расстояние между линией вершин и линией впадин, измеренное по перпендикуляру, называется высотой зубьев, расстояние
между вершинами – шагом зубьев (Глебов, 2002).
Для распиловки бревен на шпалы, брусья и доски применяют также
пилы со вставными зубьями. В диске пилы имеются гнезда, снабженные
гребнем. В каждое гнездо заводятся зуб и замок, имеющие направляющий паз. Зубья устанавливаются специальным ключом.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
t
Профиль III
Профиль I
t
0,4t
α
α
h
r
h
r
β
β
γ
t
Профиль IV
t
Профиль II
r
β
h
r
α
h
α
γ
γ
β
Рис. 9 – Профили зубьев круглых пил:
t – шаг зубьев, h – высота зуба, r – радиус впадин, α – затылочный угол,
β – угол заточки зуба, γ – передний угол
Достоинствами этих пил являются: неизменность диаметра пилы,
возможность применения твердосплавных сталей, подверженных меньшему износу, сравнительно быстрая смена зубьев.
Однако подобные пилы дают большую ширину пропила, так как режущая короткая кромка зубьев пил имеет ширину 5,5 – 6,5 мм. Обычно
такие зубья применяют на пилах диаметром не менее 1000 мм.
Для поперечной распиловки зубья круглых пил имеют форму треугольников. Часто применяемые профили зубьев таких пил показаны на
рисунке 9).
Для заострения боковых кромок применяется косая заточка, при
этом боковые кромки соседних зубьев затачиваются в разные стороны.
В круглых пилах передний угол γ измеряется между передней гранью и радиусом, проведенным через вершину данного зуба.
Задний угол α измеряется между задней гранью и касательной, проведенной через вершину данного зуба.
При увеличенном числе зубьев вследствие того, что толщина срезаемого слоя древесины, приходящегося на один зуб, уменьшается, обеспечивается более высокое качество распиливаемой поверхности.
Мощность резания при увеличенном числе зубьев больше, так как
древесина в пропиле измельчается на более мелкие части.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кроме круглых пил с плоским диском или диском, имеющим одинаковую толщину по диаметру, в специальных случаях применяются также пилы с различной толщиной диска по диаметру.
К последнему типу пил относятся, в частности, конические, у которых на периферии толщина диска меньше, чем в центральной части.
Этим достигается наименьшая потеря древесины на пропил; такие пилы
применяются для отпиливания от брусков тонких дощечек толщиной до
10 – 12 мм. Имеются также пилы с большей толщиной периферийной
части или с так называемым поднутрением боковых поверхностей, дающие очень чистый пропил (строгальные пилы).
Ленточные пилы, применяемые для распиловки бревен и брусьев,
имеют сравнительно широкое полотно, 150 – 350 мм.
Столярные ленточные пилы, применяемые в основном для выпиловки криволинейных заготовок и деталей, имеют малую толщину и ширину полотнища. Профиль зубьев этих пил характеризуется прямой задней
гранью и малым шагом.
Форма зубьев пил, или их профиль, имеет весьма важное значение.
Так, профиль зубьев оказывает непосредственное влияние на производительность пил, качество распиливаемой поверхности, на расход энергии при резании, а также на потерю древесины на пропил.
Зубья пил должны быть достаточно прочны и устойчивы в работе,
чтобы обеспечить хорошее качество распиловки и большие скорости
подачи, определяющие высокую производительность станка; при этом
должны соблюдаться также условия применения пил наименьшей возможной толщины. Эти условия обеспечиваются правильным выбором
всех элементов зубьев пил: вида кривой очертания зубьев, величины
шага и высоты зубьев, углов заострения, резания, переднего и заднего,
величины и формы впадины зубьев.
Во впадине зубьев размещается основная часть древесины, срезаемой данным зубом в виде стружек. При этом в таких станках, как лесопильная рама, объем срезаемой плотной древесины часто больше, чем
возможный наибольший объем впадины, вследствие чего древесина там
прессуется. Часть мелких опилок попадает в пространство между пилой
и стенками пропила и выкрашивается наружу.
Для свободного движения пилы в пропиле без защемления и предотвращения трения о его боковые поверхности производится развод либо
плющение зубьев (рис. 10).
Развод состоит в отклонении вершинок зубьев одного в правую сторону, а соседнего – в левую.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Плющение, или расплющивание, зубьев заключается в уширении их вершин, включая переднюю режущую кромку.
При разведенных зубьях древесину по всей ширине пропила снимают два соседних зуба, а при плющеных – один зуб. Процесс плющения, показанный схематически на
данном рисунке, производится слеРис. 10 – Схема образования
дующим
образом. Вершинная часть
пропила:
со
стороны
задней грани имеет
зуба
а – пила с разведенными зубьями;
прочную
опору-наковаленку.
б – пила с плющенными зубьями.
Расширение (расплющивание)
вершин происходит за счет сильного прижима этой части зуба к наковаленке посредством профилированного валика; при поворачивании на некоторый угол валик профилированной поверхностью делает вмятину на передней грани зуба, вследствие чего его вершина уширяется в виде лопаточки.
Развод и плющение могут производиться либо механическим, либо
ручным способом. Эти операции трудоемки, особенно ручное плющение. Имеются станки для механического плющения, в том числе для горячего. Перед горячим плющением на полуавтоматическом станке производится электрический нагрев зубьев.
При ручном методе надо затратить на обработку пилы 12 – 15 мин, а
при механическом – 2,5 мин.
После плющения все вершины зубьев получаются разной формы и
кромки их весьма слабы.
1
б
Для устранения этих недостат1
2
а
ков
необходима дополнительная
2
операция – формовка, заключающаяся в обжиме зубьев с боков при
помощи либо специального ручного аппарата, называемого формовкой, либо специальных станков.
Имеются станки, в которых произРис. 11 – Схема расплющивания водятся и плющение, и формовка в
некоторых случаях одновременно.
кончика зуба:
Плющение зубьев пил считается
а – исходное положение; б – конечное
более
совершенным и прогрессивположение валика. 1 – наковаленка;
ным
методом,
чем развод (рис. 11).
2 – профилированный валик
а
56
б
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Установлено, что качество пропила у рамных пил с плющеными
зубьями выше, чем у пил с разведенными зубьями, такие пилы более
устойчивы в пропиле, поэтому их можно применять более тонкие; в связи с этим уменьшается потеря древесины на пропил, а следовательно,
увеличивается объемный выход, уменьшается затрата энергии на распиловку (при одновременном увеличении шага на 25 – 50%); такими пилами возможна распиловка со скоростями подачи на 10 – 15% большими,
чем пилами с разведенными зубьями.
Скорость резания в круглопильных станках представляет собой скорость передних режущих кромок, которая соответствует окружной скорости круглой пилы:
V = D · n / (1000 · 60),
где V – скорость резания, м/с;
D – диаметр круглой пилы, мм;
n – число оборотов пилы в минуту.
Обычно скорость резания на круглых пилах составляет 40 – 70 м/с.
При внедрении скоростного резания она доводилась до 100 – 110 м/с.
Таким же путем определяется скорость резания для ленточных пил:
D здесь будет иметь значение диаметра шкива.
В лесопильных рамах пилы совершают возвратно-поступательное
движение от кривошипно-шатунного механизма; скорость движения
пил и их передних режущих кромок имеет переменное значение от нуля
до максимума.
Значения действительной скорости движения пил в зависимости от
угла поворота кривошипа из верхнего вертикального его положения могут быть подсчитаны по известным формулам, которые даются в курсе
теории механизмов и деталей машин.
В технологических и экономических расчетах используется обычно
понятие средней скорости движения пил и резания, определяемой выражением:
Vср = 2 · H · n / 60,
где Vср – средняя скорость резания, м/с;
H – высота хода (максимального подъема) пильной рамки, м;
n – число оборотов вала рамы в минуту.
В зависимости от значений H и n средняя скорость резания составляет от 2 до 7 м/сек.
Средняя скорость резания у лесопильных рам примерно в 10 раз
меньше, чем у круглопильных станков, что объясняется различным характером движения пил.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Скорость подачи в пильных станках зависит от подачи древесины
на один зуб пилы. Подача на один зуб обусловливается жесткостью полотна пилы, формой зуба, размером впадин между зубьями (условиями
размещения опилок во впадине), а также требуемым качеством пропила.
Опытами и производственной работой установлено, что для круглых пил в лесопильном производстве при продольной распиловке лесоматериалов хвойных пород подачи на зуб на круглопильных станках:
– распиловки бревен доходят до 2 – 2,5 мм;
– распиловки пиломатериалов до 0,8 – 1 мм;
– лесопильных рам такая подача может доходить до 2 – 2,6 мм.
– на ленточных станках:
– распиловки бревен до 3 – 3,5 мм;
– делительных до 1 мм;
– столярных до 0,1 мм.
Схема срезания зубьями круглой пилы древесины при продольном
пилении представлена на рисунке 12.
V
a
U
Uz
Uz
R
t
Рис. 12 – Схема работы круглой пилы при продольном пилении
Постоянное число оборотов пилы в минуту дает постоянную окружную скорость, или скорость резания. U – подача материала, V – скорость
вращения пилы, R – радиус пилы, t – шаг зубьев.
Брусок древесины с определенной высотой пропила подается на
пилу с постоянной прямолинейной скоростью подачи. При резании каждый зуб пилы описывает по отношению к древесине траектории, представляющие некоторые кривые – циклоиды.
Подачей древесины на зуб пилы будет расстояние между двумя любыми соседними траекториями, измеренное в направлении подачи. Это
расстояние везде одинаково. С подачей на зуб пилы не следует смеши58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вать толщину стружки, которая измеряется по нормали к траекториям
зубьев. Как видно из рисунка, толщина стружки переменна – она меньше у верхнего края и больше у нижнего.
В лесопильной раме при наиболее часто встречающемся случае, когда скорость подачи постоянна, а скорость резания переменна, подача на
зуб и толщина стружки имеют переменное значение; тогда обычно вводят в расчеты среднее значение подачи на зуб.
В ленточнопильных станках имеется прямолинейная подача с постоянной скоростью, вследствие чего подача на зуб и толщина стружки
будут постоянными величинами.
Сверление – процесс образования сверлом в заготовках сквозных и
несквозных цилиндрических и конических отверстий. Сверла бывают
перовые, центровые, спиральные, винтовые.
У сверла различают хвостовик, собственно стержень, режущую
часть и элементы для отвода стружки.
Для механизированного сверления применяют электросверлильные
машины ИЭ-1019А, ИЭ-1031А, ИЭ-1032.
Ими можно сверлить отверстия диаметром до 9 мм. Сверлят отверстия спиральными сверлами. Перед работой электросверлильную машину тщательно осматривают и проверяют, после чего в патрон вставляют
сверло и прочно его закрепляют, а затем нажимом на пусковой курок
включают электродвигатель. В течение 1 – 2 мин работают вхолостую;
если двигатель работает нормально, приступают к работе.
Долбление – применяют для получения в древесине прямоугольных
отверстий (гнезд).
Для выборки гнезд, пазов, шипов и других работ применяют долота.
Долота бывают плотничные и столярные. Рукоятки долот изготовляют
из древесины – дуба, клена, бука, граба, белой акации, ясеня.
Древесина рукоятки должна быть здоровой, без трещин, гнили и
червоточины влажностью до 12%. Рукоятки могут изготовляться из ударопрочной пластмассы.
Точение – позволяет получать тела вращения. Резание производится резцом при вращении изделия или вращающейся ножевой головкой,
внутри которой проходит заготовка квадратного сечения (круглопалочные станки).
Вручную гнезда сверлят коловоротом или сверлилкой. В коловороте
можно крепить сверла с диаметром хвостовика до 10 мм.
При использовании вместо сверла отвертки коловоротом можно завертывать шурупы. Мелкие отверстия диаметром до 5 мм высверливают
сверлилкой.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для высверливания глубоких отверстий используют бурав, представляющий собой сверло с ушком для ручки, которое расположено в
верхней его части.
Шлифование – процесс получения ровных и гладких деревянных
поверхностей под отделку, чаще всего с использованием шлифовальной
шкурки.
Шлифовальная шкурка представляет собой абразив в виде зерен
различного размера, нанесенный на бумажную, тканевую или комбинированную основу с помощью клея. Зерна абразива являются резцами,
имеющими грани и кромки. Наиболее распространенные абразивы –
кварц, наждак, электрокорунд и карбид кремния.
Важной характеристикой шлифовальных шкурок является номер их
зернистости: № 200, 160 – шлифзерно; № 125, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20,
16, 12, 10, 8, 6, 5, 4 – шлифпорошки.
Целесообразно подвергать шлифованию древесину после пиления,
строгания и фрезерования с шероховатостью поверхности не более
250 мкм.
Для получения требуемой шероховатости поверхности шлифование
древесины чаще всего проводят в несколько проходов: сначала крупнозернистой шкуркой (№ 32...20), затем среднезернистой (№ 16... 12) и,
наконец, мелкозернистой (№ 10...8). При таком последовательном шлифовании твердой древесины можно достичь шероховатости поверхности до 16 мкм.
При ручном шлифовании используют специальные сборные колодки, выполненные из пробкового дерева с прикрепленной шлифовальной
шкуркой или бруски древесины с наклеенными на их боковые поверхности полосками войлока или фетра толщиной 5 мм. В сборных колодках шкурка крепится к колодке.
Брусок или колодку со шлифовальной шкуркой, легко прижимая,
плавно перемещают по шлифуемой поверхности древесины вдоль волокон. При поперечном шлифовании на поверхности остаются царапины,
снижающие качество обработки. Также качество шлифования зависит
от твердости древесины.
В процессе работы шлифовальную шкурку необходимо периодически очищать щеткой от пыли. По окончании шлифования пыль с поверхности древесины снимают мягкой волосяной щеткой или сдувают
сжатым воздухом, подаваемым компрессором.
Отшлифованная поверхность должна быть ровной и гладкой, без
вмятин и царапин.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2 Строгание и фрезерование
После распиливания заготовки имеют риски, шероховатости, покоробленность. Все эти дефекты устраняют строганием. Кроме того, при
строгании заготовкам придают нужную форму.
Строгание – операция резания древесины ножами, при которой
траекторией резания является прямая, совпадающая с направлением рабочего движения. Строгают древесину ручным или механизированным
инструментом.
Строгание может быть выполнено разными способами:
1) материал (древесина) неподвижен, а инструмент (рубанок или фуганок) производит возвратно-поступательное движение (ручное строгание);
2) инструмент неподвижен, а материал (древесина) движется – циклевальные станки;
3) материал движется, а инструмент-резцы вращаются (электрорубанок, фуговальный, рейсмусовый и другие станки).
Рубаночные и фуганочные ножи делают с наварными пластинками
из стали марок Х6ВФ, 9Х5ВФ и Х12Ф1. В том случае, когда ножи изготовлены из цельной стали, используют марку стали 85ХФ или Х12Ф1.
Контрножи (контржелезки) – горбатик делают из стали марок 35
или 45.
Поверхности ножей и контрножей защищают от коррозии (ржавчины) лаком, воронением или оксидированием.
Кромка изогнутого конца контрножа должна быть ровной, прямой и
плотно прилегать к железке. Режущие кромки железок-ножей должны
быть перпендикулярны к продольным ребрам.
В зависимости от назначения ножи подразделяются на следующие
типы:
– шерхебельные – для грубого строгания древесины;
– рубаночные одинарные (без контржелезки) – для первичного строгания;
– рубаночные двойные (с контрножом) – для чистого строгания;
– фуганочные двойные – для окончательного чистого строгания;
– цинубельные – для циклевания поверхности древесины под склеивание;
– зензубельные – для выборки четвертей;
– фальцгебельные – для выборки и зачистки четвертей.
В зависимости от выполняемых операций для плоского строгания
применяют шерхебель, одинарный и двойной рубанки; торцовый рубанок, фуганок, цинубель, шлифтик.
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для профильного строгания – зензубель, фальцгебель, грунтубель,
шпунтубель, горбач и др.
Обработка древесины посредством фрезерования производится резцами (ножами), находящимися на вращающемся металлическом корпусе, называемом ножевой головкой. Ножи совершают движение резания
с определенной окружной скоростью.
Посредством строгания древесина обрабатывается ножами, снимающими стружку постоянной толщины; при этом либо обрабатываемая
древесина неподвижна, а ножи совершают возвратно-поступательное
прямолинейное движение, либо ножи неподвижны, а древесина передвигается. Строгание производится на станках фанерострогальных,
стружечных, дощечкорезательных, лущильных.
Обработку вращающимися ножами называют не фрезерованием, а
строганием. Этот термин принят в книге в дальнейшем; в соответствии
с этим большинство станков именуются строгальными.
К ним, в частности, относятся четырехсторонние строгальные, фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шипорезные.
В качестве режущих инструментов при строгании применяются
либо съемные плоские ножи, устанавливаемые в круглых головках,
либо многорезцовые режущие головки – фрезы, в которых ножи составляют одно целое с головкой.
Съемные плоские ножи применяются преимущественно для строгания плоских поверхностей и в этом случае имеют прямолинейное
лезвие; фрезы применяются для строга6 1
5
ния фигурных и узких плоских поверхностей.
4
Число резцов в ножевых головках
2
обоих типов может составлять два, че3
тыре, шесть, восемь, а в станках с большими скоростями подачи – еще больше
(рис. 13).
Плоские строгальные имеют толщину 3 – 10 мм, ширину 25–120 мм, длину
40–400 мм, угол заточки β 30 – 40º, γ – пеРис. 13 – Устройство
редний угол 15 – 35º
круглой ножевой головки
Корпус ножевой головки представляна четыре ножа:
ет собой металлический цилиндр, имеющий в середине отверстие для вала, а на
1 – корпус, 2 – планки, 3 – упорпериферии фасонные прорези для устаные планки, 4 – регулировочные винты, 5 – винт, 6 – нож
новки и крепления ножей.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рассматриваемой ножевой головке нож укрепляется в прорезях
головки распором винта, прижимающего планки к передней грани ножей. Различное выдвижение ножей над цилиндрической поверхностью
ножевой головки дает возможность регулировать толщину снимаемого
слоя древесины.
В одной ножевой головке все ножи устанавливаются на одинаковую
толщину стружки, вследствие чего лезвия ножей должны находиться на
одной и той же цилиндрической поверхности.
Для точного выдвижения ножей в ножевой головке применяются
регулировочные винты с упорными планками, в которые упирается продольная грань ножей.
Фрезы для строгания хвойных пород имеют угол заточки 50 – 55°,
передний 25 – 30°, для твердых пород угол заострения несколько больше
(60 – 65°).
Преимущество фрез (рис. 14) перед плоскими ножами заключается
в большей устойчивости резцов, неизменности профиля, небольшой затрате времени на смену резцов, возможности применять большие скорости резания и подачи, что определяет в конечном счете большую производительность станка.
б
а
Рис. 14 – Фрезы:
а – для гладкого строгания, б – для фасонного строгания кромок досок
Ножи и фрезы затачивают на механических точильных станках. При
строгании вращающимися ножами каждый нож принимает участие в
снятии стружки, однако в образовании строгальной поверхности будут
принимать участие все имеющиеся в ножевой головке резцы лишь только в том случае, если их лезвия лежат на одной цилиндрической поверхности. Отклонения в точности установки ножей при этом не должны
быть более 0,02 мм. Достигается это специальными мероприятиями.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К ним относятся для съемных ножей – уравновешивание и балансировка, тщательная их установка в ножевых головках, дополнительная
подточка (фуговка) в станках на полном числе оборотов ножевых головок.
За один оборот ножевой головки при непрерывной подаче материала ножи будут дважды внедряться в древесину, при этом каждый нож
снимает стружку серповидного сечения и оставляет желобчатый волнообразный след. Когда в образовании строганой поверхности принимают
участие все ножи, длина волны равна подаче на один нож.
Однако при неточной установке ножей длина волны становится
больше и зависит от числа ножей, принимающих участие в образовании
строганой поверхности.
Чем меньше длина волны, тем меньше ее глубина и тем строгание
чище. Для массового строгания хвойных строительных материалов длина волны может доходить до 3 мм и больше.
3 ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОПИЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Сырье лесопильного производства для выработки пиломатериалов –
это бревна разных пород, очищенные от сучьев.
Учет сырья лесопильного производства ведут по объему, породам,
размерам, форме и качеству.
Для выработки пиломатериалов в основном используют хвойные
породы как наиболее распространенные и обладающие высокими технологическими свойствами.
Продукцией лесопильного производства являются пиленые лесоматериалы, полученные в простейшем случае посредством продольной
распиловки бревен, в дальнейшем большинство пиломатериалов обрабатывается на пильных станках.
Пиломатериалы после обрезки кромок и перерезки по длине поперечными пилами имеют форму параллелепипедов, примером чего могут
служить четырехбитный брус и чисто обрезная оторцованная доска.
Широкие стороны (грани) пиломатериалов называются пластями,
узкие боковые – кромками.
Грани, ограничивающие пиломатериалы на концах, называются
торцами. В пиломатериалах, предназначенных для внутрироссийского потребления (в том числе и строганых), различают пласть лицевую,
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отличающуюся лучшим качеством древесины, и оборотную, противоположную лицевой. По относительному расположению годовых слоев
различают пласть внутреннюю, обращенную к сердцевине, и наружную, обращенную к заболони.
Линии пересечения пластей с кромками называются ребрами.
Пластины получают от продольной разрезки бревна на две части.
Пиломатериалы, имеющие ширину не более двойной толщины, именуются брусками.
Пиломатериалы толщиной и шириной более 100 мм называются
брусьями, при этом в двухкантных брусьях пропилены две стороны, а в
четырехкантных – все четыре стороны.
Доски подразделяются на необрезные, у которых кромки не пропилены, и на обрезные, у которых пласти и кромки либо пропилены
полностью по всей длине пиломатериалов (чистообрезные), либо имеют непропиленную поверхность на части длины доски; такую непропиленную поверхность, захватывающую пласть и кромку, называют
обзолом.
Различают тупой и острый обзол. У тупого обзола часть кромки доски обрезана, при остром обзоле кромки не пропилены совсем.
Клепкой называют лесоматериал, предназначенный для бочек. При
этом клепка может быть с плоской или цилиндрической поверхностью,
получаемой на специальных пилах.
Пиломатериалы с прямоугольным сечением малых размеров именуются дощечками и планками.
Шпалами называют либо двухкантные брусья с неодинаковыми постелями, либо четырехбитные специальных размеров. К пиломатериалам можно отнести также горбыли и рейки.
Горбыли имеют одну сторону, пропиленную по всей длине, а вторую
– сохраняющую частично или полностью форму наружной части бревна. Рейки, срезаемые с боковых сторон необрезных досок, имеют одну
сторону непропиленную, а три стороны пропиленные.
Если одна или несколько сторон досок, брусков или брусьев подвергались строганию, такие пиломатериалы называются строгаными.
Доски и бруски, прирезанные применительно к габаритным размерам деталей с соответствующими припусками на усушку и обработку,
называются черновыми заготовками.
К пиломатериалам предъявляются весьма разнообразные требования, которые можно классифицировать по признакам:
– порода древесины;
– место потребления;
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– назначение;
– качество древесины;
– форма поперечного сечения;
– размеры;
– положение в отношении зон поперечного сечения бревна;
– характер и степень обработки;
– направление кромок и пластей досок относительно годичных слоев.
Для производства пиломатериалов расходуется большое количество
хвойных и лиственных деревьев.
Например, в нашей стране и других европейских странах используются хвойные породы – сосна, ель, пихта, кедр, лиственница и лиственные – дуб, бук, береза, клен, граб, вяз, ильм, ольха, осина, липа, тополь
и др. На американском континенте к деловым хвойным породам относятся различные виды сосен, елей, пихты, кедра, туя, секвойя.
В странах Азии, Африки и Америки, особенно в тропической зоне,
имеется много лиственных пород, которые могут дать деловую древесину. К ним относятся, например, эвкалипт, махагони, лимба и др.
По месту потребления или реализации различают пиломатериалы
для внутреннего потребления и экспортные.
В зависимости от качества древесины пиломатериалы подразделяют
на сорта. Это разделение весьма условно, и требования к сортам одной
и той же нумерации в различных странах разные.
По положению в отношении зон поперечного сечения бревна следует различать пиломатериалы из спелой (ядровой), заболонной древесины и пиломатериалы, содержащие частично ядровую, частично заболонную древесину.
По характеру и степени обработки различают пиломатериалы:
– обработанные только пилами – нестроганые,
– обработанные пилами и ножами – строганые.
Строганые пиломатериалы могут иметь в поперечном сечении вид
прямоугольников; можно также придавать им различные фигурные профили.
Параллельность волокон по отношению к кромкам и пластям требуется обычно только в некоторых специальных материалах (лыжных
заготовках, резонансовых пиломатериалах) и достигается специальной
распиловкой.
Различают материалы с тангенциальным и радиальным расположением пластей досок относительно годичных слоев.
В первом случае пласти досок касательны к годичным слоям, во втором идут по направлению их радиусов.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При распиловке то или иное расположение пластей образуется направлением плоскостей пропила относительно годичных слоев. Эти пиломатериалы именуются соответственно тангенциальными и радиальными.
Массовое получение радиальных пиломатериалов требует применения специальных способов распиловки. Обычный способ рамной распиловки, применяемый в нашей стране и во всех европейских странах,
дает преимущественно тангенциальные доски и небольшое количество
радиальных (Щелгунов, 1981).
Радиальным распилом в большей части стандартов признается такой, при котором пласть материала располагается к годичным слоям под
углом не менее 60°. Особенностями радиальных пиломатериалов являются: расположение трещин и сучьев параллельно пластям; отсутствие
коробления при сушке; меньшая склонность к растрескиванию и сжатию при сушке, что ведет к меньшей продолжительности искусственной
сушки; значительно меньший износ пластей досок от истирания, что
важно, например, для половых досок; красивая и единообразная текстура, что особенно важно для хвойных пород.
Таким образом, изменение плоскостей пропила может служить
средством повышения качества пиломатериалов.
Принадлежность к тому или иному сорту определяется совокупностью допускаемых пороков, основными из которых являются: сучки,
гнили, синева, прочие грибные окраски, червоточины, трещины, смоляные кармашки.
У нас и в большинстве стран Европы для пиломатериалов внутреннего потребления устанавливается обычно четыре-пять сортов.
Европейские экспортные хвойные пиломатериалы подразделяются также на четыре-пять сортов, из них первый, второй и третий, а иногда и
четвертый объединяются в одном качественном подразделении, называемом бессортными пиломатериалами, а последний сорт выделяется в
отдельную качественную категорию.
В США хвойные пиломатериалы общего назначения делятся на две
качественные группы – отборные и обычные, каждая из которых содержит четыре-пять сортов. Отборные пиломатериалы содержат минимальное количество пороков.
Размеры пиломатериалов устанавливают в стандартах исходя из
потребностей народного хозяйства и задач наилучшего использования
древесины. Наименьшая толщина досок в большинстве случаев составляет 16 мм. Толщина дощечек для тары 6 – 13 мм. Ширина обрезных
досок 80 мм и более.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объем пиломатериалов измеряется чаще всего в кубических метрах,
а европейских экспортных – в специальных единицах, ленинградских
стандартах.
Пиломатериалы и заготовки заказываются потребителями по определенным спецификациям, в которых указываются качество, размеры
по толщине, ширине и длине и объем пиломатериалов различных размеров и качества.
Во многих случаях в спецификациях имеется большое количество
размеров пиломатериалов. Для краткой характеристики спецификаций
или их частей по размерам применяют понятие о средних линейных размерах пиломатериалов – толщине, ширине и длине, вычисляемых следующим образом.
Объемы и линейные размеры берутся в тех мерах, в которых они
даны в спецификациях, например, толщина в миллиметрах или в дюймах, объем в кубометрах или в стандартах и т. д. Формулы этого типа
наиболее правильно отражают представление о средних линейных величинах, связанных с объемом. В знаменателе формулы получается
сумма соответствующих площадей: например, при определении средней толщины это будет сумма площадей пластей досок.
Таким образом, средняя толщина находится делением общего объема досок на сумму площадей пластей досок и т. д.
Обычно учитываются размеры сухих пиломатериалов для определенной влажности (например, 15%).
Такие размеры называются номинальными. Пиломатериалы, выпиливаемые из сырых кряжей (с влажностью выше 30 – 35%), должны
иметь соответствующий припуск на усушку.
В процессе обработки на станках неизбежны некоторые отклонения
в размерах, правильности формы и чистоты поверхности пиломатериалов. Во избежание значительных потерь при дальнейшем использовании пиломатериалов эти неточности должны быть возможно меньшими.
Допускаемые пределы неточностей носят название допускаемых отклонений.
При распиловке на лесопильных рамах получаются неточности в
размерах толщины досок в пределах 1 – 2 мм, которые и включаются в
большинство технических условий на европейские пиломатериалы в качестве допускаемого отклонения.
При распиловке на тяжелых ленточно-пильных станках с большими скоростями, характерными для распиловки мягких пород в странах
Северной Америки, неточности в толщине могут составлять 4 – 6 мм.
В таких случаях для приведения к одной толщине (в товарный вид) тре68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
буется калибровка пиломатериалов на специальных строгальных калибровочных станках, что и производится на большинстве американских
предприятий. Несколько большая неточность допускается на размер
ширины.
По длине оторцованных досок многие технические условия допускают отклонения от –25 до +50 мм.
Пилы оставляют на поверхности пиломатериалов следы, неровности в виде бороздок и ступенчатых образований – риски. Глубина рисок
и других неровностей при распиловке на лесопильных рамах допускается в размере 0,8 – 1,25 мм, что соответствует второму классу чистоты
поверхности.
В процессе обработки вследствие временной разладки оборудования и пил или неправильных приемов работы станочников могут получаться отклонения от правильной формы в виде кривизны по пластям
или кромкам, винтообразной поверхности досок (крыловатости) и др.
Небольшие отклонения могут устраняться в процессе дальнейшей
обработки, вследствие чего они допускаются в стандартах на пиломатериалы.
Контроль и учет пиломатериалов в процессе производства связан с
определением их размеров (толщины, ширины и длины), а также сортности. Определение размеров на большинстве предприятий производится визуально, однако разработаны и начинают внедряться автоматические приспособления (применяющиеся в основном на сортировочных
устройствах для пиломатериалов).
Качество пиломатериалов определяется на основе визуального
осмотра каждой доски с учетом большого количества пороков древесины и недостатков в обработке: осматривают обе пласти и обе кромки.
Эта операция очень трудоемка.
На определение сорта хвойных обрезных досок, предназначенных
для экспорта на западноевропейские рынки, необходимо затратить
опытному бракеру 4 – 5 сек для каждой доски при удобном положении
ее на столе на высоте не менее 0,8 м над уровнем пола.
Делаются попытки автоматизировать эту операцию путем применения
фотоэлементов, излучений радиоактивных элементов (гамма-излучений).
Однако до сих пор попытки не дали практических результатов, что можно частично объяснить множественностью показателей, определяющих в
действующих технических условиях сорт пиломатериалов.
В некоторых странах имеется категория конструкционных пиломатериалов, к которым в основном предъявляется требование на прочность.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для подобных материалов начали применять автоматический проходной способ определения прочности, сущность которого заключается
в изгибании брусков и других пиломатериалов при непрерывном прохождении их в специальных станках; показатели изгибающих усилий и,
следовательно, прочности легко регистрируются приборами.
Пиловочным сырьем являются пиловочные бревна и кряжи, которые
представляют собой отрезки деловых стволов различных пород деревьев, соответствующие по размерам и качеству определенным требованиям, тесно связанным с требованиями на продукцию (пиломатериалы),
вырабатываемую из пиловочного сырья.
При составлении качественных требований на сырье и на продукцию учитывают биологические особенности древесных стволов, используемых в качестве пиловочного сырья.
Пиловочное сырье заготовляется из древесины хвойных и лиственных пород в соответствии с породами деревьев, которые могут быть использованы для производства пиломатериалов. Как известно, наибольшее хозяйственное значение имеют хвойные породы, что объясняется
их широкой территориальной распространенностью, высокими техническими свойствами и хорошей обрабатываемостью режущими инструментами.
К размерам бревен относятся диаметр (толщина) и длина. Диаметр
бревен измеряется в верхнем торце без коры. Если торец не представляет правильного круга, за учетный принимается диаметр, равный полусумме наименьшего и наибольшего диаметров.
Учетными являются диаметры через 2 см. К размеру длины бревен
или кряжей делается припуск на оторцовку пиломатериалов, который не
входит в обмер бревен и, следовательно, в учет объема. Учетные длины
имеют градацию через 0,5 м.
Как известно, от комлевого торца до вершинного все бревна имеют
уменьшение диаметра по их длине, называемое сбегом и учитываемое
в виде средней величины в сантиметрах на 1 м длины бревна. Часто в
расчетах для хвойного сырья принимается условный сбег в размере 1 см
на 1 м длины. На самом деле сбег бревен имеет различные значения.
Можно установить некоторые средние значения сбега, относящиеся к
определенным ступеням толщины бревен.
Форма бревен приближается либо к усеченному конусу, либо к усеченному параболоиду вращения.
При сравнении табличного объема с действительным по отношению
к одному бревну или малому их количеству можно установить значительную разницу, доходящую для тонких бревен до 15 – 20%. При из70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мерении большой партии бревен одного размера отклонение табличного
объема от действительного не превышает 1 – 2%.
В ряде случаев объемное содержание древесины в бревнах учитывается по объему цилиндра с диаметром в вершинном конце
(в Скандинавских странах).
В США содержание древесины на основании вершинного диаметра и длины определяется по возможному выходу обрезных досок из
бревна в бордфутах. Составлены специальные таблицы, указывающие
этот выход, из которых наибольшим признанием пользуются таблицы
Скрибнера. Обычно получается несколько больший выход; превышение
выхода относится к табличному значению, учитывается в процентах и
носит название оверан (overrun).
Большое значение имеет наименьший диаметр пиловочных бревен.
Он определяется исходя из ряда экономических соображений. В странах, располагающих в основном тонкомерным сырьем (со средними
диаметрами пиловочных бревен 18 – 24 см), целесообразно для увеличения сырьевых ресурсов использовать стволы и их отрезки с предельно
малыми диаметрами, которые определяют исходя из возможности получения пиломатериалов наименьшего допустимого сечения. В частности, на европейском севере такой наименьшей шириной считается
80 – 100 мм, что определило наименьший допустимый к распиловке диаметр пиловочного сырья – 12 – 14 см.
В странах тропического пояса, где производится выборочная рубка
деревьев большого диаметра в труднодоступных районах, считается нецелесообразным и неэкономичным заготавливать сравнительно тонкомерный лес.
Так, во многих странах Африки ведется заготовка пиловочного сырья диаметром не менее 60 см.
Тонкомерное сырье по сравнению с толстомерным в общем случае
ведет к снижению основных технико-экономических показателей предприятия (производительности основного оборудования, коэффициента
полезного выхода основной продукции, т. е. крупных пиломатериалов,
стоимости распиловки сырья, себестоимости продукции).
Производительность на лесопильных заводах вследствие недостаточного использования производственной мощности лесопильных станков на малых диаметрах бревен с уменьшением среднего диаметра несколько уменьшается.
Однако соответствующим подбором оборудования, применяя, например, круглопильные станки с непрерывной подачей для тонкомерных бревен или узкопросветные рамы с большим числом оборотов,
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
можно значительно снизить влияние бревен малых диаметров (при наличии их в большом количестве) на производительность предприятий.
Так, при распиловке на лесопильных рамах уменьшение полезного
выхода пиломатериалов с уменьшением диаметра характеризуется следующим (для сырья одинакового качества, в частности без гнили): если
принять полезный выход при диаметре 30 см за 100%, то он будет при
диаметре 26 см 97%, при диаметре 22 см 95% и при диаметре 16 см 89%.
3.1 Заготовка, транспортировка и хранение сырья
Сырье можно заготавливать в любое время года. При летней заготовке для сохранения качества сырья торцы сортиментов должны закрываться еще в лесу антисептическими замазками не позже, чем через
неделю после валки дерева.
Сырье может доставляться к заводу по железной дороге, реке или
обоими указанными путями.
Затраты на доставку сырья, в зависимости от местных условий, могут составлять 1 – 2,5% от его стоимости. Для выгрузки сырья на склад
завода и укладки в штабеля применяют двухбарабанные лебедки, поперечные элеваторы, краны и т. д.
При доставке водным транспортом для приема и временного хранения сырья в районе предприятия на реке оборудуют рейд. Он представляет собой часть водного пространства, где производят приемку сырья,
его первоначальную сортировку, подачу на склад или непосредственно
к лесопильному цеху.
Для рационального транспортирования сырья начало рейда располагают выше завода по течению реки. Выбор места рейда зависит от
длины и ширины акватории, скорости течения, силы и направления господствующих ветров. Наиболее благоприятны участки со скоростью
течения 0,3...0,7 м/с. При меньшей или большей скорости течения устанавливают ускорители или гасители скорости.
Для повышения скорости перемещения бревен применяют лебедочные, канатные, барабанные или гидравлические ускорители.
Рейд состоит из нескольких участков, расположенных по направлению течения реки в следующем порядке: для приемки временного хранения плотов, их роспуска, сортировки сырья на воде с последующей
подачей на выгрузку. Сортировочные устройства могут быть трех типов: коридорные, веерные, комбинированные.
Коридорные устройства используют при скорости течения до
0,4 м/с. Бревна после роспуска плота поступают в сортировочный ко72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ридор, где они располагаются перпендикулярно направлению движения и направляются рабочими с переходных мостиков в сортировочные
дворики. В этих двориках группируют бревна определенного размера
и качества. При соответствующей степени механизации перемещения
бревен в коридоре такие сортировочные устройства получают большую
пропускную способность.
Веерные устройства устанавливают при скорости течения
0,4...0,7 м/с. Поступающие на сортировку бревна рабочие направляют в
дворики через ворота. В каждом дворике накапливаются бревна одной
сорторазмерной группы, и по мере необходимости из соответствующего
дворика через ворота их выпускают в коридор. Бревна перемещаются
продольной щетью. Конвейером или другими механизированными средствами бревна из коридора выгружают на склад сырья или в бассейн. В
этих устройствах сырье сортируют на небольшое количество групп.
В комбинированных устройствах использованы элементы коридорных и веерных устройств. Бревна, попадая в сортировочный коридор,
распределяются рабочими с переходных мостиков в дворики или через
ворота в дворики. Затем лесоматериалы выгружают с рейда на склад
или в цех на распиловку.
При доставке сырья водным транспортом на складах проводят ряд
таких трудоемких операций, как выгрузка бревен из воды, перемещение
их в пределах склада, сортировка и укладка в штабеля, разборка штабелей и подача бревен в лесопильный цех.
Бревна с рейдов выгружают пачками или отдельными бревнами.
В первом случае это выполняют лебедками, брамсбергами и кранами,
во втором – поперечными элеваторами, продольными конвейерами, гидролотками. Для перегрузочных операций применяют кабельные, мостокабельные, консольно-козловые, башенные краны, продольные конвейеры, гидравлические лотки, лебедки, колесные погрузчики с челюстными захватами.
Наиболее эффективны мостокабельные краны.
Краны оборудованы консолью, установленной над водой, длиной
25...40 м. Производительность кранов при выгрузке сырья – до 1200 м3
в смену, при разборке штабеля – до 450 м3.
Козловые, портальные и башенные краны применяют на складах относительно небольших площадей. Для создания значительных
межнавигационных запасов сырья устанавливают несколько кранов,
которым придают продольные лесоконвейеры, колесные погрузчики,
транспортно-штабелевочные агрегаты, выполняющие перегрузочные
операции.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из козловых кранов на складах лесопильных предприятий наиболее
широко применяют краны ККЛ-8 и КСК-30-42 грузоподъемностью соответственно 8 и 30 т и пролетом моста 40 и 42 м.
Серьезное внимание уделяется хранению сырья на складах заводов, так как материальные и трудовые потери от снижения качества
древесины из-за повреждения ее микроорганизмами могут быть весьма велики.
Если чураки зимней или весенней доставки, особенно лиственных
пород, оставить незащищенными до июня, из них нельзя будет получить шпон высших сортов. В июне листы средних сортов шпона из такого сырья уже получаются неполных размеров.
В августе незащищенное сырье вообще непригодно для выработки
фанеры. При дальнейшем хранении на складе такое сырье может быть
использовано только в качестве дров.
В первый период хранения происходит задыхание незащищенного
.сырья: под действием кислорода воздуха древесина буреет, а затем поражается грибами. При дальнейшем хранении в ней появляется сначала
мраморная, а потом мягкая гниль. Указанные процессы особенно интенсивно протекают в древесине березы, ольхи и бука.
Все способы хранения сырья основаны на создании условий, препятствующих развитию грибов, наиболее интенсивно поражающих древесину при температуре 20 – 25° С и влажности 40 – 60%. Следовательно,
если в древесине сохранить более высокую влажность и понизить ее
температуру (до 5° С и ниже), развитие грибов значительно замедлится
или совсем прекратится.
Существуют различные способы хранения сырья.
Для хранения древесины в воде используют естественные водоемы
или искусственно созданные бассейны. Обязательным условием правильного хранения сырья является полное его затопление в воде, для
чего на сырье нагружают некондиционные чураки или кряжи.
Этот способ является наиболее надежным и часто применяемым.
Сроки хранения сырья в воде не ограничиваются.
Мокрое хранение древесины основано на создании у торцов чураков
среды с высокой влажностью. С этой целью чураки укладывают в штабеля высотой 2 – 3 м, отстоящие друг от друга на расстоянии 15 – 20 см.
В промежутки между штабелями набивают опилки, как на рисунке 15.
Для увлажнения опилок над ними располагаются лотки или трубопроводы, по которым периодически подается вода (1 – 2 раза в день). Для
использования атмосферных осадков над штабелями устраиваются водосборные крыши. Качество хранимой древесины получается довольно
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
высоким. Некоторое неудобство данного способа заключается в необходимости периодически досыпать опилки.
Хорошие результаты дает также способ дождевания древесины.
В этом случае над штабелями сырья устраивается сиcтема водопроводных труб, снабженных специальными насадками для разбрызгивания
воды. В сутки рекомендуется производить не менее шести–десяти поливов. Интенсивность полива 0,7 – 0,9 мм/мин.
Хранение древесины путем замораживания заключается в следующем. Поступившее в холодное время года сырье укладывается на утрамбованную снеговую или ледяную подушку, пересыпается снегом и поливается водой.
Боковое ограждение штабеля делают путем укладки вокруг него поленниц некондиционных чураков.
Сверху штабель обливают водой. Поверх ледяной корки создается
теплоизоляционный слой из опилок. Штабель такой конструкции называется горизонтально-ледяным, сырье в нем можно хранить до осени.
Этот способ требует большого расхода вспомогательных материалов и
отличается высокой трудоемкостью.
Для снижения стоимости замораживания предложена иная конструкция штабеля, так называемый вертикально-ледяной штабель.
Поленницы в этом случае укладываются на ледяную подушку на некотором расстоянии друг от друга (15 – 20 см), образовавшиеся интервалы забиваются снегом при одновременной поливке его водой. Сверху
штабель закрывается слоем сухих опилок и крышей. При устройстве капитальной крыши сырье удается сохранить до середины августа, а при
ее отсутствии – до середины-конца июля. Стоимость замораживания
может быть заметно снижена, если снег не поливать водой. Но сроки
хранения при этом сокращаются до начала-середины июля. Объём замораживаемого в штабеле сырья должен быть не менее 1000 м3.
Закрытие торцов чураков влагозащитными антисептическими замазками производится для предотвращения их высыхания и попадания
внутрь грибной инфекции. Различают два вида замазок: влагозащитные
и антисептические. В зависимости от состава влагозащитные замазки
наносят на древесину в горячем или холодном состоянии.
В качестве горячих влагозащитных замазок применяются битум
(100%) или смесь каменноугольного или древесного пека (30 – 70%) и
смолы (30 – 70%) того же происхождения. В состав замазок, применяемых
в холодном виде, могут входить битум (пек, смола), жирная глина и вода.
Антисептические замазки представляют собой горячие или эмульгированные битумы и пековые замазки, в состав которых введен крео75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зот, древесный или какой-либо другой деготь, черная карболка и т. д.
Количество вводимого антисептика колеблется от 10 до 25%. Для предохранения от инсоляции торцы после нанесения на них замазок забеливают известью. Реальное защитное действие замазок, в зависимости от
своевременности их нанесения, колеблется от 2 до 6 месяцев. Расход
замазок на обмазку торцов у 1 м3 чураков, в зависимости от их вида, составляет от 1 до 2,5 кг.
Проведены опыты по защите торцов кряжей и чураков пленкообразующими из растворов полимеров, отличающимися хорошей адгезией
к влажной древесине, эластичностью и прочностью. В состав их входят
перхлорвинил (основная часть), канифоль и фенол. Наносится такой состав распылением или кистью.
б
6
5
2
4
2–3 м
а
2
4
3
3
9
4
3
4
15–20 см 1
8
2
7
1
4
3
2
3,5–5,5 м
г
в
2
3
7
2
1
8
15–20 см
1
3
7
Рис. 15 – Конструкция штабеля для разных видов хранения:
а – мокрое хранение, б – замораживание с горизонтальным штабелем, в – замораживание с вертикальным штабелем, г – хранение в перекрытых штабелях.
1 – сырье, 2 – ограждение, 3 – фанерная обшивка, 4 – опилочное заполнение,
5 – лотки, 6 – трубопровод, 7 – ледяное или снеговое основание, 8 – ледяная стенка,
9 – слой шпона-рванины
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расход при двукратном покрытии – около 500 г на 1 м3 кряжей длиной 2 м. Указанные пленки хорошо защищают древесину березы и ольхи от растрескивания и засыхания в течение весенне-летнего периода.
Результаты хранения лучше при предварительном подвяливании сырья
в деревьях с кронами.
Для хранения в перекрытых штабелях чураки укладываются на заранее приготовленную ледяную подушку в три яруса общей высотой
3,5 – 5,5 м. Чураки, помещенные во втором и третьем ярусах, укладывают с некоторым сдвигом для перекрытия мест соприкосновения торцов
у нижележащего яруса. В один штабель в холодное время года укладывают 15 – 20 тыс. чураков достаточно плотно.
Торцы крайних чураков обмазывают замазками и закрывают фанерными щитами для предохранения от солнечных лучей. В штабеле такой
конструкции удается сохранить низкую температуру, благодаря чему
сырье можно хранить до половины июля. Недостатком способа является
высокая трудоемкость.
Согласно данным фанерных заводов, стоимость хранения сырья
различными способами неодинакова. Если принять стоимость хранения
1м³ сырья в воде (естественном водоеме) за 100%, стоимость хранения
мокрым способом составит 150 – 180%, замораживания – 350 – 500%,
обмазки торцов – 200 – 400%. Приведенные цифры ориентировочны,
они зависят от местных условий.
Расходы, связанные с выгрузкой сырья на склад, его укладкой и хранением, составляют 12 – 25% себестоимости сырья.
Очень трудно хранить сырье, предназначенное для изготовления
строганой фанеры, так как оно подвержено сильному растрескиванию
и обесцвечиванию.
Предохранению от указанных дефектов способствует укладка сырья
в штабеля на прокладках, вбивка в торцы металлических пластинок для
стягивания трещин, закрытие торцов влагозащитными замазками и затенение щитами. Сырье, не содержащее значительного количества дубильных веществ, может храниться в воде или подвергаться дождеванию.
3.2 Сортировочные устройства
Из лесопильного цеха выходят пиломатериалы различных пород,
назначений, сортов, толщины, ширины и длины. В дальнейшем пиломатериалы направляют либо в сушилки, либо на открытые склады для
хранения и атмосферной сушки; в некоторых случаях часть их может
быть отправлена потребителям, минуя сушилки и склад.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Во всех случаях пиломатериалы должны быть предварительно разобраны и рассортированы по всем или нескольким из указанных выше
признаков.
Например, для хранения и сушки пиломатериалов на открытых
складах необходима рассортировка по породам, назначению, сортности,
толщине и ширине, вследствие чего создается много сортировочных
признаков, по которым надо распределять пиломатериалы в отдельные
группы, число которых составляет несколько десятков, а иногда превышает и сотню. Каждую сортировочную группу досок укладывают в отдельный пакет, удобный для транспортировки; его поперечное сечение
обычно бывает не менее 11 м.
Для рассортировки пиломатериалов требуются устройства, занимающие большие площади. В связи с тем, что такое сортировочное
устройство пропускает весь поток пиломатериалов, выходящих из лесопильного цеха, оно должно быть в максимальной степени механизировано и автоматизировано.
Наиболее простое и распространенное сортировочное устройство –
сортировочная площадка с поперечным цепным транспортером и ручной разборкой досок.
Доски поступают из лесопильного цеха по продольным ленточным
или роликовым транспортерам на поперечный цепной транспортер, откуда снимаются рабочими в соответствии с размеченным сортом и размерами толщины и ширины, определяемыми глазомерно, в пакеты, расположенные по обеим сторонам цепного транспортера. Передача досок
с продольных транспортеров на поперечный транспортер происходит
при помощи сбрасывающих полок.
Ручному снятию досок с поперечного цепного транспортера помогают ролики на барьерах сортировочной площадки.
Длина такого сортировочного устройства зависит от числа сортировочных групп и места по длине цепного транспортера, занимаемого каждым пакетом; место для пакета зависит от его ширины и применяемых
средств транспорта; для пакета шириной 1 м это место составляет обычно
1,6 – 1,8 м. Число сортировочных групп зависит от дробности сортировки. Наибольшее число сортировочных признаков получается по размерам
толщины и ширины, или по размерам поперечных сечений. Количество
их определяется схемами раскроя и положением в них досок.
Скорость сортировочного транспортера (м/мин) определяется по
следующей формуле:
v = a · ( b + x ) · k,
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где а – среднее количество досок, поступающих с завода в минуту;
b – средняя ширина доски, м;
х – зазор между досками на транспортере, м;
k – коэффициент неравномерности поступления досок (1,2).
Скорость цепного транспортера имеет важное значение для разборки досок и должна быть не выше 18 м/мин. Недостатком цепной
сортировочной площадки является низкая производительность труда
разборщиков досок – не более 750 шт. в смену с разборкой на шестьсемь пакетов. Кроме того, разборка толстых досок, несмотря на ряд
приспособлений в виде роликов на столе и на барьере площадки, требует больших усилий.
В качестве поперечного транспортера сортировочной площадки
можно применять пластинчатый.
В этом случае ролики для снятия досок с транспортера могут быть
помещены также по краям пластины, что значительно облегчает эту работу: доски всегда находятся на роликах, и стаскивание их происходит
с преодолением трения качения вместо трения скольжения в обычном
цепном сортировочном транспортере.
При одном из широко распространенных на лесопильных заводах
методах сортировки пакеты досок располагаются под поперечным цепным транспортером.
Доски находятся на столе под цепями транспортера и передвигаются по столу при помощи кулачков цепей; таким образом, рабочей ветвью
транспортера является нижняя.
Поперек стола на расстоянии примерно 2 м друг от друга устроены
над вагонетками люки, перекрытые открывающимися клапанами.
Распределение досок соответственно признакам сортировки по отдельным вагонеткам производится посредством открывания соответствующих клапанов, управляемых одним рабочим посредством дистанционного командного аппарата.
Для более удобной перекладки целого ряда досок на вагонетку применяется спуск с откидным упором, находящийся непосредственно под
люком выше уровня пакета.
Под цепной транспортер доски подаются при помощи транспортера, имеющего упоры, что позволяет оторцевать один конец доски на торцовке; в этом случае второй рабочий передвигает доски
в продольном направлении в положение, необходимое для торцовки
концов. На транспортер доски поступают из лесопильного цеха при
помощи двух продольных транспортеров. Установка рассчитана на
20 – 32 пакета.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По такому же принципу работает полуавтоматическая сортировочная площадка ПСП-36, рассчитанная на сортировку досок по 36 признакам (на 36 пакетов) при пропускной способности 20 – 25 досок в минуту
и 6 обслуживающих рабочих.
Современные сортировочные устройства подобного типа дают наибольшее количество групп сортировки при раскладке досок на две стороны, до 30 – 36.
При полуавтоматической ребровой сортировке доски после поперечного транспортера ставятся рабочим на кромку и распределяются по
коридорам, образованным роликовым приводным транспортером и рядом тонких металлических перегородок разной длины (рис. 16).
2
1
3
4
Рис. 16 – Сортировочное устройство для досок:
1 – продольные транспортеры, 2 – сбрасывающие полки, 3 – поперечный цепной
транспортер, 4 – пакеты
Дойдя до того места, где одна из перегородок кончается, доски,
находившиеся в данном коридоре, выпадают при помощи наклонных
плоскостей в сторону на соответствующее место (стол, как показано на
рисунке, или цепной поперечный транспортер).
В дальнейшем доски укладываются в пакеты у столов либо посредством поперечных цепей и второго роликового транспортера доставляются к механизированному устройству для укладки в сушильные вагонетки. Максимальная производительность ребровой сортировки до 30
досок в минуту.
3.3 Раскрой сырья
Для получения деталей заданной формы и качества осуществляют
комплекс технологических операций, каждая из которых в установленной последовательности формирует деталь.
При этом форма и размеры заготовки последовательно приближаются к форме и размерам готовой детали. На последнем переходе техно80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
логического процесса получается действительный размер и требуемое
качество детали.
Технологические операции механической обработки заготовок характеризуются изменениями размеров благодаря силовому воздействию
на заготовку путем удаления слоя или упрессовки материала.
Величина этого слоя дает возможность установить необходимые потери материала и затраты энергии на осуществление технологической
операции.
Промежуточные размеры заготовки на всех переходах технологического процесса изготовления детали связаны между собой, образуя
технологические цепи.
Для определения межпереходных размеров необходимо знать величину изменения размера при переходе от одной операции к другой.
Разница в размерах заготовки между смежными переходами, обусловленная снятием слоя, называется операционным припуском. При
этом разность размеров определяется по нормали к поверхности обработки. Если не предусмотреть операционный припуск, то невозможно
практически выполнить эту технологическую операцию.
Слой материала, удаляемый с заготовки в результате осуществления
всех переходов технологического процесса, называется общим суммарным припуском. Общий припуск определяется как разность заготовки и
детали, измеренных по нормали от одной базы.
Припуски могут быть односторонними, удаляемыми с одной стороны заготовки, и двухсторонними, удаляемыми обработкой двух сторон.
Двухсторонние припуски могут быть симметричными, одинаковыми и разными по величине, асимметричными.
Припуски могут быть определены расчетами – расчетные и действительные, определенные в реальных условиях производства.
Необходимость припусков обусловливается следующими причинами
современной технологии: компенсация погрешностей установки заготовки на станке и компенсации погрешностей формы заготовки, если
эти погрешности выходят за пределы допуска детали или проявляются
из-за изменения влажности; необходимость удаления дефектного слоя
или шероховатости заготовки, образующейся на ее поверхности на
предыдущей операции.
Каждая из перечисленных причин является независимой, а обусловленные ими величины припусков могут взаимно компенсироваться. Например, погрешность установки может быть уменьшена, если на
смежных переходах обработки используют одни и те же базовые поверхности заготовок.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При сушке заготовок их размеры уменьшаются в зависимости от изменения влажности, размера и коэффициента усушки.
При сушке неизбежно некоторое продольное и поперечное коробление заготовок, которое необходимо удалить при обработке заготовки для
получения правильной геометрической формы детали.
При сушке заготовок возможно образование трещин, которые недопустимы в деталях; их необходимо удалить опиливанием торцов. Для
этого необходим соответствующий припуск по длине.
Раскрой древесных материалов на заготовки является первой стадией механической обработки.
Цель раскроя – получение заготовок необходимых размеров, из которых при дальнейшей обработке будут получены детали. В настоящее
время при осуществлении технологической специализации раскрой выполняют на специализированных участках предприятий – изготовителей древесных материалов. При такой организации раскроя сокращаются объемы перевозок и создаются условия для более рационального
использования сырья.
Предприятиям, потребляющим древесные материалы, транспортируются только полезные объемы заготовок, значительные объемы отходов, образующихся при раскрое, представляют вторичное сырье и могут
быть эффективно использованы по различному назначению.
Процесс раскроя организуется в зависимости от вида раскраиваемого материала, объемов производства и назначения заготовок.
По виду получаемых при раскрое заготовок раскрой может быть на
черновые заготовки, которые в дальнейшем подвергаются обработке, и
на чистовые. В первом случае при раскрое используют черновые базы,
во втором – необходимы чистовые базы и применение особых приемов,
оборудования и инструмента, обеспечивающих необходимую точность
и качество обработки.
По виду раскраиваемых материалов различают раскрой досок, древесных плит, листовых и рулонных материалов.
Рациональность процесса раскроя оценивается эффективностью использования материала и производительностью труда.
Эффективность использования материалов при раскрое является
важнейшей задачей современного производства.
В общем виде эффективность использования материала оценивается коэффициентом выхода Кв заготовок, определяемым процентным
соотношением объема, площади, погонажа или массы полученных заготовок к объему, площади раскроенного материала.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Повышение коэффициента выхода заготовок является важной и
сложной проблемой.
Выход заготовок зависит от множества факторов, основными из
которых являются пороки древесины, структурные отступления, природные дефекты, явные и скрытые, требования к качеству заготовок и
их размеры, квалификация рабочих, условия труда, применяемое оборудование и инструмент и т. д. По этим причинам раскрой досок на заготовки производится при непосредственном участии рабочих, которые
визуально оценивают качество заготовок и сопоставляют его с требованием к качеству изготавливаемых из них деталей.
По степени участия рабочего в осуществлении контроля за процессом раскрой различают на индивидуальный и групповой, а по осуществлению – поперечный и продольный.
Индивидуальный раскрой характеризуется тем, что он осуществляется с учетом размеров, качества сырья по наиболее рациональной
схеме. Групповой раскрой осуществляется без учета качества сырья по
заранее установленной схеме.
Групповой раскрой неспецифицированных пиломатериалов снижает выход заготовок на 7% по сравнению с индивидуальным раскроем.
Поперечный раскрой пиломатериалов осуществляют разделением
пиломатериала на заготовки требуемой длины. Продольный раскрой пиломатериалов предусматривает разделение материала на заготовки требуемой ширины или толщины. В зависимости от последовательности
осуществления этих технологических операций раскроя различают при
общей оценке раскрой поперечно-продольный и продольно-поперечный.
При организации раскроя пиломатериалов необходимо установить
соотношение размеров имеющихся досок с размерами заготовок. При
этом возможны следующие варианты: размеры сечения досок соответствуют размерам сечения заготовок; ширина досок равна ширине заготовок, но толщина кратна или превышает толщину заготовки; толщина
досок соответствует толщине заготовок, а ширина кратна или превышает ширину заготовок; толщина и ширина досок превышают размеры
сечения заготовок или кратны им.
Длина заготовки также оказывает влияние на организацию раскроя
пиломатериалов.
Поперечно-продольный раскрой осуществляется в такой последовательности: торцевание досок на отрезки с вырезкой дефектов: распиливание отрезков на заготовки.
Продольно-поперечный раскрой – доски вначале раскраивают распиливанием вдоль на рейки, затем торцуют по размерам заготовки.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Далее осуществляется:
– торцевание досок на отрезки с вырезкой дефектных мест и последующей разметкой отрезков и выпиливанием из них заготовок;
– фрезерование пласти, торцевание на отрезки с вырезкой дефектных мест, склеивание на зубчатый шип по длине, калибрование, торцевание на заготовки;
– торцевание досок, склеивание по длине на зубчатый шип, торцевание на мерные отрезки, фрезерование кромок и пласти, склеивание
щита, раскрой щита по ширине на заготовки, калибрование заготовок;
– раскрой досок на рейки, торцевание реек с вырезкой дефектов,
склеивание реек в непрерывный брус, раскрой бруса на заготовки.
Увеличение количества типоразмеров заготовок для одновременного раскроя их из одной доски резко снизит производительность и может
привести к ошибкам. Ошибки станочника при раскрое снижают полезный выход заготовок.
Применение дополнительных при раскрое операций разметки, склеивания и фрезерования удорожает стоимость заготовок. Сопоставление
эффективности повышения выхода заготовок и роста производительности труда показывает, что повышение выхода заготовок более эффективно и соответствует директивному направлению экономии сырья и
материалов.
В специализированных раскройных цехах, кроме этого, применяются делительные ребровые станки, многопильные и станки для заделки
сучков.
Станок может работать в составе линии и самостоятельно.
Производительность такого частично автоматизированного станка, обслуживаемого одним станочником, примерно равна производительности станка, обслуживаемого станочником с двумя подсобными рабочими, а сама работа значительно безопаснее и легче.
Из станков с механической подачей наиболее совершенными для
распиливания отрезков на заготовки являются прирезные станки с гусеничной подачей типа ЦДК-4 ( рис. 17).
Эти станки обеспечивают высокую прямолинейность реза без применения направляющей линейки, что очень важно при раскрое по разметке,
когда рабочий направляет отрезок в станок по карандашной риске.
Однако в большинстве случаев распиливание ведут по направляющей линейке, которую устанавливают параллельно пильному диску и
на расстоянии, равном ширине заготовки. Если есть обзол, первый рез
делают на глаз, а при втором, третьем и других прижимают опиленную
кромку к линейке.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обслуживают станок два человека – станочник и подсобный
рабочий. Первый управляет стан4
ком и подает в него отрезки, второй принимает их и, если нужно,
3
5
6
возвращает для повторного реза.
Работа на круглопильных
2
станках с ручной подачей аналогична работе на станках с механической подачей, но менее производительна, менее безопасна и
требует значительных усилий со
1
стороны станочника при надвигании отрезков на пилу.
Рис. 17 – Прирезной станок
Распиливают отрезки вдоль
с гусеничной подачей ЦДК-4:
чаще всего на один размер. 1 – станина, 2 – стол, 3 – пильный диск,
Лиственные породы для массив4 – суппорт, 5 – гусеница, 6 – линейка
ных деталей с целью повышения
выхода рационально раскраивать на два-три размера по ширине. В этом
случае линейку на станке устанавливают на самую большую ширину
заготовки. Для распиливания на более узкие заготовки без перестановки
линейки пользуются специальными устройствами или закладками, которые представляют собой бруски с заплечиками на одном конце.
В производстве изделий из древесины широко используют плитные, листовые и рулонные полуфабрикаты из древесных материалов,
изготавливаемые в соответствии с требованиями стандартов на них.
Получаемые предприятиями стандартные форматы этих материалов
раскраивают на заготовки нужных размеров.
Процесс раскроя плитных листовых и рулонных материалов проще,
чем досок, поскольку при их раскрое нет ограничений по качеству, цвету, дефектам и др. Они стабильны по качеству и формату.
Основными ограничениями при осуществлении раскроя плитных
и листовых материалов являются количество и размеры заготовок.
Количество типоразмеров заготовок должно соответствовать их комплектности на выпуск изделий, предусмотренных программой.
Раскрой плитных и листовых материалов в отношении организации
по назначению получаемых заготовок принято делить на три вида: индивидуальный, комбинированный и смешанный.
При индивидуальном раскрое каждый формат полуфабриката раскраивается на один типоразмер заготовки. При комбинированном виде
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раскроя из одного формата можно выкраивать по нескольку различных
типоразмеров заготовок.
При смешанном раскрое возможно использование вариантов индивидуального и комбинированного раскроя для различных случаев.
Эффективность раскроя по рациональности использования материалов
оценивается коэффициентом выхода заготовок.
В производстве изделий из древесины широко используются
древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты. Организация
рационального раскроя их является важнейшей задачей современного
производства.
Повышение коэффициента выхода заготовок из древесностружечных плит на 1% в общем итоге их потребления выражается экономией миллионов кубометров плит, эффективность в денежном выражении составит миллионы рублей.
Эффективность раскроя зависит от применяемого оборудования и
организации процесса раскроя плит и листовых материалов. По технологическим особенностям применяемое при раскрое плит оборудование
можно разделить на три группы.
К первой группе относятся станки, имеющие несколько суппортов
продольного пиления и один – поперечного.
Раскраиваемый материал укладывают на стол-каретку. При движении стола в прямом направлении суппорты продольного пиления раскраивают материал на продольные полосы.
На каретке имеются переставные упоры, воздействие которых на
конечный выключатель вызывает автоматическую остановку каретки и
привод в движение поперечного суппорта пиления.
Ко второй группе относятся станки, имеющие также несколько
суппортов продольного пиления и один поперечного, но стол каретки
состоит из двух частей. При продольном пилении обе части стола составляют одно целое, а при обратном движении каждая часть движется
отдельно до стопорной позиции, определяющей положение поперечного реза. Таким образом достигается совмещение поперечных резов отдельных полос.
К третьей группе относятся станки, имеющие один суппорт продольного пиления и несколько суппортов – поперечного. После каждого
хода суппорта продольного пиления полоса на подвижной каретке подается для поперечного раскроя. При этом срабатывают те суппорты,
которые настроены на раскрой данной полосы. Суппорт продольного
пиления может выполнять несквозной рез (подрезание). Кроме этого,
имеются однопильные форматно-раскроечные станки.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Первая группа оборудования (например, станок ЦТЗФ-1) ориентируется на выполнение простейших индивидуальных раскроев (рис. 18).
Это дает низкий коэффициент использования материала. При реализации более сложных схем после продольного раскроя возникает необходимость в съеме отдельных полос со стола с дальнейшим их накоплением для последующего индивидуального раскроя. При этом резко возрастают трудозатраты, падает производительность.
7
6
4
5
Подача пилы
3
8
9
10
2
1
11
Рис. 18 – Торцовочный шарнирно-маятниковый станок:
1 – педаль; 2 – направляющая линейка; 3 – стол; 4 – рукоятка перемещения пилы
вручную; 5 – пила; 6 – электродвигатель; 7 – рычаги; 8 – рукоятка зажима; 9 – колонна; 10 – маховичок подъема колонны; 11 – станина
Вторая группа (например, станок Ц2К12) позволяет выполнять схемы раскроя с разнотипностью полос, равной двум. При большой разнотипности возникают те же трудности, что и в первом случае (рис. 19).
На форматных станках современных конструкций предусмотрены
не только дисковые пилы, но и фрезы для одновременного получения
точных размеров и заданного профиля.
Третья группа (станки ЦТМФ, МРП, ЦФ) позволяет выполнить раскрой более сложных схем с разнотипностью полос до пяти. Эта группа
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
6
9
7 8
4
10
11
3
2
1
6
13
12
Рис. 19 – Схема двухпильного концеравнительного станка Ц2К12:
1 – маховичок; 2 – винт; 3 – электродвигатель; 4 – подвижная стойка; 5 – кожух; 6 –
пила; 7 – прижим; 8 – вал механизма подачи; 9 – неподвижная стойка; 10 – редуктор;
11 – электродвигатель подачи; 12 – упор цепи механизма подачи; 13 – кронштейнстрела; 14 – магазин-питатель фанеры, а также для опиливания по периметру
щитовых заготовок
оборудования имеет высокую производительность и наиболее перспективна (рис. 20).
Линия раскроя листовых и плитных материалов МРП предназначена
для раскроя древесных листовых и плитных материалов на заготовки в
мебельном и других производствах.
Раскрой выполняется одной продольной и десятью поперечными
пилами. Оригинальное подающее устройство позволяет снимать со
штабеля и одновременно подавать к режущему инструменту пачку из
нескольких листов материала.
В процессе подачи и обработки раскраиваемая пачка находится в зажатом состоянии.
Пачки подаются с повышенной скоростью, резко уменьшающейся
при подходе к рабочей позиции. Все это обеспечивает высокую производительность и повышенную точность раскроя материала.
Специальные электрические блокировки делают работу на линии
безопасной и защищают механизмы линии от повреждения. При от88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
5
3
7
6
9
4
13
12
2
11
15
1
10
14
Рис. 20 – Схема четырехстороннего форматного станка ЦФ-2:
1, 5 – цепи механизма подачи; 2, 7, 13, 14 – пильные суппорты; 3, 8 – подвижные
стойки; 4, 9, 11 – фрезерные суппорты; ролик; 10 – привод механизма подачи; 12 –
неподвижные стойки; 15 – прижим; 6 – опорный ролик
ключении линии происходит электротермодинамическое торможение
шпинделей режущего инструмента.
На мебельных предприятиях используют станки с автоматической
подачей, имеющие одну продольную и десять поперечных пил. На
таком станке можно вести раскрой по пяти программам. Поперечные
пилы устанавливают на программу вручную.
Минимальное расстояние между первой и второй поперечными пилами (левой по ходу подачи) 240 мм. Между остальными пилами минимальное расстояние 220 мм.
Станок может раскраивать одновременно две плиты по высоте толщиной 19 мм или три плиты толщиной 16 мм каждая. Резы продольной пилы по программам должны производиться с последовательным
уменьшением оптимальных полос. Например, первый рез 800 мм, второй – 600, третий – 350 и т. д.
Плиты укладывают на загрузочный стол поперек и выравнивают по
перемещаемой упорной линейке. Нажатием рукоятки, расположенной
под рабочим столом, продольную пилу приводят в рабочее положение,
и она отрезает первую полосу пакета плит.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В период рабочего хода отрезанная полоса укладывается на рычаг
и зажимается пневматическими прижимами, что делает невозможным
смещение пропила. После произведенного продольного реза пила уходит под стол и возвращается в исходное положение.
Во время опускания продольной пилы расположенный за ней перемещаемый стол приподнимается над уровнем рычага и принимает на
себя отрезанные полосы. Затем стол движется в поперечном направлении. Левая крайняя пила, установленная стационарно, обрезает кромку
плиты (10 мм) для создания базы.
Остальные поперечные резы выполняются согласно выбранной
программе. Раскроенные заготовки по наклонной плоскости подают на
стол и укладывают в стопы. Затем цикл раскроя повторяется согласно
выбранным программам.
Станок с автоматической подачей SpK401 имеет одну поперечную
пилу и пять продольных. Продольные пилы по программе устанавливаются автоматически.
На этом автоматическом станке можно производить поперечную и
продольную распиловку древесно-стружечных плит в стопе высотой до
80 мм по заранее установленной программе.
Станок оснащен раздельными опорными столами. Каждая из частей стола может отдельно приводиться в движение, что необходимо
при смешанном раскрое. Поперечные распиловки выполняются после
того, как части стола совмещены по поперечным резам. Поперечный рез
сквозной на всю ширину плиты. При раскрое плит со сквозными поперечными резами все части стола соединяются и работают синхронно.
Стол загружают с помощью загрузочного устройства. Пакеты, уложенные загрузчиком, выравнивают по длине и ширине автоматически.
Выровненный пакет зажимается на тележке стола автоматически закрывающимися зажимными цилиндрами и подается на продольные пилы
или поперечную пилу в зависимости от установленной программы.
Пилы вращаются в противоположных направлениях таким образом,
что подрезающая работает при попутной, а основная пила при встречной подаче. Подрезающая пила имеет настроечное перемещение в осевом направлении для точной установки относительно диска основной
пилы.
При обрезке плит на этом станке получается точный рез без выкрашивания даже очень чувствительного к нему материала на кромках.
Имеются полуавтоматические станки, у которых также используются
подрезающие пилы, но поступательное перемещение при раскрое совершает пильный агрегат при неподвижной плите.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Заготовки перемещаются или вручную до упора в ограничительную
линейку, или кареткой, позиции которой устанавливаются посредством
настраиваемых упоров (в соответствии с шириной продольных пазов) и
конечных выключателей.
Такой станок используется для форматного раскроя панельных ламинированных материалов и облицованных пластиком. Точность раскроя выполняется до 0,1 мм.
Производительность станка при обрезке древесно-стружечных плит
на требуемый формат равна 5,85 м3/ч. На станке вместо органов ручного
управления подачей материала при продольном раскрое можно установить автоматический толкатель, который контролируется электронным
устройством.
Последнее программируется на выполнение определенных пропилов с применением пильного полотна необходимой толщины.
При раскрое древесно-стружечных плит применяют пилы дисковые
диаметром 350 – 400 мм с пластинками из твердого сплава. Скорость
резания при этом равна 50 – 80 м/с, подача на зуб пилы зависит от обрабатываемого материала, мм: древесно-стружечных плит – 0,05 – 0,12,
древесно-волокнистых плит – 0,08 – 0,12, фанеры при продольном резе
– 0,04 – 0,08, фанеры при поперечном резе – до 0,06.
Для организации рационального раскроя плитных, листовых и рулонных материалов технологами разрабатываются карты раскроя. Карты
раскроя представляют собой графическое представление расположения
заготовок на стандартном формате раскраиваемого материала. Для составления карт раскроя необходимо знать размеры заготовок, форматов
подлежащего раскрою материала, ширину пропилов и возможности
оборудования.
Поступающие на предприятие древесно-стружечные плиты обычно
имеют поврежденные кромки.
Поэтому при разработке карт раскроя необходимо предусмотреть
предварительную опиловку плит для получения базовой поверхности по
кромке. Если выкраивают заготовки с припуском, предусматривающим
их опиливание по периметру на дальнейших операциях, то такое опиливание кромок плит можно исключить. При разработке карт раскроя необходимо учесть конкретно все особенности поступаемых материалов.
В масштабе на формате раскраиваемого материала располагают все
выкраиваемые из него заготовки.
Если раскраивают облицованный материал, ламинированные плиты, фанеру и подобные древесные материалы, то при составлении карт
раскроя необходимо располагать заготовки на формате с учетом направ91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ления волокон на облицовке. В таком случае заготовки имеют определенность размера вдоль и поперек волокон. Составление карт раскроя
для крупного предприятия является важной, сложной и трудоемкой задачей. В настоящее время разработаны методики составления карт раскроя плитных, листовых и рулонных материалов с одновременной оптимизацией плана раскроя.
Оптимальный план раскроя – это совокупность различных схем раскроя и интенсивность их применения с обеспечением комплектности и
минимума потерь на определенный период работы предприятия. При
составлении карт раскроя оставляют только те приемлемые варианты,
которые обеспечивают выход заготовок не менее установленного предела (для древесных плит 92%). Процедура оптимизации процесса раскроя сложная и решается с помощью ЭВМ, начиная с ввода информации
о потребных заготовках, получение полос при различных вариантах сочетания с учетом возможных поворотов заготовок и применяемого оборудования.
Затем происходит решение задач линейного программирования с
выявлением базисного варианта допустимых решений уравнений по
комплектности, нахождения оптимального.
3.4 Лесопильные рамы
Для раскроя пиловочных бревен на доски и брусья могут быть применены либо лесопильные рамы, либо круглопильные станки, либо
ленточно-пильные станки.
Имеется много разновидностей лесопильных рам, среди которых
основные следующие: вертикальные и горизонтальные, одноэтажные
и двухэтажные, одношатунные и двухшатунные, стационарные и передвижные, большой мощности и малой мощности, быстроходные и тихоходные, обычные и специальные.
В вертикальных лесопильных рамах рамка с пилами движется в вертикальной плоскости, в горизонтальных – в горизонтальной плоскости.
Горизонтальные рамы имеют обычно одну пилу и поэтому малопроизводительны.
Применяются для специальных случаев, например, при распиловке
кряжей твердых пород на брусья, предназначенные для выработки строганой фанеры.
В зависимости от расположения посылочных вальцов и привода
можно различать двухэтажные и одноэтажные рамы. В двухэтажных,
имеющих большую высоту, в нижнем этаже здания располагаются части
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
привода, а в верхнем – рабочие части станка (включая посылочные вальцы), необходимые для распиловки бревна. В одноэтажных весь станок,
имеющий небольшую высоту, располагается в одном этаже. Наиболее
производительны рамы двухэтажные.
Большинство рам предназначается для постоянной, стационарной,
установки на мощном фундаменте. Имеются также рамы для частых
передвижений, они легко разбираются или перевозятся целиком, устанавливаются на облегченных или разборных фундаментах.
Можно различать также рамы тяжелые, отличающиеся большой
мощностью привода, значительным весом и высокой производительностью, и рамы легкие с малым весом и мощностью и соответственно
малой производительностью. Рамы с большим числом ходов пильной
рамки в минуту часто называют быстроходными, а с малым числом –
тихоходными. Обычно рамы предназначаются для распиловки бревен и
брусьев длиной от 3 м и более, однако имеются специальные рамы:
– для распиловки брусьев – брусовые,
– только для распиловки коротких бревен (длиной 1 – 2 м) – коротышевые;
– для выпиловки тонких тарных дощечек выпускаются специальные
быстроходные рамы с малой величиной хода пильной рамки.
Устройство лесопильной рамы (рис. 21).
Рис. 21 – Общий вид лесопильной рамы
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лесопильная рама состоит из станины, механизма резания, механизма подачи, органов управления, смазочных приборов и оградительных
устройств.
Механизм резания состоит из коленчатого вала, шатуна, пильной
рамки, в которую устанавливаются пилы в соответствии с рассчитанными поставами. Сама пильная рамка состоит из вертикальных стоек,
выполненных в виде пустотелых стальных труб и прочных стальных
поперечин. Каждая рамка имеет четыре ползуна, которые делаются из
текстолита.
В рассматриваемых рамах ползуны насажены на шарниры, чтобы
пильная рамка могла изменять наклон даже во время движения.
На станине установлен механизм, обеспечивающий подачу бревна.
Рама имеет ворота, открывающиеся независимо друг от друга, – верхние и нижние. Направляющее устройство для бревен, выполненное в виде
двух стальных пластин, служит для правильного базирования бревен во
время распиловки; пластины входят в пропилы по бокам бруса.
Основными особенностями данной рамы, по сравнению с ранее
применявшимися, являются: специализация рам по способу распиловки; дистанционное механизированное управление всеми необходимыми
операциями (за исключением тормоза) с пульта управления, размещаемого на тележке либо в другом месте; частично автоматизированное
управление рамой, полностью автоматизированные подъем переднего и
заднего верхних вальцов и наклон пил.
Другими особенностями рассматриваемой рамы являются увеличенная мощность, новый тип посылочного механизма, более надежно
обеспечивающего увеличенные посылки, надежная система устройств
по технике безопасности.
Рама РД-75-7 отличается следующими особенностями: отсутствием
механизма автоматического подъема верхних вальцов рамы, усиленной
мощностью привода механизма резания, применением укороченных
пильной рамки и пил, что обеспечивает лучшую устойчивость пил и
позволяет снизить толщину их на 0,2 мм.
На базе конструкций рам РД-75-6 и РД-75-7 выпускается рама
РД-50-3 для распиловки более тонкого леса.
Для распиловки толстомерного сырья вразвал и выпиловки бруса
изготовляются рамы РД-110-3, а для распиловки толстомерных брусьев
– рамы РД-110-4.
Относительно типа лесопильной рамы следует отметить, является
ли она обычной или специальной, стационарной или передвижной, одноэтажной или двухэтажной, одношатунной или двухшатунной. Кроме
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
того, отмечается марка рамы или завод-изготовитель. Могут быть и другие отличительные особенности, например, механизация подъема ворот
рамы.
Просветом называют расстояние между вертикальными стойками
пильной рамки. Наиболее распространенные величины просветов – от
500 до 1000 мм. Просвет определяет наибольшую толщину бревна, которое может быть распилено, и до известной степени обусловливает
другие показатели рамы: возможное число оборотов, вес движущихся
частей и всей рамы и т. д. При большом просвете пильная рамка будет тяжелее. В связи с большим весом будут возникать и большие силы
инерции, а это приведет к необходимости уменьшения числа оборотов.
Просвет лесопильной рамы выбирают по характерной спецификации бревен, причем ориентируются на толстые бревна, имеющие достаточный удельный вес в спецификации. Самые толстые, но единичные
бревна в расчет не принимают, так как излишние размеры просвета вызывают снижение производительности рамы.
Просвет рамы определяется по равенству:
B = d + c + 2 · a,
где d – наибольший диаметр бревна в вершине, см;
с – наибольший сбег у наиболее длинного и толстого бревна, см;
а – запасное расстояние между вертикальной стойкой и комлем с
одной стороны, см; запас берется для учета овальности бревна, сучьев, наростов, закомелистости, кривизны и составляет примерно
5 см.
Наибольший диаметр бревна, которое может быть пропущено через
раму данного просвета, определяется из выражения
d = B – ( c + 2 · a ).
У современных рам число оборотов вала составляет 250 – 380 в минуту. У малых рам оно может быть меньше. Число оборотов вала рамы
и высота хода пильной рамки определяют скорость резания, а следовательно, скорость подачи и производительность станка. Хотя с увеличением числа оборотов вала производительность рамы возрастает, большое увеличение числа оборотов становится невозможным вследствие
возникновения весьма больших сил инерции, вертикальных и горизонтальных. При этом силы инерции увеличиваются пропорционально квадрату числа оборотов.
Высота хода пильной рамки Н является второй величиной, определяющей скорость резания в раме, а следовательно, скорость подачи и
производительность.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У современных рам высота хода равна 450 – 700 мм. Увеличение
высоты хода рамы вызывает почти пропорциональное увеличение сил
инерции, однако относительное увеличение их по сравнению с увеличением этих сил при повышении числа оборотов для достижения одинаковой производительности будет несравненно меньше.
Поэтому увеличение высоты хода рамки для увеличения производительности будет иметь значительное преимущество по сравнению с
увеличением числа оборотов и в настоящее время широко практикуется
машиностроительными заводами при конструировании рам и непосредственно лесопильными заводами при реконструкции рам. В последнем
случае высота хода пильной рамки увеличивается без увеличения сил
инерции, для чего несколько снижается число оборотов вала рамы. В конечном результате увеличивается производительность.
Так, в рамах с ходом 500 мм и длиной шатуна 2000 мм при увеличении хода на 20% для сохранения прежнего значения наибольшей силы
инерции следует уменьшить число оборотов на 9,6%, что увеличит скорость резания и производительность на 8,5%.
Силы инерции являются вредными, но неизбежными при кривошипношатунном механизме. Они в 7 – 9 раз больше полезных сил резания.
Обычно в производственных расчетах имеют дело со средней скоростью резания.
Наибольшее число пил, которое можно установить в лесопильной
раме, важно для учета при составлении поставов. Оно связано с шириной просвета и конструкцией пильной рамки; малый просвет не позволит устанавливать много пил; число пил ограничивается также большими усилиями, возникающими от натянутых в пильной рамке пил и
действующими на поперечины пильной рамки. Наибольшее число пил
указывается в паспортах лесопильных рам; в мощных рамах предельное
число пил составляет 12 – 20, в специальных – до 40 и больше, в рамах
малой мощности – 6 – 10.
Все указанные рамы имеют непрерывную подачу бревен.
Кроме мощных механизированных, выпускаются одноэтажные
рамы малой мощности.
Типы посылочных механизмов. Различают посылочные механизмы
с непрерывной и толчковой подачей бревна. При непрерывной подаче
бревно подается равномерно.
Принцип работы толчковых посылок заключается в следующем: за
часть оборота рамы бревно подается на пилы, за остальную часть оборота – остается неподвижным. Таким образом, бревно подается как бы
толчками, поэтому посылка названа толчковой.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Толчковые посылки при правильной регулировке теоретически обладают хорошими кинематическими свойствами.
Однако эти свойства сохраняются только на малых оборотах, совсем теперь не применяющихся. На рамах с большим числом оборотов
посылка толчками вызывает значительные силы инерции бревна, из-за
чего нарушаются предполагаемые кинематические соотношения в движущихся частях рамы, и работа толчковых посылок приближается к искаженной непрерывной подаче с возникновением больших напряжений
в деталях толчкового посылочного механизма. Последнее обстоятельство вызывает быстрый износ и слабину в шарнирных соединениях механизма, а также его поломку. Поэтому на современных быстроходных
рамах применяются исключительно посылочные механизмы непрерывного действия.
Наклон пил. Для правильной распиловки необходимо, чтобы все
пилы были установлены с правильным и одинаковым наклоном или с
некоторым отклонением нижней части пил от отвесной линии. Величина
линейного наклона измеряется на части длины пилы, равной высоте
хода пильной рамки. В соответствии с необходимостью отхода зубьев
пил от пропила в момент подъема пильной рамки или ее холостого хода
(когда пилы не могут производить резания) линейный наклон теоретически должен быть равен величине посылки, приходящейся на холостой
ход рамки. Для получения практического значения к теоретическому наклону прибавляют 1 – 3 мм.
Для установки и проверки наклона пил применяются специальные
приборы и приспособления.
Посылка. Посылкой, как указывалось выше, называют подачу, или
надвигание бревна за один оборот вала рамы. Посылки различают фактические и конструктивные. Конструктивные посылки подсчитывают
по кинематическим схемам.
Фактические посылки всегда меньше конструктивных вследствие
скольжения бревен при пилении на посылочных вальцах и дополнительного скольжения в посылочном механизме при большой нагрузке
рамы. Величина посылки может быть определена либо по рискам – следам пил на плоскостях пропилов, либо по времени распиловки бревен
определенной длины.
По первому способу рассчитывают фактические посылки только
на данном участке длины, так как величина посылки по длине бревна
меняется в силу увеличения суммы высот пропилов от вершинной к
комлевой части и связанного с этим увеличения скольжения бревна на
посылочных вальцах и в самом посылочном механизме. Поэтому всегда
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
указывают место измерения посылок. Обычно их измеряют в средней,
комлевой или вершинной части бревна. Для большей точности отчеркивают карандашом на измеряемой плоскости пропила десять рисок, измеряют их и результат делят на 10.
Фактические посылки, определенные по времени распиловки, представляют средние действительные посылки на данном бревне и определяются по следующей формуле:
Δ ф = L · 1000 · 60 / ( T · n ),
где L – длина бревна, м;
Т – продолжительность распиловки бревна;
n – число оборотов вала рамы в минуту.
Наибольшая возможная посылка определяется в основном состоянием пил, мощностью привода и качеством распиловки. Состояние пил
характеризуется жесткостью полотна, жесткостью зубьев, емкостью
впадин зубьев, в которых размещаются опилки при значительном их
уплотнении. Хорошее состояние пил обеспечивает правильные прямолинейные пропилы.
Мощность привода лесопильных рам учтена в пределах до 70 кет.
При меньшей мощности привода посылки должны быть скорректированы по фактической мощности.
При наличии рам с ходом иным, чем 600 мм, и при достаточной
мощности привода посылки могут быть пропорционально изменены.
Посылки для распиловки бруса находят по отдельной таблице, при этом
они близки к посылкам для распиловки и вразвал, если условно приравнять толщину бруса диаметру бревна.
Для легких и облегченных рам, а также рам с толчковой посылкой
за максимальную принимается наибольшая посылка, возможная по конструкции механизма.
Для распиловки других пород вводятся поправочные коэффициенты, на которые множатся посылки для основных хвойных пород.
Значения этих коэффициентов следующие: для лиственницы – 0,85, для
дуба и ясеня – 0,65, бука – 0,7, березы – 0,85, ольхи – 0,95 и осины – 1.
Возможную наибольшую посылку по мощности привода (мм) можно рассчитать на основании выведенных ранее выражений для скорости
подачи.
u = Δ n / 1000.
Откуда
Δ max = 60 · 102 · 1000 · N· nu / ( K · b · h · n ),
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где N – мощность привода рамы, кет;
nu – коэффициент полезного действия рамы;
К – коэффициент удельного сопротивления резанию;
b – ширина пропила, мм;
h – суммарная высота пропила на середине длины бревна, мм;
n – число оборотов вала рамы в минуту.
Среднее значение коэффициента для распиловки бревен вразвал
0,73, для первого прохода при брусовочном способе – 0,63, для второго
прохода при брусовке – 0,95.
Таким образом, в основном посылки прямо пропорциональны мощности привода (до пределов, определяемых работоспособностью пил) и
обратно пропорциональны диаметру и числу пил в поставе. Наибольшая
посылка, достигнутая рамщиками при распиловке тонких хвойных бревен на рамах с высотой хода 600 мм, составляет 55 мм. Скорость подачи бревен в современных высокопроизводительных рамах достигает
15 – 21 м/мин.
Наибольшая мощность составляет 100 – 125 кет.
Механизмы, обслуживающие лесопильную раму. В лесопильную
раму бревна подаются при помощи продольного цепного транспортера,
имеющего скорость 25 – 35 м/мин и автоматический останов бревна в
конечном пункте, вследствие чего этот механизм получил название автоматической бревнотаски.
Для подачи бревен в раму, правильного направления их по поставу
и удержания в нужном положении во время распиливания перед рамой
устанавливают две тележки – зажимную и поддерживающую.
В современной зажимной тележке имеется механизированное приспособление для передвижения ее к раме и от рамы, а также механизированное управление основными операциями по зажиму и правильному
направлению бревна.
Тележка имеет сиденье для рамщика. Скорость переднего хода
тележки для подачи тонких бревен составляет 40 – 50 м/мин и обратного хода 90 – 100 м/мин. В зажимной тележке все основные операции – зажим бревна, его поворот вокруг продольной оси и перемещение конца бревна в сторону – частично или полностью механизированы при помощи пневматических, механических или гидравлических устройств.
В полуавтоматических устройствах применяется дистанционное
управление указанными операциями с неподвижного пульта управления. Зажим бревна осуществляется при помощи клещей либо роликовзвездочек.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одна из зажимных механизированных тележек показана на рисунке 22. Она имеет пневматическое управление зажимом бревна. Зажим
производится тремя роликами-звездочками, из которых два расположены внизу на одном постоянном уровне, а третий сверху и имеет вертикальное перемещение для зажима бревна.
Перемещение верхней звездочки осуществляется от вертикального пневматического цилиндра. Поворот бревна механизирован посредством вращения нижних звездочек.
Сжатый воздух подается в пневматические цилиндры на тележку
через длинные гибкие резиновые шланги от специальной компрессорной установки, обслуживающей также ряд других механизмов. В тележке этого типа бревно перемещается при помощи ручного маховика, однако в тележках многих других типов оно механизировано. Тележки с
зажимом бревен звездочками позволяют захватывать бревно не в конце,
как это обязательно приходится делать на клещевой тележке, а в любом
месте по длине.
от
а
7
ком
пре
9
ссо
ра
5
2
4
6
2
3
1
б
Рис. 22 – Рамные тележки:
а – зажимная с пневматическим зажимом, б – поддерживающая
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Такое устройство дает возможность регулировать время и точку зажима бревна в зависимости от скоростей подачи и обратного хода тележки.
Широкое распространение получили гидравлические тележки.
В последнее время начали применять полуавтоматические тележки с
дистанционным управлением с неподвижного пульта.
Поддерживающая тележка представляет собой опору, передвигающуюся по рельсовому пути на четырех колесах.
Она обычно имеет приспособление автоматической откатки в начальное положение для приемки следующего сбрасываемого бревна;
приспособление устанавливается часто в виде груза, подвешенного на
тросе, перекинутом через блок.
Для механической подачи бревна с бревнотаски на тележки применяют специальный механизм – сбрасыватель, приводимый в движение
механическим, гидравлическим или пневматическим способом.
В современных станках направляющие плоскости устанавливаются
встроенными в задние ворота лесопильной рамы или на балках непосредственно за лесопильной рамой.
Для продольного перемещения досок, длинных горбылей и брусьев
после распиловки бревен и выхода их из направляющих плоскостей
применяют приводные роликовые транспортеры.
От первой рамы ко второй брус перемещается в брусовочном потоке
при помощи специального механизма – брусоперекладчика.
Перед рамами второго ряда для подачи бруса устанавливаются неприводные ролики, а также специальные роликовые аппараты для заправки конца бруса в подающие вальцы рамы и центрирования его по
поставу.
Чаще всего роликовый аппарат состоит из приводного рифленого
ролика, поворачивающегося от рычага в горизонтальной плоскости.
Вводится автоматическая заправка брусьев в раму при помощи специальных устройств – манипуляторов.
За лесопильными рамами второго ряда устанавливаются роликовые приводные транспортеры со специальным разделительным устройством, предназначенным для отделения чистообрезных досок, полученных из бруса, от боковых необрезных досок.
Разделительное устройство снабжено направляющим аппаратом с
двумя длинными металлическими полосами, устанавливаемыми над
роликами транспортера.
Чистообрезные доски проходят между направляющими полосами и
поступают на ленточный транспортер, а боковые сбрасываются с концов роликов на поперечный цепной транспортер.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Усовершенствование механизации рабочего места лесопильной
рамы имеет решающее значение для повышения производительности
оборудования, так как оно определяет высшую степень использования
производственной мощности лесопильной рамы.
Приемы работы на лесопильных рамах. На большинстве рамных тележек рабочее место рамщика находится на самой тележке, и все управление рамой и вспомогательными механизмами производится рамщиком с этого рабочего места.
Очередное бревно, подлежащее распиливанию, находится на бревнотаске. Рамщик нажимом на соответствующий трос, расположенный
над его плечом, включает механический сбрасыватель бревен, который
специальными рычагами-толкателями сталкивает бревно на две тележки перед лесопильной рамой – зажимную и поддерживающую.
Поворачивая бревно вокруг продольной оси и перемещая его конец
в сторону, рамщик придает бревну правильное положение, обеспечивающее получение наибольшего возможного количества пиломатериалов
при хорошем их качестве.
Плотно зажатое клещами или роликами-звездочками зажимной
тележки бревно подается в лесопильную раму при помощи механизма
перемещения тележки к раме.
Правильное положение бревна заключается в следующем: прямое
бревно заправляется так, чтобы его продольная ось прошла через середину постава пил.
Так как постав пил находится посередине пильной рамки, а рельсы
перед рамой устанавливаются симметрично относительно этой середины и под прямым углом к посылочным вальцам, продольная ось прямого бревна должна совпадать с осью рельсов.
Кривые бревна без метика устанавливают кривизной вниз. Кривые
бревна со значительными метиками располагают по метику, по которому устанавливаются также и все прямые бревна, причем при распиловке
вразвал метик должен быть расположен вертикально, а при выпиливании бруса (в первом проходе) – горизонтально.
Бревна неправильной формы устанавливаются так, чтобы они прошли через раму устойчиво и без выкручиваний. Одновременно необходимо стремиться, чтобы в подаче очередного бревна не было разрыва с
предыдущим. Разжатая зажимная тележка автоматически откатывается
назад для приема следующего бревна; при этом тележку надо останавливать с учетом длины следующего бревна.
Пилы, подготовленные пилоправной мастерской, устанавливает
рамщик с помощником перед началом работы рамы.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дефекты распиловки на лесопильных рамах. Вследствие неправильных приемов работы на лесопильной раме, неудовлетворительного
состояния оборудования и неточностей в подготовке и установке пил
в процессе распиловки появляются распиленные бревна, дающие пиломатериалы либо неправильной формы, либо неточных размеров, либо с
дефектами древесины, которых можно было бы избежать.
Основным видом дефектов является неточный размер толщины досок или брусьев. Например, в досках толщиной 32 мм и менее допускается отклонение от номинальных размеров +1 мм, а в досках толщиной
40 мм и более +2 мм. Доски с большими отклонениями относятся к бракованным. Причины брака должны быть устранены. В частности, причинами рассматриваемого брака могут быть: неправильная подготовка и
установка пил, заключающаяся либо в плохой вальцовке, неправильном
разводе или плющении зубьев, либо в плохом их натяжении; неодинаковая толщина парных прокладок; применение слишком узких пил.
Другим основным видом брака может быть крыловатость, когда поверхность досок не плоская, а винтообразная (крыловатая). Получается
это вследствие поворота бревна во время распиловки вокруг продольной
оси. Основной причиной такого брака является то, что бревно в течение
некоторого времени было не закреплено в клещах тележки, а установка
бревна была произведена без учета особенностей формы. Причинами
этого брака могут быть также неправильная установка пил (не по отвесу,
с вывертом верха пил относительно низа), износ середины посылочных
вальцов.
Другими, более редкими неправильностями при распиловке бревен
могут быть: кривизна доски или бруса, при которой пласти имеют криволинейные поверхности; волнистый распил, когда на пластях получается волнистая поверхность; метиковые трещины в боковых досках, что
указывает на установку бревен при распиловке без учета расположения
метика.
Производительность рамы может быть выражена числом распиленных бревен, в кубометрах распиленного сырья, в погонных метрах.
Чаще всего производительность выражают в кубометрах сырья. Иногда
производительность учитывают также по площади пластей досок. Для
определения производительности примем следующие обозначения:
Δ – посылка, мм;
n – число оборотов вала рамы в минуту;
К – коэффициент использования рамы;
Т – время работы, мин;
L – длина бревна, м;
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
q – объем бревна, м³;
bср – средняя ширина доски, м;
z – число досок в поставе.
Линейная производительность по пропуску погонных метров в смену:
A1 = Δ · n · K · T / 1000.
Производительность по числу бревен:
A2 = Δ · n · K · T / (1000 · L).
Производительность в кубометрах сырья:
A3 = Δ · n ·K · T · q / (1000 · L).
Производительность по площади пластей досок (м²):
A4 = Δ · n · K · T · bср · z / 1000 = A1 · bср · z.
Посылка выбирается из расчетных технических посылок. Длина
бревна берется без припуска на оторцовку, а разница учитывается в коэффициенте использования.
Коэффициент использования лесопильных рам К учитывает технически неизбежные простои, косвенные затраты времени и скрытые
потери машинного времени. Он определяет отношение времени, затраченного непосредственно на распиловку бревен, к рабочему времени
смены. Этот коэффициент установлен (той же инструкцией, что и посылки) для механизированных лесопильных цехов в размере 0,864 и для
полумеханизированных – 0,765 (Бершадский,1978).
Сравнительная производительность лесопильных рам различных
типов, работающих в различных условиях, зависит от:
– технической характеристики рам;
– породы, диаметра и длины распиливаемых бревен;
– физического состояния, степени чистоты поверхности бревна;
– способа распиловки; характеристики поставов; требуемой чистоты и точности распиловки;
– качества пил, профиля зубьев, способов подготовки и установки;
– технического состояния лесопильной рамы и ее оборудования, качества их обслуживания, степени механизации и правильности организации и обслуживания рабочего места; правильности организации технологического процесса, как в лесопильном цехе, так и по всему потоку
лесопильного производства.
Все перечисленные факторы, кроме числа оборотов вала рамы, в
формулу производительности непосредственно не входят и учитывают104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ся косвенным образом в величинах посылки и коэффициента использования рамы. Самое большое влияние на производительность по объему
сырья оказывает относительное значение диаметра бревен. В связи с
тем, что при увеличении диаметра объем бревен растет пропорционально второй степени диаметра, а посылка уменьшается примерно пропорционально первой степени диаметра, в конечном счете получится, что
с увеличением диаметра бревен будет пропорционально увеличиваться
производительность рамы по объему сырья.
Фактическую производительность лесопильных рам, работающих в
лесопильном цехе, по объему распиленных бревен называют производительностью по распилу сырья Qр.
При брусовочном способе распиловки бревно и его части проходят
две лесопильные рамы. По объему сырья производительность учитывается в одинаковом размере в первой и во второй рамах (хотя объем
брусьев будет меньше объема бревен). Суммарную производительность
всех рам с учетом двух проходов бревен и брусьев называют производительностью по пропуску Qп.
Околорамное оборудование
Работающую в цехе лесопильную раму обслуживает комплекс механизмов – околорамное оборудование: лесотранспортеры, сбрасыватели
бревен, зажимные тележки, впереди- и позадирамные роликовые конвейеры, брусоперекладчики.
Для подачи сырья в цех на второй этаж применяют автоматические
продольные конвейеры БА-40, БА-60, БА-100 для бревен диаметром
соответственно до 40, 60, 100 см. Поданное к раме бревно торцом выключает конвейер. Скорость подачи последнего должна быть в 2 – 3 раза
больше максимальной скорости подачи лесопильной рамы во избежание перебоев в ее работе. Для указанных конвейеров она составляет 0,6
и 0,3 м/с ( Грубее, 1971).
Сброс бревна с конвейера на механизмы подачи выполняется по
команде оператора электромеханическим сбрасывателем СБР-75 или
СБР-110. Сброшенное бревно ложится на две тележки – зажимную и
поддерживающую. Зажимная тележка перемещается к раме и от рамы
на колесах по рельсовому пути, расположенному сносно с поставом.
Она оснащена механизмами для зажима бревна, его поворота вокруг
оси и смещения относительно центра постава. Поворот бревна вокруг
оси и смещение необходимы для установки его в наиболее выгодное
положение.
Кривизна бревна, овальность, наплывы, дефекты на нем учитываются, и в зависимости от наличия тех или иных пороков меняется ориен105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тирование бревна относительно постава пил. Для быстрого выполнения
всех этих операций применяют пневматические, механические или гидравлические устройства. Команда на исполнение подается оператором
с пульта управления, который на многих работающих предприятиях
располагается на зажимной тележке рядом с сиденьем оператора. Таким
образом, оператор вместе с тележкой непрерывно перемещается, подавая бревно в лесопильную раму и откатываясь назад для приема следующего бревна.
На высокопроизводительных лесопильных рамах для непрерывного
пиления бревна должны подаваться без межторцовых разрывов, поэтому
применяют тележки с дистанционным управлением (ПРТ8-2М; ПРТ92М). Оператор располагается у стационарного пульта управления.
Для непрерывного, ритмичного пиления на отдельных предприятиях перед бревнопильными станками создается буферный запас бревен.
Для этого между продольными конвейерами и впередирамными
тележками устанавливается накопительная (буферная) площадка с поперечным цепным конвейером.
Для правильной установки бревна (или бруса) относительно постава применяют светотеневые аппараты. Светотеневой аппарат – это
длинный короб со светильником (электрической лампой), установленный над бревном на высоте 1,5 м. В дне короба предусмотрены прорези
(либо низ короба открыт и в проеме натянуты нити).
Число и расположение прорезей или нитей совпадает с поставом пил
в лесопильной раме. На поверхность бревна падают светлые полосы (или
тени от нитей), по которым легко ориентировать бревно и заранее видеть,
где пройдут будущие пропилы. На темной поверхности неокоренного
бревна лучше видны светлые полосы, на светлой поверхности бруса, наоборот, легче прослеживаются темные полосы от натянутых нитей.
Для удержания бревна от разворота в процессе пиления за выходными вальцами лесопильной рамы на пути движения выходящего распиленного бревна установлены две регулируемые плоскости – ножи
направляющего аппарата. Ножи входят в пропилы против плоскостей,
формирующих брус, или между боковыми досками. Короткий обапол
попадает в люк, расположенный позади лесопильных рам под ножами
направляющего аппарата, и далее на 1-й этаж в переработку.
Комплекс позади рамного оборудования может быть различным в
зависимости от принятого способа распиловки. При распиловке вразвал
необрезные доски подаются к обрезным станкам роликовыми конвейерами. При распиловке с брусовкой после первого прохода через лесопильную раму необрезные доски и длинный обзол отделяются от бруса
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и роликовым конвейером направляются к обрезным станкам, а брус – к
лесопильной раме II ряда.
В качестве приемных за лесопильными рамами I ряда применяют
роликовые конвейеры ПРД-63; ПРД-80; ПРД-100, различающиеся максимальной шириной транспортируемых досок или брусьев, которая соответственно составляет 530; 700; 900 мм. Окружная скорость роликов
2, 12; 1,59; 0,8 м/с (www.prigvozdis.ru).
Перед рамами II ряда используют роликовые конвейеры ПРДВ-80,
ПРДВ-100, при помощи которых брус устанавливается и направляется
по оси постава в лесопильную раму. Снятие бруса с роликового конвейера за лесопильной рамой I ряда, накопление брусьев и передача на
роликовый конвейер перед лесопильной рамой II ряда выполняются автоматическими брусоперекладчиками БРП-80 и БРП-100.
Из лесопильной рамы II ряда выходят обрезные и необрезные доски.
Последние должны поступить к обрезным станкам. Разделение досок за
лесопильными рамами II ряда выполняется роликовыми конвейерами
ПРДП-63; ПРДП-80; ПРДП-100. Длина их роликов соответственно 1120;
1400; 1800 мм.
3.5 Ленточнопильные станки
Для распиловки бревен применяются вертикальные ленточнопильные станки (рис. 23).
Ленточнопильный станок состоит из станины 1, верхнего натяжного
пильного шкива 2, тележки для подачи бревен 3, рельсового пути 4 , по
которому передвигается тележка, и привода пилы и тележки.
Главный параметр станка – диаметр пильного шкива, равный
1100 – 3000 мм. Чем больше диаметр шкива, тем больше ширина и толщина пилы, в связи с чем пила более устойчива и может пилить на большей скорости подачи. Кроме того, станки с большим диаметром шкива
могут распиливать бревна больших диаметров.
Для уменьшения колебаний пилы и обеспечения правильной линии
резания шкивы располагаются возможно ближе друг к другу, натяжение
пилы на них достигает 6 – 10 кг/мм².
Стремятся к уменьшению до предела и уменьшают свободную часть
пилы путем устройства специальных направляющих в зоне резания
бревна.
Нижние направляющие занимают постоянное положение и находятся примерно на уровне стола станка, верхние располагаются над бревном и регулируются по высоте.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
6
5
1
3
4
Рис. 23 – Ленточнопильный станок:
1 – станина, 2 – верхний натяжной пильный шкив, 3 – тележка для подачи бревен,
4 – рельсовый путь, 5 – крюковые зажимные приспособления, 6 – пила
Можно отметить два основных типа станков: рассчитанные на сравнительно небольшие подачи; рассчитанные на предельно большие подачи. К первому типу относятся, в частности, европейские станки, ко
второму – американские.
Сравнительная характеристика станков этих двух типов приводит к следующим основным показателям: диаметр пильного шкива –
1100 – 2400 мм и 1500 – 3000 мм; толщина пилы – 1,2 – 2,2 мм и 1,6 – 2,6
мм; ширина пилы – 120 – 300 мм и 150 – 450 мм. Скорость резания в современных станках обоих типов составляет 40 – 50 м/сек. Потребляемая
мощность станков – 23 – 75 кет и 40 – 220 кет. Фактические скорости подачи для мягких хвойных пород – 10 – 50 м/мин и 45 – 150 м/мин. Для
твердых пород скорости подачи в 2 – 3 раза меньше, чем для хвойных.
Обычно скорость обратной подачи – холостого хода тележки – превышает скорость рабочего хода в 2 – 3 раза. Станки больших размеров могут распиливать бревна диаметрами до 2 – 2,5 м (Грубе, 1971).
Стремление работать на предельно больших скоростях, характерное
для предприятий США, ведет к значительному увеличению производительности станков, однако одновременно получаются большая ширина
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пропила, неточные размеры пиломатериалов и большое потребление
энергии. Неточность в размерах пиломатериалов ведет к необходимости их строгания (калибровки) для приведения к одной толщине. В процессе распиловки бревен скорость подачи регулируется в зависимости
от ряда факторов: породы, толщины бревен, высоты пропила, требуемой точности распиловки, характеристики пилы и ее режущих свойств,
мощности привода станка.
Большим скоростям подачи соответствуют большие подачи на зуб
пилы. Например, для u = 150 м/мин, v = 50 м/сек и шага пилы t = 75 мм.
uz = u · t / ( 60 · v ) = 150 · 75 / ( 60 · 5 ) = 3,75 мм.
Наибольший диаметр бревна, возможного к распиловке, определяется длиной свободной части пилы и зависит от конструкции станка. При
распиловке с брусовкой можно распиливать бревна значительно больших диаметров, чем при распиловке вразвал; так, станок с диаметром
шкива 2400 мм может распиливать бревна следующих наибольших диаметров: вразвал – 1500 мм и с брусовкой – 1800 мм. Пила ленточнопильного станка может иметь зубья на обеих кромках. Однако вследствие
трудности ухода за пилой, режущей в обе стороны движения бревна,
она применяется редко. Дальнейшее рассмотрение вопроса о ленточных
пилах будет касаться только односторонних пил.
Как указывалось ранее, при односторонней пиле резание происходит при подаче бревна в одну сторону, затем необходим обратный, холостой, ход тележки с бревном и поперечное передвижение бревна на
толщину отпиливаемой следующей доски. На тележке бревно удерживается в необходимом положении при помощи специальных устройств
и механизмов. Другая система механизмов и устройств обеспечивает
подачу бревен на тележку. В последних конструкциях станков погрузка
бревна на тележку, закрепление его и манипуляции с ним производятся
полуавтоматически, при дистанционном управлении оператором, находящимся у пульта управления (рис. 24).
Перемещение и установка зажатого в зажимном устройстве бревна производится вручную (на станках, имеющих малую механизацию)
либо механическим путем с достаточно большой точностью, достигающей 0,1 – 0,8 мм. Когтевые зажимы располагаются только в верхней части бревна или в верхней и нижней частях.
Для подачи и погрузки бревен на тележку станка применяется система механизмов, состоящая из продольного цепного транспортера,
сбрасывателя бревен, наклонной буферной площадки, отсекателя, погрузчика и манипулятора.
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
7
1
2
4
5
3
3
3
3
Рис. 24 – Схема подачи и погрузки бревен на тележку:
1 – тележка, 2 – манипулятор, 3 – цилиндры, 4 – отсекатель, 5 – сбрасыватель
бревен, 6 – наклонная буферная площадка для бревен, 7 – продольный цепной
транспортер
После поступления к буферной площадке бревна при помощи продольного цепного транспортера сбрасываются механическим сбрасывателем на роликовые шины площадки. Площадка имеет наклон 12 – 20°
для автоматического скатывания бревен на тележку. Имеются также буферные площадки, механизированные при помощи поперечных цепных
транспортеров. Удержание бревна на площадке и подача на тележку очередного бревна осуществляется при помощи отсекателя и погрузчика.
Бревно, поданное на тележку, должно быть установлено в нужное
для распиловки положение.
В процессе распиловки бревно часто разворачивается вокруг продольной оси. Эту операцию производит механизированный манипулятор. На рисунке 24 изображен так называемый штанговый манипулятор.
Его основной рабочей частью является металлическая вертикальная
штанга, имеющая в верхней части несколько зубьев, которыми она упирается в боковую поверхность бревна, благодаря чему при вертикальном перемещении штанги происходит разворот бревна.
В нижней части штанга имеет горизонтальную перекладину, соединенную шарнирно с двумя рабочими цилиндрами.
В цилиндрах можно регулировать давление и скорость поступления
масла, воздуха или пара, вследствие чего происходит независимое друг
от друга изменение скорости движения штоков. При различной скоро110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сти перемещения штоков рабочая штанга вместе с движением вверх получает наклон, что способствует погрузке бревна на тележку.
При одинаковой скорости перемещения штоков штанга занимает
вертикальное положение.
Сбрасыватель и погрузчик бревен работают так же, как манипулятор, от гидравлического или пневматического приводов.
Пиломатериалы, отпиленные от бревна, автоматически падают на
приводной роликовый транспортер, который доставляет их для дальнейшей обработки к другим станкам производственного потока.
3.6 Тепловая обработка
Тепловой обработке бревна подвергают в целях создания благоприятных условий для пиления и окорки.
Это особенно необходимо проводить в зимнее время. Наиболее распространена тепловая обработка бревен в открытом механизированном
бассейне, где воду подогревают до температуры 5...10 °С или подают
отработанную воду или пар.
Рекомендуется проводить оттаивание на глубину 3...4 см в течение
6...7 ч.
Однорядное размещение бревен в бассейне и значительное время
оттаивания требуют больших производственных площадей, что повышает потери теплоты в атмосферу. Поэтому в районах с низкой температурой наружного воздуха бассейны строят в закрытых помещениях.
Различают естественные бассейны, в которых бонами отгораживают
часть водного пространства реки, озера, и искусственные, размещенные
в подготовленных котлованах, заполненных водой, глубиной не менее
1,5 м. Последние заполняют самотеком или принудительным способом,
используя насосы. Во избежание утечки воды стенки и дно искусственного бассейна делают бетонными или деревянными. Доски выкладывают
на плотный слой глины, а затем проконопачивают и просмаливают швы.
Часто бассейны лесопильных цехов используют для дополнительной сортировки бревен. Технологический процесс в бассейнах может
быть организован по разным схемам
По варианту в бассейне предусмотрен накопительный участок, состоящий из двориков, и участок для выборки бревен (дворики). Бревна
из двориков в дворики перемещаются по каналу. В накопительные дворики сырье доставляется продольным конвейером. В его верхней части
предусмотрены дворики для непосредственной подачи сортированных
бревен к месту выборки на конвейер лесопильного цеха.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По этому же варианту работает прямоточная схема движения бревен от конвейера к конвейеру. Рекомендуется в средние дворики направлять сортименты, которых в партии наибольшее количество, а в
крайние – которых меньше. В случае переполнения одного из средних
двориков бревна могут быть перемещены в соседний через проход в
ограждении. Общее количество накопительных двориков зависит от
количества лесопильных потоков. На каждый поток должно быть не
менее двух двориков.
На немеханизированных участках бревна в бассейне перемещают с
мостиков вручную баграми. При механизации этой операции применяют канатные, гидравлические и барабанные ускорители.
Для тепловой обработки мерзлых бревен перед окоркой применяют
закрытые бассейны с проходными дворами. Бревна перемещаются поперечной однорядной щетью.
Для ускорения оттаивания неутепленной верхней части бревен
предусмотрено дождевание горячей водой. Бревна перемещаются с
помощью канатных или цепных ускорителей. При такой конструкции
число дворов в бассейне равно числу лесопильных потоков в цехе. Для
уменьшения потерь теплоты места загрузки бревен перекрывают шторами, а над бассейном сооружают здание. Температура воды в бассейне
25...35 °С. Котлован бассейна выполняют из железобетона с последующим покрытием досками и листовой сталью.
Целесообразно применять камеры, позволяющие перемещать бревна в многорядной поперечной щети. Камера представляет собой закрытый бассейн, в котором установлены механизм загрузки бревен, нагнетатель щети, механизм ее перемещения и элеватор для выгрузки бревен.
В бассейне поддерживается температура воды 50 °С, благодаря чему
происходит интенсивное оттаивание.
3.7 Разделка на чураки, окорка пиломатериалов
На заводы, изготовляющие клееную слоистую древесину, сырье может поступать в кряжах и в виде коротких отрезков – чураков.
Раскрой кряжа на чураки включает в себя предварительную разметку и собственно распиловку.
Разметка производится для получения из кряжа отрезков, обладающих наибольшей массой и наивысшим качеством. Распиловка кряжей
выполняется с помощью круглопильных балансирных станков, поперечнопильных станков с возвратно-поступательными движениями пилы
или цепных пил.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В круглопильном станке, как в секции а на данном рисунке 25, режущий инструмент укреплен на валу, который находится на узкой стороне качающейся рамы и приводится во вращение от электродвигателя,
смонтированного на противоположной ее стороне. Пильный диск надвигается на расположенный под ним кряж вручную и с помощью специального механизма (пневмогидроцилиндра и др.).
а
4
5
6
1
7
2
3
б
13 12
11 9
8
1
2
3
Рис. 25 – Станки для поперечной распиловки кряжей:
а – круглопильный, б – поперечнопильный. 1 – режущий инструмент, 2 – бревно,
3 – рольганг, 4 – электродвигатель, 5 – рама, 6 – ременная передача, 7 – стойка,
8 – направляющие, 9 – ползун, 10 – шатун, 11 – маховик, 12 – зубчатый сектор,
13 – штурвал
Режущим инструментом является круглая пила диаметром до
1500 мм, что позволяет распиливать кряжи диаметром до 600 мм. В
отдельных случаях применяют круглые пилы диаметром до 2700 мм,
снабженные сменными зубьями, что позволяет не уменьшать диаметр
пилы при переточках.
Для облегчения трудоемкости работ и снижения трудозатрат на
данном участке производства применяют механизированные пильные
агрегаты. Подача кряжа к пиле и удаление чураков осуществляются с
помощью реверсивных роликовых транспортеров.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Удаление образующихся при распиловке отходов в виде мелких обрезков и опилок производится скребковыми транспортерами. Нормирование
длины отрезаемых чураков выполняется с помощью выдвижных упоров.
Агрегатом управляет один человек, сидящий за пультом.
В течение часа такой механизированный агрегат позволяет распиливать 20 – 25 м3 сырья диаметром 23 – 25 см. Недостатком круглопильных
станков является ограниченная возможность распиливать сырье крупных диаметров.
На заводах применяются также пилы, режущий инструмент которых
совершает возвратно-поступательное движение. Эти пилы весьма удобны для распиловки сырья большого диаметра (70 – 150 см), что важно
при производстве строганой фанеры. Производительность таких станков ввиду небольшой скорости резания (даже па крупном сырье) не превышает 9 – 12 м3/ч.
Общие потери древесины при разделке кряжей на чураки составляют от 1,5 до 4%, в зависимости от объема кряжа.
Короткие отрезки, вырезанные из кряжа и предназначенные для изготовления пиленой и строганой фанеры, дополнительно обрабатывают
для создания у них установочной базы шириной не менее 10 см и поверхности для начала их разработки.
При этом у чураков или ванчесов должны быть удалены негодные
для изготовления фанеры части (заболонь, части с ненормальной окраской и т. д.).
В зависимости от диаметра сырья применяют несколько способов
разделки, основные из которых представлены на рисунке 26.
Полезный выход сортиментов из сырья составляет от 65 до 80%.
Разделка сырья для изготовления строганой фанеры является весьма ответственной операцией. От ее качества в значительной степени зависит
количественный и качественный выход фанеры.
Для продольной распиловки отрезков кряжей можно использовать
ленточнопильные станки и горизонтальные лесопильные рамы.
Раскрой кряжей на чураки выполняется в центральной распиловочной станции, располагающейся между складом сырья и отделением тепловой обработки, что позволяет сосредоточить в одном месте отходы,
образующиеся при раскрое.
Перед направлением сырья в отделение гидротермической обработки чураки пропускают через кольцевой омыватель и металлоискатель.
Удаление коры, содержащей вкрапления песка, производится с целью
уменьшения затупления лущильного ножа, предохранения зазора между ножом и прижимной линейкой от забивания лубом и использования
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
d = 35–40 см
г
в
d = 35–40 см
д
d = 50–60 см
d = 35–40 см
е
d > 60 см
d > 70 см
Рис. 26 – Способы разделки:
а – кряжевой, б – пластинный, в – брусовочный, г – ванчесный, д – секторный,
е – мальевой (троение)
рванины-шпона на производство древесно-стружечных плит. В технологическом процессе данная операция осуществляется после обработки чураков, так как последняя облегчает отделение коры от древесины.
Окорка выполняется на окорочных станках, как показано на рисунке 27,
или на специально выделяемом лущильном станке с упрощенной конструкцией суппорта.
На рисунке 27, в секции а, изображена схема работы окорочного станка; его режущая головка совершает вращательное движение.
Скорость прохода древесины через кольцо 20 – 40 м/мин. Станки такого
типа могут окаривать бревна диаметром до 660 мм. Применение станков, работающих по такому принципу, приводит к повреждению наиболее ценной, заболонной древесины, отрицательно сказываясь на количественном и особенно качественном выходе шпона.
Изображена также принципиальная схема гидравлического окорочного станка с неподвижными соплами. Вода, отделяющая кору от древесины, подается под давлением 40 – 85 атм.
Скорость подачи зависит от диаметра окоряемого сортимента и равна 11 – 16 м/мин. Диаметр окоряемого чурака может быть до 1000 мм и
более. Качество окорки гидравлическими окорочными станками очень
хорошее, причем исключается возможность повреждения поверхности
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
1
а
б
4
2
1
2
5
2
3
Рис. 27 – Схема работы окорочных станков:
а – удаление коры вращающимися резцами, б – удаление с помощью воды, 1 – чурак, 2 – резцы, 3 – винтовой валик, 4 – сопла, 5 – рельефный валик
древесины, правда, расход мощности значительный. Для окорки твердых пород древесины, в том числе произрастающих в тропиках, наиболее пригодны фрезерные окорочные станки.
4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ
ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Под отходами лесопильного производства понимается та часть сырья, которая не попадает в основную продукцию.
Процесс деревообработки, да и в принципе любые действия с древесиной, во всех производствах связан с получением большого количества
древесных отходов.
Начиная с первоначальной стадии обработки – рубки леса и вывоза
хлыстов, и заканчивая последней стадией – обработкой древесины, данный процесс сопровождается отходом части древесины, которая в дальнейшем не используется в производстве.
Объем древесных отходов зависит от способов раскроя бревен, назначения и степени обрезки пиломатериалов, толщины пил и соблюдения технологии и не только соизмерим с объемом получающейся продукции, но зачастую и превосходит его. 20% древесного сырья – отходы
в виде корней, ветвей, пней, которые получаются при рубке и вывозке
древесины из леса. А из вывезенной древесины 20% составляет неделовая древесина (дрова).
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отдельно следует выделить лесопильное производство, количество
древесных отходов в котором составляет 35 – 42%. От объема распиливаемого сырья отходит в горбыли 6 – 10%, в рейки – 10 – 15%, в концы
досок – 2 – 4%, в опилки – 10 – 12%, на вырезку брака – 2 – 3%.
В раскройных цехах при раскрое досок на заготовки получается
7 – 10% опилок и 10 – 25% обрезков (вырезки брака и некратные остатки) от объема раскраиваемых пиломатериалов, в строгальных цехах
12 – 20% стружки от объема поступающих пиломатериалов.
В мебельном производстве количество древесных отходов в среднем составляет 50 – 65% от поступивших пиломатериалов. При производстве фанеры отходы составляют 50 – 55%, строганого шпона
30 – 45%.
В среднем ежегодные объемы неделовой древесины и отходов по
стране составляют около 300 млн. м3.
Древесные отходы – ценное вторичное сырье для производства разнообразных изделий, материалов, продуктов.
Чтобы снизить себестоимость основной продукции из древесины,
необходимо добиваться уменьшения отходов в основном производстве
и максимально использовать получающиеся отходы на другие виды
продукции, т. е. стремиться к более полному и полезному использованию древесины.
Классификация древесных отходов
Древесные отходы классифицируют по видам и этапам обработки
древесины.
По видам все отходы подразделяются на:
твердые: пни, горбыли, обрезки, корни, ветви, рейки, вершины;
мягкие: древесная пыль, опилки, листья, кора и луб, стружки, древесную зелень – хвоя.
По этапам обработки древесины отходы делятся на:
отходы, связанные с заготовкой леса – пни, кора (частично), корни,
ветви, вершины, неделовую древесину (дрова), обрезки;
отходы первичной обработки древесины в лесопилении, фанерном
производстве – опилки, рейки, горбыли, карандаш, обрезки, кора, рванина, стружки;
отходы вторичной обработки в мебельных производствах – опилки,
обрезки, стружки.
Причины возникновения древесных отходов
Древесные отходы образуются по следующим причинам:
– в связи с биологическими особенностями произрастания деревьев
(кора, листья, ветви, хвоя, вершины, корни, пни);
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– из-за сбежистости ствола (комлевые срезки, рейки); вследствие
получения материалов прямоугольного сечения из материалов круглой
формы (горбыли, рейки);
– пороков древесины – сучков, трещин (обрезки);
– неправильной формы ствола – овальности, сбежистости (рванина);
– несовершенства технологических процессов обработки древесины
(опилки, отструг при строгании шпона, стружки, карандаши, обрезки).
При обработке и переработке древесины кроме древесных отходов
получаются безвозвратные потери на упрессовку в производстве клееных слоистых материалов и усушку древесины во всех видах производства (6%)
Уменьшение количества отходов и максимальное их применение
в качестве вторичного сырья – важная народно-хозяйственная задача. Комплексное использование древесины позволяет решить одну из
основных задач – сохранение природных лесных богатств.
Отходы лесопильных и деревообрабатывающих производств можно
применять как полноценное сырье для выработки ряда продуктов. При
их производстве древесину дополнительно измельчают до необходимых
размеров.
Строящиеся и реконструируемые предприятия проектируют с учетом комплексного использования древесных отходов.
Древесные отходы, которые являются вторичным сырьем, могут
частично или полностью использоваться как первичное сырье на предприятиях, выпускающих ДВП и ДСП, на предприятиях, занимающихся
деревообработкой, целлюлозно-бумажным производством, лесохимической промышленности и в производстве биотоплива: гранул, брикетов
(Шамаев 1991).
Для получения конечной продукции из отходов применяют механическую обработку, микробиологическую, химическую и энергохимическую переработку.
Крупные кусковые отходы используются для производства мелкой
продукции, тарной дощечки, изделий ширпотреба, штакетника, кровельной плитки и гонта, штукатурной и кровельной драни, игрушек,
предметов домашнего обихода, простейшей мебели (шкафчиков, вешалок, подставок, полочек, ящиков).
Из кусковых отходов изготавливают сотни различных наименований мелких изделий.
Мелкие по размеру кусковые отходы на предприятиях могут быть
переработаны на технологическую щепу, которая используется как сырье в производстве ДВП и ДСП, в целлюлозном производстве, в хими118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческом, гидролизном, в производстве биотоплива и других производствах. Технологические опилки используются в гидролизных и других
производствах.
Хвоя и листья служат ценным сырьем для производства эфирных
масел, хвойно-витаминной муки, которая употребляется как добавка к
кормам животных и рыб, хвойных лечебных экстрактов, хлорофиллокаротиновой пасты, применяемой как лечебное средство и для изготовления косметической продукции.
Для получения древесного угля, который применяется в металлургической и других отраслях, а также как сырье для переработки в технологическую щепу, используют лесосечные отходы. Опилки и стружки
используются для производства различных строительных материалов,
которые используются в мебельном производстве, а также как сырье для
гидролизной и химической промышленности.
В производстве строительных материалов древесные отходы используются для получения многих материалов, необходимых в народном хозяйстве.
Арболит – плитный материал, изготовленный из гипса или цемента
с древесным заполнителем в виде щепы. Его применяют в строительстве как конструкционно-теплоизоляционный материал. Заполнителем
служит дробленая щепа размером от 2×2×0,5 мм до 20×5×5 мм.
Плотность теплоизоляционного арболита 0,5 – 0,6 г/см3, конструктивнотеплоизоляционного – 0,65 – 0,7 г/см3. Арболит получают отливкой в
форму (опалубку).
Стеклодревесные панели используются как перегородочный стеновой материал. Панель состоит из древесной рамки, обшитой с двух
сторон древесно-волокнистой плитой. Середина ее заполнена стеклодревесной массой (щепа и связующее – силикатная паста). Плотность
заполнителя 0,35— 0,45 г/см3.
Опилкобетон – это бетон для заливки в форму и опалубку. В его состав в качестве заполнителя, кроме песка, вводят опилки. Предназначен
для изготовления стен (по опалубке) для жилых одноэтажных домов,
животноводческих ферм, гаражей, сараев, мастерских. Плотность его от
0,95 до 1,25 г/см3.
Деревобетон – то же, что опилкобетон; в качестве минерального заполнителя в нем применен вместо песка мелкозернистый гравий.
Плотность его 0,95 – 1,2 г/см3.
Гипсоплиточный бетон – стеновые блоки размером 500×400250 мм,
изготовленные из смеси гипса, опилок, стружки. Плотность его
0,65 – 0,85 г/см3.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ксилолит – материал в виде раствора или готовых плит, применяемый для устройства полов. Состав его следующий: опилки – каустический магнезит – хлористый магний. Плиты прессуют при давлении от
1,5 до 7,5 МПа. Плотность их 1,0 – 1,1 г/см3.
Древесно-опилочные плиты – материал для полов. Они представляют собой смесь опилок со смолой, прессуемую при давлении 2 – 2,5
МПа. Плотность их 0,5 – 0,8 г/см3.
Тырсолит – листовой материал толщиной 3 – 18 мм из смеси опилок
и смол. Предназначен для отделки внутренних стен. Применяют его и
как утеплитель. Плотность тырсолита 0,9 – 1,0 г/см3.
Из стружечно-опилочной смеси со смолой путем прессования изготавливают различные строительные узлы (оконные коробки, оконные блоки, заполнения дверных полотен) и мебельные детали (ножки,
коробки, сиденья). Без применения связующего и клеевых веществ из
опилок или лигнина при горячем прессовании, под большим давлением
(3 – 30 МПа) получают пьезотермопластики – плиточный материал, используемый, в частности, для настила полов.
Из коры и сучьев с применением связующих или без них изготавливают королит – тепло- и звукоизоляционный материал.
Мелкие отходы могут быть переработаны в древесную муку, являющуюся наполнителем при производстве изделий из фенопластов, линолеума и другой продукции.
5 СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА
Процесс изготовления изделий на современном деревообрабатывающем предприятии состоит из непосредственной обработки материала
(например, сушки древесины, механической обработки деталей, склеивания, сборки и т. д.) и сопутствующих ей процессов транспорта и хранения материалов на складах, контроля качества, обеспечения рабочих
мест энергией, инструментом, учета выработанной продукции, управления производством и т. д.
Производственный процесс включает в себя все необходимое для планомерного и рационального изготовления изделий: проектирование, основное производство, техническое, материальное и общее обслуживание.
Производственный процесс – совокупность всех совместных действий людей и средств производства, в результате которых из исходных
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
материалов, заготовок и составных частей получают продукцию определенного назначения и требуемого качества.
Технологический процесс – законченная часть основного производства, в результате выполнения которой достигается изменение формы,
размеров, положения, состояния и свойств материалов или заготовок
либо последовательное соединение составных частей в соответствии с
требованиями технической документации.
Технологией производства называют научно и практически обоснованную систему знаний методов воздействия и приемов превращения
сырья и материалов в готовую продукцию.
Технология изделий из древесины является научной и практической
деятельностью в наиболее рациональных и эффективных способах изготовления изделий из древесных материалов.
Технологический процесс включает не только механическую обработку древесины резанием, прессованием, гнутьем, соединение деталей, но и физические процессы нагрева и сушки материалов, химические явления при склеивании и отделке.
Процессы сушки и отделки древесины резко отличаются от процессов механической обработки, поэтому они являются предметом самостоятельных учебных дисциплин.
Изделия из древесных материалов обычно отличаются сложной конструкцией и состоят из большого количества разнообразных деталей,
форма и размеры которых заданы чертежом изделия. В изделиях детали
могут быть цельными и составными (клееными). Цельные детали вырабатывают из массивной древесины, а составные или клееные – из составных частей,
Склеивают из шпона или вырезают из клееной фанеры, столярной
плиты и т. д. Каждая деталь отличается своими характерными признаками, имеет свой технологический процесс изготовления. Технологический
процесс производства всего изделия – это совокупность технологических
процессов изготовления его деталей, сборки их в изделие и, если необходимо, обработки собранного изделия до полной готовности.
Технологический процесс изготовления каждой детали и изделия
может быть разделен на ряд этапов – стадий, отличающихся друг от друга характером обработки (например, гнутье, резание, склеивание и т. д.)
или различием цели, которая ставится на данном этапе (раскрой, механическая обработка и др.).
Технологический процесс изготовления изделий из древесины может быть разделен на типичные стадии, в той или иной последовательности, которые встречаются почти на каждом предприятии.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сырьем для всех изделий служат древесные материалы в виде досок, древесно-стружечных, древесно-волокнистых или столярных плит,
фанеры и облицовочных материалов.
Методы обработки древесных материалов в большей степени определяются их свойствами. Употреблять в производстве древесину необходимо при определенной влажности.
Сушка или досушка древесины и материалов перед запуском их в
обработку – одна из первых стадий технологического процесса любого
предприятия, изготавливающего изделия из древесины.
Механическая обработка древесных материалов на станках обычно
начинается с раскроя, деления досок, фанеры, столярных плит и других материалов на отрезки определенных размеров, из которых путем
фрезерования и других операций могут быть получены нужные детали.
Такие отрезки после раскроя называют черновыми заготовками деталей.
При раскрое древесных материалов на заготовки необходимо добиваться наиболее рационального использования сырья, т. е. получения
наибольшего количества заготовок, по качеству отвечающих установленным требованиям, которые регламентируются допустимыми дефектами древесных материалов.
Раскрой древесных материалов на заготовки также типичная стадия
технологического процесса.
Последовательность первых стадий технологического процесса
(сушки и раскроя) зависит от конструкции изделий и может быть различной. Возможна сначала сушка древесных материалов, а затем раскрой их и, наоборот, сначала раскрой, а затем сушка заготовок. На практике находит применение и тот, и другой порядок.
Заготовки обычно проходят две стадии механической обработки. На
первой стадии заготовки обрабатывают с четырех сторон по сечению и
оторцовывают для придания правильной геометрической формы и точных размеров.
Эту стадию обработки называют механической обработкой черновых заготовок. В результате ее выполнения получаются чистовые заготовки. Вторая стадия обработки заготовок включает формирование шипов и проушин, сверление отверстий, выборку гнезд, шлифование и т. д.
Эту стадию называют механической обработкой чистовых заготовок.
В результате ее выполнения получают готовые детали в заданной в соответствии с чертежами форме.
Такая последовательность превращения заготовок в детали необходима потому, что только на заготовках с обработанными поверхностями
и заготовках, имеющих правильную форму и точные размеры, могут
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
быть точно сформированы шипы, высверлены отверстия, гнезда и т. д.
Приведенные две стадии превращения заготовок в готовые детали характерны только для деталей из цельной древесины.
Составные (клееные) или облицованные детали проходят еще одну
стадию – склеивание и облицовывание.
В таком случае сначала выполняют склеивание и облицовывание, а
затем окончательную механическую обработку заготовок.
Процесс сборки изделий из готовых деталей также можно разделить на ряд стадий. Первая из них – сборка деталей в сборочные
единицы (рамки, щиты, коробки и т. д.). Такие сборочные единицы,
прежде чем собирать в изделия, обрабатывают на станках для снятия
провесов, выверки размеров и, если нужно, сверления гнезд, отборки
профилей и т. д.
Последовательность дальнейших стадий технологического процесса зависит от конструктивных решений и может быть различной.
Возможна сначала сборка подготовленных сборочных единиц в изделие, а затем отделка собранного изделия, и наоборот, сначала отделка
сборочных единиц и деталей, а затем сборка их в изделия или упаковка
в разобранном виде.
Общую структуру технологического процесса производства изделий можно представить в виде схемы.
Рассматривать технологический процесс производства изделий нецелесообразно в указанной на схеме последовательности, исключив стадии сушки и отделки как изучаемые в специальных курсах. При более
детальном рассмотрении технологического процесса видим, что каждая
стадия обработки разделена на ряд технологических операций.
Технологической операцией называется законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте
при изготовлении одной и той же продукции.
Например, стадия раскроя досок на заготовки обычно состоит из
операций распиливания досок поперек (торцевания) и полученных отрезков вдоль. Каждую из этих операций выполняют на разных станках и
обычно разные рабочие. Иногда к операциям поперечного и продольного распиливания добавляется самостоятельная операция предварительной разметки доски.
Операция не является неизменной частью технологического процесса. В большинстве случаев операция состоит из ряда рабочих приемов
обработки детали (или изделия). В зависимости от уровня техники и организации производства она может состоять из большего или меньшего
количества рабочих приемов.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Например, фрезерование брусков (делянок) с трех сторон для склеивания в щиты можно выполнить на фуговальном станке и считать за
одну операцию, если она поручена одному рабочему.
Эту же обработку могут выполнить последовательно разные рабочие и на разных станках. Обработка широкой стороны (пласти) может
быть выполнена на фуговальном станке, а обработка узких сторон (кромок) на фрезерном. В этом случае обработка будет состоять из двух операций. Такое деление операции называют дифференциацией.
Особенно большие колебания в степени дробности операций наблюдаются в технологических процессах сборки.
В мелких производствах всю сборку деталей в изделия поручают
одному рабочему (или бригаде рабочих). В этих случаях все изделия
собирают на одном рабочем месте, планируют и учитывают как одну
операцию. Такой прием называют укрупнением операции.
Ту же работу в крупносерийных и массовых производствах обычно
разделяют на самостоятельные операции, выполняемые отдельными рабочими на различных рабочих местах. На современных предприятиях
технологическая операция осуществляется с помощью технологической системы, включающей технологическую машину, приспособление,
инструмент с несущими элементами, заготовку, которые подготовлены к
выполнению технологической операции.
Рабочим местом называют участок помещения, на котором в определенном порядке расположены оборудование (станок, верстак, приспособления), материалы и инвентарь, необходимые рабочему при выполнении технологической операции.
Объем технологической операции имеет очень важное производственное значение. Чем крупнее и сложнее операция, тем ниже производительность труда и тем выше должна быть квалификация рабочего.
Дифференциация операции на более мелкие способствует повышению производительности труда, так как позволяет рабочему лучше
освоить приемы выполнения несложной операции и применить специальные приспособления с меньшим умственным напряжением.
Каждая операция может быть разделена на части, состав и число которых может изменяться в зависимости от характера и объема операции.
В составе операции различают технологический переход, проход,
установку и позицию.
Переходом называют часть технологической операции, заключающуюся в обработке какой-либо одной поверхности заготовки одним и тем же инструментом, без ступенчатого изменения режимов
работы.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Например, в упоминавшемся примере обработки заготовки с трех
сторон на фуговальном станке операция состоит из трех переходов: первый – обработка пласти, второй и третий – последовательная обработка
сначала одной, затем другой кромки.
Эти, как и другие, переходы могут выполняться раздельно и последовательно, например, на обычных фуговальных станках, и одновременно, если обработка будет сразу со всех сторон заготовки, например,
на трех- и четырехсторонних продольно-фрезерных станках. Очевидно,
что в последнем случае обработка будет отличаться наиболее высокой
производительностью.
В свою очередь переход может состоять из одного или нескольких
проходов. Следовательно, проход представляет собой часть операции,
при которой снимается один слой материала и которая выполняется за
одно перемещение инструмента относительно заготовки.
Эти операции называются проходной обработкой, выполняемой при
непрерывном движении материала относительно инструмента, на фуговальных, рейсмусовых, многосторонних продольно-фрезерных станках,
станках для продольного распила и др.
Такая обработка отличается наиболее высокой производительностью, так как в большинстве случаев заготовки проходят через станок
только в одном направлении, не требуется затрат времени на возврат
заготовок из станка или на обратный ход инструмента.
Заготовки можно подавать без разрывов, торец в торец, обработка
осуществляется непрерывно. Производительность еще более увеличивается, когда одновременно обрабатывают несколько заготовок (многоручьевая обработка) или несколько сторон одной заготовки (одновременное выполнение нескольких переходов).
Однако проходную обработку не всегда можно осуществить. В ряде
случаев, например, при сверлении в заготовке гнезд и отверстий, осуществляется позиционная обработка.
Позиционной обработкой называют такую, при которой заготовку
сначала устанавливают неподвижно и закрепляют в определенном положении на рабочем столе, в станке или в приспособлении, а затем надвигают на нее рабочий инструмент. Примером позиционной обработки
может служить высверливание в заготовке отверстий на сверлильном
станке, выборка гнезд на цепно-долбежном и т. д. При позиционной обработке операция в зависимости от сложности может состоять из одной
или нескольких установок.
Установкой называют часть технологической операции, выполняемую при одном закреплении заготовки в станке или приспособлении.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так, сверление нескольких отверстий в заготовке на многошпиндельном сверлильном станке может выполняться за одну установку, т. е.
при одном закреплении заготовки на столе станка.
Эта же операция при выполнении на одношпиндельном сверлильном станке без специальных приспособлений потребует столько установок заготовки, сколько в ней будет сверлиться отверстий.
Позицией называют часть технологической операции или установки, выполняемую при определенном положении заготовки относительно режущего инструмента или станка без ее раскрепления. Так, сверление в заготовке нескольких отверстий на одношпиндельном станке при
помощи кондуктора может быть выполнено за одну установку (одно
закрепление заготовки в кондукторе), позиция заготовки относительно
инструмента будет меняться столько раз, сколько будет сверлиться отверстий.
Таким образом, одна и та же технологическая операция может быть
выполнена при одной установке и одной позиции, при одной установке
и нескольких позициях, при нескольких установках и нескольких позициях. На изменение установки и позиции требуется затратить труд и
время. Производительность рабочего будет наивысшей при наименьшем числе установок и позиций.
Поэтому сокращение числа установок в операции имеет большое
значение.
При обработке древесины время, затрачиваемое на выполнение самого резания, значительно меньше времени, затрачиваемого на перемещение заготовки на столе станка, закрепление, раскрепление ее и т. д.
Сокращением числа установок достигается лучшее использование станка и повышение производительности труда. Для выполнения
основной технологической операции иногда необходимо осуществить
вспомогательные операции, например, установить заготовку в приспособление и др.
Рассмотренное деление операции на переходы, проходы, установки
и позиции не является исчерпывающим.
Анализируя технологические операции, видим, что они состоят из
рабочих приемов, повторяющихся при обработке каждой новой заготовки, например, взятия заготовки из штабеля, перемещения ее к станку, закрепления в станке, включения подачи станка и т. д. Некоторые
приемы могут выполняться подсобными рабочими и рассматриваться
как вспомогательные операции. Рабочие приемы, необходимые для выполнения операции, имеют большое значение при учете затрат времени.
Они являются предметом изучения курса технического нормирования.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для изучения технологического процесса разделение операций на
рабочие приемы в большинстве случаев излишне.
Это крайне важно при обучении рабочих этим приемам и организации рабочего места. В структуре технологического процесса
важное значение имеет объем технологической операции. В некоторых случаях целесообразно совмещать технологические операции, в
других – дифференцировать. Если изделие и его детали имеют значительные размеры, то перемещение их для осуществления технологических операций с одного рабочего места на другое нецелесообразно, а иногда технически трудноосуществимо. При изготовлении
клееных строительных конструкций длиной более 30 м перемещение
их в цехе сложно.
Аналогичная ситуация создается при изготовлении деревянных судов. В таких случаях все технологические операции осуществляются
при неподвижном изделии на одном месте.
Концентрация технологических операций обычно всегда требует более высокой квалификации рабочих, сложной оснастки и оборудования,
но сокращает длительность производственного цикла и потребность в
производственной площади.
Концентрация операции в производстве изделий из древесины широко используется на стадии механической обработки в пределах, не
ограничивающих технические возможности организации поточных
форм производства.
Концентрация технологических операций может иметь три формы:
последовательную, параллельную и последовательно-параллельную.
Достигается это созданием устройств, автоматически меняющих инструмент и позицию заготовки при выполнении всего комплекса работ
укрупненной операции, или применением сложного инструмента, способного осуществить весь объем работ на укрупненной операции.
Параллельная концентрация может быть получена методом агрегатирования или созданием манипуляторов, выполняющих весь объем
укрупненной операции.
В более простом случае этот эффект достигается совмещением инструментов, применяемых на различных операциях. Элементарным
примером такого решения является совмещение сверла и зенкера.
Параллельно-последовательная концентрация применяется в поточных линиях механической обработки щитов и брусков.
Одним из моментов, характеризующих структуру технологического
процесса, является форма управления ходом технологического процесса.
Это имеет особое значение в поточном производстве. Технологический
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процесс в поточном производстве может иметь три формы управления:
централизованное, путевое и смешанное.
При централизованном управлении весь технологический процесс
контролируется с одного пульта.
При путевом управлении подача команд и контроль ведутся последовательно по ходу выполнения технологических операций от предыдущей к последующей.
Смешанное управление предусматривает централизованное управление отдельными участками технологического процесса и путевое
управление в пределах каждого из этих участков.
В производстве изделий из древесины чаще всего используют смешанную форму управления. Для осуществления управления необходима надежная связь между управляющим и управляемым объектами.
При централизованном управлении используются простые и сложные
устройства дистанционного управления.
К простым устройствам относится телефонная связь. К сложным –
автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) с применением микропроцессоров и т. п. При путевом
управлении связь между технологическими системами может быть трех
видов: жесткая, гибкая и комбинированная.
Жесткой технологической связью называют такую, при которой заготовки в процессе обработки передаются непосредственно от одной
технологической системы к другой.
При гибкой связи технологические системы могут работать некоторое время независимо друг от друга, поскольку она обеспечивается
применением между технологическими системами компенсаторов – накопителей заготовок. Благодаря наличию такого межоперационного запаса при остановке одной из систем технологического потока остальные могут некоторое время действовать.
Существенным недостатком такой связи является потребность дополнительных производственных площадей для компенсирующих
устройств, затраты на их содержание и увеличение незавершенного
производства в объеме стоимости заготовок, находящихся в компенсирующих устройствах.
Комбинированная форма связи сочетает все преимущества жесткой
и гибкой. При комбинированной форме связи между некоторыми технологическими системами организуется жесткая связь, а между другими –
гибкая.
Жесткой связью обычно связывают технологические системы, которые имеют равновесные потери времени на наладку и примерно одина128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ковую производительность; гибкой – различающиеся по производительности и сложности обслуживания.
Комбинированная связь позволяет создавать на принципах агрегатирования поточные полуавтоматические линии, объединяющие целые комплексы технологических операций на основе жестких связей, а
между этими потоками для осуществления гибкой связи организуются
промежуточные компенсирующие запасы с минимальными объемами
незавершенного производства.
Технологический процесс в большинстве случаев представляет собой последовательную обработку детали не на одном, а на нескольких
рабочих местах и станках.
Таким образом, технологические операции обычно чередуются с
транспортными, и деталь постепенно передвигается к станкам и рабочим местам, на которых выполняют последующие операции. Движение
всей массы обрабатываемых деталей по станкам и рабочим местам данного производства называют производственным потоком.
Время, в течение которого сырье и материалы находятся в производственном процессе до получения из них готовых изделий, называют
производственным циклом.
Чем короче производственный цикл изготовления изделий, тем
меньше затраты, связанные с их производством.
Поэтому всегда стремятся к сокращению продолжительности производственного цикла. Продолжительность производственного цикла
зависит не только от суммарной продолжительности технологических
операций, но и от организации производственного потока. На организацию производственного потока и технологический процесс большое
влияние оказывает тип производства.
Потребность народного хозяйства и населения в изделиях разного рода неодинакова. Некоторые изделия требуются в незначительных
количествах, потребность в других настолько велика, что необходимо
массовое изготовление их на протяжении значительного времени. В соответствии с этим существуют индивидуальный, серийный и массовый
типы производства.
Индивидуальным называют такое производство, при котором изделия изготавливают в незначительном количестве, причем повторный
выпуск их не предусматривается.
К этому типу производств относятся предприятия, занятые изготовлением отдельных экземпляров или гарнитуров высокохудожественной
мебели и специальных заказов по изготовлению клееных строительных
конструкций.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Серийным называют такое производство, при котором изделия выпускают крупными партиями (сериями), при этом заранее предусматривается повторяемость серии. К этому типу производств относится
большинство мебельных предприятий, выпускающих мебель разного
назначения.
В зависимости от размеров серий различают производство мелкосерийное (выпуск мелкими партиями), среднесерийное и крупносерийное
(выпуск большими партиями).
Массовым называют такой тип производства, при котором изделия
выпускают в большом количестве, непрерывно и в течение длительного времени без изменения конструкции. Массовое производство имеют
предприятия, специализированные на выпуске определенных изделий,
например, стульев, столов, футляров телевизоров, оконных переплетов
и т. п.
Следует стремиться к такой организации производственного потока, при которой движение обрабатываемого материала от станка к
станку происходило бы кратчайшим путем, без возвратных движений,
излишних затрат труда и времени на транспорт, чтобы между операциями материалы пролеживали минимальное время. Эти требования
трудно выдержать в мелкосерийном и тем более в индивидуальном
производстве, когда одни и те же станки используют для обработки
деталей на разных стадиях процесса, иначе загрузка их будет недостаточной.
С увеличением объема производства улучшаются условия организации производственного потока.
В крупносерийном и массовом производстве оборудование может
быть расположено в порядке, соответствующем последовательности
технологических операций основных деталей, т. е. так, чтобы детали
перемещались в определенном направлении и кратчайшим путем, без
возвратных и петлеобразных движений. При этом сокращается объем
транспортных операций, улучшаются условия управления производством; оно становится прямоточным.
Однако в прямоточном производстве производственный цикл остается также значительным, потому что производительность станков неодинакова и у каждого станка необходим межоперационный запас полуфабрикатов и деталей, чтобы станок мог быть использован максимально
в течение всего рабочего дня.
Межоперационные запасы еще более возрастают при необходимости технологических выдержек, например, после склеивания, облицовывания.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пролеживание деталей в межоперационных запасах и выдержки
удлиняют производственный цикл и увеличивают объем транспортных
операций. Поэтому очень большое значение приобретает такая организация производственного потока, при которой станки (или группы станков) работали бы с одинаковой производительностью так, чтобы перемещение деталей от станка к станку могло происходить непрерывно, без
пролеживания их в межоперационных запасах.
Прямоточное производство в этом случае становится и непрерывнопоточным.
Непрерывно-поточной называют такую организацию производственного потока, при которой оборудование располагается в порядке
выполнения технологических операций, а количество и производительность обеспечивают переход обрабатываемых заготовок с одной операции на другую без задержки.
Отличительной чертой и необходимым условием непрерывного потока является синхронность, т. е. выполнение каждой операции на потоке за один и тот же период, равный или кратный периоду, в течение
которого обрабатываемые детали или изделия поступают в поток и выходят из него.
Непрерывный поток называют простым, если на нем одновременно
изготавливают детали одного наименования, а групповым – если детали
нескольких наименований.
Поток называют постоянным, если на нем изготавливают все время одноименные детали, а переменным, если периодически происходит
смена обрабатываемых деталей. Например, на потоке обработки боковых стенок шкафа после соответствующей перенастройки оборудования обрабатывают дверцы шкафа, затем снова боковые стенки и т. д.
Обработке каждого вида деталей присущ свой ритм.
По степени механизации в непрерывно-поточном производстве можно различать ручной поток, поток с распределительным конвейером, рабочим конвейером, полуавтоматическую и автоматическую линии.
Ручной поток – наиболее простая форма непрерывно-поточного
производства. При ней детали с одного рабочего места на другое передают сами рабочие вручную или при помощи простейших транспортных устройств (склизов, роликов и т. д.).
Поток с распределительным конвейером представляет собой технологическую линию из рабочих мест, обслуживаемую одним общим конвейером, который используется как транспортное средство для передачи
деталей от операции к операции. Для выполнения технологических операций детали снимают с конвейера на рабочие места.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рабочим конвейером называют поточную линию, на которой операции по обработке деталей выполняют без съема с конвейера. В потоке
с рабочим конвейером рабочими местами являются отдельные участки
самого конвейера. Это экономит затраты труда на перемещение деталей,
но требует более сложного устройства конвейера, чтобы на нем можно
было выполнять рабочие операции.
Ритм работы на конвейере задается всему потоку механизмом
транспортного устройства, автоматически передающим изделие с одного рабочего места на другое через установленные промежутки времени. Это обеспечивает более строгую синхронность работы на поток.
Автоматическая линия – высшая форма организации непрерывнопоточного производства.
Автоматической линией называют систему машин (станков), расположенных в последовательности операций и связанных между собой
непосредственно или при помощи транспортных и компенсирующих
устройств, так что обработки изделий и передвижение их от станка к
станку происходят автоматически, без участия рабочих.
Обслуживающие линию рабочие (операторы) загружают только первый станок (или питающее его устройство), снимают готовые детали
с последнего станка (или накопителя) и наблюдают за работой линии.
При этом возможна автоматизация не только транспорта и обработки,
но и контроля качества обработки. Промежуточной формой между конвейером и автоматической линией являются полуавтоматические линии,
на которых автоматизируется только часть операций.
Непрерывно-поточная организация производственного процесса
обеспечивает при прочих равных условиях наименьшую продолжительность производственного цикла, а механизация и автоматизация – наиболее высокую производительность труда.
Поэтому вполне современным в настоящее время может считаться
только такое производство, в котором технологический процесс осуществляется по непрерывно-поточному принципу с широким применением механизации и автоматизации не только технологических, но и
контроля качества и транспортных операций. В современном производстве технологические системы усложняются.
Наряду с машинами и устройствами, осуществляющими технологические процессы, используют автоматические системы и устройства,
управляющие ходом технологических процессов, поддерживая их в
оптимальных режимах. ЭВМ и микропроцессоры становятся составной
частью современных технологических систем.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для обеспечения нормального функционирования таких систем необходимы глубокие исследования технологических процессов и оптимизация их режимов.
В настоящее время на этих принципах создаются гибкие автоматизированные производства (ГАП), обеспечивающие высокую эффективность при широком ассортименте изделий.
Характерными для ГАП являются быстрая перестройка технологии,
высокая степень загрузки оборудования и эффективное использование
сырьевых и производственных ресурсов.
Организация технологических потоков зависит от применяемого
оборудования, последовательности обработки предметов труда. Форма
потока по траектории перемещения заготовок предопределяется компоновкой поточных линий.
Подготовка производства включает комплекс мероприятий, обеспечивающих организацию производства, способного непрерывно совершенствоваться и быстро перестраиваться на выпуск новых изделий.
Современному производству свойственно планомерное расширение ассортимента изделий с применением новых, прогрессивных материалов
и эффективных технологических процессов, с постоянным усовершенствованием производства.
Подготовка производства включает: конструкторскую подготовку (КП), технологическую подготовку (ТПП), организационноэкономическую подготовку (ОЭП) и материально-техническое снабжение (МТС). Иногда организационно-экономическую подготовку
объединяют с материально-техническим снабжением в один раздел
организационно-технической подготовки (ОТП).
5.1 Методика разработки
технологического процесса
Разработка технологического процесса представляет собой сложную
комплексную задачу, для которой характерна многовариантность возможных решений. Выбор наилучшего решения для конкретных условий является важным условием повышения эффективности производства и его
совершенствования. Выбранный оптимальный вариант технологического
процесса должен осуществляться в конкретных условиях производства
в кратчайшие сроки с минимальными потерями материальных и трудовых ресурсов и обеспечивать в дальнейшем минимальную трудоемкость
и себестоимость, при стабильном высоком уровне качества продукции.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выбранный вариант технологического процесса должен соответствовать
высокой категории уровня с технически обоснованными средствами автоматизированных систем управления производством.
При разработке технологического процесса на изделия используются следующие данные:
– рабочие чертежи изделия и его деталей;
– технические условия, нормы точности и другие данные, характеризующие служебное назначение деталей, требования к деталям и их
поверхностям;
– программа, количество деталей, изготавливаемых в единицу времени;
– условия, в которых будет осуществляться разрабатываемый технологический процесс: имеющееся оборудование, площади, транспортные средства, контрольные приборы и т. п.;
– стандарты на полуфабрикаты, материалы и комплектующие изделия;
– типовые технологические процессы и режимы на детали и аналогичные изделия;
– техническая характеристика оборудования, режущего инструмента и оснастки;
– справочные и руководящие материалы по перспективной технологии и новым материалам.
Разработку технологического процесса на изделие можно представить в следующей последовательности действий:
– по рабочим чертежам и техническим условиям изучить требования, которые предъявляются к деталям и изделию в целом;
– установить количество деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени по каждому виду, представленных одним чертежом;
– установить целесообразные формы организации производства:
индивидуальное, поточное, вид потока, его форму осуществления;
– выбрать наиболее подходящие полуфабрикаты для изготовления
деталей из имеющихся или возможных для приобретения по стандартам;
– выбрать вариант типового технологического процесса получения
заготовок или деталей;
– разработать индивидуальный технологический процесс изготовления деталей из заготовок в нескольких возможных вариантах;
– проанализировать варианты и обосновать выбор оптимального;
– составить соответствующую технологическую документацию на
выбранный вариант.
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При разработке технологических процессов на механическую обработку заготовок рационально руководствоваться следующей последовательностью:
– наметить рациональную последовательность обработки поверхностей заготовок, выявить возможность одновременной их обработки,
установить технологические базы, оценить возможности их использования;
– определить вид оборудования, обеспечивающего получение детали из заготовки требуемой точности с минимальной затратой труда;
– определить количество необходимых проходов и переходов;
– выяснить возможность совмещения переходов;
– уточнить технологические базы, намеченные для использования
на каждом виде оборудования;
– определить необходимую оснастку для выполнения каждой технологической операции, установить требования к оснастке и возможность
использования имеющейся;
– рассчитать межпереходные размеры и допуски заготовок по всем
показателям точности для самоконтроля рабочего;
– разработать другие возможные варианты механической обработки
заготовок или получения детали другими методами, составить калькуляцию технологической себестоимости по укрупненным данным для
каждого варианта; обосновать выбор оптимального варианта;
– оформить технологическую документацию;
– разработать техническое задание на конструирование нетиповых
приспособлений и режущего инструмента и т. п.
Типизация и стандартизация технологических процессов позволяет
сократить сроки технологической подготовки и трудоемкость оформления документации в 2 – 3 раза.
При этом исключаются возможные ошибки технолога в оценке анализируемых вариантов технологического процесса. Стандартизация
технологических процессов включает решение комплекса производственных задач, связанных с технологией, планированием, организацией и экономикой производства.
При стандартизации обеспечивается единство методики проектирования технологических процессов, сокращается многообразие возможных вариантов, создаются условия для механизации и автоматизации,
гарантируется стабильность качества продукции.
Исходной основой стандартизации и типизации технологических
процессов является классификация объектов производства, технологических операций и средств технологического оснащения и методов
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
контроля. Основными элементами технологии, которые подлежат стандартизации, являются: виды заготовок; межоперационные требования
к заготовкам; состав и последовательность технологических операций;
технологическая операция; средства технологического оснащения; режимы обработки и условия их осуществления; специальные термины и
определения; технологическая документация.
Стандартизация технологических процессов может быть осуществлена по соответствующим методикам на различных уровнях, в зависимости от этого определяются объекты стандартизации. На уровне
государственных стандартов устанавливается единство на термины,
правила проектирования, технологическую документацию, средства
технологического оснащения, контроль. Отраслевыми стандартами
регламентируются: типовые технологические процессы и операции
отраслевого применения; схемы базирования, режимы обработки, нормы.
Стандарты предприятий устанавливают: конкретные типовые,
технологические процессы и операции, средства технологического
оснащения.
Типизация технологических процессов является начальной стадией стандартизации. При типизации технологических процессов могут
использоваться различные подходы. В некоторых случаях за основу
типизации используют сходство деталей по геометрическим и технологическим параметрам. Общим для таких деталей является технологический процесс, имеющий единый план последовательности обработки
по основным технологическим операциям на одинаковом оборудовании
с применением одинаковой оснастки. Такой подход эффективен для тех
случаев, когда технологический процесс определяется особенностью
формы детали или составом сборочных единиц.
В деревообработке структура технологического процесса в значительной степени определяется особенностью свойств древесных материалов. Технологические операции и оборудование в производстве
изделий изменяются в меньшей степени, чем ассортимент продукции.
В таком случае наиболее приемлем маршрутный метод типизации технологического процесса, который заключается в установлении определенной, наиболее рациональной последовательности выполнения операции по оптимальным режимам.
В результате такой типизации составляются схемы стадийных
маршрутов для конкретных условий предприятия. Количество стадийных маршрутов устанавливается с учетом ассортимента и перспективы
развития производства. Каждый маршрут должен быть оптимальным
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
по техническому и экономическому осуществлению. В производстве
изделий типизацию технологических процессов осуществляют по следующим стадиям: производство черновых заготовок; производство
чистовых заготовок; производство брусковых заготовок; производство
щитов; сборка, повторная обработка сборочных единиц; окончательная
обработка сборочных единиц; сборка изделий.
Разработке типовых технологических процессов предшествует
создание оперативных и перспективных технологических процессов.
Оперативные технологические процессы отражают наиболее прогрессивное состояние технологии в данный момент. Они предусматривают
применение в производстве нового, но проверенного высокопроизводительного оборудования. Перспективные технологические процессы
представляют собой образец технологии, которая основывается на более совершенных методах с учетом последних достижений науки и техники, с использованием изобретений.
Методы аттестации технологических процессов
Технологический процесс представляет собой сложную систему,
совокупность свойств которой определяет пригодность ее для обеспечения высоких показателей эффективности производства. Соответствие
конкретного технологического процесса современным требованиям по
совершенствованию техники и технологии, повышению эффективности
производства и качеству продукции определяется аттестацией его уровня. Целью аттестации уровня технологических процессов является выявление внутренних резервов по реализации конкретных мероприятий,
повышающих эффективность производства и качество продукции при
снижении всех материальных затрат. Под уровнем технологического
процесса понимают совокупность численных показателей, характеризующих прогрессивность методов и средств осуществления технологического процесса.
Прогрессивность технологического процесса характеризуется высшей производительностью труда при условии максимального использования средств автоматизации и механизации производства, а также
обеспечением при этом высокого качества и стабильности параметров
изготавливаемых изделий. В основу аттестации технологии заложены
параметры, которые регламентируются положениями Единой системы
технологической подготовки производства. При оценке уровня технологического процесса используются основные и дополнительные показатели.
К основным относятся такие, которые непосредственно влияют на
производительность труда, эффективность производства и качество
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
продукции. К дополнительным относят факторы, которые оказывают
влияние на прогрессивность технологии косвенно.
Аттестация технологии проводится периодически на различных
ступенях от единичной операции до системы типовых технологических
процессов, выполняемых в пределах отрасли. Виды и значения показателей уровня технологии устанавливаются с учетом особенностей производства по соответствующим отраслевым инструкциям. Основными
показателями могут быть следующие:
– техническая оснащенность, характеризующая долю механизированного и автоматизированного труда, отнесенная к одному работающему;
– применяемые материалы, характеризующие долю применения
прогрессивных материалов в общем объеме используемых материалов;
– обрабатывающий инструмент: характеризует долю прогрессивного инструмента в общем объеме используемого по ходу технологического процесса;
– соответствие технологических процессов и режимов типовым,
оценивается состоянием технологической документации и соблюдением технологической дисциплины;
– качество обработки оценивается процентным отношением стоимости принятых изделий к стоимости всех изготовленных, включающей
стоимость забракованных;
– технологическая специализация характеризует соотношение трудоемкости операций, выполняемых на специализированных участках, к
общей трудоемкости изготовления изделий.
Дополнительными показателями оценки уровня технологии могут
быть уровень внутрицеховой механизации транспортирования, коэффициент доделочных работ и т. п.
В зависимости от значений комплексного показателя условно устанавливают категории уровня технологии. В мебельном производстве
установлено четыре категории уровня технологии: низкая, средняя, повышенная и высокая.
Оценка уровня технологии проводится аттестационными комиссиями различных уровней. По результатам оценки составляется карта уровня технологии (КУТ) и определяются мероприятия по совершенствованию технологии. К мероприятиям, повышающим уровень технологии,
относятся: повышение коэффициента загрузки оборудования; увеличение объемов кооперированных поставок; снижение простоев оборудования; внедрение более прогрессивного оборудования; снижение потерь
материалов; снижение припусков на обработку, оптимизация раскроя;
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
использование отходов, применение прогрессивных материалов; использование инструмента повышенной износостойкости; механизация
ручных работ; надлежащий операционный контроль.
Важное значение в осуществлении технологических операций имеет организация рабочего места. Инструменты и производственные средства необходимо располагать на рабочем месте так, чтобы для пользования ими затрачивалось минимум усилий и времени.
Новым направлением в организации труда является эргономика,
которая синтезирует средства искусства с инженерными решениями и
способствует нахождению эффективных методов совершенствования
производственных процессов. Эргономика увязывает технические решения с психофизиологическими возможностями человека, при этом
максимум внимания уделяется человеку. Использование положений эргономики повышает производительность труда на 10%. Труд становится
содержательным, творческим и приятным.
5.2 Выбор производственного оборудования
Производственное оборудование является важным фактором организации современного производства.
Вид применяемого оборудования определяет технический уровень
производства. Структура технологического процесса, его организационные формы, объемы и эффективность производства зависят от применяемого оборудования. Важнейшей характеристикой производственного
оборудования является его производительность.
Производительность оказывает решающее влияние на эффективность использования преобладающей доли основных активных производственных фондов предприятия.
При выборе оборудования руководствуются возможностью максимального использования его по производительности. Производительность
определяется количеством продукции, получаемой при конкретных
условиях эксплуатации оборудования в единицу времени. Она может
выражаться в единицах учета продукции (числом заготовок, деталей
и т. п.) или в единицах учета выработки по количеству обработанного
материала (погонные метры, площадь поверхностей, масса и т. п.).
Размер партии деталей связан с использованием оборудования. При
переходе с обработки одной партии к другой оборудование необходимо перенастраивать. Для высокопроизводительных поточных и автоматических линий это связано с потерей времени и производительности.
Некоторое оборудование не требует переналадки, если имеет место пре139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
емственность размеров. Например, облицовочные прессы могут работать при любых размерах щитовых деталей одной толщины. Важным
фактором в организации производства является необходимость обеспечения комплектности деталей.
Технологической партией деталей называют количество одинаковых деталей, обрабатываемых на данной технологической операции непрерывно до перехода на другие типоразмеры, требующие переналадки
станков и новых приспособлений.
При прохождении партии деталей от одной технологической операции к другой объем ее может изменяться по различным причинам. Она
может разделяться по организационным и производственным причинам
на несколько более мелких партий.
Принято различать партию запуска в производство, количество одновременно поступающих деталей на первую операцию и непрерывно
обрабатываемых на этой операции и передаточную партию, количество
одновременно передаваемых деталей на последующие операции.
При этом передаточные партии различных деталей могут чередоваться между собой в течение определенного времени работы. Величина
передаточной партии зависит от многих причин организации производства и особенностей технологии.
Размеры запускаемой партии определяют объемы незавершенного
производства, которые влияют на эффективность производства.
Для нормального функционирования производства необходимы
определенные заделы.
В производстве изделий из древесины различают три формы производственных заделов: цикловой, оборотный и страховой. Цикловые заделы необходимы для осуществления связанных между собой операций
одного технологического цикла. Оборотные заделы необходимы для
комплектования изделий, они хранятся на специальных складах между
цехами.
6 СУШИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И КАМЕРЫ
Технология сушки не нашла еще достойного заменителя воздуху.
Воздух после прогрева и направления на древесину отдает ей тепло.
Тепло способствует превращению воды, содержащейся в дереве, в пар.
Полученному пару легко удается пройти через слой древесины на по140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
верхность доски. Тот же воздух, который нагрел древесину, способен
поглотить пар, выступивший на поверхности древесины. Нагрев воздуха повышает эту способность, так как уменьшает относительную влажность воздуха.
Принцип довольно простой, однако более глубокое исследование
процесса сушки обнаруживает большие сложности. Прежде всего, после того, как воздух отобрал влагу у древесины, он увеличивает собственную влажность, стремясь к насыщению, т.е. он не может больше
поглощать влагу. Необходимо заменить его другим, менее влажным,
воздухом для продолжения процесса сушки.
Сушильная камера для древесины – это сложный механизм, состоящий из нескольких элементов оборудования, каждый из которых выполняет свои функции.
К элементам оборудования сушильной камеры относятся: ограждения, тепловое оборудование, система циркуляции, система воздухообмена, система увлажнения, системы контроля за процессом сушки и
автоматика.
Специальное помещение для размещения пиломатериалов (изолировано от внешней среды) называется сушильной камерой.
Система для продвижения воздуха и направления его к пиломатериалам, подлежащим сушке, называется вентиляционной установкой. Для
подогрева циркулирующего воздуха служит нагревательная установка.
Необходима еще установка для увлажнения воздуха.
Весь комплекс предполагает еще и наличие соответствующих приборов, контролирующих режим работы сушильной камеры.
Необходимо знать в любой момент реальную влажность подлежащей сушке древесины, чтобы подобрать для этого соответствующий
климат и прекратить сушку по достижении нужной конечной влажности
с помощью системы, которая позволит постоянно следить за характером
изменения влажности древесины.
Необходимо знать температуру воздуха внутри камеры, так как температура является очень важным параметром, которым следует управлять с осторожностью.
Для этого понадобится термометр внутри камеры. Нужно знать
влажность воздуха в камере, которая в сочетании с температурой определяет климат.
Для измерения влажности в камере нужен гигрометр. Раньше такой
гигрометр исполнялся в виде двух термометров – сухого и мокрого, по
показаниям которых определялась относительная влажность воздуха.
В современных системах используется специальный зонд, который оце141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нивает влажность воздуха в камере в терминах равновесной влажности
дерева для данных параметров воздуха.
Ограждения сушильной камеры могут быть стационарными или
сборно-металлическими. Наиболее долговечными и дешевыми, как показывает практика эксплуатации, являются стационарные лесосушилки
из строительных материалов. У них также проще профилактическое
обслуживание и ниже требования к эксплуатации. Ограждения сушильных камер могут быть в следующих исполнениях:
– кирпичной кладки;
– черный металл с утеплителем из минеральной ваты.
Наружная обшивка сушильной камеры – оцинкованный профнастил, внутренняя – черный металл, теплоизоляция – минеральная вата;
наружная и внутренняя обшивки сушильной камеры – алюминий, теплоизоляция – плитный утеплитель на основе стекловаты; наружная и
внутренняя обшивки сушильной камеры – алюминий, теплоизоляция –
пенополиуретан.
Сушильные камеры из металла поставляются в собранном виде, модулях или панелях. Их перевозка осуществляется автомобильным или
железнодорожным транспортом.
Лесосушилки, поставляемые в сборе или модулях, могут изготавливаться с утепленным полом или под заливной бетонный пол. Наличие
утепленного пола упрощает монтаж сушильной камеры и позволяет
ее в дальнейшем перемещать, но удорожает стоимость ограждений.
Внутренние поверхности сушильных камер, изготовленные из черного
металла, имеют термо- и влагостойкое покрытие.
6.1 Режимы сушки древесины
Процесс сушки начинается после загрузки пиломатериалов в сушильную камеру.
Он включает в себя следующие технологические операции:
– начальный прогрев древесины,
– контроль за режимом сушки и влажностью древесины,
– влаго- и термообработку,
– кондиционирование и
– охлаждение.
В режимах сушки пиломатериалов изменение температуры и влажности воздуха могут координироваться по следующим параметрам: во
времени от начала сушки с составлением заранее расписания температуры и относительной влажности на весь процесс; по влажности
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
материала, уменьшающейся в процессе сушки; в соответствии с характером и величиной возникающих в высушиваемом материале напряжений.
В наше время, с развитием систем автоматики, сушка по времени
потеряла свою целесообразность, так как обеспечивает существенно
ниже качество, чем процесс сушки, основанный на фактической влажности древесины в штабеле.
Сушка же по возникающим в древесине напряжениям затруднена в
настоящее время из-за отсутствия датчиков для их измерения.
В сушильных камерах периодического действия первой технологической операцией после загрузки штабеля является прогрев. В период
нагрева в камеру подают воду через систему увлажнения при включенных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточновытяжных трубах.
Для того чтобы влага не конденсировалась на холодном оборудовании и ограждениях сушильной камеры, перед загрузкой пиломатериалов лесосушилку необходимо прогреть сухим воздухом. Чем суше внутренние поверхности ограждений, тем меньше будет потерь тепла при
работе камеры.
В период нагрева штабеля влажность пиломатериалов в нем не
должна повыситься более чем на 1 – 2%.
Испарение влаги из материала должно начаться только после полного его прогрева по всей толщине.
В зависимости от породы древесины температуру воздуха в период
начального прогревания принимают на 5 – 15 °С выше, чем температура первой ступени сушки. Скорость начального нагрева древесины за
час не должна превышать 4 – 5 °С для лиственницы и лиственных пород
(береза, ольха, дуб, бук, ясень) или 8 – 10 °С для хвойных пород (сосна,
ель, пихта, кедр).
Относительную влажность сушильного агента при нагреве устанавливают 100% – при начальной влажности пиломатериалов более 30%
или 95 – 98% – при влажности пиломатериалов менее 30%. Холодный
материал (зимой) прогревают более сухим воздухом относительной
влажностью 86 – 90%. Для тонких пиломатериалов мягких пород, не
требующих качественной сушки, вышеуказанные условия прогрева
можно не соблюдать.
Продолжительность нагрева рассчитывается по формуле, или он
считается завершенным при достижении центральными слоями пиломатериала температуры на 3 °С меньше, чем температура прогрева.
Ориентировочно для соснового пиломатериала толщиной 35 – 50 мм
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
длительность прогрева 1 – 1,5 ч летом и 1,5 – 2 ч зимой на каждый сантиметр толщины материала. Для пиломатериалов мягких пород продолжительность прогрева равна примерно 6% расчетной продолжительности
сушки, а для твердых – 1,5 – 2%. Начало прогрева считается с момента,
когда температура в камере достигнет требуемой температуры древесины в конце прогрева.
В фазе нагрева и при переходе к первой ступени процесса важно не
допустить даже кратковременного понижения температуры во влажном
пиломатериале, так как это может привести к возникновению поверхностных трещин в данный период сушки.
При сушке тонких, низкокачественных пиломатериалов и пиломатериалов мягких пород, менее подверженных растрескиванию, применяются повышенные температуры и пониженная относительная влажность сушильного агента.
При сушке пиломатериалов на экспорт, где не допускается выплавление смолы, выпадение сучков и изменение натурального цвета, применяют низкотемпературные режимы сушки с температурой
до 60 °С.
По мере снижения влажности высушиваемой древесины повышается температура и уменьшается относительная влажность сушильного
агента. Режимы сушки назначают в зависимости от породы высушиваемой древесины, их влажности, толщины, категории и типа лесосушильной камеры.
Режимы камерной сушки по числу ступеней повышения температуры могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми. Число ступеней зависит от толщины, породы пиломатериала, а
также от продолжительности процесса сушки. Например, для материала
с продолжительностью сушки 2 – 4 сут. достаточно 2-х ступеней, при
продолжительности 25 сут. необходимо 5 – 6 ступеней, а для толстых дубовых или буковых пиломатериалов с продолжительностью сушки 50
сут. потребуется 7 – 8 ступеней.
Кроме того, добавляется одна, начальная, ступень (для предотвращения торцевого растрескивания крупных свежеторцованных сортиментов), которая составляет до 10% от времени продолжительности
всего процесса сушки. Таким же способом, но в течение 20 – 30% от
времени продолжительности сушки, уменьшают растрескивание сердцевинных досок.
Для древесины хвойных пород обычно ограничиваются тремя ступенями сушки. При сушке до транспортной влажности не используют
третью ступень сушки.
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Время перехода со ступени на ступень определяют по фактической
влажности древесины. Влажность, при которой происходит переход со
ступени на ступень, называют переходной влажностью. Например, для
хвойных пород установлена переходная влажность 35 и 25%, а для лиственных – 30 и 20%. Процесс сушки прекращают при достижении древесиной заданной средней влажности.
Режимы сушки рассчитаны с учетом возникновения и развития внутренних напряжений в материалах. Основная задача – удаление влаги из
древесины в максимально короткое время без нарушения целостности
древесины и дефектов.
Режимом сушки называют расписание температуры сушильного
агента в зависимости от влажности древесины в камере. В зависимости
от требований, предъявляемых к качеству древесины, пиломатериалы
высушивают по режимам для низкотемпературного или высокотемпературного процесса.
Рациональным считается режим, применение которого обеспечивает наименьшую продолжительность процесса сушки и его экономичность при сохранении целостности сортиментов, заданной прочности и
других естественных свойств древесины.
Интенсивность испарения влаги при сушке в среде заданного состояния характеризуется жесткостью режима. Жесткость режима возрастает с уменьшением равновесной влажности. При одинаковой степени насыщенности сушильного агента более жестким будет режим с
повышенной температурой, а при одинаковой температуре – режим с
меньшей степенью насыщенности. Воздух одного и того же состояния
создает более жесткие условия сушки (с возможностью даже растрескивания древесины) для толстого, более твердого, более влажного пиломатериала и с большей продолжительностью сушки.
В России основным руководством по проведению сушки древесины
являются РТМ – «Руководящие технические материалы по технологии
камерной сушки древесины» (ЦНИИМОД, г. Архангельск), ГОСТ 19773
и ГОСТ 18867.
В зависимости от породы и размеров пиломатериалов, а также требований, предъявляемых к их качеству сушки, древесина может высушиваться режимами различных категорий по температурному уровню.
Существует несколько видов режимов сушки: мягкие, нормальные,
форсированные и высокотемпературные.
Мягкие режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении естественных физико-механических
свойств древесины, прочности, цвета и состояния в ней смолы. Эти ре145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жимы рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в которых не допускается выплавление смолы,
выпадение сучков и изменение натурального цвета (потемнение древесины хвойных пород или пожелтение буковой и березовой древесины от
нагревания). Например, для хвойных пород толщиной 32 – 60 мм максимальная температура при мягком режиме сушки – 75 °С.
Нормальные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку
пиломатериалов при полном сохранении прочностных показателей древесины с незначительными изменениями ее цвета. Данные режимы рекомендуются при сушке древесины для собственного потребления до
любой влажности. Для хвойных пород толщиной 50 – 60 мм максимальная температура при нормальном режиме сушки – 96 °С.
Форсированные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку
пиломатериалов при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при снижении прочности на скалывание и раскалывание до 20% с потемнением древесины. Такие режимы рекомендуются при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов,
предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности
(штучный паркет, оконные и дверные блоки и др.). Для хвойных пород
толщиной 50 – 60 мм максимальная температура при форсированном режиме сушки – 110 °С.
Высокотемпературные режимы сушки древесины. При использовании режимов высокотемпературного процесса агентом сушки служит перегретый пар при атмосферном давлении с температурой выше
100°С. Высокотемпературные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов и при незначительном уменьшении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, при заметном снижении
прочности до 35% на скалывание и раскалывание с потемнением древесины. В этих режимах рекомендуется сушка до эксплуатационной влажности пиломатериалов целевого назначения для изделий, работающих с
большим запасом прочности.
Для пиломатериалов и заготовок, высушиваемых по I и II категориям качества, конечная влаго- и теплообработка обязательна.
Заготовки, подлежащие ребровой распиловке, высушиваемые по III
категории качества, также подвергают конечной влаго- и теплообработке.
Лесосушильная техника постоянно совершенствуется в сторону повышения качества сушки пиломатериалов и снижения ее себестоимости. Поэтому появляются новые технологии и особые режимы сушки
древесины, например, режимы с прерывистой циркуляцией воздуха и
с изменением скорости потока. Наблюдается увеличение значения ав146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
томатики сушильных камер в процессе сушки и уменьшается участие в
нем операторов.
Режимы сушки с прерывистой циркуляцией воздуха. Особенности
режимов с прерывистой циркуляцией заключаются в периодическом
прекращении побудительного движения воздуха по пиломатериалу и в
поддержании повышенной его температуры и скорости во время циркуляции (по сравнению с обычными режимами).
При этом используется тепловая инерционность древесины при
кратковременных изменениях состояния среды. Среднее гигротермическое воздействие на материал должно быть таким же, как и без перерыва.
Использование прерывистой циркуляции воздуха для трудносохнущих сортиментов снижает почти в 2 раза расход электроэнергии вследствие периодического выключения вентиляторов; улучшает качество
(равномерность по влажности) высушенной древесины по объему штабеля; сокращает длительность процесса сушки.
Во время перерыва циркуляции воздуха и прекращения подвода тепла внутрь штабеля приостанавливается испарение влаги с поверхности
пиломатериала, но продолжается ее движение к поверхности (выравнивание влажности по толщине) и снижение в нем напряжений. Затем
наступает фаза интенсивной циркуляции воздуха с достижением равномерного просыхания древесины по всему объему штабеля. В режиме
учитывается длительность цикла и паузы.
Длительность цикла зависит от породы древесины и стадии сушки:
для твердых пород и в начале процесса циклы короче, чем для мягких
и во второй стадии. Для упрощения регулирования длительность цикла
можно принять в отдельном процессе постоянной.
С применением режимов сушки с прерывистой циркуляцией даже
мощные по подаче воздуха сушильные камеры будут эффективны как
для быстросохнущих материалов при непрерывной работе вентиляторов (например, сосна толщиной до 30 мм), так и для трудно высушиваемых сортиментов (например, дуб толщиной более 30 мм, сосна более
60 мм) с большой продолжительностью процесса сушки при прерывистой с уменьшенной подачей воздуха.
Применение значительно более сухого воздуха при сушке древесины в режиме с прерывистой циркуляцией способствует замедлению
коррозии металлов в системе лесосушильной установки, в том числе
железной арматуры в плитах перекрытия камер.
Использование прерывистой циркуляции позволяет индивидуально
подобрать наиболее рациональный режим для сушки любого сортимен147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
та. При этом сушка ускоряется за счет устранения зоны недосушки пиломатериала в штабелях и выравнивания температур в пиломатериале,
а также увеличения числа ступеней режима (с плавным его регулированием и своевременным переходом на новую ступень). Повышается качество просыхания древесины по объему штабеля и снижается расход
электричества.
Режимы сушки с плавным повышением температур, т.е. с большим
количеством ступеней, позволяют подобрать наиболее оптимальные параметры сушильного агента для каждой фактической влажности древесины. Это позволяет без увеличения трудоемкости и без привлечения высококвалифицированных операторов избегать появления видимых дефектов древесины за счет применения рациональных режимов, соблюдение
которых контролирует автоматика сушильной камеры.
Особые режимы камерной сушки древесины. Изменение скорости
циркуляции воздуха. C увеличением скорости воздуха через штабель
интенсивность сушки древесины возрастает. С понижением влажности
поверхности пиломатериала влияние скорости воздуха на интенсивность сушки падает. Однако этот параметр оказывает решающее воздействие на равномерность просыхания материала по объему штабеля,
влияя на качество сушки всей партии древесины.
Чем тоньше материал, короче нормативная продолжительность, чем
длиннее путь воздуха по материалу, чем больше его влажность, чем
выше требования к качеству, тем больше должна быть скорость воздуха
в штабеле материала.
Влияние скорости циркуляции на стадию сушки. Желательно увеличивать скорость воздуха в начале и снижать в конце процесса сушки
пиломатериалов – лучше даже, если поток воздуха будет более прерывистым. В начале процесса интенсивность сушки трудносохнущих сортиментов желательно уменьшить.
Желательно отдавать предпочтения сушильным камерам с большей
скоростью циркуляции воздуха, поскольку у них выше производительность. В сушильных камерах с невысокой скоростью циркуляции при
ширине штабеля более 1 м необходимо применять реверсирование потока.
Реверсивная циркуляция воздуха. Теория сушки древесины, РТМ и
опыт эксплуатации сушильных камер показывают, что применение реверсивного обдува штабеля позволяет: сократить время сушки древесины на 10%; снизить энергопотребление сушильной камеры на 10%; получать пиломатериалы с наиболее равномерной влажностью по ширине
штабеля.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В нереверсивной камере сушильный агент, проходя через первую
часть штабеля, насыщается влагой и теряет температуру. Поскольку у
агента сушки существует предел насыщения, то он уже не может вобрать в себя столько же влаги с оставшейся части штабеля. В итоге левая
и правая части штабеля в нереверсивных камерах с поперечным обдувом имеют разную влажность.
Максимальная эффективность от использования реверса достигается при изменении направления движения воздуха на противоположное в
сушильной установке не реже одного раза в час. Существенную помощь
в достижении максимального эффекта от переключения потоков может
оказать система автоматического реверсирования. Она позволяет полностью исключить влияние человеческого фактора – привлечение труда
квалифицированного и высокооплачиваемого персонала, халатность,
отсутствие на рабочем месте и т.д.
Реверсирование потока позволяет в определенных конструкциях
сушильных камер экономить электроэнергию за счет установки менее
мощных электродвигателей, использовать менее дорогие вентиляторные установки, сохраняя высокое качество сушки. Скорость сушильного агента и его реверсивность по материалу – показатель технического
уровня и совершенства сушильной установки.
Одним из условий высокого качества сушки является правильная
укладка материала в штабеля, что значительно снижает процент брака от
коробления, улучшает равномерность просыхания материала. При формировании сушильных штабелей число прокладок устанавливается в зависимости от породы древесины, толщины пиломатериалов и длины штабеля.
Прокладки по высоте располагают друг против друга, крайние
укладывают заподлицо с торцами заготовок или пиломатериалов.
Необрезные доски укладывают концами в разные стороны.
Узкие, а также короткие доски помещают в середину, широкие и
длинные – по краям штабеля. Стыкуемые заготовки укладывают не
менее чем на двух прокладках. Форма поперечного сечения штабелей
должна быть прямоугольной, торцы досок выровнены по вертикали.
Размеры межрядных прокладок 25401800 мм, отклонения по толщине не должны превышать 1 мм. В качестве прокладок допустимо использование самих заготовок, если их сечение не превышает 3270 мм.
После конечной обработки пиломатериалы выдерживают в камере
в течение 2 – 3 часов при относительной влажности последней ступени
режима сушки, затем прекращают подачу горячей воды в калориферы
и охлаждают древесину до 30 – 40°С сначала при открытых приточновытяжных каналах, потом при полуоткрытых дверях.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Время охлаждения составляет примерно 1 – 2 ч на каждый сантиметр толщины материала.
Для устранения упругих деформаций, выравнивания влажности
древесины по объему штабеля и толщине пиломатериалов проводят кондиционирующую обработку (выдержку в нагретом состоянии). С этой
целью в сушильной камере с помощью калориферов и систем увлажнения поддерживают такое состояние среды, при котором недосушенные
сортименты подсыхают, а пересушенные увлажняются.
При сушке низкотемпературными режимами температура во время
кондиционирования поддерживается на уровне, соответствующем последней ступени режима сушки (но не выше 100 °С), а степень насыщенности (определяется по диаграмме равновесной влажности) должна
соответствовать средней заданной конечной влажности, увеличенной
на 1%. Например, при сушке в мягком режиме до конечной влажности
пиломатериалов сосны толщиной 50 мм – 8% относительная влажность
должна быть 64%.
Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от ряда
факторов и назначается в соответствии с категорией качества сушки, а
также особенностями камеры и материала. Общая продолжительность
кондиционирования горячей водой будет меньше, чем паром.
Кондиционирование не проводят для тонких сортиментов мягких пород древесины. Для пиломатериалов I категории качества кондиционирующая обработка обязательна. Ее продолжительность ориентировочно
равна половине продолжительности конечной влаго- и теплообработки.
Для пиломатериалов II и III категории качества кондиционирующую
обработку назначают по мере необходимости в соответствии с результатами контроля равномерности, конечной влажности.
Управление сушильной камерой заключается в поддержании заданной по режиму температуры, степени насыщенности сушильного агента
и своевременном изменении этих параметров в зависимости от текущей
влажности пиломатериалов. В сушильных камерах периодического действия контроль за режимом сушки и его регулирование ведут по состоянию сушильного агента, поступающего в штабель.
При использовании автоматики управление системами нагрева,
увлажнения и воздухообмена обеспечивают электроприводы на протяжении всего процесса сушки без участия оператора. Автоматика гарантирует соблюдение необходимых режимов сушки круглосуточно.
Параметры сушильного агента регулируют вручную вентилями системы нагрева, увлажнения и заслонками системы воздухообмена. При
отсутствии дистанционного влагомера древесины оператору необходи150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мо периодически открывать лесосушилку для замера текущей влажности пиломатериалов. Это нарушает процесс сушки, а в холодное время
года может привести к возникновению брака из-за резкого охлаждения
пиломатериалов в момент открытия дверей.
Температуру сушильного агента в камерах с водяным теплоносителем регулируют открытием вентиля системы нагрева. В аэродинамических сушильных камерах температура регулируется степенью открытия
жалюзи. Погрешность поддержания температуры не должна превышать
+2 – 3 °С от заданной режимом.
Для поддержания необходимой степени насыщенности агента сушки внутри сушильной камеры используются системы воздухообмена и
увлажнения. Воздухообмен должен осуществляться только для удаления из сушильной камеры избытка влаги.
Для повышения степени насыщенности сушильного агента закрывают приточно-вытяжные каналы системы воздухообмена. При недостаточной степени насыщенности в камеру подается вода через систему
увлажнения. Категорически запрещается включать систему увлажнения
при открытых приточно-вытяжных каналах. Для уменьшения степени
насыщенности открывают приточно-вытяжные каналы при выключенной системе увлажнения.
Допускаются отклонения фактического значения относительной
влажности от режимного значения:
– при сушке тонких пиломатериалов хвойных и мягколиственных
пород (25 – 50 мм) в пределах +5 – 8%;
– при сушке толстых (более 50 мм) пиломатериалов хвойных и мягколиственных пород в диапазоне +2 – 4%;
– при сушке тонких (25 – 50 мм) пиломатериалов твердых лиственных пород в диапазоне +4 – 6%;
– при сушке толстых (более 50 мм) пиломатериалов твердых лиственных пород до +2%.
В камерах периодического действия, оснащенных регулируемым
электроприводом вентиляторов, частота вращения вентиляторов устанавливается в зависимости от характеристики высушиваемых пиломатериалов и исходя из опыта эксплуатации этих камер в конкретных
условиях.
Например, во время сушки древесины мягких хвойных пород следует применять максимальную скорость сушильного агента на стадии
прогрева и на первой ступени сушки; на второй ступени сушки – среднюю скорость, а на третьей – минимальную.
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.2 Правила укладки пиломатериалов
Штабель формируется из древесины одной породы и толщины.
Подштабельное основание должно быть прочным, жестким, а верх его –
горизонтальным.
Длина основания должна равняться длине штабеля. В качестве подштабельного основания рекомендуется использовать подштабельные тележки.
Не допускается работа камеры при неполном количестве штабелей.
Недогрузка штабеля по высоте также недопустима, так как за счет больших утечек сушильного агента над штабелем резко снижается скорость
циркуляции в самом штабеле. Все это приводит к увеличению срока
сушки и к неравномерности просыхания пиломатериала.
В зависимости от характера циркуляции агента сушки через штабель пиломатериалы укладывают с промежутками (шпациями) между
досками для камер с горизонтальной циркуляцией вдоль штабеля и с
вертикальной, в том числе естественной циркуляцией; сплошными рядами без промежутков (шпаций) между досками для камер с поперечной циркуляцией через штабель.
Необрезные доски укладывают комлями в разные стороны. Если
доски имеют разную ширину, то узкие укладывают в середину, а широкие – по краям пакета или штабеля. Если по ширине пакета или штабеля
целое количество досок не размещается, то зазор оставляют в середине.
В штабелях или пакетах со шпациями общая ширина шпаций должна составлять при укладке обрезных досок – 35%, необрезных – 57%
ширины штабеля. Шпации должны быть распределены равномерно по
ширине штабеля.
Допускается укладка в один пакет или штабель пиломатериалов,
различных по длине, вразбежку. При этом длинные доски укладывают
по краям пакета или штабеля, короче – в середине. Стыкуемые пиломатериалы располагаются не менее чем на двух прокладках, при этом
внешние торцы выравнивают по торцам пакета или штабеля.
Горизонтальные ряды пиломатериалов в пакетах и штабелях должны разделяться междурядовыми прокладками, а пакеты по высоте штабеля – межпакетными.
Для контрольных образцов в пакетах или штабелях оставляют свободные места. Контрольный образец должен располагаться не менее
чем на двух прокладках.
Требования к размещению прокладок. Количество межрядовых прокладок по длине пакета или штабеля устанавливается в зависимости от
породы древесины, толщины пиломатериалов и длины штабеля.
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По высоте штабеля прокладки следует укладывать вертикально одна
над другой. Крайние прокладки рекомендуется укладывать на расстоянии
не более 25 мм от торцов пиломатериалов. Концы прокладок не должны
выступать за боковые поверхности пакета или штабеля более чем на 25 мм.
При формировании пакетов и штабелей на машинах допускается
размещать крайние прокладки на расстоянии 100 мм от торцов штабеля
и устанавливать количество прокладок по длине в соответствии с техническими параметрами формирующей машины.
Количество межпакетных прокладок по длине пакетного штабеля
должно быть таким же, как и количество межрядовых прокладок. При
формировании штабеля межпакетные прокладки должны размещаться в
одном вертикальном ряду с межрядовыми прокладками пакетов.
Размеры прокладок и требования к ним. По назначению прокладки
подразделяются на межрядовые для разделения рядов пиломатериалов,
уложенных в штабель или пакет, и межпакетные для разделения пакетов
при формировании пакетного штабеля.
Для изготовления межрядовых прокладок используют строганые
высушенные рейки. Межпакетные прокладки изготавливают из строганых сухих брусьев.
При укладке в штабель заготовок в качестве прокладок допускается
использовать сами заготовки, если толщина их не более 32 мм, а ширина
не более 70 мм. Прокладки изготавливаются из древесины хвойных и
лиственных пород, не имеющих гнили и синевы.
Влажность древесины для изготовления прокладок при сушке пиломатериалов до транспортной влажности не должна превышать 22%,
при сушке до эксплуатационной влажности – 10%. Значение параметра шероховатости поверхности рабочих пластей Rm max должно быть
800 мкм по ГОСТу 7016.
Прокладки должны храниться в контейнерах, где их укладывают
параллельно. Контейнеры с прокладками устанавливают в местах, защищенных от дождя и снега.
Перед укладкой штабеля прокладки осматривают и при необходимости измеряют их размеры. Толщина и ширина прокладок измеряется
штангенциркулем с ценой деления 0,1 мм.
6.3 Контроль сушки древесины
Система контроля процесса сушки позволяет оператору следить за
температурой, влажностью древесины и влажностью сушильного агента внутри сушильной камеры, не открывая дверей.
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автоматика выполняет функции системы контроля и управляет технологическим оборудованием сушильной камеры. Автоматика координирует взаимодействие всех механизмов сушилки на основании текущей влажности высушиваемых в данный момент пиломатериалов. При
отсутствии автоматики оператор вынужден выполнять всю эту работу
вручную, практически не отходя от сушильной установки, а это предъявляет особые требования к подбору и квалификации обслуживающего
персонала.
Производительность лесосушильных камер рассчитывают в фактическом материале, а для сопоставления технико-экономических показателей различных камер, учета и планирования работы сушильных цехов
переводят высушенный материал в условный.
За учетную единицу принят кубический метр условного материала
– сосновые обрезные доски толщиной 40 мм (либо средневзвешенная
толщина досок, находящаяся на границе толстых и тонких), шириной
150 мм, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60% до конечной 12%.
При камерной сушке используются штабеля двух типов (рис. 28).
Пакетный – при загрузке вилочным погрузчиком, формируемый с
помощью подъемно-транспортных средств из нескольких пакетов, предварительно уложенных на пакетоформирующей машине или вручную.
Цельный – при загрузке на трековых тележках, формируемый полностью на штабелеформирующих, пакетоформирующих машинах или
вручную. Для загрузки одного штабеля в сушильную камеру комплект
Рис. 28 – Укладка пиломатериалов при камерной сушке
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поставки включает в себя четыре трека. Длина треков и рельсовых путей зависит от конструкции сушильной камеры, длины и количества
штабелей. Треки после сборки покрываются влаго- и теплостойким покрытием.
Форма поперечного сечения пакетов и штабелей должна быть прямоугольной, а торцы их выровнены по вертикали. Размеры пакетов и
штабелей должны соответствовать конструкциям камер.
6.4 Тупиковые и проходные сушильные камеры
В тупиковой сушилке дверь располагается в одном торце. При проходном исполнении двери лесосушилки устанавливаются с противоположных сторон ограждений.
Качество сушки древесины одинаково как в проходном типе камеры,
так и в тупиковом.
Проходное исполнение корпуса сушильной камеры позволяет увеличить производительность сушильного оборудования за счет сокращения времени на укладку пиломатериалов в штабель.
Во время сушки первого штабеля второй укладывается на загрузочные (трековые) тележки.
После окончания процесса сушки первый штабель выкатывается наружу камеры с одной стороны, а второй штабель закатывается в сушильное пространство с другой стороны. В дальнейшем эти операции повторяются. Для такой работы необходимы два комплекта трековых тележек.
Для упрощения профилактического обслуживания и увеличения
срока эксплуатации ограждений крыша сушильной камеры имеет наклон для стока воды. Внутренние поверхности ограждений, выполненные из черного металла, покрываются влагостойким антикоррозионным
покрытием.
В ограждениях камер должна быть предусмотрена система слива
конденсата, которая позволяет частично выводить из лесосушилки избыток влаги без использования системы воздухообмена (рис. 29).
Это незначительно уменьшает длительность процесса сушки древесины. При отсутствии слива в камере требуется часто, для снижения
влажности, открывать приточно-вытяжную вентиляцию, которая одновременно понижает и температуру внутри сушильной установки.
Это нарушает стабильность теплового режима и приводит к излишним потерям энергии.
Загрузка и выгрузка сушильной камеры может осуществляться по
рельсовым путям на тележках (боковая) или вилочным автопогрузчиком
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(фронтальная). При боковой загрузке двери сушильной камеры располагаются в торце сушилки. Фронтальная загрузка обычно используется
в сушильных камерах больших объемов с механизацией погрузочноразгрузочных работ.
Двери сушильной камеры могут быть распашными или подъемнооткатными. Навеска распашной двери выполняется на специальных
петлях, имеющих две степени свободы. По периметру двери крепится
термостойкий резиновый уплотнитель.
В результате такой конструкции дверь, имея чуть большую площадь
поверхности, как бы накладывается и плотно прижимается четырьмя
прижимами к дверному проему, обеспечивая максимальную герметичность. Распашные двери обычно применяются в сушильных камерах с
загрузкой лесоматериалов на трековых тележках.
Подъемно-откатные двери сушильных камер комплектуются механизмом съема и применяются при фронтальной загрузке вилочным погрузчиком или при установке сушильных камер рядом (с общими стенками).
Рис. 29 – Проходная сушильная камера
Возможно использование существующих сооружений. Главным требованием к конструкции такого сооружения является хорошая теплоизоляция (с точки зрения экономичности сушки), герметичность, гидроизоляция и устойчивость к отрицательным воздействиям, имеющим место
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в процессе сушки (высокая влажность, высокая концентрация органических кислот, циклические изменения температур в широком диапазоне).
Кроме того, такое здание должно удовлетворять общестроительным
требованиям, характерным для местности, в которой планируется установить сушилку (например, максимальная скорость ветра, снеговая нагрузка и т.д.).
Во время цикла сушки климат, создаваемый внутри камеры, сильно
отличается от климата снаружи камеры. Разница влажностей внутри и
вне камеры приводит к тому, что создаются предпосылки для просачивания влаги через стены, пол и потолок камеры, в сочетании с высокой
разницей температур внутри и вне камеры это приводит к ускоренному износу пола, стен и потолка камеры. Кроме того, неконтролируемая
и высокая утечка тепла и влаги из камеры влечет увеличение сроков и
стоимости сушки.
Чтобы не допустить утечку тепла и влаги, нужно применять негигроскопичные материалы для теплоизоляции стен, крыши, ворот камеры, тщательно герметизировать все стыки панелей, крыши и стен.
В конструкции камер надо предусматривать также утепленный и оснащенный гидроизоляцией пол (фундамент). В сушильных камерах, монтируемых в кирпичных (железобетонных) зданиях, предусматривается
гидроизоляция (пароизоляция) стен с внутренней стороны камеры и достаточная теплоизоляция с внешней.
Тепловое оборудование камер с водяным теплоносителем состоит
из нагревательных элементов, соединительных труб и запорной арматуры. Нагревательные элементы – калориферы – изготавливаются из биметаллических труб с алюминиевым оребрением. Теплоноситель – горячая вода. Каждый калорифер проходит испытания на герметичность
при давлении воды 4 атм.
Мощность калориферов пропорциональна объему загрузки сушильной камеры. Для обеспечения калориферов горячим теплоносителем
требуется водогрейная установка или котельная. Циркуляция теплоносителя в сушильной камере принудительная.
Температура в сушильной камере может регулироваться производительностью водогрейной установки, вручную шаровым краном или
вентилем с сервоприводом. При использовании сервопривода температура теплоносителя на входе в сушильную камеру должна быть постоянной – 95 °С.
Тепловое оборудование аэродинамических камер. Центробежный
вентилятор в аэродинамической сушильной камере выполняет функции
нагрева и циркуляции воздуха. Температура в лесосушилке регулирует157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ся степенью открытия жалюзийной решетки с механизмом управления
(вручную или серводвигателем).
Центробежный вентилятор аэродинамической сушильной камеры
позволяет вести сушку в мягких и нормальных режимах. Возможно изготовление аэродинамической сушилки для работы в форсированных
режимах сушки или только в мягких.
Для организации обмена воздухом между камерой и внешней атмосферой используются специальные трубы с шиберными заслонками.
Трубы монтируются равномерно по ширине камеры в два параллельных
ряда. Приточно-вытяжные трубы могут располагаться как на крыше камеры, так и на фронтальной и тыльной стенках камеры.
Для изготовления приточно-вытяжных труб применяется алюминий
или черный металл. Управление системой воздухообмена может осуществляться вручную или через серводвигатели (электроприводы).
В сушильных камерах стандартной комплектации применяют либо
ручное управление системой воздухообмена, либо автоматическое. При
использовании систем автоматики в сушилках применяются серводвигатели.
Серводвигатель позволяет приоткрывать заслонки системы воздухообмена на определенный угол, что гарантирует соблюдение режима сушки и получение пиломатериалов необходимого качества. Атмосферный
воздух (сухой) подается в сушильную камеру через приточный канал, а
влажный удаляется через вытяжной. Система воздухообмена встраивается в ограждения сушильной камеры.
Для увлажнения воздуха в камере монтируется специальная система, состоящая из стальной нержавеющей подводящей трубы и распределенных равномерно по ширине камеры форсунок, установленных на
этой трубе. Управление подачей воды осуществляется электромагнитным клапаном, монтируемым снаружи камеры.
Для эффективной работы системы увлажнения необходимо иметь
давление воды в водопроводе не ниже 3 атм (идеальное давление 4 – 5
атм). Если давление воды ниже указанного или подача воды периодически отключается, необходимо в систему увлажнения включить помпу и
накопительный бак.
Если вода в водопроводе слишком жесткая (макс. рН 7,5), то в систему увлажнения необходимо включить смягчитель воды. Это позволит
избежать образования накипи в трубах и обеспечит надежную работу
форсунок и электромагнитного клапана.
Если в воде присутствуют механические примеси, то в систему
увлажнения необходимо включить также фильтр.
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Система увлажнения используется для проведения процесса влагои теплообработки пиломатериалов, которая необходима для снятия или
уменьшения остаточных внутренних напряжений, возникающих в процессе камерной сушки древесины.
Автоматическая система увлажнения СВР изготавливается в двух
вариантах: для централизованного водоснабжения и автономной работы. Давление воды в водопроводе должно быть 2 – 3 атм.
При включении открывается электромагнитный клапан, вода по системе металлопластиковых трубопроводов через бронзовые форсунки
поступает в сушильное пространство камеры. Количество форсунок
зависит от объема сушильной камеры. Этот способ увлажнения может
применяться для любых сушильных камер. Потребление электроэнергии минимально и идет только на открытие и закрытие электромагнитного клапана.
С помощью водяного насоса, электромагнитного клапана, системы
металлопластиковых трубопроводов и бронзовых форсунок вода распыляется внутри сушильной камеры. Для предотвращения засорения
форсунок в системе устанавливается фильтр с металлической сеткой.
Периодически фильтр необходимо чистить. Потребление электричества
составляет 0,37 кВт. Этот способ увлажнения применяется для любых
сушильных камер, где отсутствует водопровод.
Автоматическая система увлажнения с подачей пара СВП. Система
влаго- и теплообработки (увлажнения) в виде парогенератора состоит из
шкафа управления, парогенератора мощностью 10 кВт, выполненного
из нержавейки, накопительного бака для воды и соединительных трубок. Сравнительно дорогостоящая относительно СВР система и более
затратная в эксплуатации.
В европейских странах операция пропарки древесины проводится
перед ее сушкой в специальных пропарочных камерах. В них пиломатериал выдерживается на протяжении нескольких суток в среде перегретого пара в диапазоне температур от 103 до 110 °С. И как результат
такой обработки – изменение оттенка дерева в зависимости от породы
древесины, времени и температуры выдержки. Обычно данная операция проводится для ценных пород при изготовлении мебели или паркета. После этого пиломатериал высушивается в сушильной камере, где
используется, как правило, система увлажнения
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.5 Вакуумная сушка
Процесс вакуумной сушки древесины привлек внимание технологов
в конце позапрошлого столетия.
В патенте Ч. Говарда от 1883 г. появляются первые попытки сушки
древесины с помощью вакуума. В 1940 г. к вакуумной технологии сушки обращается Войт, а в 1941 г. опыты с автоклавом проводят Рихерс и
Игни.
В дальнейшем это работы Мэдисона (1956), Коллмана, Кришера и
других. Опыты проводились как с постоянным, так и с дискретным вакуумом, но полученные результаты были оценены Вильером как «катастрофические», и проблема осталась нерешенной.
Изучая промышленный и циклический вакуум (разрежение),
Винченцо Паньоцци (доктор технических наук Туринского политехнического института, Италия) заинтересовался исследованием областей
применения. Стимулом явился растущий спрос деревообрабатывающей
промышленности на сушку сырых пиломатериалов определенной толщины из твердых пород древесины, таких как бук, черная акация, дуб и
некоторые очень твердые тропические породы.
Промышленные вакуумные сушилки
С 1959 г. по 1961 г. Паньоцци проводил опыты по сушке небольших объемов древесины различных пород, используя вакуумный стеклянный колпак, в котором древесина нагревалась термоэлементами
от утюгов.
Так родилась система «нагревательных пластин». Ее главным смыслом было использование высокой теплоотдачи при контакте древесины
и пластин. В 1962 г. он построил экспериментальную сушилку диметром 800 мм с электрическими нагревательными пластинами, работающими в непрерывном вакууме, и с полезным объемом 0,5 м3.
В 1966 г. он построил полупромышленный цилиндрический агрегат
для пиломатериалов нормальных размеров с пластинами, нагреваемыми горячей водой, которые могли работать как в непрерывном, так и в
циклическом вакууме. 1966 год может считаться годом рождения процесса промышленной вакуумной сушки (или «разрежение»), потому что
с этой даты в промышленной практике начинается все более широкое
применение этих сушильных камер.
В 1973 г. по итогам пятой конференции в Южной Африке Сивидини
представил первый официальный отчет итальянского НИИ древесины
по исследованиям в области сушения. Вскоре стало ясно, что так называемый «метод пластин» не имеет будущего. Еще в шестидесятых годах
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«вакуумный метод» часто отвергался как очень трудоемкий и неэкономичный процесс, потому что он требовал значительных инвестиций в
оборудование, а ручное управление нагревательными пластинами было
очень трудоемким.
В 1975 г., после проведения исчерпывающих исследований,
Винченцо Паньоцци построил и показал в Ганновере вакуумную сушилку с нагревом горячим воздухом. Это был цилиндрический агрегат,
известный под маркой BS, имеющий максимально полезную длину 12 м
и внутренний диаметр 2,3 м. Каждая такая секция может вмещать 24 м3
древесины.
Особенностью этого агрегата была конвекционная нагревательная
система с вентиляцией, перпендикулярной по отношению к штабелю:
поток воздуха, нагретый на внутренней цилиндрической стенке, перемещается мобильным соплом; под воздействием вращения этого сопла
древесина подвергается нагреву с мощными турбулентными пульсациями с периодической сменой вакуумными фазами (рис. 30).
Рис. 30 – Пресс-вакуумные сушилки
Патент Маспелла основан на циклическом процессе с «нормальным
пресс-нагревом» и «вакуумной сушкой» («Маспелл» – это компания,
основанная Паньоцци).
Промышленные сушилки этого типа нашли распространение в производстве, работающем с толстым и трудносушимым пиломатериалом.
Простая полуавтоматическая система позволяла управлять процессом
сушения. В дальнейшем объединение двух одинарных сушилок в единый агрегат «Тандем» дало заметное сокращение энергозатрат.
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В 1986 г. появилась система LO-LA (продольно-горизонтальная)
с вентиляторами (минимум двумя), которые были помещены в цилиндрические цоколи и создавали два встречных воздушных потока.
Направление движения потоков изменялось механическим способом
или электрическим с помощью инвертора с тем, чтобы образовать единый перпендикулярный по отношению к штабелю воздушный поток,
который ежеминутно двигался вперед и назад вдоль штабеля.
Этот тип вентиляции LO-LA имеет следующие преимущества:
уменьшение количества вентиляторов; снижение энергопотребления;
рост аэродинамической отдачи; увеличение скорости прохождения воздуха через штабель; исключение застоя воздуха в точках наименьшего сопротивления; несложность установки моторов внутри камеры для
превращения механической энергии в тепло.
В системе LO-LA чередование периодов в циклическом вакууме
применяется, когда древесина имеет повышенную влажность или необходима сушка высшего качества, а непрерывный вакуумный процесс
применяется, когда не требуется высокого качества сушки или древесина уже предварительно подсушена.
Первоначально сушильные камеры изготавливались из углеродистой стали, поэтому цилиндрическая стенка камеры и крышки подвергались нагреванию как для того, чтобы нагреть древесину, так и чтобы
избежать конденсации воды на стенке, что могло привести к коррозии.
К этой активной защите от коррозии была добавлена пассивная
защита. Для этого внутренние стенки камеры зачищались и покрывались слоем эпоксидной смолы. Тем не менее, полностью эту проблему решить не удалось, и через 3 – 4 года приходилось обновлять
слой смолы.
Коррозия, вообще, является одной из основных проблем при эксплуатации всех типов сушильных камер, и чтобы радикально решить
эту проблему, с 1990 г. «Маспелл» изготавливает все контактирующие с
влагой части сушильных камер из нержавеющей стали.
Нужно отметить, что «Маспелл» нашел способ уменьшить массу
(и стоимость) нержавеющих частей сушилок. Камера имеет двойную
стенку: наружная изготавливается из обычной стали и имеет толщину
достаточную, чтобы выдержать наружное давление, а внутренняя стенка изготавливается из тонкой нержавеющей пластины (толщина 1 – 2
мм), которая не может выдержать внутреннее разрежение. Чтобы компенсировать внутреннее разрежение и превратить его в давление, между
стенками камеры создается вакуум, поэтому внутренняя стенка подвергается давлению по направлению изнутри наружу.
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кроме того, этот слой сильного вакуума является наилучшим термоизоляционным барьером и препятствует потере энергии.
Следующим шагом вперед был переход от цилиндрической формы
камеры к параллелепипедной (прямоугольной), поскольку цилиндрическая форма является препятствием для строительства сушильных камер
больших объемов. Началом этого стало создание сушилки типа «Тетра»
с прямоугольной секцией, вмещающей штабель 1,21,212 м.
Успех сушилок «Тетра» привел к созданию крупногабаритной сушилки «Голиаф». Самая последняя сушилка «Голиаф», наконец, позволила «Маспеллу» достичь цели производства вакуумных сушилок, способных вмещать сразу полный грузовик заготовок, так как размеры загрузки составили 2,52,5 (3) м, полезной длиной 13,6 м и даже больше.
Внешний диаметр аналогичной цилиндрической сушильной камеры,
вмещающей не только этот штабель, но и систему вентиляции, достигал
4 м, и в этом случае ее транспортировка стала бы проблематичной, поскольку ее параметры превышают разрешенные транспортные размеры.
«Голиаф», сочетая продольно-горизонтальную систему вентиляции
моделей LO-LA и последовательную инжекторную нагревательную систему с вертикально перемещаемым отражателем, решил проблему сохранения размеров в рамках транспортных ограничений, попутно улучшив аэродинамику системы вентиляции. В днище и двери «Голиафа»
расположены два ряда вентиляторов – по три в каждом ряду – и водновоздушные теплообменники. Вертикальные подвижные отражатели, совершающие однообразные перемещения от одного конца камеры к другому, обеспечивают однородность воздушного потока.
Вакуумная сушилка типа «Голиаф» может работать как в непрерывном, так и в циклическом вакууме. Обычно она работает в циклическом
вакууме, в котором возврат теплоэнергии достигается объединением
двух камер, что чрезвычайно снижает стоимость сушения до нижнего
предела затрат при использовании конвекционных сушилок.
В феврале 1992 г. во Франции на лесопильном заводе Трюшо был
установлен первый агрегат «Тандем Голиаф 100». E.D.F. (французские
электросети), которая финансировала проект, приняла решение поручить S.F.E.E. и С.Т.В. (Технический центр в Боа) замеры, чтобы подтвердить затраты, качество и затраты времени этого агрегата. В первых
двух тестах при сушке в «тандеме» дубовой доски толщиной 27 мм со
средней начальной внутренней влажностью 23,5% и конечной влажностью 10,2% затраты тепловой энергии бойлера составили 0,4 кВт на 1 кг
испаренной воды, а при сушке только одной камерой без возврата теплоэнергии затраты составили 0,869 кВт на 1 кг испаренной воды.
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основываясь на анализе вышеупомянутых результатов и ранее проведенных исследованиях, можно утверждать следующее:
– сушилки типа «Голиаф» – это агрегат большой производительности, удобный для обработки больших размеров;
– поскольку он вмещает полный грузовик древесины, «Голиаф» соответствует нуждам компаний, которые используют для перевозки древесины грузовики;
– значительно сокращая время сушки по сравнению с обычной сушилкой, «Голиаф» позволяет существенно уменьшить количество древесины на складе и быстро реагировать на запросы рынка;
– существенное снижение расходов понижает стоимость сушения;
– что касается периода амортизации, сушилка может работать гораздо более длительное время, поскольку камера из нержавеющей стали
очень долговечна и, следовательно, приносит дополнительную прибыль
до истечения срока амортизации.
6.6 Естественная сушка древесины
В основе технологии Solar Dry – принцип парника, основанный на
использовании солнечного света (солнечной радиации) в качестве источника теплоэнергии.
Сушильная камера представляет собой солнечный коллектор, обтянутый специальной полиэтиленовой пленкой и теплоизолированный с
трех сторон деревянными щитами. Камера снабжена небольшими вентиляторами и патрубком для подачи дополнительного тепла.
Тепло аккумулируется в камере, и температура воздуха внутри может быть на 40°С выше, чем снаружи.
Процесс сушки протекает так же, как и в природных условиях: днем
(при солнечном освещении) дерево сохнет, ночью кондиционируется.
Однако, в отличие от естественной атмосферной сушки, Solar Dry значительно уменьшает количество дефектов сушки и предотвращает изменение цвета древесины.
Эта технология чрезвычайно экономична, так как практически не
требует эксплуатационных расходов. Ее применение особо эффективно
для предварительной сушки. После Solar Dry в промышленных сушильных камерах древесина доводится до нужного процента влажности за
считанные часы.
В производственном цикле фирмы Wood-Mizer Industries East
(Гродно, Белоруссия) используется солнечная сушилка Solar Dry для
предварительной сушки древесины до транспортной влажности 20%.
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сушилка Solar Dry поставляется в виде комплекта, в который входят:
– вентиляторы (2 штуки, напряжение – 220 В, мощность – 0,25 кВт);
– крепления вентиляторов;
– защитная решетка для вентиляторов;
– решетка для прикрытия воздухоприточного отверстия;
– шибер на входную дверь;
– комплект из 2-х слоев пленки;
– комплект петель на ворота и смотровые двери;
– запоры на ворота.
Руководство по монтажу является самой важной и дорогой частью
комплекта.
В качестве фундамента использована железобетонная плита толщиной 20 см. Каркасная конструкция сушилки изготавливалась из пиломатериалов собственного производства, которые были напилены согласно
приведенной в инструкции спецификации.
Цвет для наружной покраски сушилки значительной роли не играет,
но внутри она должна быть выкрашена в радикально черный цвет.
Тепловая изоляция – минеральная вата; для пароизоляции – полиэтиленовая пленка.
6.7 Сушильные камеры конвективного типа
Более 90% существующих в мире сушильных камер – это стационарные строения, оснащенные вентиляторами, устройствами для направления потока, нагрева и управления влажностью воздуха. Температура
внутри такой камеры обычно, в зависимости от стадии высыхания, находится в пределах от 40 до 90 °С.
Причем температура и влажность воздуха в камере управляется автоматическими системами, включающими в себя устройства для измерения климата в камере и параметров состояния дерева (рис. 31).
Контроль скорости сушки призван минимизировать или совершенно
устранить дефекты, вызываемые сушкой. Источниками тепла в обыкновенных камерах служат, как правило, пар, горячая вода или электричество.
Конвективные автоматические сушильные камеры DNR
(рис. 32).
Поставка сушильных камер может осуществляться в 3-х вариантах:
– поставка «под ключ» (помещение из стеновых панелей и внутреннее оборудование);
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
1
3
4
5
6
7
6 8
9
10
5
11
Рис. 31 – Разрезы эжекционной конвективной сушильной камеры
Гидродрев-ЦНИИМОД:
1 – вытяжная труба, 2 – электродвигатель, 3 – приточный канал, 4 – вентилятор, 5 – калориферы, 6 – насадки, 7 – нагнетательный канал, 8 – эжекционный воздуховод, 9 – экран, 10 – увлажнительная труба, 11 – штабель
– поставка компонентов сушильной камеры (внутреннее оборудование с загрузочными воротами и контрольной дверью);
– модернизация уже имеющегося помещения под сушильную камеру.
Сушка древесины осуществляется горячим воздухом со скоростной
циркуляцией агента сушения, направленным перпендикулярно штабелю. Во всех сушильных камерах используется автоматическая система
контроля, возможно подключение сушильной камеры к компьютеру.
Рис. 32 – Конвективные автоматические сушильные камеры DNR
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каркас выполнен из алюминиевого профиля, все соединения профилей каркаса болтовые, что обеспечивает легкость монтажа и демонтажа камеры в случае перевозки и установки ее в другом месте. На несущий каркас монтируются стеновые изоляционные панели типа «сэндвич» толщиной 100 мм, панели перекрытия, ворота и все компоненты
сушильной установки. По дополнительному запросу толщина панелей
может составлять 150 мм.
Загрузочные ворота могут выполняться в двух вариантах: распахивающиеся и раздвижные (с кареткой для подъема и опускания ворот).
Уплотнение, выполненное из теплостойкого упругого материала, обеспечивает надежную герметизацию камеры.
Техническая дверь изготовлена из алюминиевого профиля. В нее
устанавливается двухсторонний замок. Резиновое уплотнение обеспечивает надежную герметизацию двери.
Панели фальшпотолка изготавливаются из антикоррозионного гофрированного алюминиевого листового материала и служат для разделения воздушного потока внутри камеры. Все профили, образующие каркас для установки панелей фальшпотолка, изготовлены из алюминия.
Для обеспечения доступа к оборудованию при проведении регламентных работ и осмотров панели фальшпотолка сделаны легкосъемными.
6.8 Конденсационные сушильные камеры
Сушильные камеры конденсационного типа обеспечивают качественную сушку древесины всех пород и одновременное отопление
производственных помещений без дополнительных средств.
В отличие от других типов сушильных камер, где нагретый влажный
воздух сбрасывается в атмосферу, тепловая энергия в процессе сушки в
конденсационных камерах направляется на обогрев производственных
помещений в виде нагретых в специальном контуре воздуха и воды.
Принцип действия сушильных камер конденсационного типа: нагрев сушильного агента (воздуха) в конденсационной камере идентичен
сушильным камерам конвекционного типа и осуществляется циркуляцией воздуха через калориферы, нагреваемые горячей водой (паром) от
местной котельной.
Циркуляция нагретого влажного воздуха сушильного агента обеспечивается основными вентиляторами, установленными на экране за
калориферами в верхней части камеры.
В отличие от других типов сушильных камер, где нагретый влажный воздух сбрасывается в атмосферу, в конденсационной камере этот
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздух не сбрасывается, а влага, содержащаяся в нем, конденсируется в
специальном контуре, расположенном внутри камеры. При этом частично осушенный воздух продолжает циркулировать в камере, а образовавшийся конденсат удаляется из камеры в специальный сборник.
Конденсационный контур состоит из теплообменников, расположенных внутри камеры и за пределами камеры. Они соединены друг с
другом трубопроводами, по которым циркулирует охлаждающий агент.
Циркуляцию агента обеспечивает насос. Наружный теплообменник
предназначен для охлаждения агента. Охлаждение агента производится
воздухом, водой или холодильным агрегатом.
В конструкции камеры могут быть использованы любые материалы:
деревянный каркас, металлический каркас, стеновые блоки из газосиликатов или пористых (легких) бетонов; монолитный или сборный железобетон.
В качестве теплоизоляции сушильной камеры могут быть применены «сэндвич» – панели, минеральная вата, полимерные материалы,
гранулированные материалы.
После загрузки камеры пиломатериалами и герметичного закрытия
ворот с пульта управления включаются: подача теплоносителя, модули
нагрева, вентиляторы циркуляции воздуха в сушильной камере, вентиляторы и насосы конденсационных модулей, задается подъем температуры сушильного агента до 40 °С (рис. 33).
Рис. 33 – Конденсационная установка сушильной камеры
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При проведении процесса сушки необходимо знать и зафиксировать
в журнале породу древесины, загруженную в камеру, ее начальную и
конечную влажность.
Кроме того, необходимо знать тепловую мощность сушильной камеры, т.е. количество сконденсированной влаги за сутки.
Расчет продолжительности сушки демонстрируется следующим
примером.
Необходимо высушить сосну в количестве 50 м3 с начальной влажности 50% до конечной влажности 12%.
Количество влаги, которое будет сконденсировано и удалено, составит:
(50 – 12) · 50 · 4,1 = 7790 л.
Как видно из приведенного расчета, толщина материала для данного
способа сушки особого значения не имеет.
При достижении сушильным агентом температуры в камере 40°С
только в начале процесса сушки автоматически кратковременно открываются заслонки сброса влаги и подачи свежего воздуха в камеру для
интенсивного подъема температуры, сопровождающегося эффективной
конденсацией влаги на специальном контуре.
Учет сконденсированной влаги автоматически регистрируется на
пульте управления, что позволяет контролировать заданный процесс
сушки по мере снижения влажности высушиваемого пиломатериала.
В процессе сушки производится автоматический контроль заданных
параметров сушильного агента. После удаления расчетного количества
влаги процесс сушки пиломатериалов прекращается.
Для обеспечения теплом одной камеры достаточно водогрейной
установки бытового типа мощностью 20 – 50 кВт. Для эффективной
сушки 1000 м3 хвойных пиломатериалов в месяц достаточно одного котла мощностью 150 – 250 кВт, работающего на отходах древесины. В отопительный сезон до 40% тепловой энергии может быть использовано
для обогрева производственных помещений.
Чтобы высушить 1 м3 древесины до 8% влажности, нужно затратить
70 – 180 кВт энергии (в зависимости от ее породы, толщины и начальной
влажности). Максимальная рабочая температура сушилки – до 72 °С.
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7 ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ
В группу предприятий производства изделий из древесины включаются предприятия по ее механической обработке, изготовляющие изделия, годные к непосредственному потреблению. К таким предприятиям
относятся:
– заводы или цехи по изготовлению строительных деталей (оконных, дверных блоков и др.);
– фабрики или цехи по изготовлению мебели;
– фабрики по изготовлению из древесины клавишных, щипковых,
смычковых, язычковых и других музыкальных инструментов;
– предприятия или цехи по изготовлению внутреннего оборудования пассажирских вагонов, морских и речных судов, жилых домов, магазинов, библиотек, клубов, домов культуры, институтов к т. д.;
– заводы или цехи по изготовлению деталей и узлов для автомобилей, сельскохозяйственных машин, деревянных моделей и т. д.
Предприятия производства изделий из древесины существуют
как самостоятельные единицы, как цехи, входящие в состав крупного предприятия, преимущественно машиностроительного, или
как заводы либо цехи, входящие в состав деревообрабатывающего
комбината и лесопромышленного комплекса. Предприятия, вырабатывающие строительные детали, обычно входят в состав деревообрабатывающего комбината, а предприятия, вырабатывающие мебель и
музыкальные инструменты, представляют собой самостоятельные
фабрики.
Предприятия, производящие изделия из древесины, распадаются на
ряд цехов в соответствии с этапами технологического процесса:
– раскройный, часто называемый заготовительным,
– сушильный,
– машинный, или станочный,
– сборочный и
– отделочный.
Если предприятие входит в состав деревообрабатывающего комбината, оно не имеет собственного сушильного, а иногда и раскройного
цеха, а обслуживается в централизованном порядке.
Помимо перечисленных цехов, производства изделий из древесины
имеют:
– склады сырья;
– промежуточные;
– комплектовочные склады;
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– буферные склады;
– склады готовой продукции;
– ряд обслуживающих или вспомогательных цехов: клеезаготовительное отделение, мастерскую, лабораторию, лакокраскоподготовительное отделение, пилоножеточку, котельную, ремонтно-механическую
мастерскую, а также вспомогательное непроизводственное оборудование для отопления, водоснабжения, канализации и др.
Иногда имеется и силовая электростанция, снабжающая все предприятие необходимой энергией. На деревообрабатывающем комбинате
вспомогательные и обслуживающие цехи, так же как и сушильный цех,
могут быть централизованными.
Такова сложившаяся в течение многих лет структура деревообрабатывающих предприятий, которую нельзя признать вполне совершенной. Наоборот, современный уровень развития техники и технологии
требует решительного перехода от предприятий с предметно-замкнутой
структурой к предприятиям, специализированным на выпуск однородной продукции с резко ограниченной номенклатурой изделий.
При высокоразвитой специализации каждое предприятие выполняет определенный круг операций по изготовлению тех или иных изделий.
Так, производство черновых заготовок (сухих) следует организовать на
лесопильных деревообрабатывающих предприятиях; механическую
обработку заготовок и деталей – на других специально выделенных и
оборудованных для этой цели предприятиях механической обработки;
сборку, обработку узлов и изделий, а также отделку – на третьих предприятиях. Ряд родственных предприятий, технологически связанных
между собой, образует специализированное объединение – фирму, выпускающую тот или иной вид продукции. Так, в производстве мебели
могут быть созданы фирмы, или объединения, выпускающие мягкую
мебель, корпусную и т. п.
Предприятия, входящие в группу производства изделий из древесины, выпускают готовую продукцию, годную к непосредственному потреблению.
Изделие из древесины содержит в том или ином количестве повторяющиеся элементы:
– бруски,
– рамки,
– щиты и коробки, состоящие в свою очередь из деталей, соединенных между собой различными способами.
Эти повторяющиеся элементы называют основными конструктивными элементами.
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В общем случае, изделия из древесины отличаются сравнительной
сложностью и многодетальностью; причем изделие из отдельных мелких элементов должно сохранить свою форму, размеры и прочность в
условиях переменной температуры и влажности воздуха. Появление новых древесных материалов – плит позволило, во-первых, резко уменьшить количество деталей в изделии и, во-вторых, повысить их стабильность.
Положительную роль в этом отношении сыграло применение гнутоклееных и гнутопропильных деталей. Многодетальность – серьезный
конструктивный недостаток изделий из древесины, который успешно
изживается. Характерной чертой производства изделий из древесины
является сложная и тщательная отделка, часто художественная (инкрустация, резьба, полирование и пр.).
Все процессы производства должны быть максимально механизированы (ручные операции могут быть сохранены лишь как исключение),
а отдельные участки автоматизированы. В перспективе цехи и даже целые предприятия должны быть автоматизированы. Даже такие сложные
работы, как шлифование, полирование и резьба, могут выполняться на
станках. Производство изделий из древесины охватывает сравнительно
простые работы, например, изготовление оконных переплетов и дверей
из древесины малоценных пород, главным образом хвойных. При этом
все детали изготовляют из одной породы, изделие отделывают непрозрачными красками, полностью скрывающими строение древесины.
При сопряжении деталей текстура древесины не подбирается; обработка
производится с отклонениями от габаритных размеров, предусмотренными для самых низших классов точности; в материале допускаются
дефекты (не нарушающие прочности) – сучки, заделки сучков, синева,
пятна и пр. При отделке кроющими красками иногда производится имитация ценных пород древесины.
В производстве мебели встречаются весьма сложные мелкие и
тонкие работы:
– изготовление фанерованной мебели,
– инкрустированной ценными породами или металлом, с тщательной отделкой и полированием.
Изделия из сравнительно дешевых пород (березы, ольхи) с помощью соответствующей отделки часто имитируются под ценные (орех,
красное дерево). Имитация должна быть тщательной.
Таким образом, деревообрабатывающие производства можно разделить на четыре группы:
– лесопильные;
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– клееной слоистой древесины;
– изделий из древесины;
– по переработке древесных отходов (вторичного сырья).
Эти группы различаются по виду продукции – полуфабрикаты или
готовые фабрикаты; по видам обработки – резание, гидротермическая,
склеивание, отделка. Кроме того, древесина, как правило, проходит
сушку, представляющую термическую обработку.
Первая группа. В лесопильном производстве изготовляются пиленые материалы, в основном – брусья и доски.
Шпалопиление дает продукцию в виде шпал для железнодорожных
путей.
Строгаными являются пиленые материалы, обработанные с одной,
двух, трех или четырех сторон строганием. Деревянные сборные дома
заводского изготовления представляют собой продукцию производства
стандартных домов.
Продукцией паркетного производства являются паркетные дощечки. Стружечное производство выпускает древесную стружку в виде тонких узких длинных лент древесины, идущую в качестве упаковочных
материалов. Заготовки для производства изделий из древесины представляют собой бруски и дощечки определенного качества, по размерам
они соответствуют деталям с припусками на обработку.
Вторая группа. Предприятия второй группы изготовляют однослойный материал (шпон, строганую и пиленую фанеру) и различные виды
клееной слоистой древесины.
Однослойный материал используется на самих фанерных предприятиях для получения клееной слоистой древесины, а также направляется на производства древесных изделий, где применяется
главным образом в качестве облицовочного материала. Основными
видами клееной слоистой древесины являются клееная фанера и плиты, используемые в качестве полуфабрикатов в производстве древесных изделий.
Древесные слоистые пластики представляют собой прессованный
при высоком давлении и температуре многослойный материал из пропитанного смолой шпона. Они применяются в качестве конструкционного материала для изготовления силовых деталей, вкладышей подшипников, фрикционных дисков, зубчатых колес и т. п.
Предприятия данной группы изготовляют также фанерные трубы
для транспортировки по ним жидких, газообразных и сыпучих веществ.
Гнутоклееные заготовки из шпона являются полуфабрикатами для
мебельных фабрик.
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К данной группе условно относят и спичечное производство, в котором при изготовлении спичечной соломки и коробков применяют шпон.
Третья группа. В производстве строительных деталей конечной
продукцией являются дверные и оконные блоки, паркетные доски, панели и другие изделия, требующиеся в большом количестве для гражданского и промышленного строительства. Музыкальные инструменты,
имеющие части из древесины (рояли, пианино, щипковые инструменты
и др.), относятся к продукции музыкального производства. Вагоны, автомобили, суда содержат много деталей из древесины, производством
которых заняты специальные деревообрабатывающие цехи соответствующих предприятий.
Четвертая группа. В связи с недостатком деловой древесины и повышением ее стоимости появилась необходимость комплексного использования всей заготовленной древесины, в том числе сравнительно
мелких ее частей, называвшихся ранее отходами. Эта категория древесины является ценным вторичным сырьем для ряда производств. Кроме
того, используется так называемая неделовая древесина: неделовой
круглый лес, мелкие древесные остатки от лесозаготовок.
К данной группе относится производство мелких пиломатериалов,
среди которых тарные дощечки простейшей обработки, мелкие планки,
пиломатериалы для крепления горных выработок.
Кусковые остатки древесины могут быть превращены на специальных рубительных установках в щепу определенных размеров для использования в качестве вторичного сырья в лесохимических производствах – целлюлозном, гидролизном – и в производствах по механической
обработке древесины – древесно-волокнистых и древесно-стружечных
плит. В этом случае щепа называется технологической. Измельченная
древесина называется древесной мукой.
Древесно-волокнистые плиты состоят из древесины, размолотой и
разделенной на волокна, которые превращаются в полужидкую массу,
отливаются в плиты на специальных сетчатых машинах, прессуются
и сушатся. В настоящее время организуется производство древесноволокнистых плит сухим способом.
Древесно-стружечные плиты получаются путем склеивания синтетическими смолами под давлением и при нагревании древесных стружек, древесные брикеты – путем прессования под большим давлением
измельченной древесины с добавкой или без добавки связующих веществ. С добавкой измельченной древесины могут быть изготовлены
строительные материалы – фибролит, арболит, бетон с добавлением
опилок и др.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Деревообрабатывающие производства первых трех групп характеризуются тем, что в процессе получения основной продукции появляется много мелких остатков древесины, которые невозможно использовать на эту продукцию: опилки, стружки, рейки, горбыли, дефектные
места в пиломатериалах и деталях.
Деревообрабатывающие производства существуют и проектируются как самостоятельные предприятия (строительных деталей, мебельные, деревянных музыкальных инструментов и др.), как цехи, входящие
в состав машиностроительных предприятий, или как комплекс цехов,
образующих деревообрабатывающий комбинат. Современное развитие
технологии механической обработки древесины и стремление к комплексному и рациональному использованию сырья способствуют созданию деревообрабатывающих комбинатов, включающих ряд различных
производств, и широкому кооперированию деревообрабатывающих
предприятий.
Количество древесины, используемой на основную продукцию,
определяется отношением объема древесины, находящейся в продукции, к объему затраченной древесины; это отношение выражается в
процентах и называется объемным или полезным выходом.
В многолесных районах нашей страны, где значительно увеличиваются заготовки леса, создаются высокомеханизированные лесопромышленные комплексы, состоящие из лесозаготовительных предприятий и
нескольких предприятий по механической и химической переработке
древесины. В таких комплексах размер полезного использования древесины в лесопильном узле может доходить до 90%. Объем переработки
древесины в комплексах достигает большой величины – 2 – 6,5 млн. м3
круглого леса, что требует введения высокой механизации и автоматизации производственных процессов.
8 ПЕРВИЧНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Любая деталь изделия представляет собой тело, ограниченное поверхностями, расположенными определенным образом одна относительно другой.
Размеры, взаимное расположение и форма поверхностей детали
устанавливаются при конструировании исходя из их функциональной
роли в формировании качества изделия.
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Процесс изготовления детали осуществляется выполнением технологических операций путем последовательного удаления с заготовки соответствующих слоев древесины механическим воздействием.
В результате операций механической обработки заготовки образуются
новые поверхности, ориентированные определенным образом относительно друг друга.
Требуемое относительное расположение вновь образуемых поверхностей может достигаться только благодаря определенному положению
заготовки относительно режущего инструмента, формирующего эти поверхности. Процесс определенного ориентирования положения заготовки при формировании новых поверхностей называется базированием.
Базирование заготовок достигается определенным расположением их
на предназначенных для этой цели поверхностях станка.
Процесс базирования связан с лишением свободы перемещения заготовок в пространстве. Как известно, твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы перемещения.
Если при базировании заготовок используют черновые поверхности, в таком случае возможно неточное, называемое черновым, базирование. При использовании чистых поверхностей – точное чистовое
базирование.
Базирование используется не только при механической обработке
заготовок на станках. При формировании сборочных единиц к сборке
изделий также необходимо определенное взаимное расположение деталей относительно друг друга или относительно общих для них поверхностей. Для этой цели используют сборочные базы. Сборочной базой
называют совокупность поверхностей детали, которые определяют положение ее в изделии по отношению к другим деталям. Сборочные базы
используют при формировании изделия. Показана рамка, собранная на
плоских цельных шипах. При сборке такой рамки в брусках, имеющих
плоские шипы, сборочными базами будут боковые поверхности шипов
и заплечики, указанные стрелками.
Эти поверхности будут определять положение брусков в рамке по
отношению к другим брускам. Точность получаемого при сборке изделия зависит от точности обработки сборочных баз деталей. Расстояние
между заплечиками противоположных шипов бруска – это сборочная
база: она оказывает прямое влияние на размер рамки. В то же время точность расстояния между торцовыми гранями шипа не будет влиять на
точность размера рамки.
При контроле размеров детали измерением используют измерительные базы – поверхности, от которых отсчитывают размер. В процессе
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
получения изделия из заготовок используют установочные, сборочные
и измерительные базы, которые обобщают понятием – технологические
базы.
При конструировании изделий, разработке чертежей на детали и
указании их размеров используют конструктивные базы. Под конструктивными базами понимают совокупность поверхностей, линий и точек,
по отношению к которым определяют положение рассматриваемой на
чертеже детали поверхности, линии или точки.
В качестве конструктивных баз могут использоваться оси и плоскости симметрии и воображаемые линии и оси. В качестве технологических баз могут быть только реальные поверхности, линии и точки
на этих поверхностях. Конструктивные и технологические базы могут
совпадать и не совпадать. При перемене базы погрешности обработки
возрастают.
Необходимо исключать возможности неорганизованной смены
баз. При необходимости замены баз в процессе выполнения технологических операций следует установить связь между поверхностями
прежней и новой базы, а также формируемой при обработке новой поверхности.
Для этого необходимо рассчитать номинальные значения размеров,
связывающих все указанные поверхности, величины полей допусков и
координаты их середин, установить предельные отклонения по каждому
виду связи между поверхностями на основе положений расчета размерных цепей. Все расчеты необходимо вести в координатных плоскостях,
в которых предусматривается смена баз.
Чтобы исключить отклонения в процессе обработки за границы
установленных допусков, необходимо при перемене базы уточнить допуски в сторону увеличения точности.
Установочные базы по возможности надо выбирать совпадающими
со сборочными базами. Базировать заготовку на станке нужно так, чтобы размеры ее от базовых поверхностей до формируемых поверхностей
обработки являлись основными размерами детали, определяющими ее
положение в изделии.
Технологический процесс обработки заготовок должен предусматривать проверку чистовых баз после длительных выдержек и операций, которые могут вызвать изменения в размерах и форме базовых поверхностей. При склеивании, увлажнении и последующих выдержках
может произойти коробление ранее обработанных чистых базовых поверхностей. В таком случае потребуется дополнительная обработка для
выравнивания этих поверхностей.
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Практика показывает, что хранение обработанных заготовок в условиях цеха в течение более 8 ч приводит к заметному изменению формы
их базовых поверхностей из-за коробления.
8.1 Обработка черновых заготовок
Черновые заготовки, получаемые после раскроя досок, имеют значительные погрешности формы и размеров. Эти погрешности обусловлены тем, что при раскрое доски базируются по поверхностям, имеющим значительные отступления от правильной формы из-за сбега, коробления и др. Погрешности формы заготовок усиливаются процессом
неравномерной усушки. Необходимая для обеспечения взаимозаменяемости точность брусковых деталей достигается устранением погрешностей механической обработкой заготовок. В обеспечении точности
при механической обработке заготовок важно их надежное базирование
относительно режущего инструмента. Надежное базирование заготовок
обеспечивается использованием чистовых баз. Необходимое количество
чистовых баз у заготовок для получения из них деталей требуемой точности по размерам и форме зависит от размеров их формы и методов
механической обработки.
При первичной обработке криволинейных поверхностей они формируются как часть цилиндрической поверхности определенного радиуса кривизны.
Первичная обработка черновых заготовок обычно осуществляется
фрезерованием. Фрезерование черновых заготовок может производиться
по трем схемам, различающимся по принципам резания на цилиндрическое и торцовое и по базированию заготовок относительно поверхности,
образуемой резанием, – базирование с ограничением получаемого размера обрабатываемой заготовки и базирование без ограничения получаемого размера. Показаны эти варианты первичной обработки черновых
заготовок фрезерованием. Первый и второй варианты применяются при
первичной обработке брусковых заготовок, а третий – для щитовых.
Торцовое фрезерование брусковых заготовок имеет ограниченное
применение из-за того, что при торцовом фрезеровании происходит резание поперек волокон, которое не может обеспечить требуемого качества поверхности.
Фрезерование по первой схеме осуществляют на фуговальных
станках. Такую технологическую операцию называют фугованием заготовок. Фрезерование заготовок по второму варианту производится на
рейсмусовых станках и называется обработкой в размер, фрезерование
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
заготовок по третьему варианту осуществляют на торцово-фрезерных
станках и называют калиброванием торцовым фрезерованием.
При фрезеровании черновых заготовок методом фугования происходит изменение базирования с черновой базы по передней части стола в начале прохода на чистовую по задней плите стола до завершения прохода.
Показана схема прохода при фуговании черновой заготовки.
У станков для фугования криволинейных поверхностей обе части
стола имеют соответствующую форму цилиндрической поверхности
одного радиуса, но могут устанавливаться по отношению к образующей
ножевого вала на различном уровне, так же как и прямые плоскости.
Кроме горизонтального стола, на фуговальном станке имеется вертикальный стол – направляющая линейка, которая может устанавливаться
под углом к передней части горизонтального слоя.
Благодаря направляющей линейке обеспечивается определенное базирование заготовки, необходимое для направления ее перемещения по
столу относительно оси ножевого вала. При фуговании заготовку укладывают поверхностью, подлежащей фугованию, на переднюю плиту горизонтального стола.
При перемещении заготовки по столу станка необходимо обеспечить ее устойчивость – постоянство базирования. Покоробленные заготовки будут более устойчивы на прямой плоскости стола, если они
обращены к ней вогнутой стороной, а не выпуклой. В таком случае три
точки опоры, образующие опорную базу заготовки на плоской поверхности стола, будут удалены друг от друга на значительное расстояние,
что обеспечивает устойчивость заготовки на столе.
При ручной подаче правильность положения заготовки на передней
плите проверяется покачиванием. Если концы заготовки на столе легко покачиваются, ее следует перевернуть и фуговать вогнутую сторону.
Сохраняя устойчивое положение, заготовку перемещают по передней
плите к ножевому валу. Когда часть заготовки будет отфрезерована и перейдет на заднюю часть стола, необходимо преднамеренно изменить ее
базирование: с чернового базирования необработанной поверхностью
на чистовое базирование по отфрезерованной части. Для получения более качественной поверхности при цилиндрическом фрезеровании иногда при фуговании заготовку перемещают под небольшим углом к оси
ножевого вала.
Наибольшая толщина снимаемого слоя при фуговании на станках
общего назначения до 6 мм.
Оптимальная толщина снимаемого слоя 1,5 – 2,5 мм. Увеличение
толщины снимаемого слоя при фуговании свыше 3 мм ухудшает усло179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вие стружкообразования, приводит к сколам древесины, требует значительных усилий подачи, обусловливает вибрацию заготовки. Эти
факторы оказывают отрицательное влияние на качество обработки.
Частота вращения ножевого вала у фуговальных станков 5100 мин–1,
скорость подачи от 6 до 24 м/мин. Чтобы обработать всю базируемую
поверхность черновой заготовки при фуговании, необходимо произвести несколько проходов. С помощью направляющей линейки на
одностороннем фуговальном станке можно произвести выравнивание
двух смежных поверхностей заготовки под определенным углом друг
к другу.
Требуемый угол относительного расположения смежных сторон заготовки обеспечивается путем установки линейки относительно плоскости стола ее поворотом в шарнирах. Фугование двух смежных сторон
с обеспечением определенного угла между ними называют фугованием
в угол. Процесс фугования в угол осуществляется последовательным
фугованием одной плоскости заготовки до получения чистовой базовой
поверхности в один-два прохода, затем базированием заготовки этой поверхностью по направляющей линейке фугуют смежную плоскость заготовки до полного ее выравнивания.
Так можно обработать и третью смежную сторону. Основными показателями качества исполнения технологической операции фугования
являются отклонения от прямолинейности и плоскостности обработанных поверхностей и точность углов. Прямолинейность и плоскостность
практически оценивается стрелой прогиба на единице длины заготовки
в мм/м.
Допуск плоскостности и прямолинейности сопрягаемых поверхностей деталей длиной 1000 – 1600 мм должен соответствовать 10 – 12-й
степени точности по ГОСТу 6449.3 – 82, для несопрягаемых – 13 – 15-й
степени точности.
Точность исполнения по расположению поверхностей при фуговании оценивается допуском углов по 11 – 12-й степени точности по
ГОСТу 6449.2 – 82. Достижимый допуск при фуговании на станках общего назначения равен 0,2 мм.
Прямолинейность полученных поверхностей проверяется линейкой
или визуально путем совмещения двух, последовательно отфугованных
заготовок с просмотром мест их контакта на свет. При качественном
исполнении фугования между совмещенными фугованными поверхностями не должен быть виден просвет. В производстве изделий из древесины используются фуговальные станки с ручной и механизированной
подачей.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При механической подаче такое регулирование режима резания невозможно. Этим усложняется техническое решение механизации подачи при фуговании, обеспечивающем высокую точность по плоскости
получаемой поверхности. При механизированной подаче заготовок на
фуговальном станке необходимо исключить возможную продольную
деформацию заготовки в момент перехода ее базирования и подачи,
обеспечивая при этом ее устойчивость и необходимое перемещение по
столу фуговального станка. Для механизации подачи при фуговании с
учетом этих требований используются устройства.
В производстве некоторых изделий создаются большие объемы работ по фугованию только кромок у заготовок значительной длины. В таких случаях применяют станки с механизмами в виде вальцовых или
гусеничных подач, но с вертикальным расположением базирования.
При фуговании только кромок заготовок или обработке их по профилю паза и гребня используют специальные станки.
На кромкофуговальном станке возможна обработка двух кромок
различного профиля с использованием противоположных направлений
одного механизма подачи. На одной стороне станка фрезеруется паз, на
другой – гребень. Так изготавливают доски для настила пола или заготовки для склеивания дощатых щитов.
Для одновременной выверки пласти и кромки заготовок используют двухсторонние фуговальные станки с механизированной подачей.
Такие станки имеют кроме горизонтального ножевого вала вертикальный шпиндель, установленный со стороны направляющей линейки на
задней плите стола. При этом направляющая линейка составляется из
двух частей, как и горизонтальный стол фуговального станка. Части
направляющей линейки устанавливаются относительно друг друга и
ножей вертикального шпинделя аналогично плитам горизонтального
стола.
Аналогичный эффект можно получить, используя фрезерующие
агрегатные головки, располагая их соответствующим образом относительно друг друга и относительно базирующих поверхностей станка.
При обработке заготовок на фуговальном станке не представляется
возможным обеспечить параллельность сторон и нужный размер сечения заготовок.
Толщина заготовки и снимаемый слой при фуговании независимы
друг от друга. Обработать заготовку в размер, обеспечивая параллельность противоположных ее сторон, можно на рейсмусовых и двухсторонних продольно-фрезерных станках. Принцип работы таких станков
понятен из схем А, Б, В.
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рейсмусовые станки (рис. 34, 35) могут быть односторонние и двухсторонние. Моделей на современном рынке представлено достаточно
много.
Для обработки щитов обычно используют рейсмусовые станки тяжелого типа.
Эффективность использования рейсмусового станка зависит от возможности его загрузки. При обработке брусков необходимо применять
рейсмусовые станки с секционными рифлеными подающими валиками,
которые одновременно могут подавать по всей ширине стола заготовки,
различающиеся по размерам сечения.
При обработке щитов можно использовать и цельные подающие
рифленые валики, которые по конструкции проще.
Качество работы, выполняемой на рейсмусовом станке, зависит от
правильности его наладки. Прижим подающих валиков и прижимных
колодок должен быть достаточным, но не слишком большим, способным вызвать смятие и перекос сечения заготовок.
Важным моментом в нормальной работе рейсмусового станка является величина выступа нижних валиков над столом и положение заднего
подающего валика.
Рис. 34 – Станок рейсмусовый односторонний мод. «СР4 – 20М-01»
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В продольно-фрезерных станках, применяемых для обработки
черновых заготовок, могут использоваться три типа ножевых валов, отличающихся формой режущей кромки. Наиболее распространенными
и простыми являются ножевые валы с прямыми режущими кромками.
При фрезеровании таким ножевым валом нож вступает в резание сразу
по всей ширине заготовки.
Это приводит к появлению значительных мгновенных сил резания,
обусловливающих вынужденные колебания и вибрацию всей технологической системы.
Расчленением длины ножа на короткие участки – секции и смещением их режущих кромок путем поворота относительно друг друга на
некоторый угол получают ступенчатый вал. При таком расчленении лезвия ножа сила резания по всей ширине заготовки распределяется на части тех секций, которые участвуют в резании.
При узких секциях величина мгновенной силы резания снижается
в несколько раз. При этом снижается необходимая мощность привода
резания и подачи.
Для удобства заточки ступенчатые ножевые валы формируются набором отдельных секций на общий вал со смещением их по окружности
на угол α. Для перекрытия мест стыковки секции ножи в них должны
быть длиннее самой секции на 5 – 8 мм.
Рис. 35 – Продольно-фрезерные станки с ЧПУ SKM1220
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При заточке ножей в секциях ступенчатого ножевого вала необходимо обеспечить высокую точность положения режущих кромок по общей
для них окружности резания. Если представить возможность увеличивать число секций до бесконечности, то получим ножевой вал со спиральной режущей кромкой.
При этом изменяются условия стружкообразования и резания.
В плоскости резания появляется усилие, направленное под углом к
волокнам и направлению подачи. Резание становится непрерывным с
минимальными усилиями и требует значительно меньшей мощности.
Вибрация и шум снижаются в 2 – 3 раза.
Ножевые валы со спиральной режущей кромкой сложны в изготовлении и обслуживании. Ножи для таких видов изготавливают толщиной 1 мм со сложной формой режущей кромки. Такой серповидный нож
укладывается в спиральный паз тела ножевого вала и при закреплении
деформируется и образует режущей кромкой спираль по поверхности
резания. Заточка и установка ножей при этом требует большой точности. Применение спиральных и ступенчатых ножей при продольном
фрезеровании широких деталей является перспективным. Необходимо
еще решить ряд технических вопросов изготовления ножей, их заточки,
установки и повышения стойкости к износу.
При работе на рейсмусовом станке необходимо соблюдать следующие правила:
– приступать к работе на станке можно только убедившись в надежном и правильном креплении ножей и правильном регулировании подающих и холостых валиков и прижимных колодок;
– перед пуском станка ножевой вал должен быть обязательно закрыт
кожухом;
– предохранительные упоры, препятствующие обратному выбросу
заготовок из станка, должны быть опущены вниз;
– подавать материал в станок следует по возможности торец в торец;
в станках с цельным подающим валиком одновременно следует подавать не более двух заготовок, располагая их по краям стола.
На рейсмусовом станке нельзя обрабатывать заготовки, длина которых меньше расстояния между передним и задним подающими валиками. Для коротких деталей лучше иметь заготовки кратными по длине.
Толщина снимаемого за один проход слоя для чистой обработки должна
находиться в пределах 1,5 – 5 мм.
После обработки заготовок на рейсмусовых станках наиболее часто
наблюдаются следующие дефекты:
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) поперечные канавки на поверхности заготовки (на расстоянии
около 150 мм от ее концов). Причина дефекта – чрезмерно сильные
прижимы задней колодки и заднего подающего валика, вызывающие
остановку подачи заготовки в момент подхода ее к задней колодке и в
момент выхода заготовки из-под рифленого валика. Для устранения дефекта надо ослабить прижимы.
Срез концов заготовки вызывается слишком большим подъемом
нижних валиков над столом; величина выступа валиков должна составлять, около 0,2 мм.
Станок выполнен по классической схеме, но имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с оборудованием аналогичного типа
(рис. 36). Предназначен для плоскостного строгания досок, брусков,
щитов в заданный размер по толщине.
Неодинаковая толщина по ширине обработанной заготовки вызывается перекосом стола или неправильной установкой ножей в ножевом
валу (неодинаковой величиной выступа ножей по длине вала);
Рис. 36 – Станок рейсмусовый мод. «СР6-10К»
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) поперечные риски-вмятины на обработанной поверхности из-за
чрезмерного прижима рифленого валика при небольшой толщине снимаемого слоя;
3) отдельные вмятины на поверхности. Они появляются при плохо
работающей эксгаустерной системе или при работе без нее в результате
того, что стружки попадают на поверхность и вдавливаются в нее задним подающим валиком.
Режим резания на рейсмусовом станке необходимо выбирать с учетом
заданной шероховатости поверхности и числа оборотов ножевого вала.
Обслуживают рейсмусовый станок, как правило, двое рабочих –
станочник и подсобный. Производительность станка зависит от заполнения ширины стола или одновременно обрабатываемых заготовок.
Расчетное число одновременно обрабатываемых заготовок на рейсмусовых станках с цельным подающим валиком принимают для брусков с
учётом разрыва в подаче в пределах 1,8 – 2, для щитов – 1.
На основе агрегатирования и принципа двухсторонних рейсмусовых станков созданы четырехсторонние продольно-фрезерные станки.
Режимы обработки черновых заготовок
цилиндрическим фрезерованием
Качество исполнения первичной обработки черновых заготовок
оценивается точностью формы и размера получаемых чистовых заготовок и шероховатостью их поверхностей. Получаемые после первичной
обработки чистовые заготовки должны отвечать требованиям взаимозаменяемости. Требуемые характеристики точности размеров и формы
обеспечиваются соответствующим выбором технологических схем и
применяемого оборудования.
Шероховатость поверхности предопределяется технологическими
режимами, которые при цилиндрическом фрезеровании включают следующие основные параметры: диаметр окружности резания, скорость
резания, толщину снимаемого слоя и скорость подачи.
Состояние режущих кромок, их затупление является ограничительным фактором нормального протекания процесса цилиндрического
фрезерования. Коробление заготовок после обработки их цилиндрическим фрезерованием может происходить из-за перераспределения внутренних напряжений после снятия с их поверхности слоев.
Примерно около 30% заготовок по этой причине имеют после обработки на четырехсторонних станках покоробленность свыше 1,6 мм/м.
Для устранения этого явления необходимо следить, чтобы черновые
заготовки, поступающие на обработку, имели эксплуатационную влажность без внутренних напряжений от сушки. В помещении, где произ186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водится обработка заготовок и их хранение, необходимо поддерживать
температуру и относительную влажность воздуха в пределах, соответствующих условиям эксплуатации изделий.
Изменения формы и размеров обработанных заготовок из-за возможного увлажнения или усушки, суммируемые с погрешностью их
обработки, не должны превышать допустимые предельные отклонения,
установленные условиями взаимозаменяемости. При цилиндрическом
фрезеровании на формируемой поверхности образуются кинематические неровности в форме волнистости.
Приемы операций торцевания могут быть различными в зависимости от устройства каретки. Более производительна работа с откидным
или утапливаемым упором. При этом первый конец заготовок торцуют
с откинутым упором, базируя заготовки по столу и линейке, второй конец – по упору. Возможно использование неподвижного упора, размер
которого в 2 раза уже ширины закладки торцуемых заготовок.
В таком случае торцевать необходимо за один проход не менее двух
заготовок. Упор на каретке станка при этом должен быть уже ширины
одной заготовки. Торцуемую в размер заготовку прижимают к линейке
и упору, а вторую заготовку укладывают на каретке впереди первой для
торцевания ее первого конца.
После реза оторцованную в размер заготовку снимают с каретки и
укладывают в штабель. Вторую заготовку поворачивают и укладывают
на место первой, а на ее место кладут новую и т. д. В таком же порядке
торцуют узкие заготовки, укладывая вместо одной несколько штук.
При торцевании широких заготовок для получения более точных резов и параллельности торцов необходимо следить, чтобы базирование
заготовки по прижимной линейке при обоих резах было бы по одной и
той же кромке. Это положение необходимо соблюдать также при торцевании щитов и досок. Для торцевания заготовок под заданным углом к
оси линейку на каретке устанавливают под соответствующим углом к
диску пилы.
Изменение угла торцевания может быть в двух плоскостях – в горизонтальной по линейке, в вертикальной – путем наклона каретки.
В случае торцевания заготовок кратной длины на одинарные короткие
заготовки используют дополнительную линейку 3, устанавливаемую на
каретке или столе станка неподвижно.
После первого реза заготовку продвигают до упора оторцованным
концом в дополнительную линейку и производят рез. Снимают полученную деталь, возвращая каретку в исходное положение. Затем заготовку снова продвигают до упора, производят второй рез и т. д.
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Однопильные торцовочные станки с кареткой просты, но и малопроизводительны. Машинное время при работе на них составляет всего
10 – 20% прямых затрат. Остальное время тратится на укладку заготовок, закрепление, поворот, холостой ход каретки, снятие деталей и т. д.
Организация процесса механической обработки черновых заготовок в зависимости от условий производства и размеров заготовок
организация рабочих мест может изменяться. При разработке схемы
организации рабочих мест необходимо располагать все элементы так,
чтобы рабочему было удобно работать с минимальными затратами сил
и времени. Более совершенна поточная организация процесса обработки черновых заготовок на поточных полуавтоматических и автоматических линиях.
Такие линии могут быть составлены из специальных, связанных
между собой звеньев, агрегатных станков или из станков общего назначения, связанных транспортными устройствами, обеспечивающими
между станками технологическую связь.
8.2 Гнутье
Криволинейные детали из цельной древесины можно изготовлять
двумя принципиально различными способами: выпиливанием криволинейных заготовок и приданием прямолинейному бруску изогнутой
формы путем загибания его на шаблоне. Оба способа применяются на
практике и имеют свои преимущества и недостатки.
Выпиливание криволинейных заготовок отличается простотой технологии и не требует специального оборудования. Однако при выпиливании неизбежно перерезают волокна древесины, и это настолько
ослабляет прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура приходится составлять из нескольких элементов склеиванием. На
криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые
поверхности срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на
фрезерных станках и отделки. Кроме того, при раскрое получается большое количество отходов.
Изготовление криволинейных деталей методом гнутья требует по
сравнению с выпиливанием более сложного технологического процесса и оборудования. Однако при гнутье полностью сохраняется, в некоторых случаях даже повышается прочность деталей; на их гранях не
создаются торцовые поверхности, а режимы последующей обработки
гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейных
деталей.
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретические основы гнутья
Сущность явлений, происходящих при гнутье древесины, в основном сводится к следующему.
Из курса сопротивления материалов известно, что при изгибе любого тела в пределах упругих деформаций возникают нормальные к поперечному сечению напряжения: растягивающие на выпуклой и сжимающие на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором равны нулю.
Поскольку величина нормальных напряжений изменяется по сечению,
возникают скалывающие напряжения, стремящиеся как бы сдвинуть
одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен,
изгиб неизбежно сопровождается растяжением на выпуклой и сжатием
на вогнутой стороне детали.
Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит
от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске
прямо пропорциональны напряжениям, а нейтральный слой находится
в середине бруска.
Как показали исследования, в процессе гнутья деформации растяжения и сжатия протекают одновременно, но не по всему сечению бруска,
а только на участке непосредственного набегания бруска на шаблон, в
зоне линии, соединяющей ось шаблона с осью прессующего ролика.
Этот процесс сопровождается сдвигом слоев древесины вдоль волокон,
как показано линиями, нанесенными на боковую сторону бруска перед
гнутьем.
Бездефектный изгиб бруска возможен только до предела, пока величина относительного удлинения растянутых или относительного сжатия
сжимаемых слоев не превысит предельных значений для данного материала.
Выведенное выше отношение действительно для материалов, у которых сопротивления растяжению и сжатию равны. Если сопротивление материала сжатию будет больше, чем растяжению, то нейтральная
линия при изгибе будет смещаться к вогнутой стороне.
При большем сопротивлении материала растяжению нейтральная
линия будет смещаться к выпуклой стороне, что наблюдается у древесины. При свободном изгибе древесина разрушается от разрыва наружных, растянутых слоев.
Объясняется это тем, что допустимая величина деформации растяжения у древесины очень мала, всего 1 – 2%, в то время как предел деформации сжатия составляет 15 – 25%.
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Возможности гнутья могут быть значительно увеличены, если использовать способность пропаренной древесины полностью воспринимать значительные деформации сжатия.
Это достигается применением тонкой стальной ленты (шины), накладываемой на наружную сторону бруска до изгиба. Шина снабжена
упорами, в которые упираются торцы изгибаемого бруска. Так как сопротивление стальной шины растяжению значительно больше, чем сопротивление древесины, то при изгибе бруска она будет препятствовать
растяжению наружных слоев и изгиб произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне бруска.
Таким путем искусственно вызывают смещение нейтрального слоя
к наружной стороне изгибаемого бруска и увеличивают в бруске деформации сжатия. Для предупреждения откалывания и разрывов волокон
на выпуклой стороне бруска в начальной стадии изгиба шине дают натяжение, сжимая брусок ее упорами, расположенными на концах шины.
Величина начального натяжения шины не должна быть большой,
так как чрезмерные деформации сжатия могут вызывать брак гнутья в
виде складок на вогнутой стороне.
Наилучшие результаты гнутья могут быть достигнуты при полном
использовании способности древесины принимать деформации сжатия
и растяжения. Это обеспечивается применением гнутарного станка с
подвижным упором шины.
Напряжения сдвига достигают значительной величины и могут вызывать скалывание вдоль волокон. Требуется тщательная гидротермическая обработка брусков перед гнутьем. Поэтому гнутье не доводят до
самого конца бруска во избежание скола у торца.
Необходимым условием гнутья хвойных и мягких лиственных пород таким способом является применение шины с подвижным упором.
Насечка на шаблоне должна иметь наклон в сторону заднего упора,
чтобы предотвращать перемещение внутренних слоев бруска по шаблону и образование складок из-за напряжений сдвига. Такой способ
гнутья позволяет изгибать не только бездефектную древесину, но и
древесину с крупными сучками, расположенными на наружной стороне бруска.
Технология гнутья
Технологический процесс гнутья древесины состоит из гидродинамической обработки, гнутья и сушки изогнутых деталей для стабилизации приданной формы. В общем технологическом процессе изготовления изделий место гнутья непостоянно. Чаще всего оно следует непосредственно за раскроем.
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технологический процесс происходит так: раскрой на заготовки, гидротермическая обработка заготовок, гнутье, сушка и механическая обработка гнутых заготовок. В некоторых случаях гнутью подвергают уже
частично обработанные детали. Например, задние ножки гнутого стула
изгибают обычно после обработки на круглопалочных копировальных
станках, а после гнутья только шлифуют.
Заготовка материала для гнутья. Раскрой пиломатериалов на заготовки для гнутья возможен различными способами. В некоторых случаях заготовку для гнутья получают путем раскалывания коротких отрезков кряжей (чураков).
Получаемая при этом колотая заготовка, как правило, не имеет перерезанных волокон, поэтому при изгибании дает наименьший процент
брака.
Недостаток такого способа – низкий выход заготовок из кряжа (приблизительно на 20 – 25% ниже, чем при выпиливании) и большая трудоемкость этой операции, которую выполняют вручную.
Б
А
4
1
1
2
5
h
r
2
4
3
3
Рис. 37 – А – Принципиальная схема гнутья древесины:
1 – шаблон; 2 – заготовка; 3 – шина; 4 – неподвижный торцевой упор; 5 – подвижный
торцевой упор.
Б – Схема гнутья древесины с одновременным прессованием:
1 – шаблон; 2 – заготовка; 3 – шина; 4 – прессующий ролик
На индустриальных предприятиях в большинстве случаев пользуются обычными методами выкраивания заготовок из досок на круглопильных станках.
К качеству древесины заготовок для гнутья предъявляют повышенные требования: рационально раскраивать древесину по предварительной разметке, не допускать в заготовках дефектов, вызываю191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щих брак гнутья. Заготовки необходимо вырезать только из здоровой
древесины. Отклонение направления волокон от оси бруска (косослой) не должно превышать 5 – 10°. При раскрое следует добиваться,
чтобы продольные резы шли по возможности вдоль волокон обреза
доски.
При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки, в том числе и здоровые, вполне сросшиеся с древесиной.
При гнутье с одновременным прессованием сучки допускаются в довольно больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок.
Нормы допускаемых пороков указываются в технических условиях
на изделия. Выкраивать заготовку следует с учетом припусков на последующую обработку. Для гнутья с одновременным прессованием, кроме
припуска на механическую обработку, должен учитываться припуск на
упрессовку поперек волокон (рис. 37).
Величина упрессовки зависит от породы древесины и в среднем составляет 30 – 35% для сосны и ели, 50% для пихты, 20% для лиственницы, 25% для березы от первоначального размера. Кроме того, следует
давать повышенный припуск по длине заготовки.
Гидротермическая подготовка. Гидротермическая подготовка перед гнутьем необходима для того, чтобы повысить пластичность древесины. Под пластичностью понимают свойство древесины изменять
свою форму без разрушения под влиянием внешних сил и сохранять эту
форму после прекращения действия этих сил.
Пластичность древесины при производственной влажности (6 – 10%)
и комнатной температуре незначительна. В таком состоянии древесина
требует для изгибания больших усилий и не допускает больших деформаций. Деформации получаются в основном упругими, т. е. исчезающими после прекращения действия вызвавших их сил.
Пластичность древесины значительно повышается при нагреве во
влажном состоянии. Это объясняется тем, что часть веществ, входящих
в состав клеток древесины, при нагревании переходит в состояние коллоидного раствора, в результате чего снижается жесткость клеток, а следовательно, и всей массы древесины.
Если влажную древесину высушить в деформированном состоянии,
то находившиеся в растворенном состоянии коллоидные вещества затвердеют и сохранят приданную заготовке форму.
Опыт показывает, что наилучшие результаты получаются при гнутье
древесины влажностью 25 – 30%, т.е. близкой к точке насыщения волокна. Как более низкая, так и более высокая влажность неблагоприятны.
При меньшей влажности древесина менее пластична. Влажность сверх
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25 – 30%, не улучшая условий гнутья, удлиняет сроки сушки изогнутых
деталей и экономически невыгодна.
Излишняя влажность вредна потому, что при изгибе и сжатии древесных клеток находящаяся в них вода может местами разрывать стенки
клеток, делая поверхность ворсистой.
Гидротермическая подготовка перед гнутьем чаще всего заключается в пропаривании или проваривании древесины в горячей воде.
Недостаток проварки в горячей воде состоит в том, что она ведет к неравномерному увлажнению древесины и перенасыщению водой наружных волокон. Получить путем проваривания равномерную влажность и
температуру нагрева всего бруска очень трудно.
Поэтому проварка в горячей воде может быть рекомендована только
в некоторых случаях, если пропаривание технически затруднено, например, при необходимости обработать не всю деталь, а только ее часть
(случай загиба носков у лыжных заготовок и т. д.), или если требуется
значительное повышение начальной влажности сухих заготовок.
Для проварки пользуются деревянными чанами или металлическими ваннами и баками (лучше с лужеными внутренними поверхностями).
Проварочные баки и чаны обычно обогревают паром, пропускаемым по
змеевику, уложенному у дна.
Температуру воды поддерживают в пределе 90 – 95 °С, не доводя ее до
кипения во избежание большого парообразования. Продолжительность
проварки при такой температуре колеблется в зависимости от начальной
влажности, размеров и породы древесины. Так, для буковых заготовок
толщиной 40 мм при начальной влажности 15 – 20% на проварку требуется около 1,5 ч.
Пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара получило
значительно большее применение, чем проварка. Преимущество пропаривания в том, что оно незначительно изменяет влажность древесины,
причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50 – 60% и
выше даже немного подсушивается.
Таким образом, пропаривание позволяет нагревать древесину до
нужной температуры, мало изменяя ее влажность. Путем предварительного подсушивания или увлажнения (вымачивания в воде) и затем
пропаривания можно регулировать влажность древесины и получать ее
всегда близкой к оптимальной для гнутья, т.е. около 25 – 30%.
Для пропаривания чаще всего пользуются насыщенным паром невысокого давления, около 0,02 – 0,05 МПа, что соответствует температуре пара 102 – 105°.
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Применение пара более высоких давлений сокращает сроки пропаривания, но усложняет оборудование и повышает опасность.
Заготовки цельной древесины пропаривают чаще всего в специальных пропарочных котлах, представляющих собой стальные, горизонтально установленные барабаны небольшой емкости. Длина барабана на
несколько сантиметров больше длины пропариваемых деталей. Барабан
по диаметру невелик (0,3 – 0,4 м) и рассчитан на небольшую закладку
брусков, которая может быть переработана за 30 – 40 мин. Увеличение
емкости удлиняет время от момента открытия котла до выемки из него
последних брусков; это ведет к значительному охлаждению брусков и
ухудшает условия гнутья. Выгоднее иметь несколько малых котлов, чем
один большой емкости.
Продолжительность пропаривания заготовок зависит от размеров и
влажности древесины. При влажности заготовок 7 – 10% значительное
влияние оказывает также порода древесины. При влажности, близкой
к точке насыщения волокна, необходимые сроки пропаривания почти
одинаковы для всех пород.
Укладывать бруски в пропарочную камеру рекомендуется с учетом
положения бруска при гнутье, т.е. так, чтобы стороны бруска, примыкающие к шине и шаблону, хорошо охватывались паром; боковые же
поверхности брусков могут примыкать одна к другой.
Бруски перед гнутьем можно нагревать в течение нескольких минут
при помощи электрического тока высокой частоты. Физическая сущность такого нагрева описана ниже.
Для повышения пластичности древесину можно пропитывать
растворами аммиака, дубильных веществ, фенолов и альдегидами.
Растворы алюминиевых и железных квасцов, хлористого магния и другие также повышают ее гигроскопичность.
Полученные таким образом криволинейные детали при температуре 60 – 70 °С размягчаются и теряют свою форму. Для устранения этого
недостатка древесину перед гнутьем пропитывают в смеси растворов
мочевины, формалина, едкого натра и буры. При гнутье пропитанную
древесину нагревают также до 100 °С. При этом компоненты раствора в
стенках клеток древесины образуют мочевиноформальдегидную смолу,
которая в период нагрева и гнутья отверждается окончательно, фиксируя приданную заготовке форму.
Недостатком такой подготовки древесины к гнутью является длительность пропитки (3 ч на 1 мм толщины) и необходимость последующей сушки перед гнутьем в мягком режиме, исключающем отверждение
образующейся в клетках мочевиноформальдегидной смолы.
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фанеру в случае гнутья на малые радиусы кривизны также можно
гидротермически обрабатывать. Фанеру, полученную при склеивании
водоупорными клеями, можно проваривать. Фанеру, полученную при
склеиваниии белковыми клеями, можно только пропаривать, причем
только наружную сторону, подвергающуюся растяжению. Если изгибают только часть заготовки, при выгибании углов, пропаривать следует
только ту часть, в которой будет сделан загиб. Для этого пользуются
устройством из двух гладких паровых труб, между которыми зажимается заготовка фанеры. Одна из труб имеет ряд очень мелких отверстий
для выхода пара на стороне, обращенной к фанере.
Таким путем заложенная между трубами фанера прогревается и
одновременно с одной стороны увлажняется. Необходимое время такой
обработки перед гнутьем составляет от 5 до 10 мин.
Способы и оборудование для гнутья древесных материалов разнообразны. Однако во всех случаях необходим шаблон, вокруг которого
изгибается заготовка и профиль которого определяет форму ее изгиба.
Только при использовании точного шаблона можно получить гнутые детали заданной формы.
Применяемые для гнутья массивных брусков гнутарные станки
можно разделить на два типа: станки для гнутья на неполную окружность и станки для гнутья на полную окружность.
В станках первого типа бруски с наложенной на наружную сторону
стальной шиной изгибают вокруг неподвижного шаблона приложенными усилиями к обоим концам бруска или к одному из концов при неподвижно закрепленном другом конце. Станки такого типа встречаются со
съемными и с неподвижно укрепленными обогреваемыми шаблонами.
В первом случае после огибания бруска шиной вокруг шаблона концы
шины закрепляют на шаблоне при помощи скобы.
Шаблон с закрепленным на нем бруском снимают со станка и отправляют в сушильную камеру. Во втором случае брусок также закрепляют на горячем шаблоне при помощи шины и оставляют на нем
для подсушивания до закрепления приданной ему формы. В отличие
от станков со съемными шаблонами такие станки получили название
гнутарно-сушильных.
Гнутарно-сушильные станки могут быть двустороннего и одностороннего обогрева. При двустороннем обогреве они имеют вид пресса
с обогреваемыми профильными плитами, между которыми зажимают
бруски. Станки с односторонним обогревом имеют пустотелый шаблон,
обогреваемый паром. Изогнутую и закрепленную на шаблоне заготовку
подсушивают на нем.
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Недостаток гнутарно-сушильных станков – неравномерность сушки
и выдерживание в них заготовок в течение нескольких часов для высушивания до состояния, при котором фиксируется соответствующая
форма заготовок. Это резко снижает производительность станков. Для
увеличения производительности гнутарно-сушильных станков целесообразно заготовку перед гнутьем предварительно подсушивать до 20%,
высушивать в станке до 12 – 15%, а окончательно досушивать освобожденные из станка заготовки в сушильных камерах.
В станках для гнутья на замкнутый контур бруски изгибают вокруг съемного шаблона. В механизированных станках шаблоны вращающиеся.
Во всех случаях гнутья, независимо от используемого для этой цели
оборудования, необходимо, чтобы вынутые из пропарочного котла или
варочного бака бруски подвергались гнутью немедленно. Задержка в
гнутье недопустима, потому что остывают в первую очередь наружные
слои древесины, которые испытывают наибольшие напряжения.
При гнутье желательно, чтобы в брусках твердых лиственных пород
(дуба, ясеня, граба, ильма) расположение годичных слоев совпадало с
плоскостью изгиба, т. е. тангентальный распил приходился на боковые
стороны бруска или отклонялся лишь на 45 – 50°.
Расположение годичных слоев перпендикулярно плоскости изгиба
может вызвать появление складок на вогнутой стороне. Заготовки из лиственных рассеянно-сосудистых пород (бука, березы), а также из хвойной древесины, изгибаемые с одновременным прессованием, желательно располагать при гнутье так, чтобы годичные слои были перпендикулярны плоскости изгиба. Желательное расположение годичных слоев
для условий гнутья не всегда может быть соблюдено по техническим
условиям. Например, у лыж скользящая поверхность должна быть поверхностью радиального распила, иначе износ этой поверхности будет
неравномерным.
При гнутье с одновременным прессованием положение деталей следует выбирать таким, чтобы пороки древесины располагались по возможности в растянутой и нейтральной части деталей. Наоборот, при
гнутье без прессования, и особенно при гнутье без шины, растягиваемая поверхность должна быть наиболее чистой, потому что малейшие
дефекты на ней могут стать причиной разрывов и отщепов волокон.
Гнутье фанеры часто осуществляют в шаблонах, состоящих из двух
частей, т. е. из матрицы и пуансона, между которыми закладывают и выгибают фанеру. Для вдавливания пуансоном фанеры в матрицу можно
пользоваться винтами, пневматическими и гидравлическими прессами.
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если гнутью подлежат большие листы фанеры, то для облегчения веса
матрицу и пуансон делают легкой каркасной конструкции, но достаточно жесткой, чтобы она не деформировалась в процессе гнутья.
При расположении волокон в наружном слое перпендикулярно оси
шаблона (гнутье вдоль волокон) возможные радиусы загиба фанеры,
склеенной белковыми клеями, почти не отличаются от минимальных
радиусов загиба цельной древесины. При расположении волокон параллельно к оси шаблона фанера обладает меньшим сопротивлением и допускает изгиб до радиусов примерно в 2 раза меньше, чем при гнутье
вдоль волокон.
Однако жесткость получаемой таким образом детали меньше, а
на наружной стороне ее часто появляются мелкие долевые трещины,
особенно если наружный слой состоит из шпона, имеющего скрытые
трещины от недостаточного обжима при лущении. Появление таких
трещин делает практически невозможной хорошую отделку, так как в
период эксплуатации изделия сужаются или расширяются даже при незначительных изменениях влажности и вызывают растрескивание лежащего на них лакокрасочного покрытия. Поэтому предпочтительнее
изгибать фанеру вдоль волокон или под некоторым углом к ним.
Гнутье тонкой фанеры (толщиной 1 – 4 мм) возможно до малых радиусов кривизны. Изгибание на малые радиусы толстой фанеры и плит
(выше 5 мм) требует специальных приемов. Чаще всего делают ряд пропилов на внутренней стороне заготовки, если это допускается конструкцией изделия.
Изогнутые заготовки (вместе с шаблонами и охватывающими их
шинами) сушат в сушильных камерах. Конечная влажность гнутоклееных заготовок соответствует производственной влажности, принятой на
данном предприятии. Применяемые режимы сушки мало отличаются от
режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород, а конструкции и
системы сушильных камер подобны тем, какие применяют для сушки
пиломатериалов.
Высушенные до влажности обычно ниже 12%, стабилизирующей
форму, заготовки поступают в остывочное отделение, где их охлаждают
в течение нескольких часов, затем освобождают от шин и шаблонов и
направляют в механическую обработку.
Обработка гнутых заготовок, т. е. придание им окончательных размеров и требуемых поверхностей, принципиально не отличается от обработки прямолинейных заготовок.
Базирующим приспособлениям, а иногда и столам станков, на которых обрабатывают гнутые заготовки, придают форму, соответствую197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щую форме обрабатываемых заготовок. Последовательность обработки
гнутых заготовок на станках аналогична обработке заготовок из пиломатериалов.
Рабочие места в гнутарном цехе включают гнутарный станок или
приспособление для гнутья, устройства для гидротермической обработки заготовок, запас необработанных и обработанных заготовок, шин и
шаблонов.
Схема организации рабочих мест зависит от вида и размера изгибаемых заготовок и оборудования. Однако во всех случаях рабочие места
должны быть организованы так, чтобы пропаренные заготовки можно
было подавать на гнутарный станок сразу после выемки их из пропарочного котла, не перенося на большие расстояния и не разворачивая.
Пропарочные котлы должны иметь манометры, указывающие давление
пара. В цехе должны быть стенные часы, хорошо видные с каждого рабочего места (Щелгунов Ю.В., 2000)
Материалы и приспособления (шины, шаблоны) должны быть уложены в штабеля или на стеллажи и вагонетки и расположены в удобном
для рабочего месте. Обслуживают гнутарный станок обычно двое рабочих – основной и подсобный.
Гнутье деталей требует соблюдения следующих мер по технике
безопасности: пропарочные котлы должны иметь надежные герметически закрывающиеся крышки; на манометрах должна быть красная черта, указывающая предельное рабочее давление, выше которого в котле
нельзя поднимать давление пара; перед открыванием крышки пропарочного котла необходимо перекрывать входной паровой вентиль; лучше,
если они сблокированы; доставать детали из котла разрешается только крючьями; руки рабочих должны быть защищены рукавицами; для
гнутья следует пользоваться только исправными шаблонами, шинами и
другими приспособлениями; при гнутье на открытых шаблонах нельзя
наклоняться над изгибаемой заготовкой.
В остальном на рабочем месте гнутья должны соблюдаться общие
правила техники безопасности при работе на деревообрабатывающих
станках и устройствах повышенных температур и давлений.
8.3 Прессование древесины
В 30 – 40 гг. ХХ в. прессованием древесины занимались чуть ли не
все научные учреждения, связанные с деревообработкой и машиностроением. Это легко объяснимо: индустриализация требовала новых материалов, а их тогда остро не хватало.
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В результате этих работ остался большой научный и практический
задел. Однако отечественная мебельная промышленность его практически не востребовала. Причиной этого были присущие советской промышленности простые архитектурные формы изделий массового производства.
Технология объемного формования древесины сравнительно проста. На первом этапе фрезеруется заготовка, несколько большая по размеру, чем заданная деталь, а на втором она обжимается в металлической
горячей пресс-форме и приобретает законченный вид. После остывания
и, при необходимости, подсушки (до стандартной влажности 12%) готовая деталь покрывается лаком.
Основные моменты технологии прессования древесины:
– вследствие прессования увеличивается плотность (вплоть до
1,3 г/см3) и прочность древесины,
– прессование поперек волокон древесины осуществляется легче,
чем вдоль;
– влажность (до 30%) и повышенная температура (до 160 °С) улучшают пластичность и способствуют осуществлению процесса прессования;
– разные породы древесины в процессе прессования ведут себя поразному;
– объемное прессование сопровождается трением древесины о поверхности пресс-формы.
На прессованную древесину был разработан ГОСТ 9629-75, которым устанавлены следующие марки прессованной древесины, краткие
характеристики, назначение и свойства которых приведены ниже:
ДПО-П1, ДПО-П2, ДПО-П3 – бруски длиной от 150 до 1000 мм,
толщиной от 5 до 60 мм и шириной от 40 до 160 мм, полученные поперечным одноосным прессованием пропаренной древесины с последующей сушкой. Предназначены для сборных подшипников крупных
размеров прокатных станов, шаровых мельниц, подпятников, зубчатых
колес, виброгасящих подкладок, направляющих ползунов, погонялок
для ткацких станков и других деталей.
ДПО-НВ – бруски (300 – 1500)  (40 – 50)  (20 – 50) мм, полученные одноосным поперечным прессованием нагретой древесины березы,
осины, ольхи, тополя, бука иди лиственницы с последующей ее тепловой обработкой. Предназначены для паркета и изделий повышенной
влаго- и износостойкости.
ДПД-П – бруски (400 – 2000)  (30 – 60)  (30 – 50) мм, полученные
поперечным двухосным прессованием пропаренной древесины – бере199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зы, бука, осины или лиственницы с последующей сушкой. Для подшипников, выколоток, пробок, крепежных штанг.
ДПО-Пкл – бруски (150 – 2500)  (4 – 1000)  (30 – 150) мм, полученные поперечным одноосным прессованием клееных древесных плит
березы, бука, осины, лиственницы. Предназначены для подшипников,
ползунов лесопильных рам, прокладок, выколоток и др.
ДПО-Ч1, ДПО-Ч2, ДПО-Ч3, ДПО-Ч4 – бруски (в качестве мерной
заготовки для челноков ткацких станков), полученные одноосным поперечным прессованием древесины граба, бука или березы с последующей тепловой обработкой.
ДПО-JI1, ДПО-Л2, ДПО-Л3, ДПО-ЛШ – бруски (300 – 2000) 
(30 – 130)  (10—130) мм, а марка ДПО-ЛШ – в виде листов шпона
(700 – 2200)  (150 – 1600)  (1,1 – 4,5) мм, полученные одноосным поперечным прессованием обработанной аммиаком древесины березы, ольхи, осины, тополя, акации, сосны, лиственницы, ели, ясеня, клена или
граба (для марки ДПО-ЛШ – березы, ольхи, осины, тополя или бука) с
последующей сушкой. Предназначены для паркета, мебели, смычков и
дек струнных инструментов, подшипников скольжения и других деталей машиностроения, лыж и т. п.
ДПК-П – цилиндры диаметром 20 – 150 мм и длиной 100 – 200 мм,
ДПК-ПИ – трубы с наружным диаметром 30 – 150 мм, внутренним от
10 мм, длиной 100 – 250 мм, полученные путем контурного прессования
продавливанием через конус (с прессованием изнутри для труб) пропаренной древесины березы, бука, осины, ольхи, граба, осокоря, сосны или
лиственницы с последующей ее сушкой. Для различных круглых деталей,
уплотнительных колец, работающих при давлении до 200 кгс/см2, подшипников и т. д.
ДПР-Н – цилиндры диаметром 20 – 200 мм и длиной 200 – 750 мм
и ДПР-НИ – трубы с наружным диаметром 40 – 260 и внутренним
5 – 200 мм, длиной 200 – 750 мм, полученные путем радиального прессования обжимом (трубы на металлическом стержне) нагретой древесины
(тех же пород, что и для марок ДПК-П и ДПК-ПИ) с последующей ее
тепловой обработкой. Назначение примерно то же, что и для предшествующих двух марок.
ДПГ-П – втулки и вкладыши с наружным диаметром 40 – 200 мм,
внутренним 20 – 180 мм и длиной 70 – 200 мм, полученные путем торцового гнутья и осевого прессования пропаренной древесины (тех же
пород, что и для предшествующих четырех марок) с последующей
сушкой. Для подшипников, работающих при спокойных нагрузках и во
влажных средах, в том числе в воде.
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ДПГ-ППр – втулки и вкладыши с наружным диаметром 60 – 450 мм,
внутренним – 50 – 400 мм, длиной 40 – 200 мм, полученные путем продольного гнутья и поперечного прессования изнутри пропаренных пластин древесины бука, клена, граба, ясеня или сосны с последующей
сушкой. Для средних и крупных подшипников, работающих при ударных нагрузках.
Прессование основано на силовом воздействии на древесину с использованием ее пластических свойств.
Прессуют древесину для получения сложных форм или для уплотнения. Прессование широко используют для получения деталей декора
в мебельной промышленности для получения из древесины материалов,
заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные
материалы в электротехнической промышленности.
Спрессованная древесина обладает более высокими физикомеханическими показателями, чем натуральная. Прессование характеризуется степенью упрессовки, которая определяется по соотношению размеров деталей из древесины до прессования и после прессования.
Если прессование осуществляют пресс-формой, то при расчете усилия необходимо учесть дополнительно усилие на преодоление трения
древесины по металлу. При контурном прессовании необходимо учитывать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной
детали в приемнике. Усилие на перемещение детали в приемник определяется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента
трения.
8.4 Склеивание и облицовывание
Склеивание является древним, широко используемым в настоящее
время и перспективным средством соединения древесины.
Склеивание обеспечивается клеем – веществом, способным прочно
удерживать склеиваемые поверхности благодаря переходу при определенных условиях из жидкого состояния в твердое. Основная цель склеивания заключается в обеспечении необходимой прочности соединения
склеиваемых поверхностей.
Предъявляемые к клеям основные требования могут быть обобщены в две группы: технологические, позволяющие успешно применять
клеи в реальных условиях производства, и эксплуатационные, обеспечивающие требуемое качество изделий в соответствии с их назначением
в условиях эксплуатации.
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технологические требования к клею определяются технологическими режимами склеивания и облицовывания, эксплуатационные – техническими условиями на изделие. В технологических характеристиках
клеев обычно указываются: ограничения по массовой доле сухого остатка, вязкости клея в различное время (после изготовления и хранения в
течение определенного периода), время желатинизации, концентрация
водородных ионов, массовая доля токсичных веществ, предел прочности при определенных условиях обработки образцов (вымачивание, кипячение и т. п.), расход компонентов, температура и продолжительность
технологических выдержек склеиваемых поверхностей (до их контактирования, в зажимных устройствах, до обработки).
Эксплуатационные требования ограничиваются условиями эксплуатации изделий: прочностью склеивания, водо- и влагостойкостью, теплостойкостью, биостойкостью и стоимостью клея.
Клеевые соединения древесины различают на торцовые и боковые.
Торцовые клеевые соединения могут быть:
– впритык плоскими торцовыми поверхностями;
– шиповые, профилированными поверхностями;
– на ус, с одинаковым уклоном к продольной оси;
– на ступенчатый ус;
– зубчатое клеевое соединение;
– ступенчатое клеевое соединение.
Боковые клеевые соединения древесины бывают:
– кромочное;
– соединение на гладкую фугу, на вставных шипах;
– в паз и гребень, на рейку;
– пластевое клеевое соединение.
Все клеевые соединения должны обеспечивать максимально достижимую прочность. Торцовые клеевые соединения могут быть получены с
прочностью около 80% прочности цельной древесины. Боковые клеевые
соединения на гладкую фугу должны иметь прочность, равную прочности склеиваемой древесины. Склеивание измельченной древесины представляет собой сочетание торцового и бокового склеивания частиц.
Преобладание того или другого вида склеивания зависит от формы
и размера частиц измельченной древесины. От этого соотношения1 зависит прочность материала, изготовленного склеиванием измельченной древесины. При проектировании клеевых соединений необходимо
учитывать условия экслуатации, которые оказывают свое влияние на
равновесную эксплуатационную влажность древесины, а через нее на
физико-механические свойства клеевых соединений.
202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технологический процесс склеивания всегда складывается из следующих операций, осуществляемых в определенной последовательности:
подготовка поверхностей к склеиванию, подготовка клея; нанесение
клея на склеиваемые поверхности; запрессовка склеиваемых заготовок
и выдержка до разборной прочности; выдержка склеенных заготовок до
полного отвердения клея.
Подготовка поверхности к склеиванию зависит от вида склеиваемых материалов, размеров, формы заготовок, применяемых клеев,
технических возможностей. Вопросы подготовки поверхности должны рассматриваться при изучении характерных видов склеивания.
Подготовка клея заключается в приготовлении рабочего раствора.
Нормативным документом для этого является технологический режим
приготовления соответствующего клея. В технологическом режиме излагаются:
– технические требования: к материалам; применяемому оборудованию, указываются марки оборудования; приготовлению клея, указывается состав компонентов, время хранения; приготовлению компонентов;
– содержание технологического режима: температура помещения и
время хранения; относительная влажность воздуха; температура компонентов клея; показатель рН; вязкость (при склеивании древесины вязкость клеевых растворов обычно в пределе 60 – 200 с по ВЗ-4);
– методы контроля параметров режима и рабочего раствора: указываются стандарты;
– требования безопасности и производственной санитарии: указываются предельно допустимые концентрации газообразных продуктов в
воздухе, меры предосторожности и т. п.
В процессе приготовления клея и дальнейшем его использовании
в термореактивном клее происходит взаимодействие его компонентов.
Вследствие этого происходит нарастание вязкости и наступает момент
образования геля и превращения его из жидкого состояния в твердое.
Клей становится непригодным.
Период с момента введения отвердителя до начала гелеобразования
в рабочем растворе клея называют жизнеспособностью клея.
После нанесения клея тонким слоем на склеиваемую поверхность
процесс гелеобразования ускоряется. Происходит интенсивное испарение и впитывание жидкой фазы, вязкость клея нарастает, и через некоторое время клей может потерять клеящую способность. Время от момента нанесения клея на поверхность до потери им клеящей способности
называют рабочей жизнеспособностью клея.
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рабочая жизнеспособность клея зависит от свойств клея и склеиваемых материалов, а также от условий, при которых происходит склеивание.
Повышение температуры сокращает рабочую жизнеспособность.
Клей нужно приготовлять в таком объеме, чтобы он был израсходован
за период его полной жизнеспособности. Если жизнеспособность клея
сравнительно короткая, то целесообразно использовать метод непрерывного его приготовления в специальных устройствах, обеспечивающих автоматическое дозирование компонентов и их перемешивание.
Такие смесители настраиваются на объемы, соответствующие расходу
клея для конкретных условий производства.
Клеенаносящие устройства должны обеспечить дозирование и равномерное распределение клея на поверхности. При склеивании древесины расход клея колеблется от 150 до 350 г/м2 в зависимости от конкретных условий. Например, станок на рисунке 38.
Станок предназначен для двухстороннего нанесения клея по пласти
заготовки. Станок легко встраивается в технологический поток производства клееной продукции (многослойный клееный брус строительный и оконный, мебельный щит и т.д.). Прост в эксплуатации и обслуживании. Клеевая ванна легко снимается для промывки (рис. 38).
Рис. 38 – Станок клеенаносящий мод. УНК – «ЛОЗА»-01, 02
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Период между нанесением клея на поверхность и контактированием
склеиваемых поверхностей называют открытой выдержкой. Период времени с момента контактирования склеиваемых поверхностей до сжатия их
определенным давлением (прессования) называют закрытой выдержкой.
Для осуществления склеивания необходимо, чтобы длительность
открытой и закрытой выдержек была менее времени рабочей жизнеспособности клея.
Для обеспечения адгезии клеевого слоя с обеими склеиваемыми поверхностями по всей площади необходимо их сжатие и выдержка пакета
под давлением – прессование. Усилие прессования при склеивании древесины обычно бывает от 0,1 до 1,2 МПа.
Прессование должно быть равномерным по всей площади склеивания. Для прессования используют различные устройства силового воздействия с применением пневматических, механических и гидравлических систем. Применяемые для прессования склеиваемых поверхностей
устройства должны иметь силоизмерительные приборы или автоматические регуляторы. Давление прессования должно быть оптимальным,
обеспечивающим качественное склеивание.
Избыток давления создает тонкий клеевой слой и избыточные внутренние напряжения в склеенных заготовках, которые снижают прочность склеивания. Недостаточное давление не обеспечивает сплошного
клеевого слоя и высокой прочности склеивания.
При изготовлении клееных деревянных конструкций в качестве
средств запрессовки могут использоваться гвозди определенных размеров (диаметром 2 – 2,5 мм, длиной 40 – 50 мм) с шагом 100 – 120 мм,
забивку гвоздей производят специальными пневматическими гвоздезабивными пистолетами.
В запрессованном состоянии склеиваемые поверхности должны находиться определенный период времени, при котором степень отвердения клеевого слоя будет такой, при которой не произойдет нарушение
прочности соединения из-за появляющихся в нем внутренних напряжений после снятия давления. Соответствующая такому состоянию прочность склеивания называется разборной. Разборная прочность зависит
от размеров склеиваемых заготовок.
При изготовлении клееных деревянных конструкций разборная
прочность должна быть равна примерно 50% нормируемой ее конечной
величины, т. е. примерно 3 МПа для прямолинейных и до 70% у криволинейных, т. е. 4 – 5 МПа. После снятия давления склеенные заготовки
должны иметь технологическую выдержку для достижения прочности
склеивания до установленных норм.
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для интенсификации процессов склеивания применяют различные
методы, ускоряющие процесс отвердения клея и сокращающие сроки
технологических выдержек.
Облицовыванием называют оклеивание поверхностей заготовок из
дешевых материалов тонким слоем декоративных пленок или строганым шпоном ценных пород.
Облицовывание широко используется в производстве мебели, музыкальных инструментов и других изделий. Оно позволяет при минимальных расходах ценных пород получить значительные размеры поверхностей единой привлекательной текстуры и рисунка.
При облицовывании используют три вида основных материалов: основа, клей и облицовочный слой. В качестве основы могут использоваться малоценные породы древесины, древесно-стружечные
и древесно-волокнистыее плиты, гнутоклееные заготовки и изделия,
склеенные из измельченной древесины. В качестве клея используются
составы на основе карбамидоформальдегидных смол, пленочные клеи
и др. Облицовочным слоем могут быть строганый шпон, полимерные
пленки, термореактивные пленки на основе пропитанных бумаг, искусственные кожи, ткани, фольга и другие тонкие слои материалов, способных приклеиваться к поверхности древесных материалов.
Технологический процесс облицовывания включает подготовку
применяемых материалов и процесс облицовывания. Облицовывать
можно заготовки или сборочные единицы, в зависимости от этого устанавливается место облицовывания в общем технологическом процессе
изготовления изделий.
Прямолинейные брусковые заготовки облицовывают после их
первичной обработки в размер, щиты – после их калибрования.
Криволинейные и профильные детали, получаемые фрезерованием, облицовывают после фрезерования. Формирование шипов, сверление отверстий, выборка пазов и другие операции обычно выполняют после
облицовывания.
Рамки и коробки облицовывают после их повторной обработки,
устраняющей неточности сборки. В некоторых случаях облицовывают
бруски для рамок до формирования шипов, а собирают их в облицованном виде.
Заготовки, получаемые гнутьем со склеиванием или склеиванием
измельченной древесины, могут облицовываться одновременно с их
склеиванием. Облицовывание может быть однослойным и двухслойным
– с подслоем. При двухслойном облицовывании слои могут различаться
по виду материала и по толщине.
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для лицевого слоя используют материалы более эффективные – декоративные и более тонкие. В качестве подслоя используют более толстые слои из дешевых материалов, имеющих однородную текстуру, способные закрыть поверхность основы и ее неоднородность структуры.
Для этого используют лущеный шпон, бумагу, ткань и др. При облицовывании заготовок получается клееная конструкция со всеми присущими ей свойствами по прочности, устойчивости формы, наличию
внутренних напряжений.
В производстве изделий из древесины облицовывание щитовых заготовок является преобладающим. Оно выполняется по типовым технологическим режимам производства мебели, которые могут быть применены и в производстве других аналогичных изделий. Облицовывать
щитовые заготовки можно с одной стороны и с двух сторон.
При одностороннем облицовывании может проявиться неуравновешенность системы внутренних напряжений, что вызовет коробление
заготовки. В клеевом слое возникают растягивающие напряжения, которые в слое заготовки вызывают сжимающие усилия реакции.
Коробление и прогиб при одностороннем облицовывании образуются на облицованной стороне заготовки. Обратный эффект возможен в
том случае, если относительно влажная заготовка облицовывается толстым слоем полимерного материала. При этом в процессе эксплуатации
влажность основы снизится. Ее усушка приведет к образованию прогиба на необлицованной стороне детали.
Неуравновешенность внутренних напряжений, возникающая после
одностороннего облицовывания, резко проявляется у тонких щитовых
заготовок.
Чтобы не допустить коробления щитовых заготовок, необходимо использовать двухстороннее облицовывание. Облицовывать можно холодным и горячим способом склеивания.
Горячий способ более производителен. Поверхности заготовок подготавливают к облицовыванию, т. е. устраняют дефекты, снижающие качество. Наличие неровностей, сколов, природных дефектов древесины,
загрязнений снижает прочность склеивания.
Подлежащая облицовыванию поверхность должна быть выровнена,
загрязнения удалены механическим путем или промывкой и сушкой, а
затем пропитаны клеевым раствором, выбоины и трещины зашпатлеваны составом, имеющим хорошую адгезию с клеем.
Сучки, скопления смолы и другие дефекты должны быть высверлены, а отверстия заделаны пробками на клею. Направление волокон
в пробках должно совпадать с направлением волокон основы. Только
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в таком случае места заделки не будут заметны после облицовывания.
Если под облицовывание попадают поверхности с выходом торцовых
срезов древесины, они должны быть закрыты специальными наклейками из древесины или ткани.
Направление волокон в таких наклейках должно совпадать с плоскостью склеивания. Влажность основы должна быть на 1 – 2% ниже
равновесной влажности материала, соответствующей условиям эксплуатации изделий. Это немного компенсируется влагой, вносимой с клеем. Установлено, что поверхность массивной древесины при хранении в
производственных условиях загрязняется содержащимися в атмосфере
веществами и теряет активность к склеиванию. Поэтому облицовывание заготовок необходимо производить не позднее 4 ч после их механической обработки.
Шероховатость поверхности перед облицовыванием допустима в
таких пределах, при которых она не будет проявляться на поверхности
облицовочного слоя. Это зависит от толщины облицовочного материала
и шероховатости основы. Толщина облицовочного слоя должна превосходить в 2 – 3 раза максимальную высоту шероховатости основы.
Кэширование – специальный метод непрерывного облицовывания
поверхности тонким эластичным материалом путем прикатывания его
вальцовыми прессами к предварительно намазанным клеем поверхностям. Принцип метода заимствован из переплетного производства.
Название метода происходит от французского слова cacher – прятать, закрывать, и немецкого kaschieren – промазывание клеем корешков книги
перед приклеиванием обертки переплета. Кэширование широко применяется при облицовывании щитов полимерными пленками, искусственными кожами или бумагами, пропитанными синтетическими смолами.
Пленки для кэширования бывают однослойные и многослойные.
При кэшировании деталей мебели часто используют двухслойную
пленку. Для повышения декоративных свойств применяют пленки с рисунком, имитирующим ценные породы древесины, имеющие тиснение
пор, и с отделанной поверхностью. Пленки должны быть толщиной от
0,15 до 0,4 мм, обладать высокой эластичностью и способностью скрывать неровности основы. Толстые пленки лучше скрывают шероховатость облицованных поверхностей. Это особенно важно при кэшировании поверхности древесно-стружечных плит.
Широко используются пленки на основе поливинилхлорида (ПВХ)
и термореактивные пленки на основе пропитанных бумаг. Термореактивные
пленки получают, пропитывая бумагу массой 90 – 130 г/м2 модифицированными карбамидными или полиэфирными смолами.
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Смола составляет до 80% от массы пленки и имеет высокую степень отвердения. Термореактивные пленки получают толщиной от 0,14
до 0,21 мм.
Пленки для кэширования изготавливают на специализированных
участках и поставляют в готовом виде в рулонах. Пленки могут быть с
облагороженной или необлагороженной поверхностью. Детали, облицованные пленкой с облагороженной поверхностью, не требуют дальнейшей отделки. Облагороженные поверхности таких пленок обычно имеют защитный слой, предохраняющий ее от возможного повреждения в
процессе кэширования и транспортирования деталей. Детали, облицованные необлагороженной пленкой, отделываются обычным методом.
Применяемые при кэшировании клеи должны обладать способностью
обеспечивать достаточную прочность приклеивания при кратковременном контакте облицовки с намазанной клеем основой. Такими свойствами обладают специально приготовляемые клеи на основе карбамидных
смол, поливинилацетата и эластомеров. Клеи должны иметь минимальное количество растворителей или быть без них – сухие, клеи-расплавы.
С этой целью карбамидные клеи приготавливают с наполнителями.
При кэшировании начальный процесс склеивания осуществляется
проходным методом за короткий промежуток времени. Окончательное
отвердение клеевого слоя происходит при выдержке щитов после кэширования в плотной стопе. В зависимости от температуры начального
склеивания облицовок с основой различают три вида кэширования: холодное, теплое и горячее. При всех видах кэширования начальная прочность приклеивания основы должна быть достаточной для транспортирования облицованных щитов и укладки их в стопы без повреждения
облицовочного слоя. В зависимости от вида кэширования имеются соответствующие поточные и автоматические линии.
Технологический процесс кэширования включает такие операции:
загрузку и укладку щитов, очистку поверхности от пыли, нанесение
клея, термообработку поверхности, формирование пакета, прикатывание облицовок.
При холодном кэшировании термообработка поверхности не производится. При теплом кэшировании испарение растворителей с поверхности клеевого слоя происходит за счет аккумулированного тепла, полученного предварительным нагревом поверхности детали до нанесения
на нее клея.
При горячем кэшировании кроме предварительного нагрева поверхности щита и пленки производится прикатывание пленки горячими валиками пресса. Нагрев их осуществляют маслом до температуры 200°С.
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При горячем кэшировании клеевой слой не должен содержать влагу.
Для этого в установках кэширования горячим способом имеются камеры интенсивной подсушки клеевого слоя.
Давление прикатных валов при кэшировании пленками с тисненым рисунком должно быть ниже, во избежание ослабления рисунка.
Кэширование является прогрессивным высокопроизводительным методом облицовывания деталей для мебельного производства. Имеются
установки, осуществляющие одновременное кэширование пластей и
профильных кромок щитов.
Облицовывание криволинейных заготовок требует особых приемов
для осуществления необходимого давления на облицовываемые поверхности. Принципы облицовывания криволинейных заготовок похожи на
принципы изготовления гнутоклееных деталей, которые облицовывают
одновременно в процессе их изготовления.
Запрессовывать криволинейные заготовки при облицовывании в
зависимости от сложности формы можно в пресс-формах с гибкими
лентами или эластичными прокладками, в резиновых мешках или в
устройствах с эластичной диафрагмой под действием вакуума или повышенного давления в автоклавах. Для ускорения процесса склеивания
при облицовывании криволинейных поверхностей используют ТВЧ, нагревательные элементы, инфракрасное излучение и т. п.
Качество склеивания оценивается по внешнему виду и прочности
изделия. Нормативно-техническая документация на изделия из древесины устанавливает нормативную прочность склеивания. Для клееных
строительных конструкций из древесины предельные значения напряжений установлены СНиП ПА-10.
Прочность склеивания в настоящее время оценивается по результатам испытаний механическим разрушением стандартных образцов. При
качественном склеивании нормативные сопротивления при разрушении
образцов должны быть выше или равны нормативным сопротивлениям
такому же виду нагрузок склеиваемых материалов. Имеются стандарты,
предусматривающие различные методы разрушения образцов для оценки прочности склеивания.
Получаемые при этом результаты в количественной оценке прочности склеивания могут быть только относительно сопоставимыми.
В зависимости от вида изделия и условий эксплуатации клеевого соединения устанавливается вид испытания и соответствующий стандарт, по
которому оценивают прочность склеивания.
При определении прочности склеивания образцы разрушают различными методами. Методы механических испытаний прочности скле210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ивания могут быть сведены в три группы: эксплуатационные испытания
изделий; статические и динамические испытания отдельных соединений, сборочных единиц на лабораторных и стендовых устройствах, воспроизводящих полностью или частично эксплуатационные нагрузки и
условия эксплуатации; лабораторные испытания прочности клеевых
соединений на специальных образцах относительно малых размеров.
В настоящее время наиболее широкое применение получили лабораторные испытания прочности склеивания на специальных образцах.
На эти методы имеются стандарты. Эти методы имеют экономические и
технические преимущества по сравнению с другими, поэтому получили
широкое распространение.
Низкая стоимость изготовления образцов и простота проведения лабораторных испытаний являются преимуществом этих методов.
Существенным недостатком их является то, что они не гарантируют
вероятность полученных данных для реальных условий эксплуатации
клееных конструкций.
Прочность склеивания оценивается максимальным усилием или
предельным напряжением в образце, которые он выдерживает до разрушения. Для каждого образца получают свои значения прочности.
Достоверность результатов испытаний оценивается статистической обработкой.
Для получения стабильных результатов и возможности сопоставления их испытуемые образцы должны быть одинаковыми по форме и
размерам.
Для сравнимости данных механических испытаний необходимо
соблюдение трех видов подобия: геометрического (форма и размеры),
механического (условия нагружения) и физического (внешние условия). Условия механического подобия в общем виде должны приводить
к тождеству напряженных состояний и относительных деформаций в
сходственных сечениях рабочей части образцов.
Из закона подобия вытекают следующие общие положения.
Чтобы обеспечить получение сравнимых результатов при испытании, необходимо применять образцы геометрически подобной формы.
При испытании геометрически подобных образцов из одинакового
материала при равной величине и скорости относительной деформации
действующие усилия будут относиться как квадраты сходственных размеров. При тех же условиях величины работы деформации будут относиться как кубы сходственных размеров.
Соблюдая закон подобия, оценивают свойства материалов вне зависимости от абсолютных размеров образцов.
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По характеру действия разрушающего усилия определение прочности склеивания испытанием образцов можно разбить на испытание сдвигом, равномерным и неравномерным отрывом, изгибом и кручением.
Испытать прочность клеевого соединения на неравномерный отрыв можно односторонним и двухсторонним раскалыванием. При этом
проявляется действие сложной системы сил, но разрушение происходит
от растяжения в зоне клеевого слоя равнодействующей этой системы.
Применяемые при этом оценки прочности склеивания делением усилия
на площадь или ширину образца не соответствуют характеру действия
разрушающего усилия. Оценка качества склеивания путем разрушения
стандартных образцов имеет существенный недостаток в том, что результаты испытания относятся только к конкретному, разрушенному образцу.
Прочность склеивания в изделии, которое не разрушается при таком
методе испытаний, может быть иной.
Производственный контроль включает входной контроль продукции
поставщиков, операционный контроль продукции и процессов во время
выполнения технологических операций и приемочный, по результатам
которого принимается решение о годности изготовленной продукции.
Надежный входной контроль, всеохватывающий операционный и эффективный приемочный контроль обеспечивают в совокупности стабильность процесса склеивания и гарантируют высокое качество.
При облицовывании могут быть следующие дефекты: просачивание
клея на лицевую поверхность, неровности на облицованной поверхности, появление трещин в облицовке, местное или полное отставание облицовки от основы, покоробленность облицованных деталей.
Каждый из дефектов может обусловливаться одной или несколькими причинами.
Просачивание клея наблюдается при облицовывании тонким строганым шпоном с использованием клея малой вязкости и значительным
расходом. При облицовывании фанеры и плотных пород древесины
расход клея должен быть меньше, чем при облицовывании пористых
материалов. Для облицовывания массивной древесины хвойных пород
оптимальный расход клея до 120 г/м², для древесно-стружечных плит –
175 г/м². Чем более шероховатая поверхность облицовывается, тем
больший расход клея необходим.
Давление, температура и время открытой выдержки могут влиять
на появление дефекта – просачивание клея. Высокое давление и низкая
температура при короткой открытой выдержке также могут быть причиной просачивания клея.
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Варьируя этими параметрами, можно устранить его первопричину.
Просачивание особенно четко выделяется после окрашивания облицованных поверхностей. Предварительная подкраска клеевого раствора в
тон окрашивания облицованных поверхностей смягчает это различие.
При облицовывании хвойных пород, имеющих резкое различие в плотности ранней и поздней частей годичного слоя, на поверхности, облицованной тонким слоем, могут быть видны эти текстурные рисунки. Для
предупреждения этого следует применять двухслойное облицовывание.
Трещины в облицовочном слое появляются при усадке его или разбухании основы.
Регулирование влажности перед облицовыванием и акклиматизация (выдержка) облицовочного материала и основы в одинаковых условиях до облицовывания устранит причины появления этого дефекта.
Местное или полное отставание облицовочного слоя может быть вызвано несколькими причинами: плохим клеем, плохим нанесением клея,
загрязнением склеиваемых поверхностей, высоким или низким давлением, преждевременным отвердением клея при высокой температуре в
цехе, применением неохлажденных прокладок, длительным нахождением пакета на горячей плите пресса.
Тщательный анализ перечисленных причин позволяет устранить их.
Очень часто встречается дефект коробления щитовых заготовок после
их облицовывания.
Первопричины коробления: неуравновешенность внутренних напряжений в клееной конструкции из-за неравномерного и несимметричного снятия слоев при калибровании древесно-стружечных плит;
несимметричность жесткости облицовок и клеевых прослоек на противоположных сторонах; различие температуры в плитах пресса; неодинаковая толщина клеевого слоя. Искривление облицованных щитов может
быть вызвано небрежной укладкой щитов после облицовывания.
Стопа должна быть выровнена по кромкам щитов. Применение деревянных прокладок в таких стопах может быть причиной коробления
щитов. Сокращение времени прогрева щитов при облицовывании снижает вероятность их коробления.
При облицовывании в одноэтажных прессах коробление встречается реже, чем в многоэтажных. В одноэтажных прессах не происходит
так глубоко прогрев основы щита.
При склеивании и облицовывании используются синтетические
клеи, которые содержат вещества, оказывающие вредное воздействие
на человека. По степени воздействия на организм человека токсичные
вещества разделяют на четыре класса опасности.
213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К первому классу относят чрезвычайно опасные – яды. Фенол и
формальдегид относятся ко второму классу высокоопасных веществ.
Предельно допустимая концентрация устанавливается санитарными
нормами и указывается в соответствующих стандартах. Содержание
высокоопасных токсичных веществ в синтетических смолах может доходить до 10%.
Для поддержания безопасных условий работы используется общая
приточно-вытяжная вентиляция с местными отсосами, расположенными внизу мест выделения токсичных веществ.
Такое решение не является окончательным, поскольку удаление токсичных веществ с рабочего места в атмосферу загрязняет ее. В настоящее время ведутся работы, чтобы сократить вообще объемы вредных
выделений при склеивании. Это достигается технологическими приемами, специальными добавками, связывающими токсичные вещества при
нагреве, и т. п.
В местах возможного образования значительных количеств вредных
выбросов необходимо установить газоанализаторы, сигнализирующие
при достижении токсичными веществами предельно допустимых норм
концентрации. Местная вентиляция должна быть сблокирована с включением устройств, которые обусловливают выделение этих веществ.
Для работы на участках склеивания и облицовывания синтетическими клеями допускаются лица, имеющие разрешение медкомиссии.
Особую опасность для человека представляют высокочастотные установки, применяемые для интенсификации склеивания. В зоне, где происходит склеивание, создается высокочастотное поле, которое вредно
действует на человека.
Предельно допустимая напряженность поля может быть равна
10 В/м. Установки для склеивания в поле ТВЧ должны быть экранированы и заземлены; пусковые устройства блокированы с ограждающими
экранами.
Для работы на участках склеивания и облицовывания допускаются
лица, ознакомленные с устройством, работой и управлением оборудования. Для работы на установках ТВЧ необходимо иметь специальное
разрешение. К рабочим местам для склеивания токсичные и огнеопасные материалы необходимо доставлять в закрытой, небьющейся таре в
минимальных количествах.
Хранение повседневной одежды и прием пищи в помещениях, где
имеются выделения токсичных веществ, не допускается. Подводящие
ток части установок окрашиваются в соответствующий предостерегающий цвет.
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рабочих местах вывешиваются инструкции и плакаты по безопасным методам работы и мерам предосторожности.
Для предохранения окружающей среды от технологических выбросов токсичных веществ применяют специальные улавливающие фильтры или установки, сжигающие токсичные вещества.
9 ВТОРИЧНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Комплекс технологических операций по механической обработке
заготовок после склеивания и облицовывания условно именуют вторичной, или окончательной, механической обработкой, поскольку обрабатываются заготовки, прошедшие первичную обработку и калибрование.
Необходимость такой обработки обусловливается тем, что при склеивании и облицовывании встречаются относительные сдвиги склеиваемых
слоев, а чистовые заготовки требуют еще обработки для получения соответствующей детали, отвечающей требованиям конструкторской документации по форме и качеству.
Вторичная механическая деревообработка состоит из двух частей:
окончательной обработки заготовок, обеспечивающей форму, и подготовки поверхности к отделке, формирующей качество. Поскольку изделие из древесины формируется из брусковых и щитовых деталей, имеющих специфические особенности механической обработки, изучение
этих особенностей целесообразно вести раздельно.
9.1 Окончательная обработка заготовок
После механической обработки черновых заготовок, склеивания и
облицовывания необходима их окончательная обработка, чтобы получить взаимозаменяемые детали, отвечающие требованиям, предписанным конструкторской документацией. К стадии окончательной механической обработки относятся технологические операции по формированию шипов, фрезерованию профилей, выборке гнезд и сверлению
отверстий.
Требования к шероховатости поверхности готовой детали обычно
выше технических возможностей и существующих методов первичной
обработки цилиндрическим фрезерованием при оптимальных режимах резания. Поэтому в завершение окончательной обработки вводится
215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обычно дополнительная технологическая операция по зачистке поверхности готовых деталей с целью подготовки их к отделке.
Порядок выполнения технологических операций не может быть
произвольным; он должен быть таким, чтобы поставленная цель достигалась с наименьшими затратами труда и энергии. Для достижения
высокой точности при окончательной обработке заготовок необходимо
рационально использовать базирование заготовок.
Детали, имеющие шипы и проушки, в процессе сборки формируют
и обеспечивают точность изделия на основе сборочных баз, которыми
являются элементы шипов. По этой причине окончательную обработку
заготовок для таких деталей целесообразно начинать с формирования
шипов, которые в дальнейшем могут использоваться как основные базовые поверхности.
Таким образом, при формировании шипов создаются новые установочные базисные поверхности, которые целесообразно использовать
при выполнении всех последующих технологических операций, включая сборку деталей в сборочные единицы.
Начиная окончательную обработку чистовых заготовок с формирования шипов, выполняется одно из важнейших технологических условий единства баз, обеспечивающих получение максимально достижимой точности готовых деталей и изделий. Последовательность дальнейших операций по формированию брусковой детали из чистовой заготовки зависит от окончательной формы деталей, наличия в них различных
конструктивных элементов (отверстий, пазов, профилей и т. п.).
Обычно после формирования шипов выполняют операции фрезерования различных профилей сечения и контуров периметра детали,
закругления кромок и т.д., затем операцию выборки пазов гнезд и продолговатых отверстий, сверление круглых отверстий и окончательную
зачистку поверхности для подготовки ее к отделке.
Как показывает практика, всякая последующая операция механической обработки древесины обычно обеспечивает более высокую
точность, но требует более высокой квалификации, более трудоемка
и дороже предыдущей. Учитывая это положение, последовательность
операций по механической обработке заготовок следует назначать таким образом, чтобы максимальные объемы работы по формированию
детали осуществлялись на предыдущих операциях.
Последующие операции по резанию древесины должны быть менее
материалоемкими.
Пояснением к сказанному может служить целесообразность предварительного фрезерования заготовки с последующим сверлением отвер216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стий в тех местах, где удаляется слой древесины фрезерованием. Если в
приведенной на рисунке заготовке не учесть этой последовательности,
то на операцию по выборке отверстий потребуется затратить излишнее
время, необходимое для сверления отверстий в слое заготовки, который
потом должен будет удален последующим фрезерованием. При этом
расположение отверстий будет менее точным в том случае, если сверлят
их на большую глубину, из-за уклона осевой линии сверла.
Формирование шипов. Брусковые детали чаще всего используют для
формирования рамок с помощью шипов и проушин. Используемые для
этой цели шипы принято называть рамными. Рамные шипы и проушки
формируют на шипорезных станках. Шипорезные станки для формирования рамных шипов и проушин бывают односторонние и двухсторонние. Шипорезные станки в зависимости от технологии формируют
по принципу агрегатирования. Они имеют агрегатные силовые головки,
закрепляемые на отдельных суппортах. Некоторые переходы технологической операции формирования шипов и проушин осуществляются последовательно путем перемещения заготовки с одной позиции к другой.
Шипы и проушки на обоих концах заготовки должны формироваться при использовании одной и той же опорной базисной поверхности
заготовки. При установке заготовки необходимо следить, чтобы между
заготовками и на их базисных поверхностях не было опилок и стружек.
Подача должна осуществляться плавно, без рывков. Скорость ручной
подачи зависит от площади сечения снимаемого слоя: от 11 м/мин при
100 мм2, до 3 м/мин при 800 мм2. Двусторонние шипорезные станки более производительны. Они более универсальны, могут использоваться
также для торцевания щитовых заготовок в размер, легко встраиваться
в поточные линии. Их производительность в 3 – 5 раз выше односторонних шипорезных станков. Средняя точность изготовления рамных
шипов зависит от номинального размера шипа по толщине и используемого станка: предельные отклонения колеблются от +0,2 до +0,6 мм.
Отклонения по углу между плоскостью заплечиков шипа и кромкой бруска +1 – 2°.
Шипы, формируемые на концах прямоугольных заготовок, имеют
форму сечения в виде прямоугольника. У срединных шиповых соединений гнездо изготавливается обычно сверлами или концевыми фрезами,
поэтому ограничивающие гнездо поверхности получаются закругленными по радиусу сверла или концевой фрезы. Для получения плотного
соединения при сопряжении такого гнезда с плоским шипом необходимо
закруглить его кромки по радиусу сверла соответственно торцовой стенке
гнезда. Для этого пользуются методом обжима шипа в пресс-форме.
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Необходимое усилие обжима обеспечивается пневмоцилиндром или
эксцентриковым прессом. Для повышения производительности прессформу делают двухсторонней, обеспечивающей одновременный обжим
двух деталей. Формируют ящичные шины на ящичных шипорезных
станках или на фрезерных со специальными приспособлениями.
Для формирования полупотайных шипов «ласточкин хвост» используют специальные многошпиндельные станки типа ШЛХА, оснащенные концевыми фрезами, имеющими форму опрокинутого усеченного
конуса. В таких станках шипы формируются одновременно у обоих заготовок, сопрягаемых под прямым углом.
Обе заготовки закрепляются на каретке станка под прямым углом
друг к другу. Заготовка, в которой формируются шипы, ставится вертикально, а другая горизонтально, со смещением в сторону на величину
шага, равного расстоянию между осями шпинделей. При надвигании
каретки фрезы прорезают в вертикальной заготовке проушки и, углубляясь далее, в горизонтальной заготовке также формируют проушки
на глубину, равную толщине вертикально расположенной заготовки.
Поскольку концы гнезд в горизонтально расположенной заготовке получаются закругленными, необходимо закруглить также и стенки шипов,
формируемых в вертикально расположенной заготовке.
Для этого каретка на станке ШЛХА при выходе фрез из вертикальной заготовки имеет сложное перемещение в горизонтальной плоскости, обеспечивающее закругление фрезами боковых стенок шипов со
стороны, обращенной к фрезам.
Сложное движение обеспечивается соответствующим механизмом
автоматически. Производительность таких станков невелика. Для нормальной работы станков ШЛХА необходимо иметь комплекты высокоточных концевых фрез на всю ширину заготовки. При заточке концевых
фрез нарушается идентичность их размеров и формы, что приводит к
ухудшению качества шипового соединения.
Фрезерование
Технологическая операция фрезерования является наиболее универсальной. С помощью фрезерования можно получить любую форму
детали. Фрезерование в процессе окончательной обработки заготовок
используют для получения различных профилей по сечениям и длине
заготовки. Фрезерованием можно обрабатывать бруски, щиты и сборочные единицы в виде рамок и коробок.
Фрезерование осуществляют на фрезерных станках. В зависимости
от вида работы при фрезеровании используют соответствующие фрезерные станки. Процесс фрезерования по положению режущей кромки к оси
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вращения инструмента различают на цилиндрическое и торцовое. В сочетании этих исходных положений может быть коническое фрезерование и
более сложные сочетания из этих основных исходных элементов.
Все фрезерные работы по окончательной обработке заготовок можно разбить по методу их осуществления на четыре типа: фрезерование
прямолинейных заготовок по линейке, криволинейных заготовок по
кольцу и шаблону, поверхности двойной кривизны и торцовое фрезерование по копиру. Фрезерование прямолинейных заготовок по линейке
выполняют на вертикально-фрезерных станках с нижним расположением шпинделя. Различают три вида таких работ: выверку гладких поверхностей, преимущественно кромок, под прямую плоскость; сквозное фрезерование профиля; несквозное фрезерование профиля. В этих
случаях фрезерование выполняется с помощью направляющей линейки.
Используя профильные фрезы, можно по длине прямолинейной заготовки фрезеровать постоянный профиль сечения без изменения габаритного размера. В этом случае используют сплошную линейку с прорезью для фрезы или обе части линейки устанавливают одинаково, ближе
к оси на величину, необходимую для получения всех частей профиля по
сечению заготовки. Для удобства работы в таких случаях используют
прижимные устройства, устанавливаемые в зоне резания. Применение
прижимов делает работу станочника более простой и безопасной, хотя
усилие на подачу при этом увеличивается. При фрезеровании однотипных заготовок в массовом производстве фрезерные станки оснащаются
устройствами механической подачи с помощью роликов или цепей. Это
облегчает и упрощает труд рабочего. Применение типовых устройств
механизированной подачи возможно на фрезерных станках только при
сквозном фрезеровании.
При фрезеровании прямослойных заготовок по криволинейному
профилю на отдельных участках резание производится по встречному
косослою, приводящему к сколу. Это особенно опасно на конце заготовки при выходе фрезы.
Для преодоления этих трудностей используют двухшпиндельные
фрезерные станки, на которых устанавливают одинаковые фрезы, но работающие при вращении шпинделей в разные стороны. Обрабатывают
сложные детали в таком случае в зависимости от направления волокон
и профиля то на одном, то на другом шпинделе, обеспечивая при этом
получение качественной поверхности. Аналогичный эффект достигается при фрезеровании с попутной подачей, когда направление резания и
подачи совпадает. Такой прием работы может быть осуществлен только
на станках, имеющих механизированную подачу.
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 39 – Станок фрезерный с наклоняемым шпинделем и шипорезной
кареткой. Модель «T 800 I» (Болгария)
Станки предназначены для выполнения разнообразных фрезерных
работ по дереву по направляющим линейкам с ручной подачей (изготовление вагонки, половой доски, плинтуса, наличника, филенки и других
столярных и мебельных изделий), зарезки простых шипов с помощью
шипорезной каретки и криволинейного фрезерования по шаблону с ручной подачей.
Четыре скорости вращения шпинделя дают возможность обработать
деталь с высокой чистотой поверхности. На станке установлен шпиндель диаметром 32 мм с реверсом, интегральные направляющие пластины, дополнительный стол на каретке, кулачковый прижим (рис. 39).
Наличие наклоняемого шпинделя позволяет расширить операционные возможности станка, уменьшить номенклатуру применяемого
инструмента, а также повысить качество обрабатываемой поверхности
сложных профилей.
При встречном фрезеровании усилие резания плавно возрастает от
нуля до максимума в конце образования стружки.
При попутном фрезеровании, наоборот, усилие уменьшается от максимума в начальный период до нуля в конце. Очевидно, при попутном
фрезеровании поверхность обработки будет более ровной, отсутствуют
причины, обусловливающие сколы волокон древесины. При попутной
подаче усилие резания совпадает с направлением подачи. Это может
привести к затягиванию заготовки, нерегулируемой подаче на резец и
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нарушению процесса фрезерования. Только механизированная подача
при этом обеспечит поддержание установленной и нормируемой величины подачи на резец.
Для достижения высокой производительности и требуемого качества поверхности современные фрезерные станки имеют высокую частоту вращения шпинделей, обеспечиваемую применением клиноременных передач или преобразователей частоты тока. Фрезерные станки
относятся к особо опасным из-за высоких скоростей резания и легкой
досягаемости режущего инструмента. При организации работы на фрезерных станках необходимо учитывать сложность фрезеруемого профиля, материал и площадь сечения фрезеруемого слоя.
Скорость подачи при ручном фрезеровании определяется предельно
допустимым усилием подачи с учетом массы детали и цулаги от 1 до 15
м/мин. При этом она может иметь в зависимости от профиля различное
значение при фрезеровании одной и той же детали. При механизированной подаче скорость подачи постоянна и в основном устанавливается
в зависимости от требований, предъявляемых к поверхностям детали.
Она может быть определена по номограмме.
При фрезеровании твердых пород скорость подачи должна быть
снижена в 1,5 раза по сравнению с мягкими. При фрезеровании по кольцу обычно скорость подачи на 25 – 40% ниже, чем при фрезеровании по
линейке.
Для механизации процесса фрезерования на фрезерных станках с
нижним расположением шпинделя иногда ниже фрезы на шпинделе
концентрически устанавливают звездочку, приводимую самостоятельным электродвигателем через редуктор. На кромке шаблона, по
которому производится обработка, закрепляется втулочно-роликовая
цепь с шагом, равным шагу зубьев звездочки. Когда шаблон прижимается к кольцу, зубья звездочки входят в гнезда цепи и проталкивают шаблон, осуществляя таким образом подачу. Шаблон может
прижиматься к кольцу с помощью суппорта, перемещаемого в пазах
стола, имеющего ось для установки шаблона, или роликовыми прижимами.
Заготовку базируют на столе станка по линейке и упору. В зависимости от требуемого размера отверстия выбирают цепочку и линейку.
После установки линейки с цепочкой на суппорт регулируют рабочий
ход суппорта относительно стола с учетом нужной глубины отверстия
или гнезда. Прижимную линейку стола устанавливают так, чтобы цепь
располагалась на нужном расстоянии от боковых поверхностей заготовки. С помощью боковых передвижных ограничителей и упора регулиру221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ют величину перемещения стола, определяющего длину изготавливаемого гнезда и его положения относительно торца заготовки.
Изготавливаемые на цепно-долбежном станке гнезда имеют
закругленные углы дна. Чтобы обеспечить плотность соединения
шипа с таким гнездом по периметру, необходимо гнездо выбирать с
запасом в глубину не менее чем на величину радиуса концевого ролика
направляющей линейки плюс толщина фрезерной цепочки по кромкам
резания. Наименьшие размеры гнезд, изготавливаемых с применением
фрезерных цепей и направляющих линеек, ограничены минимальными звеньями фрезерных цепей 406 мм. Наибольшие размеры гнезд,
выбираемых за одну установку, по ширине определяются шириной цепочки, а по длине величиной возможного перемещения стола станка,
примерно 400 мм. Одно гнездо или отверстие в заготовке выбирают,
применяя один упор. Два одинаковых гнезда, расположенных в заготовке в одну линию, можно выбирать за две установки, меняя положение упора. Эту работу можно выполнить и за одну установку при двух
позициях заготовки, применяя два упора. Базируя заготовку по левому
упору, выбирают правое гнездо; перемещая заготовку вправо до правого упора, выбирают левое гнездо. Работа таким образом проще, но
точность положения гнезд по длине детали будет ниже, потому что
выборку гнезд ведут с разных установочных баз по левому и правому
торцу заготовки. Погрешности длин заготовок будут отражаться на погрешностях расположения гнезд.
При работе на цепно-долбежном станке следует соблюдать следующие основные правила: подача цепи должна быть плавной; за один прием не следует выбирать глубину более 70 мм; длинные гнезда следует
фрезеровать сначала в одном конце, затем в другом так, чтобы при работе цепи в промежутке между этими проходами резание осуществлялось
восходящей ветвью фрезерной цепи; для предотвращения сколов при
выходе цепи необходимо применять подпорный брусок; не допускать
излишнего натяжения и слабины фрезерной цепи. Оттяжка цепи от линейки не должна быть в средней ее части более 8 мм; цепь и звездочки
должны иметь ограждения.
Цепно-долбежные станки достаточно производительны и обеспечивают необходимую точность для изготовления строительных изделий.
Существенным недостатком их являются частые сколы в месте выхода
фрезерной цепи. По этой причине они не могут использоваться при выборке гнезд малых размеров в облицованных деталях. Для этой цели
используют сверлильно-пазовальные станки. Для выборки пазов (гнезд)
используется сверло или концевая фреза соответствующего диаметра.
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Режущий инструмент имеет, кроме вращения, осевую и боковую подачи
относительно заготовки.
При выборке пазов (гнезд) на сверлильно-пазовальном станке с
помощью спирального сверла и концевой фрезы важным моментом
является необходимость ограничения размера паза последовательным
высверливанием отверстий по его концам, а затем, высверливая отверстия торцовой режущей гранью спирального сверла, последовательно
удаляют материал в промежутке между крайними отверстиями; после
этого, не вынимая сверла, поперечными движениями расчищают все
гнездо. При работе спиральным сверлом необходимо следить, чтобы
усилие резания распределялось на режущие торцовые кромки симметрично.
Если симметричность сил резания нарушить, то возникнет изгибающий сверло момент, который приведет к поломке сверла. Работа концевой фрезой может выполняться иным порядком, поскольку она имеет
боковую режущую кромку. Выборка паза при этом может производиться перемещением фрезы от второй позиции к первой при заглублении
фрезы не более чем на два ее диаметра. Боковые стенки паза при работе
концевой фрезой формируются фрезерованием, а при работе сверлом
– сверлением с последующим скалыванием образующихся при этом выступов.
По этой причине качество поверхности боковых стенок паза при фрезеровании концевой фрезой значительно лучше. Производительность
работы с концевыми фрезами выше, чем со спиральными сверлами, которые требуют значительно большего количества проходов с затратами
времени на холостой ход. Применение концевых фрез обеспечивает повышение производительности в 1,2 – 1,5 раза по сравнению с применением спиральных сверл. Осевая подача на один оборот сверла и концевой фрезы зависит от твердости древесины от 0,1 до 2 мм. При боковой
подаче при фрезеровании торцовой фрезой от 0,5 до 0,65 мм на оборот
меньшие значения для малых диаметров.
Сверлят круглые отверстия на универсальных одно- или многошпиндельных вертикально-сверлильных станках или многошпиндельных специализированных, или агрегатных, с использованием сверлильных силовых головок. При сверлении круглых отверстий используют
спиральные сверла различных видов.
На вертикальном одношпиндельном сверлильном станке круглые
отверстия в заготовках можно сверлить по разметке, упору, шаблону и
кондуктору. Сверление по разметке требует затрат времени на разметку
центров отверстий на каждой детали.
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Центры отверстий должны соответствовать пересечениям линий,
определяющих координаты отверстия относительно базовых поверхностей. Размеченную заготовку располагают на столе станка так, чтобы
ось сверла и центр отверстия совмещались. При этом могут быть погрешности при разметке и при сверлении.
Более производительно сверлить отверстия по предварительно установленным упорам, базирующим заготовку относительно оси вращения
сверла. Такое базирование обеспечивает одинаковое и более точное положение отверстия у всех заготовок.
Окончательная обработка щитов
Для получения готовой детали в форме щита щитовые заготовки
после облицовывания окончательно обрабатывают. В состав стадии
окончательной обработки щитов входят следующие технологические
операции: опиливание щитов по периметру для удаления припуска и
обеспечения взаимозаменяемости по размерам; фрезерование кромок
по периметру для обеспечения требуемой формы сечения кромок и периметра; сверление отверстий и пазов, необходимых для сборки изделия и установки метизов; зачистка поверхностей для удаления дефектов
предыдущих операций и подготовка детали к отделке.
Необходимость и последовательность этих операций зависит от конструктивных особенностей детали. Основными конструктивными моментами, обусловливающими различие в последовательности технологических операций по окончательной обработке щитовых заготовок, являются: форма щита, форма и метод оформления его кромки. По форме
щиты могут быть прямоугольными или со сложной формой периметра.
Перечисленные операции окончательной обработки в зависимости
от условий могут выполняться в различной последовательности, а некоторые из них даже могут быть опущены.
При этом возможно укрупнение операции путем обобщения их и
выполнения на одном рабочем месте с использованием специализированных устройств. В мебельном производстве используются поточные
линии, осуществляющие окончательную обработку щитов. Имеются поточные линии, сформированные из станков общего назначения путем
соответствующих устройств, обеспечивающих технологическую связь
между этими станками.
Линии различаются по охвату технологических операций обработки
щитов. На мелких предприятиях удобно организовать поточные линии,
дифференцируя окончательную обработку щитов на участки: механическая обработка кромок щитов в размер; облицовывание кромок или
приклейка обкладок; сверление присадочных отверстий; шлифование.
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Такое деление на участки удобно для компоновки оборудования.
Длина каждого участка невелика. Их можно располагать в разных местах имеющихся производственных помещений. Наряду с такими механизированными участками окончательной обработки щитов имеются
полуавтоматические и автоматические линии, осуществляющие весь
комплекс работ по окончательной обработке облицованных щитовых
заготовок для изготовления мебели.
Трудности в организации таких поточных линий заключаются в том,
что необходимо синхронизировать исполнение различных по принципу технологических операций. Например, механическая обработка по
периметру и оформление кромок, сверление отверстий и шлифование.
Решить эту проблему стало возможным для прямоугольных щитов благодаря применению новых прогрессивных материалов и технологических приемов: термопластичные клеи, кромочные облицовочные материалы, возможность облицовывания проходным методом, применение
многошпиндельных присадочных станков и др.
При организации поточных линий по окончательной обработке облицованных и ламинированных щитовых заготовок необходимо было
решить ряд сложных технических проблем. При опиливании и фрезеровании облицованных тонким слоем щитов на их поверхности могут
образовываться сколы. Для их устранения при опиливании щита было
предложено использовать специальные резцы, устанавливаемые перед
пильным диском неподвижно и касающиеся так, что при подаче щита
к пильному диску резец подрезает облицовочный слой на глубину чуть
более его толщины. Специальная подрезная пила, работающая по принципу попутного пиления, образует неглубокий пропил без сколов. При
работе основной пилы из-за этого предварительного пропила в облицовочном слое не будут появляться сколы.
В настоящее время имеются кромочные материалы с отделанной лицевой поверхностью.
Применение подобных материалов исключает последующее шлифование кромок и их отделку. В некоторых случаях еще используют для
облицовывания кромок полоски строганого шпона или листового кромочного материала.
Применение строганого шпона требует в дальнейшем его шлифования и отделки. Это усложняет весь технологический процесс и
устройство поточных линий, но технически решено и применяется на
практике.
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9.2 Подготовка изделий к отделке
Детали изделий, подлежащих отделке, должны иметь гладкие поверхности шероховатостью Rm = 32 мкм при отделке полиэфирными
лаками и кроющими эмалями.
При отделке нитроцеллюлозными и полиуретановыми лаками шероховатость по Rmax ограничена до 16 мкм. Все поверхности деталей
из древесины и древесных материалов не должны иметь дефектов механической обработки в виде волн, сколов, заусенцев и ворсистости. По
этим причинам механическую обработку всех деталей заканчивают зачисткой поверхности циклеванием, шлифованием или термопрокатом.
Эти конечные технологические операции осуществляют с минимальным снятием слоя или небольшой упрессовкой, не оказывающей
существенного влияния на точность размеров деталей. Основная цель
этих операций – достижение требуемых характеристик поверхностей по
шероховатости. Циклеванием называют особый вид строгания поверхности специальным ножом-циклей (их называют циклями).
Для основы используют бумагу, хлопчатобумажные ткани, армированную основу, стеклоткань или синтетическую основу.
Шкурки на такой основе в 3 – 4 раза прочнее, чем на бумажной. В качестве связи используют мездровый клей или синтетический. В зависимости от этого шлифовальные шкурки делят на водоупорные, способные работать при смоченной поверхности, и неводоупорные. Одной из
важнейших характеристик шлифовальных шкурок является номер зернистости – размер абразивных зерен. Номер зернистости шлифовальных шкурок определяется по габаритам абразивных зерен в сотых долях
миллиметра. Например: шлифовальная шкурка зернистостью № 6 имеет в насыпке преобладающее количество абразивных зерен размером
60,01=0,06 мм, а при зернистости № 25 – 0,25 мм.
Шлифовальные шкурки по износостойкости разбивают на три класса: А, Б и В.
Наиболее износостойкие шкурки класса А. Расход шлифовальных
шкурок зависит от прочности и зернистости. Всегда расходуется больше шлифовальных шкурок крупной зернистости. Например, при шлифовании щитов в мебельном производстве расход шлифовальных шкурок в зависимости от зернистости распределяется примерно так: зернистостью № 25 – 16-40; № 12 – 10 – 35; № 8 – 6 – 25.
Для повышения эффективности работы шлифовальные шкурки целесообразно изготавливать на рельефных тканях. Рельефность ткани
основы увеличивает объемы пространства между абразивными зернами
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в 1,4 раза. Сошлифуемая с поверхности пыль не задерживается между
зернами, благодаря этому стойкость таких шлифовальных шкурок повышается в 2 раза (рис. 40). Шлифуют древесные материалы на шлифовальных станках преимущественно вдоль волокон.
Рис. 40 – Шлифовальный станок мод. «ШлПФ 3 – 200»
Станок предназначен для трехстороннего шлифования погонажных
изделий различного профиля.
На станине устанавливается:
– механизм подачи с приводом от мотор-редуктора через цепную
передачу на нижние приводные обрезные ролики; верхние ролики – неприводные стальные;
– две горизонтальные лепестковые шлифовальные головки для обработки верхней части заготовок;
– вертикальная лепестковая шлифовальная головка для обработки
вертикальной боковой грани;
– наклоняемая лепестковая шлифовальная головка для обработки
второй боковой поверхности вертикально или под углом.
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отличительные особенности:
– на станках можно применять как отечественный, так и импортный
шлифовальный инструмент;
– все шлифовальные головки имеют автономные приводы от электродвигателей;
– каждый из шпинделей регулируется отдельно, что позволяет работать с инструментом разной зернистости и учитывать износ шлифовальных дисков отдельно на каждом барабане;
– станок можно встраивать в линию с четырехсторонними строгальными станками.
Шлифовальные станки отличаются размерами, расположением и
сочетанием шлифующих органов и механизмов подачи. Процесс шлифования в производстве изделий является сложным и трудоемким.
В нем взаимосвязаны многие факторы и проявляются они в конечном
результате при их взаимодействии на основе случайных сочетаний. Это
осложняет возможности определения оптимальных параметров режимов и их поддержание.
Трудоемкость процесса шлифования в мебельном производстве составляет 12 – 13% общей трудоемкости.
Шероховатость получаемой при шлифовании поверхности зависит
от плотности материала, зернистости шкурки, исходной шероховатости,
скорости резания, скорости подачи, усилия прижима шлифовальной
шкурки к шлифуемой поверхности, времени работы шкурки и др.
Изменяя любые из этих параметров, можно оказывать влияние на
конечный результат шлифования – величину JRm.
Исследованиями процесса шлифования древесины определены
практические пределы изменения основных режимных параметров.
Шлифуют древесные материалы со скоростью 20 – 30 м/с, на ленточношлифовальных станках давление на шлифовальную шкурку достигает
100 кПа, на барабанных – до 1,2 дан/см.
Устойчивость работы шлифовальной шкурки наступает через 8 – 10
мин от начала шлифования. В начальный период шлифования имеющиеся единичные крупные зерна в насыпке оставляют на поверхности
местные глубокие царапины.
9.3 Технологическое обеспечение
Требования к влажности заготовок. В результате вторичной механической обработки получают готовые детали, которые должны отвечать всем требованиям нормативной документации. Для завершения
228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
технологического процесса производства изделий изготовленные детали должны быть взаимозаменяемыми и качественными.
Это обеспечивается соответствующим контролем после завершения
технологических операций окончательной обработки заготовок и подготовки к отделке. Древесина гигроскопична и способна при изменении
влажности воздуха изменять свои размеры. Для сохранения точности
размеров изготовленных деталей необходимо, чтобы возможное изменение влажности древесины на протяжении дальнейшего пребывания их в
производственном помещении не оказывало существенного влияния на
размеры, определяющие взаимозаменяемость деталей.
Индикатор влажности предназначен для измерения влажности древесины в деревообрабатывающих и мебельных производствах (рис. 41).
В основе действия индикатора
используется зависимость электрического сопротивления древесины от
ее влажности . Измеряемое сопротивление древесины переводится в процент влажности и отображается на
жидкокристаллическом индикаторе.
Прибор построен на базе современной большой интегральной
микросхемы и имеет цифровую индикацию. Монтаж прибора выполнен
на одной печатной плате, встроенной
в сверхминиатюрный пластмассовый
ударопрочный корпус. Питание прибора осуществляется от 9-вольтовой
батареи типа «Крона», размещенной
в корпусе.
В приборе имеется переключатель температурной коррекции, что
позволяет обходиться без таблиц тем- Рис. 41 – Индикатор влажности
пературных поправок.
древесины
Прибор не требует настройки и
позволяет быстро осуществлять измерение с высокой точностью.
Исследования показали, что в производственных условиях детали,
влажность древесины в которых на 1 – 1,5% выше или на 3 – 3,5% ниже
равновесной влажности древесины, соответствующей условиям цеха,
практически не изменяют свою влажность при нормальной температуре.
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изменение влажности древесины для всех пород одинаково. Имеется
характерная зона в пределах 1,5% – выше и 3% – ниже равновесной
влажности, в которой влажность древесины практически при хранении
в условиях производства не изменяется. Это показывает, что для обеспечения стабильной влажности древесины на протяжении всего производственного цикла необходимо изготавливать детали из древесины
влажностью в пределах 6 – 10%.
Установленный предел влажности иногда называют эксплуатационной влажностью древесины. При эксплуатации изделий в отапливаемых
помещениях влажность древесины в них колеблется в этих же пределах.
Если технологические приемы обусловливают необходимость изменения влажности древесины в деталях свыше этих границ (смачивание,
нагрев и т. п.), то необходимо принять меры к тому, чтобы в конечном
счете привести их влажность в установленные пределы первоначальной
влажности. Учитывая это, установлены пределы оптимальной влажности древесины после сушки с учетом возможных изменений ее.
Массивная древесина для деталей изделий, эксплуатируемых в закрытых и отапливаемых помещениях, должна быть высушена до 8+2%;
детали щитов, подлежащих облицовыванию, до 7+1%; облицовочный
шпон, фанера – 6+1%.
Как видно, для обеспечения взаимозаменяемости готовых деталей
при хранении их в производственных условиях необходимо сушить древесину до влажности ниже 10%. Если эксплуатационная влажность древесины в изделиях отличается от установленных пределов 8+2%, то при
изготовлении таких изделий необходимо древесину сушить до соответствующей влажности, а в производстве создать такие условия, которые
сохранят эту влажность в установленных пределах.
Для этой цели можно применять кондиционирование воздуха в
производственных помещениях или организовать хранение деталей в
специальных камерах или контейнерах, исключающих изменение их
влажности. Такое хранение целесообразно для технологических выдержек после склеивания и облицовывания для предотвращения коробления.
Точность размеров и формы изготавливаемых деталей в большой
степени зависит от точности применяемого оборудования. Необходимая
точность взаимозаменяемых деталей из древесины и древесных материалов установлена комплексом стандартов: ГОСТ 6449.1 – 82, ГОСТ
6449.5 – 82. В общем случае условия взаимозаменяемости можно обеспечить на оборудовании любой точности. Но при использовании оборудования низкой точности будут иметь место потери при отбраковке
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изготовленных деталей, которые не соответствуют условиям взаимозаменяемости. Стоимость годных деталей при этом окажется высокой.
По этой причине применяемое оборудование низкой точности будет
экономически невыгодным. Слишком высокая точность оборудования
также не оправдана, поскольку повысится стоимость его обслуживания
и снизится производительность. Точность оборудования, применяемого
при изготовлении взаимозаменяемых деталей, должна соответствовать
установленной точности деталей. Технологическая точность работы
станка определяется полем рассеяния размеров при одной настройке.
При этом определяются суммарные погрешности контролируемых размеров детали.
Техническое состояние станка оценивается его геометрической точностью: соответствием установочных поверхностей, базирующих заготовки и режущий инструмент, геометрически правильным формам;
точностью взаимного расположения установочных поверхностей относительно направлений основных перемещений; соответствием фактических перемещений узлов станка расчетным. Кроме геометрической точности в оценке состояния станка имеет значение жесткость – сопротивляемость основных узлов действию возможных нагрузок при обработке
заготовок. Геометрическая точность и жесткость станков проверяется
техническими службами.
Технологическая точность определяется технологами. До последнего времени деревообрабатывающее оборудование по точности делилось на четыре класса: нормальной Я; средней С; повышенной П и
особой точности О. Такое деление условно, лишено количественных
характеристик, позволяющих объективно оценивать и сравнивать оборудование по точности. Оценку точности оборудования целесообразно увязать с точностью получаемых на нем размеров по квалитетам
ГОСТа 6449.1-82, сопоставляя поле рассеяния формируемых на оборудовании размеров с допусками квалитетов.
По величине поля рассеяния деревообрабатывающие станки можно
подразделить на четыре класса точности соответственно допускам следующих квалитетов: первый класс точности – 10 – 11; второй – 12 – 14;
третий – 15 – 16 и четвертый – 17 – 18. В зависимости от класса точности
устанавливают и требования к точности системы размерной настройки.
Поле рассеяния системы размерной настройки (погрешности настройки) должно быть для первого класса не более 0,1 от поля рассеяния размеров, формируемых на этом оборудовании; для второго – 0,2; третьего – 0,3 и четвертого – 0,4. Для проверки станка на технологическую
точность его настраивают на применяемый размер и обрабатывают 100
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
деталей. Полученные размеры измеряют с точностью до 0,01 мм микрометром.
Технологические операции механической обработки характеризуются показателями точности и стабильности. Точность и стабильность
технологических операций следует оценивать по тем параметрам, которые оказывают влияние на качество изделий и нормальное протекание
технологического процесса. Точность механической обработки оценивается показателем уровня настройки, выраженным отношением абсолютной погрешности настройки к установленному допуску. Показатель
уровня настройки определяется в первой мгновенной контрольной выборке сразу же после настройки станка.
Дифференциальный метод сводится к определению значений каждого контролируемого элемента независимо от других. При этом соответствие объекта установленным нормам определяется сопоставлением
и анализом данных всех измерений.
Контактный метод измерения характеризуется непосредственным
соприкосновением мерительных поверхностей прибора с объектом контроля.
Бесконтактный обеспечивается при отсутствии соприкосновения. В производстве изделия из древесины для контроля точности
деталей используют универсальные измерительные приборы и калибры. Из универсальных измерительных приборов широко применяют
штриховые линейки, складные метры, штангенциркули, микрометры
и угломеры. В качестве эталона угловой меры – угольник. Время, затрачиваемое на измерение детали, установлено от 16 до 40 с на стадии
первичной обработки и от 16 до 96 с – на стадии окончательной обработки заготовок. Наиболее трудоемкими являются измерения размеров щитовых деталей, диаметров отверстий и контроль межцентровых
расстояний.
Более простым и производительным является контроль с помощью
калибров. Калибры различают по принципу их, применения на предельные и нормальные. С помощью предельных калибров пригодность детали определяется однозначно по предельным отклонениям.
Нормальные калибры (шаблоны) используют для контроля сложных
форм деталей путем сопоставления формы калибра с формой детали.
В зависимости от контролируемого размера калибры делят на три типа:
скобы, пробки и уступомеры.
По назначению использования калибры различают на рабочие и
контрольные. Рабочие калибры используют при контроле размеров деталей. Контрольные – для контроля рабочих калибров, их иногда назы232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вают контркалибрами, так как они должны иметь форму, противоположную форме рабочего калибра. Контрольные калибры обычно используют для контроля калибр-скоб.
В производстве изделий контроль калибр-пробок осуществляют с
помощью универсальных измерительных средств. В конструктивном
оформлении предельные калибры делятся на однопредельные и двухпредельные, односторонние и двухсторонние, регулируемые и нерегулируемые, стационарные и переносные, комплексные и элементные,
цельные и составные.
Однопредельные калибры изготавливают на номинальный размер;
они являются нормальными калибрами или шаблонами.
Двухпредельные калибры имеют два измерительных размера, соответствующих предельным отклонениям. С их помощью устанавливается соответствие контролируемого размера установленным пределам.
Регулируемые калибры могут использоваться для контроля различных размеров, которые устанавливают регулированием перемещения
измерительных поверхностей. Такие калибры иногда называют универсальными.
Стационарными называют калибры, закрепляемые на неподвижных
устройствах (столах, плитах и т. п.).
Комплексными называют такие калибры, которые предназначены
для контроля нескольких размеров и их расположения. Односторонние
предельные калибры имеют оба контролируемых предельных размера с одной стороны. Таким калибром контролируют размер за один
промер. Комплексные и односторонние предельные калибры обеспечивают высокую производительность контроля. Для контроля точности деталей в производстве изделий широко используют предельные
калибры. При пользовании предельными калибрами необходимо соблюдать определенные правила, обеспечивающие единство условий
контроля:
– до начала контроля необходимо выравнивание температуры калибра и детали;
– сопряжение калибра с контролируемой деталью должно осуществляться под действием собственного веса калибра. Масса калибра
определяется в зависимости от требуемого усилия для сопряжения.
Калибры, масса которых выше расчетной, подвешиваются на блоках с
противовесом.
Для массового производства необходимо иметь три комплекта предельных калибров, предназначенных для рабочего, контролера и лаборатории; все калибры должны иметь маркировку и паспорт.
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Условия, при которых хранят калибры, должны предохранять их от
повреждения.
Все калибры, находящиеся в эксплуатации, должны периодически
проверять в лаборатории по графику не реже 1 раза в месяц. Калибры
выдаются под расписку. Ремонт, регулирование калибров рабочими,
пользующимися этими калибрами, запрещены.
Размеры предельных калибров рассчитывают в зависимости от предельных размеров контролируемой детали с учетом допуска на изготовление калибра и его износа в процессе эксплуатации.
10 КЛЕЕНАЯ СЛОИСТАЯ ДРЕВЕСИНА
Полное представление о разнообразии клееной слоистой древесины
дает ее классификация, представленная на рисунке 42.
Обычная клееная фанера представляет собой многослойный материал, слои которого могут быть изготовлены из одной или нескольких
пород древесины. Волокна древесины в двух соседних слоях располагаются под углом 90°. Такую фанеру можно использовать в различных
производствах.
Облицованная фанера представляет собой многослойный материал;
одна или обе рубашки ее изготовляются из древесины с красивой текстурой, а также из бумаги, металла, асбеста, стеклянной ткани, пластмассы. Фанера, облицованная строганым шпоном ценных пород древесины (орехом, дубом и т. д.), может быть использована при производстве
мебели, отделке кают судов, железнодорожных вагонов и т. д.
Облицовка фанеры металлом (сталью, медью, алюминием) изменяет ее физико-механические свойства, повышая:
– прочность,
– жесткость,
– наружную твердость и влагостойкость.
Такой материал отличается сравнительной легкостью. Очень часто
эту фанеру называют бронированной. Потребителями ее могут быть
тарная, холодильная, авиационная и другие отрасли промышленности.
Облицовка фанеры текстурной бумагой (декоративная фанера) позволяет значительно улучшить ее внешний вид.
Одновременное со склеиванием фанеры создание на ее поверхности
прозрачного защитного слоя из отвержденной смолы избавляет от необходимости отделки такой фанеры лаками или эмалями.
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Облицовка асбестом или стеклянной тканью превращает фанеру в
негорючий материал, что имеет особое значение при использовании ее
в судостроении.
Фанера, облицованная пластмассой, применяется в мебельном производстве (крышки столов), для отделки помещений, изготовления многократно используемой бетонной опалубки и т. д. (рис. 42).
б
а
г
в
е
д
Рис. 42 – Конструкция некоторых слоистых материалов:
а – армированная фанера, б – гофрированная фанера, в – столярная плита,
г – столярная плита с серединкой из шпона, д – изоляционная плита, е – пустотелая плита
Бакелизированная фанера представляет собой материал, верхние
слои которого перед склеиванием пропитаны или намазаны смолой. На
поверхности такой фанеры создается слой отвердевшей смолы, надежно
защищающей ее от действия влаги и воды. Эта фанера употребляется
в качестве обшивочного материала, в первую очередь в судостроении.
Армированная фанера представляет собой материал, между слоями
которого имеется несколько слоев металлической сетки.
Не увеличивая заметно объемного веса фанеры, металлическая сетка увеличивает ее прочность, позволяя использовать такую фанеру в
качестве конструкционного материала для ряда весьма ответственных
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изделий. Кроме того, металлическая сетка дает возможность применить
этот материал в качестве нагревающих элементов – электрофанеры (например, при производстве инкубаторов).
Если под одной из наружных рубашек фанеры помещен тонкий слой
металла, горячий предмет, например, горящая папироса, положенная на
отделанный лаком лист фанеры, не оставляет следа, так как отдаваемое
тепло быстро отводится металлом, равномерно распределяющим его на
большой площади.
Гофрированная фанера представляет собой слоистый материал,
поперечному сечению листа которого во время склеивания придается сложная форма. Это обеспечивает повышенную жесткость листа в
одном из направлений, перпендикулярном его плоскости. Такая фанера
может использоваться в строительстве для обшивки стен, потолков, изготовления перегородок и подобных элементов конструкций. В Южной
Америке для внешней отделки домов, покрытия крыш и т. д. применяют гофрированную фанеру толщиной 4,7 – 7,8 мм, облицованную с двух
сторон тонкими слоями алюминия.
Фанерной плитой условно принято называть многослойный материал толщиной от 20 до 45 мм. Обладая достаточно высокой прочностью и
неизменностью размеров, он нашел применение в сельхозмашиностроении, вагоностроении и других отраслях промышленности.
Столярная плита представляет собой щит, средняя часть которого
сделана из реек или шпона, поставленного на ребро, щит с каждой стороны оклеен одним или несколькими листами шпона. Обладая сравнительно небольшим весом и неизменностью размеров, столярные плиты
применяются в мебельной промышленности, производстве деревянных
музыкальных инструментов, вагоностроении и т. д.
Изоляционная плита – это щит, средняя часть которого выполнена из
изоляционных материалов – пенопласта, пористых древесно-волокнистых
плит и т. д., а рубашки из клееной фанеры. Вследствие малой степени
уплотнения серединка имеет незначительный объемный вес и низкую теплопроводность. Такие плиты могут употребляться в строительстве для
отепления перекрытий, полов, перегородок, а также в вагоностроении.
Для улучшения использования древесины организовано производство
древесно-стружечных плит из измельченной древесины (отходов производства). Для получения необходимой прочности частицы древесины
связывают между собой синтетической смолой. Часто эти плиты облицовывают шпоном, фанерой, бумагой или листовой пластмассой. Такие
плиты применяются в строительстве, мебельном и других производствах.
По физико-механическим свойствам они близки к столярным плитам.
236
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пустотелая плита представляет собой рамку, оклеенную с двух
сторон клееной фанерой, во внутреннюю полость которой помещен наполнитель из шпона, фанеры, твердых волокнистых плит, пропитанной
смолами бумаги и других материалов. Ввиду незначительного объемного веса, низкой теплопроводности и малой материалоемкости такие
плиты могут употребляться при изготовлении строительных деталей,
мебели, судов, вагонов и т. д.
Лигнофоль, или древесный слоистый пластик, состоит из большого
числа слоев лущеного шпона, предварительно пропитанных смолой и
спрессованных при высоких давлении и температуре.
Благодаря пропитке древесины смолами, которые химически воздействуют на стенки клеток, усиливая их термопластичность, материал
в момент горячего прессования значительно уплотняется. Последующее
отвердение смолы приводит к фиксации упрессовки и препятствует
проникновению в древесину воды, в результате чего получается монолитный материал с высокими физико-механическими свойствами и
высокой водоупорностью. Создание у такого материала определенных
свойств в различных направлениях может быть достигнуто путем соответствующего взаимного расположения волокон в его слоях.
Так, если направление волокон во всех слоях сделать одинаковым,
можно достигнуть максимальной прочности листа в долевом направлении.
Из такого пластика (марки ДСП-А) изготовляют вкладыши подшипников, вальцы и т. д.
Можно составить древесный слоистый пластик со смешанным направлением волокон, поместив через каждые 5 – 20 слоев, имеющих
продольное направление волокон, один слой с поперечным направлением волокон. В отличие от пластика предыдущей марки, прочность
его в поперечном направлении несколько выше. Из него изготовляются
детали силовых конструкций, подшипники и т. д. Пластик этой марки
(ДСП-Б) применяют также в электротехнической промышленности.
Для получения одинаковой прочности в двух взаимно перпендикулярных направлениях лист составляют из шпона, в двух соседних слоях
которого направления волокон образуют угол 90°. Из него изготовляют вкладыши подшипников, матрицы для штампов, шары для мельниц
и т. д. Кроме того, пластик этой марки (ДСП-В), изготовленный по специальной технологии, применяют в электропромышленности в качестве
изоляционного и силового материала.
Наконец, можно составить пластик из шпона, направления волокон
у соседних листов которого будут составлять угол, отличный от 90°,
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
например, 30 или 45°. Отличительной чертой пластика со звездообразным направлением волокон (ДСП-Г) является большая равномерность
физико-механических свойств по всем направлениям (в плоскости листа). Из него изготовляют шестерни, фрикционные шкивы, втулки и
другие детали.
К приведенным обозначениям пластиков добавляются малые буквы:
а, э, м, т, определяющие назначение каждого материала. Так, буква а добавляется к обозначению пластика, применяемого для деталей авиационных конструкций, э – электроизоляционных деталей, м – антифрикционных и т – деталей машин текстильной промышленности.
Арктилит представляет собой древесный слоистый пластик, между
слоями которого помещено несколько рядов тканой металлической сетки. Кроме того, в его состав входит хлопчатобумажная ткань. Благодаря
такой конструкции он обладает высокой прочностью и водостойкостью
и не подвержен коррозии.
Арктилит используется для изготовления силовых конструкций и в
качестве обшивочного материала в судостроении и гидростроении.
Кроме основных видов древесных слоистых пластиков, указанных в
приведенной классификации, существует много их разновидностей, отличающихся физико-механическими свойствами вследствие иных технологических режимов изготовления. В последнее время организован
также выпуск из шпона гнутоклееных деталей мебели (парт, стульев,
сидений и спинок), деталей и узлов корпусов телевизоров и даже некоторых видов мебели. Поставка таких полуфабрикатов деревообрабатывающим предприятиям значительно упрощает их работу и позволяет
добиться лучшего использования сырья.
10.1 Производство шпона
Полуфабрикатом для изготовления большинства видов клееной
слоистой древесины являются листы сухого шпона определенных размеров. Технологический процесс их получения состоит из следующих
операций:
– лущения шпона,
– разрезки ленты шпона на листы заданного формата,
– сушки,
– сортировки,
– починки шпона.
Для увеличения полезного выхода шпона из сырья полноформатные
листы можно составлять из отдельных кусков, получаемых на первой
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стадии лущения чурака. Технологический процесс обработки зависит от
длины кусков. При длине кусков, равной длине чурака, процесс состоит
из следующих операций:
– прирезки кусков по ширине,
– сушки,
– обработки боковых кромок,
– сортировки по ширине,
– цвету и текстуре,
– ребросклейки кусков в полноформатные листы.
Если длина кусков меньше длины чурака, технологический процесс
включает следующие операции:
– прирезку кусков по ширине,
– прирезку по длине,
– сушку,
– обработку боковых кромок,
– обработку торцовых кромок,
– склеивание по ширине для образования коротких листов шпона,
имеющих полную ширину, склеивание (стыкование) коротких листов в
ленту бесконечной длины, разрезку ленты на листы требуемого размера.
Устройство фанерострогальных станков. Строгание шпона, как и
лущение, представляет собой резание древесины поперек волокон. В отличие от лущения, при строгании нож делит брус либо при собственном
поступательном движении, либо при поступательном движении бруса,
причем получаемые листы фанеры имеют такую же ширину, как и строгаемый брус. Поскольку режущий инструмент устанавливается под некоторым углом к поверхности бруса, для уменьшения растягивающих
напряжений, возникающих в отдельном слое, необходим обжим отделяемого слоя.
Операция строгания выполняется на горизонтальном или вертикальном фанерострогальных станках, общий вид которых представлен
на рисунке 43. На станках первого типа обрабатываемый материал устанавливается на горизонтальном столе, а режущий инструмент на суппорте, совершающем возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости перпендикулярно продольной оси ванчеса.
Поступательное движение суппорт получает от специального
электродвигателя, передающего движение с помощью зубчатого колеса и зубчатой рейки. Перемена направления движения выполняется с
помощью электромагнитной муфты, которая включается от концевых
выключателей. Станки такого типа бывают самых различных размеров, причем некоторые из них позволяют обрабатывать брусья длиной
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 – 5 м, шириной и высотой до 1,2 м. Рассмотренные станки отличаются
громоздкостью и невысокой производительностью из-за малого числа
двойных ходов суппорта в минуту, не превышающего 11 – 26.
Вертикальный фанерострогальный станок работает несколько иначе (рис. 40 б). Обрабатываемый материал в нем закрепляется на каретке, совершающей возвратно-поступательное движение в вертикальной
плоскости. Режущий инструмент устанавливают на суппорте, периодически перемещающемся в горизонтальном направлении для снятия с
поверхности бруса очередного слоя требуемой толщины.
Каретка приводится в движение с помощью кривошипно-шатунного
механизма, размещенного с обратной стороны станка. Позволяя обрабатывать брусья такого же размера, вертикальные станки отличаются
компактностью, механизированным отбором срезаемых листов шпона,
а также удобством регулировки положения ножа и прижимной линейки.
Производительность этих станков несколько выше, чем горизонтальных, так как число двойных ходов каретки доходит до 56 в минуту.
Основной частью каждого из рассмотренных станков является суппорт, имеющий две траверсы: одну для крепления ножа, а вторую – для
прижимной линейки. Как и при лущении, хорошее качество строганого
шпона может быть достигнуто только при правильном взаимном расположении ножа и прижимной линейки.
Выход шпона при строгании. Полезный выход строганого шпона
из сырья зависит от его диаметра, схемы раскроя и, частично, породы древесины. Наиболее высокий выход шпона получается из сырья
крупного размера, отходы при разделке которого составляют меньший
удельный вес. Исключение представляет случай, когда сырье разделано секторным способом, при котором увеличивается выход радиального шпона.
Количественный выход шпона может быть охарактеризован числом
квадратных метров, получаемых из одного ванчеса, или 1 м3 сырья.
Практика показывает, что из 1 м3 дубового сырья при толщине шпона 0,8 мм получается около 700 – 750 м2, а при толщине шпона 1 мм –
530 – 620 м2. Расход сырья диаметром 50 – 60 см на изготовление 1000 м2
шпона составляет 1,4 – 1,65 м3.
Улучшение использования древесины при производстве строганого
шпона может быть достигнуто несколькими путями. Прежде всего необходимо организовать 100%-ную переработку горбылей и досок, изготовляя из них различные предметы (мебель, бочечную тару и т. д.). Следует
организовать также дострожку отпада, прикрепляя его к специальной
доске с помощью круглых шипов.
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
а
11 12 13
2
4
5
15
16
7
9
10
б
3
1
6
9
1
4
5
3
8
2
16
Рис. 43 – Схемы фанерострогальных станков:
а – горизонтального, б – вертикального
Приемы работы на горизонтальном фанерострогальном станке.
Работа на таком станке протекает следующим образом. Поместив на
стол станка и прижав к упорной доске ванчес, его закрепляют имеющимися на столе захватами. Затем вращением вертикальных винтов,
поддерживающих стол, поднимают ванчес до тех пор, пока между его
поверхностью и плоскостью движения режущей кромки ножа не останется 10 – 12 мм, и включают подачу суппорта и автоматический подъем
стола, благодаря чему с поверхности ванчеса через несколько ходов начнут срезаться листы шпона требуемой толщины. Строгание бруса можно выполнять за одну и две установки. Во втором случае брус строгает241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ся приблизительно до половины высоты, после чего его переворачивают
и строгают с той стороны, которая служила ранее установочной базой.
Целью второго способа является размещение сердцевинной трубки в
доске толщиной 25 – 30 мм, которая неизбежно остается после раскроя
бруса, а также обеспечение правильного направления строгания (против
наклона годичных колец).
Во время строгания шпон нужно складывать в той же последовательности, как и при раскрое ванчеса. Это облегчает подбор полос при
составлении из них больших площадей.
При разработке ванчеса средней высотой 350 мм на шпон толщиной
1 мм производительность горизонтального фанерострогального станка
составляет 500 – 750 листов в час. Увеличение ее может быть достигнуто за счет одновременной строжки нескольких ванчесов. Обслуживает
фанерострогальный станок бригада из трех рабочих.
10.2 Устройство предприятия, производящего
клееную слоистую древесину
Современное предприятие по изготовлению клееной слоистой древесины состоит из
основных цехов,
вспомогательных цехов,
складских,
транспортных,
энергетических,
санитарно-технических и
общезаводских устройств.
На состав предприятия в значительной мере влияет масштаб производства, характер технологического процесса и особенности предъявляемых к продукции требований.
С учетом характера технологических операций в виде изготовляемого продукта основные цехи предприятия разделяются на две самостоятельные группы. Первая из этих групп, занятая изготовлением полуфабрикатов для остального производства, может быть названа заготовительной. К ней относятся отделения (цехи) (рис. 44):
гидротермической обработки сырья,
лущильное,
сушильно-сортировочное,
обработки кусков шпона,
приготовления смол.
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
16
12
11
13
14
19
1
18
10
21
6
17
9
5
2
8
4
7
20
6
15
3
3
22
река
Рис. 44 – Схема предприятия, производящего клееную
слоистую древесину:
1 – главный корпус, 2 – распиловочная станция, 3 – склады сырья, 4 – бассейн для
чураков, 5 – склад дров, 6 – низкий транспортер, 7 – устройство для таскания
бревен, 8 – ремонтная мастерская, 9 – теплосиловая станция, 10 – ж.д. ветка,
11 – склад готовой продукции, 12 – цех искусственных смол, 13 – склад клеевых
материалов, 14 – склад технических материалов, 15 – продольный элеватор,
16 – склад для горючего материала, 17 – проходная, 18 – заводоуправление,
19 – столовая, 20 – пожарное депо, 21 – гараж, 22 – водонасосная станция
В результате прохождения через эти отделения сырье превращается в сухой шпон, являющийся полуфабрикатом для второй половины
основных отделений, выпускающих товарную продукцию.
Для заводов сухой шпон также может являться товарной продукцией, если им снабжаются, например, мебельные или подобные им предприятия. Во вторую половину основных цехов могут входить цехи по
изготовлению и обработке клееной фанеры, плит, древесных слоистых
пластиков, декоративной фанеры, труб и т. д., а также цех по использованию вторичного сырья.
243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дробность деления основных цехов зависит от масштаба производства. При небольшом масштабе технологический процесс изготовления,
например, клееной фанеры может быть организован в одном цехе. Но
для удобства управления цех, как правило, делят на ряд отделений или
участков.
В группу вспомогательных цехов входят:
– ремонтно-механический (включающий электромастерскую),
– ножеточильная мастерская,
– ремонтно-строительный цех, занимающийся ремонтом зданий
и санитарно-технических устройств.
Учитывая относительно небольшой объем работы в ножеточильной мастерской, ее, как правило, не выделяют в самостоятельный цех, а
включают в состав ремонтно-механического цеха или того из основных
цехов, который она обслуживает.
К складским устройствам относятся: склад сырья, склад готовой
продукции, склад клеевых материалов, склад технических материалов
и др. Буферные (промежуточные) склады полуфабрикатов, имеющиеся
в основных производственных цехах, в эту группу не входят.
К транспортным устройствам относятся:
– рельсовая сеть,
– путевые устройства,
– подвижной состав,
– мотовозы,
– электровозы,
– электрокары,
– гаражи для их хранения.
В данную группу включаются также гаражи для автомобильного
транспорта, подъемно-транспортные устройства для перемещения сырья, полуфабрикатов и отходов на открытых дворах и благоустроенные
дороги для безрельсового транспорта.
Энергетические устройства включают теплосиловую станцию, понизительную подстанцию, компрессорные установки, электросеть,
паропроводы, воздуховоды и прочие подобные устройства. К группе
санитарно-технических устройств относятся вентиляция, отопление,
водоснабжение и канализация.
Состав энергетических и санитарно-технических устройств завода может изменяться в зависимости от кооперирования данного предприятия с другими промышленными и коммунальными предприятиями
по снабжению электроэнергией, паром, устройством канализации, водопровода, расположенными рядом.
244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перечисленные здания, сооружения и устройства располагаются
на предназначенной для строительства предприятия площадке в соответствии с ее размерами и профилем. Для определения взаимного расположения зданий учитываются назначение и характер выполняемых в
них производственных процессов. Компоновка их на генеральном плане
должна в первую очередь способствовать:
– созданию постоянного направления грузовых потоков в соответствии с последовательностью хода производственного процесса;
– прямолинейности грузовых потоков без обратных и встречных
движений, а также наименьшей длине пробега обрабатываемого сырья
и полуфабрикатов;
– удобному расположению вспомогательных цехов по отношению к
основным;
– противопожарной безопасности, что достигается расположением
указанных объектов с учетом господствующего направления ветров.
Примерная схема взаимного расположения зданий и сооружений завода, изготовляющего клееную фанеру, показана на рисунке 44.
Производственный процесс на таком предприятии протекает следующим образом. Сырье в виде кряжей и чураков, предназначенное для
получения шпона, подается на завод водным путем или по железнодорожной ветке. Для непосредственной подачи сырья из воды на распиловочную станцию и в главный корпус предусмотрена система низких
продольных транспортеров. Сырье, которое не может быть сразу пущено в производство, хранится на складах. В теплое время года для сохранения качества сырья, поступающего по железной дороге, сооружается
бассейн. Выгрузка сырья из воды для создания необходимых зимних запасов производится продольным элеватором, который используется также для выгрузки дров на склад. Питание производственных цехов паром
и электроэнергией происходит от теплосиловой станции.
Склады готовой продукции, клеевых материалов, технических материалов и цех синтетических смол располагаются у второй железнодорожной ветки, что обеспечивает удобную выгрузку и погрузку материалов. Ремонтно-механическая мастерская расположена в центре завода
для удобного обслуживания всех объектов предприятия.
Приведенная схема является примером расположения зданий на
территории завода, отражая перечисленные основные принципы, закладываемые в основу компоновки генерального плана. На ближайшие
7 – 15 лет основным типом предприятия будет комбинат, изготовляющий не только клееную фанеру, но и другие виды продукции (древесностружечные плиты, выклеенные из шпона детали и т. д.).
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11 ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
Обрезки 5–7%
Заготовки 40–42%
Упрессовка 7–9%
Обрезки 4–6%
Обрезная
фанера 43–47%
Необрезная фанера
47–5%
Усушка 5–6 %
Обрезки шпона 3–4%
Шпон сухой 56–60%
Рванина 17–19%
Карандаши 9–10%
Обрезки 2–3%
Чураки 97–98%
Кряж 100%
Шпон сырой 66–68%
Детали 21–28%
Стружки 5–10%
Обрезки 2%
Опилки 1%
Стружки 3–6%
Обрезки 0,5%
Опилки 0,5%
б
Чистовые заготовки 25–35%
Обрезки 15–20%
Опилки 5–7%
Опилки 11–12%
Усушка 6%
Черновые
заготовки 35–40%
Доски 58–60%
Бревна 100%
а
Горбыли 5–7%
Мелочь 3%
Рейки, срезки 15–16%
При заготовке деловой древесины и ее последующей переработке
неизбежны отходы. Так, на нижних складах леспромхозов, куда вывозится заготовленная древесина, остаются сучья, ветки и вершины деревьев в количестве 7,5%, а также откомлевки и козырьки, составляющие
2,5% от объема вывезенной древесины.
Кроме того, на нижних складах при разделке хлыстов на сортименты образуется в среднем 28% дров.
Основная масса отходов получается при дальнейшей переработке
деловой древесины на деревообрабатывающих предприятиях. И хотя
отходы являются весьма ценным сырьем, из которого можно получать
нужную народному хозяйству продукцию, следует прежде всего максимально рационализировать методы обработки древесины для увеличения полезного использования сырья.
Количество отходов, образующихся в производствах, иллюстрируется ручьевыми диаграммами, приведенными на рисунке 45.
Рис. 45 – Баланс использования древесины:
а – в лесопильном и деревообрабатывающем производствах, б – в производстве
клееной фанеры
246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вся масса отходов может быть разделена на две категории:
– отходы, которые могут быть переработаны промышленными способами в различного рода изделия и продукты;
– отходы, которые могут быть использованы без предварительной
переработки.
Промышленная переработка отходов древесины может быть организована механическим или химическим способом. Механический
способ состоит в непосредственном изготовлении из кусковых отходов различного рода продукции (обапола, тарной дощечки, клееных
щитов, упаковочной стружки) или технологической щепы и в превращении мелких отходов (опилок, стружек) в материалы, способные
заменить натуральную древесину (плиты, прессованные детали), или
в продукты, являющиеся полуфабрикатами для других производств
(древесную муку). Химический способ состоит в переработке отходов древесины в целлюлозу, бумагу, картон, кормовые дрожжи, спирт,
фурфурол, глюкозу и пр. Существует также энергохимический способ
переработки отходов, при котором кроме горючего газа могут быть
получены фенол, древесно-уксусный порошок, литьевой крепитель
и т. д. Химическим способом легче, чем другими, переработать большое количество отходов.
Выбор того или иного способа переработки отходов древесины зависит от многих причин:
– объема и типа производства,
– вида и количества отходов,
– местных условий,
– транспортных возможностей,
– наличия потребителей и т. д.
Обоснование выбранного способа должно производиться соответствующим технико-экономическим расчетом. Решение проблемы рационального использования отходов древесины заметно упрощается при
комбинировании ее переработки и обработки.
11.1 Древесно-стружечные плиты
Древесно-стружечные плиты представляют собой материал, получаемый горячим прессованием древесных частиц, смешанных со связующим веществом. Плиты имеют довольно высокие физико-механические
свойства и практически мало изменяют свои размеры при изменении
влажности древесины, являясь во многих случаях хорошим заменителем столярных плит, фанеры и т. д.
247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Они хорошо обрабатываются и склеиваются. Введением в древесноклеевую смесь соответствующих веществ можно улучшить их огнестойкость, биостойкость, водо- и влагостойкость и т. д. Относительная простота технологии позволяет легко автоматизировать процесс производства плит и тем снизить трудозатраты на их изготовление. Возможность
использования для производства древесно-стружечных плит некондиционной древесины и отходов делает это производство высокоэкономичным. Действительно, 1 м3 древесно-стружечных плит, на производство которого расходуется 1,5 – 1,7 м3 отходов, заменяет 2 – 3 м3 пиломатериалов или 4 – 6 м3 круглого леса.
Капитальные затраты на организацию данного производства сравнительно невелики.
По способу прессования древесно-стружечные плиты делятся на
две группы:
– плоского (П) прессования, получаемые в результате сжатия
стружечного ковра в направлении, перпендикулярном плоскости
плиты (древесные частицы в них располагаются параллельно плоскости плиты);
– экструзионного (Э) прессования, получаемые в результате сжатия
ковра в направлении, параллельном его плоскости (древесные частицы
в них располагаются перпендикулярно плоскости плиты).
По объемному весу плиты условно делятся на четыре группы:
– легкие, объемный вес которых не превышает 500 кг/м3;
– средние (ПС), имеющие объемный вес 500 – 600 кг/м3;
– тяжелые (ПТ) объемным весом 650 – 800 кг/м3;
– сверхтяжелые, объемный вес которых более 1000 кг/м3.
Плиты первой группы используются главным образом как изоляционный материал. Средние и тяжелые применяются в качестве конструкционного материала, причем на долю их приходится 90 – 95% мирового
производства плит. Плиты сверхтяжелые применяются для специальных целей, в том числе как материал, хорошо противостоящий истиранию (плитки для полов и т. п.).
По конструкции плиты делятся на:
– однослойные;
– трехслойные;
– многослойные;
– сплошные и полые;
– необлицованные и облицованные;
– бескаркасные и каркасные.
Однослойные плиты (ПС-1 и ПТ-1) изготовляются из частиц раз248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
личного размера, от которых отделены слишком мелкие и очень крупные частицы.
Если для их изготовления применяется специально нарезанная стружка, чистота поверхности плит заметно улучшается. Такие плиты используются в качестве обшивочного материала, который может подвергаться
облицовке лущеным или строганым шпоном, пластмассой и т. д.
Трехслойные плиты (ПС-3 и ПТ-3) состоят из трех самостоятельных
слоев, внутренний из которых (60 – 70% объема плиты) изготовляется из
грубых частиц (дробленки), а наружные – из плоской высококачественной стружки, в которую введено несколько большее количество связующего, чем в средний слой. Благодаря этому чистота поверхности может
быть достаточно хорошей, и они могут использоваться под прозрачную
отделку.
Прочность трехслойных плит вполне удовлетворительная, хотя иногда они имеют тенденцию к расслоению. Производство трехслойных
плит несколько сложнее, чем однослойных, так как необходимо наличие на определенном участке производства двух самостоятельных линий для подготовки частиц среднего и наружных слоев.
Многослойные плиты состоят из частиц разного размера, причем
четкой границы между слоями нет. Такое условное название плиты получили потому, что частицы с помощью специальной формирующей
машины укладываются в поперечное сечение плиты с учетом их размера: чем меньше частицы, тем ближе они располагаются к поверхности плиты, чем крупнее – тем ближе к горизонтальной оси симметрии
поперечного сечения плиты. Чистота поверхности у таких плит почти
не уступает таковой у трехслойных плит, а прочность даже несколько
выше. Процесс изготовления многослойных плит проще, чем трехслойных.
Полые плиты (ЭЛМ – экструзионные легкие многопустотные) имеют продольные каналы круглого или иного сечения, изготовляемые особым способом. Кроме меньшего веса, в этом случае имеет место некоторая экономия исходного сырья (клея и древесины), благодаря чему себестоимость их ниже, чем сплошных плит. Применяются они главным
образом в строительстве.
Облицованные плиты, т. е. оклеенные лущеным или строганым
шпоном, бумагой, пленками и т. д., могут изготовляться из грубых или
очень мелких древесных частиц, так как необходимая чистота поверхности плит достигается за счет их облицовки, способствующей также
усилению прочности плиты. Стоимость таких плит по сравнению с необлицованными несколько выше.
249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каркасная плита представляет собой рамку, облицованную с двух
сторон листовым материалом, внутренняя полость которой заполнена древесно-клеевой смесью. Последняя придает плитам необходимую
жесткость и прочность, а также предотвращает втягивание рубашек.
Такие плиты изготовляются строго определенного размера в соответствии с размерами узлов мебели. Прочность плит вполне достаточная, но
они используются довольно редко из-за нетехнологичной конструкции.
Кроме названных, в мировой практике известны плиты с прослойками из олова и свинца как средства защиты от радиации, а также из
асбеста и материалов на основе стекловолокна, которые повышают огнестойкость плит.
Структура технологического процесса изготовления древесностружечных плит зависит от их вида.
На первом участке производства обычно имеются два самостоятельных потока изготовления древесных частиц: один для внутреннего слоя,
а второй для наружных слоев.
Предназначенное к переработке сырье проходит ряд подготовительных операций. В зависимости от вида и размеров оно может подвергаться окорке, распиловке на отрезки определенной длины и гидротермической обработке (чаще всего проварке). Включение в состав технологического процесса последней операции позволяет уменьшить количество
мелочи на этапе измельчения древесины, сократить расход энергии,
удлинить сроки работы режущего инструмента (до 3 – 4 ч) и улучшить
качество поверхности стружки.
Для получения древесных частиц необходимого размера применяют
станки, работающие по принципу ударного измельчения или резания
древесины. В первом случае измельчение производится на дисковых
или барабанных рубительных машинах (рис. 46).
Измельчитель FARMI FOREST легко перерабатывает как отходы деревообрабатывающего производства, пеньки, молодые деревья, ветки,
сучья, так и целые стволы деревьев.
Материал может подаваться к ножам с помощью гидравлически
приводимых роликов подачи. После первого среза (материал дробится
между основными ножами и встречными ножами (наковальня), щепа,
проходя через двойной диск, выбрасывается центробежной силой во
внешнее кольцо ротора, где происходит окончательный этап дробления
(между так называемыми «пальчиковыми» лезвиями и отбойниками).
Поставив перед вытяжной трубой отбойник для сучьев, можно
добиться более качественной консистенции щепы. Щепа требуемого
размера проходит через трубу и выбрасывается центробежной силой
250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 46 – Рубительная машина мод. «CH260»
на 5 – 18 м. Этот поток можно направить непосредственно в бункер, из
которого щепа попадает в обогревательный котел, или в кузов трактора,
для дальнейшей транспортировки.
Рубительная машина CH260 используется также для переработки
макулатуры и пластика для последующей утилизации.
Барабанные рубительные машины предназначены для измельчения
в щепу отходов лесопиления и деревообработки. Режущий инструмент
в них крепится на цилиндрической поверхности барабана, к которому под некоторым углом подходит патрон, служащий приемником для
измельчаемой древесины. Подача последней может быть с помощью
вальцового или цепного механизмов. Производительность этих станков
несколько меньше предыдущих. Получаемая щепа также имеет большие размеры (толщина 2 – 10 мм, ширина 10 – 40 мм, длина 10 – 30 мм),
в связи с чем ее подвергают повторному измельчению на специальных
молотковых дробилках.
Рабочими органами в них являются свободно подвешенные к ротору
молотки. Из-за относительно низкого качества древесных частиц, по251
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лучаемых на станках ударного измельчения, в производстве древесностружечных плит преимущественное распространение получили станки, работающие по принципу резания древесины, – дисковые, барабанные, чашечные и фрезерные.
Дисковые стружечные станки отличаются от дисковых рубительных машин тем, что, кроме основных ножей, у них имеются и подрезные, обеспечивающие получение стружки нормированной длины.
Перерабатываемый материал располагается параллельно плоскости
диска, что позволяет получить плоскую стружку нужного качества.
Длина перерабатываемого материала должна быть меньше радиуса диска, что требует предварительного поперечного раскроя древесных сортиментов.
Барабанные стружечные станки, как и дисковые, могут перерабатывать отрезки древесины определенной длины. Режущий инструмент у
этих станков укрепляется на вращающемся валу, к которому с помощью
гидротолкателя прижимается измельчаемая древесина. Получаемая
стружка имеет строго определенную длину, что достигается специальной заточкой ножей. Качество стружки несколько хуже, чем в предыдущем случае. Станки отличаются компактностью и высокой производительностью.
Чашечные станки позволяют измельчать древесину любой длины. Режущий инструмент (основные и подрезные ножи) располагается на внутренней цилиндрической поверхности чаши, вращающейся
в вертикальной плоскости. При перемещении чаши в поперечном по
отношению к обрабатываемому материалу направлении часть длины
его превращается в плоскую стружку. Толщина стружки определяется
величиной выхода ножей над цилиндрической поверхностью чаши, а
длина – расстояниями между подрезными ножами. После возвращения
ножевой головки в первоначальное положение перерабатываемый материал подается вперед на глубину чаши, и процесс резания повторяется. Производительность чашечных станков относительно небольшая, а
конструкция несколько сложнее, что компенсируется, однако, высоким
качеством стружки. У фрезерных станков режущий инструмент располагается на наружной цилиндрической поверхности вращающегося
диска. В остальном, принцип их действия аналогичен принципу действия чашечных станков.
Стружка подвергается сушке до влажности 4 – 7%. Эта операция может выполняться в сушилках разного типа:
роторных,
барабанных,
252
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ленточных,
турбинных,
пневматических,
аэрофонтанных и др.
Агентом сушки служит нагретый воздух или дымовые газы, а теплоносителем – пар, перегретая вода или дымовые газы.
Принцип работы роторной сушилки следующий: подаваемая через
приемник стружка попадает на вращающийся ротор. Благодаря наличию у ротора лопастей стружка многократно пересыпается и постепенно передвигается к выходному отверстию, через которое и выводится
из сушилки. Производительность сушилки не превышает 250 – 300 кг
сухой стружки в час. Недостатком сушилок является заметное измельчение стружки и засмоление поверхностей трубок ротора, ухудшающее
теплопередачу. Роторные сушилки используются в установках малой и
средней мощности.
Барабанная сушилка представляет собой цилиндр, в который непрерывно подается стружка (из расчета 20% заполнения всего объема).
Имеющиеся на внутренней поверхности барабана лопасти перемешивают стружку. Движению стружки к выходному концу способствует установка сушилки под углом около 5°. Скорость движения теплоносителя
2 – 3 м/сек. Температура на входе 140 – 150° С (воздуха) или 350 – 400°
(дымовых газов). Если в качестве теплоносителя применяются дымовые
газы, внутри сушилки создается небольшое разрежение для предотвращения выхода газов в производственное помещение. Сушилки безотказны в работе, просты по устройству, но громоздки и металлоёмки. В них
происходит также некоторое измельчение стружки. Равномерность сушки удовлетворительная.
Ленточные сушилки имеют три – пять этажей в виде бесконечных
лент или вибрирующих пластин, обеспечивающих постепенное перемещение стружки с этажа на этаж. Направление движения теплоносителя может быть различным. Лучше подводить его к каждому этажу
сушилки. Тогда теплоносителю приходится преодолевать сопротивление только одного слоя стружки толщиной 100 – 200 мм. При использовании в качестве теплоносителя топочных газов температура их на
входе равна 170 – 180° С. Скорость движения воздуха 1,2 – 1,3 м/сек.
Производительность сушилки около 1200 кг стружки в час. Благодаря
хорошему перемешиванию влага в стружке распределяется сравнительно равномерно.
Пневматическая сушилка представляет собой вертикальный цилиндр высотой 3 – 5 м, имеющий сетчатое дно, над которым вращается
253
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в горизонтальной плоскости специальное мотовило. Непрерывно подаваемая сверху в цилиндр стружка встречает на своем пути поток дымовых газов (160 – 180°С), получаемых от сжигания в специальной топке
мазута.
Мелкие древесные частицы, витая внутри сушилки, легко отдают
содержащуюся в них влагу, после чего выносятся с потоком газов из сушилки. Крупные частицы оседают на дно, постепенно сохнут при прохождении через них потока газов и после уменьшения веса также выносятся наружу. Очень крупные (тяжелые частицы) с помощью мотовила
направляются в дробилку для повторного измельчения. Такие сушилки
состоят из двух секций, в первой из которых влажность стружки доводится до 12%, а во второй – до 4 – 6%. Производительность двухсекционной сушилки доходит до 1500 кг стружки в час. Недостатком сушилок
являются их крупный габарит и значительный расход электроэнергии.
Стружка не всегда однородна по размерам. Поэтому от нее надо отделять очень крупные и очень мелкие частицы. Для этого стружку пропускают через грохоты, барабанные сита или пневматические сепараторы. Наиболее широкое применение находят устройства первого типа.
Грохот имеет два сита, первое из которых с крупными ячейками (1010
мм), а второе – с мелкими (11 мм).
Недопустимо крупные частицы задерживаются на первом сите и
направляются на повторное измельчение, кондиционная стружка задерживается на втором сите, а мелкие частицы проходят сквозь него и в
дальнейшем сжигаются. Для лучшего просеивания грохот совершает до
300 колебаний в минуту при амплитуде 6 – 10 мм. Производительность
грохота может доходить до 2000 кг стружки в час. Сортировка сухой
стружки является обязательной операцией, сырая стружка просеивается
не всегда.
После сепарирования стружку смешивают со связующим. Поскольку
поверхность стружки велика (1 кг может иметь поверхность от 10 до
70 м2), количество клея, приходящегося на 1 м2 поверхности, не превышает 1 – 8 г. Отсюда равномерное распределение связующего по поверхности стружки усложняется.
Выполняется данная операция в смесителях периодического или
непрерывного действия. Смеситель представляет собой цилиндр, внутри которого вращается вал с лопастями, создающий стружечное облако, перемещающееся в аксиальном направлении. Барабан заполняется
стружкой на 45 – 60% его объема. Распыление или разбрызгивание связующего на мелкие частицы производится с помощью форсунок, установленных по образующей цилиндра.
254
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжительность смешивания стружки со связующим не превышает 5 – 6 мин. Производительность смесителей определяется их размерами и может составлять от 200 до 10 000 кг проклеенной стружки в час.
Для соблюдения рекомендуемого соотношения между стружкой и
связующим, оказывающим влияние на плотность и прочность плит, производится строгая дозировка. Дозировка стружки может быть объемной
или весовой. Первая из них не отличается высокой точностью, так как
количество отмериваемой стружки в этом случае зависит от однородности размеров и формы частиц.
Поэтому пользуются весовой дозировкой, на точность которой может оказывать влияние только влажность стружки. Но поскольку последняя относительно стабильна, погрешности весовой дозировки
меньше, чем объемной. Дозировка стружки выполняется с помощью
автоматических весов. Связующее дозируют регулированием работы
насоса, подающего его в смеситель.
Подготовленная древесно-клеевая смесь (проклеенная стружка)
с помощью специальных формирующих машин насыпается на металлический поддон, вместе с которым она будет направлена в пресс.
Формирующая машина должна равномерно распределить проклеенную
стружку по поддону, что будет гарантировать стабильность физикомеханических свойств готовой плиты. Кроме того, машина должна отмерить определенное количество стружки на одну плиту, что гарантирует ей желаемую плотность.
Проклеенную стружку подают в машину через приемник и с помощью пластинчатого и игольчатого транспортеров ею заполняют приемник весов. Для выравнивания слоя стружки по толщине и равномерного распределения по ширине транспортера служит дозирующий валик.
Когда приемник весов заполнен необходимым количеством стружки,
транспортер останавливается и автоматически срабатывающие весы
выдают порцию стружки на горизонтальный транспортер, с которого
она подается на расположенный под машиной поддон.
Для выравнивания количества подаваемой стружки в этой части
машины также имеются разравнивающие ролики. Количество формирующих машин в линии зависит от вида изготовляемых плит и может
доходить до восьми. Для производства многослойных плит существуют
специальные формирующие машины механического или пневматического действия, укладывающие древесные частицы с учетом их размеров: чем крупнее частицы, тем ближе они располагаются к центральной
оси симметрии сечения плиты, чем мельче, тем ближе к наружным ее
поверхностям.
255
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сформированный на поддоне ковер подается в однопролетный холодный пресс, где производится подпрессовка. Целью последней является уменьшение высоты ковра для его заталкивания в промежутки
горячего пресса, уплотнение ковра для уменьшения осыпания его кромок, а также предотвращения просыпания мелких частиц через ковер,
которое увеличивает неоднородность строения плиты и может явиться
одной из причин ее коробления.
Подпрессовка ведется в прессах, имеющих верхнюю подвижную
плиту. Давление пресса не превышает 10 – 18 кг/см2, продолжительность
сжатия пакета 10 – 30 сек. Для предотвращения прилипания древесных
частиц к верхней плите пресса ее защищают металлическим перфорированным листом или парусиной.
Прессование древесно-стружечных плит может выполняться на
прессах периодического или непрерывного действия.
Наиболее широкое применение находят многопролетные прессы периодического действия. В отличие от прессов для склеивания фанеры,
они имеют плиты больших размеров, меньшее число рабочих промежутков при большей высоте их и устройства для механической загрузки
и разгрузки пресса. Для уменьшения колебания толщины изготовляемых плит плиты пресса имеют дистанционные планки, ограничивающие их сближение.
В установках небольшой мощности применяются однопролетные
прессы импульсного действия, имеющие верхнюю подвижную плиту.
Пакеты в пресс загружают ленточным транспортером из тонкой листовой стали или сетки, запрессованной в теплостойкую пластмассу.
Размер единственного промежутка пресса делается достаточно большим, что исключает необходимость включения в линию подпрессовочного пресса. Ковер формируют непосредственно на ленте транспортера
с помощью установленной над ним формирующей машины. Выходящая
из пресса в виде непрерывной ленты древесно-стружечная плита разрезается затем на отрезки нужной длины. Достоинством установки на
базе однопролетного пресса является простота конструкции и небольшая металлоемкость. Дефицитность и высокая стоимость стальной ленты является одной из причин, ограничивающей широкое использование
таких установок.
Устройством непрерывного действия для изготовления древесностружечных плит является гусеничный пресс Бартрев.
Проклеенная стружка с помощью вибрационного устройства насыпается ровным слоем на бесконечную стальную ленту, подпрессовывается в ленточном прессе, подогревается в поле токов высокой частоты
256
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и подается в гусеничный пресс, где осуществляется необходимый прогрев ковра и его сжатие. Скорость движения прессуемого материала может регулироваться от 1,5 до 9 м/мин. Из пресса выходит плита в виде
непрерывной ленты, которая затем с помощью автоматической пилы
разрезается на отрезки необходимой длины. Рассмотренный пресс отличается сравнительной сложностью и имеет большое число трущихся
деталей. Применяемые в нем стальные ленты дефицитны и дороги, а
ремонт их сложен.
Кроме прессов для плоского прессования плит, применяются прессы, работающие по принципу выдавливания, или экструзии. Они могут
быть горизонтальными и вертикальными.
Порция проклеенной стружки с помощью загрузочного механизма
подается в зазор между двумя вертикальными плитами (горячими), после чего пуансон пресса, совершая возвратно-поступательное движение
в вертикальной плоскости, спрессовывает поданный материал и продвигает его на 4,5 – 10,5 мм. Число двойных ходов пуансона равно 90 – 130 в
минуту. По мере прохождения стружки между горячими плитами происходит отвердение клея, в результате чего образуется непрерывная лента
спрессованного материала. Средняя скорость ее движения регулируется
в пределах 0,5 – 1,2 м/мин. Для изготовления многопустотных плит между плитами пресса устанавливают специальный трубчатый коллектор.
Рассматриваемый пресс отличается низкой металлоемкостью (в 7 – 10
раз меньше по сравнению с многопролетными прессами) и простотой
устройства.
Полученные плиты имеют поверхности хорошего качества, так как
плиты пресса хромированы. Ввиду постоянства зазора между обогревательными плитами толщина спрессованного материала имеет небольшие колебания. Плиты не нуждаются в обрезке кромок.
Качество плит, изготовленных на том или ином оборудовании, зависит от правильного выбора режима прессования и в первую очередь от
температуры плит пресса, давления и времени выдержки под давлением.
Температура плит пресса, в зависимости от вида применяемого связующего и способа загрузки пакетов, может быть в пределах 130 – 160° С.
Давление прессования, обеспечивающее хорошее контактирование древесных частиц друг с другом, зависит от породы древесины, вида и размеров частиц и других факторов и может быть в пределах 10 – 16 кг/см2.
При этом применяется ступенчатый режим: по истечении времени выдержки давление постепенно снижается. Продолжительность выдержки
прессуемого материала под давлением исчисляется на 1 мм толщины
плиты и, в зависимости от температуры плит пресса, вида связующего,
257
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
влажности пакета и его толщины, может колебаться при использовании
мочевинных клеев в пределах 0,65 – 1,2 мин/мм.
Для интенсификации прессования плит ковер предварительно подогревают до 60 – 70 °С в поле токов высокой частоты: в прессах непрерывного действия или в однопролетных прессах импульсного действия.
Это позволяет ускорить прессование приблизительно на 20%. Для
дальнейшего уменьшения длительности прессования прибегают к паровому или газовому удару. Если увлажнить поверхностные слои ковра
(130 – 150 г/м2), при зажатии его между горизонтальными плитами происходит быстрый переход влаги в пар, который затем устремляется к
центру прессуемого пакета и ускоряет его прогрев.
Температура плит пресса при этом должна быть 170 – 185 °С. При
газовом ударе на поверхность пакета наносят 8 – 10%-ный водный раствор уротропина или смеси водного раствора уротропина с 2%-ным водным раствором салициловой (лимонной, молочной, малеиновой) кислоты в количестве 80 – 100 г/м².
Прессование в этом случае может быть сокращено до 0,1 –
0,2 мин/мм. Эффективность парового и газового ударов зависит от
плотности прессуемой плиты: чем она ниже, тем эффективней данный
прием. Ускорение склеивания способствует также получению плит с высоким качеством поверхности.
12 БЕЗОПАСНОСТЬ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
Охрана труда, или производственная безопасность жизнедеятельности на предприятиях, направлена на обеспечение здоровых и безопасных условий труда. С этой целью изучают и анализируют имевшие место случаи аварий, взрывов, пожаров, производственного травматизма,
несчастные случаи, профессиональные заболевания и разрабатывают
систему мероприятий и требований для предупреждения этих явлений.
Методы и содержание работы по охране труда непрерывно развиваются. Совершенствование технологических процессов, повышение
степени их механизации и автоматизации способствуют облегчению и
оздоровлению условий труда. Комитеты по охране труда и профсоюзные комитеты совместно с администрацией и службой охраны труда
предприятия работают в направлении уменьшения общей и профессиональной заболеваемости и производственного травматизма. Создание
безопасных условий труда является важной государственной задачей.
258
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Охрана труда в нашей стране осуществляется на научной основе.
На предприятиях разрабатывается комплексная система охраны труда,
основу которой составляют:
– внедрение новой безопасной техники, прогрессивных методов организации труда и технологии производства;
– комплексная механизация и автоматизация производственных
процессов;
– применение защитных средств и приспособлений, обеспечивающих снижение травматизма.
Изучение вопросов охраны труда в профессионально-технических
училищах и при обучении рабочих на предприятиях дает возможность
молодым рабочим освоить организационно-технические основы безопасности труда, способы и средства защиты от опасных и вредных производственных факторов при обработке древесины, снизить и исключить производственный травматизм и заболевания. Для более глубокого
изучения представленного материала учащимся рекомендуется ознакомиться с литературой, приведенной в конце учебника, а также постоянно следить за ГОСТами систем стандартов безопасности труда (ССБТ).
Деятельность по охране труда на предприятии должна включать
следующие направления:
обеспечение безопасности при эксплуатации производственного
оборудования и других технических средств; для этого необходимо учитывать требования безопасности при создании, приобретении, монтаже (демонтаже) и эксплуатации производственного оборудования, его
оснастке;
обеспечение безопасности производственных процессов (технологических процессов, погрузочно-разгрузочных работ, транспортноскладских, строительно-монтажных и других видов работ);
безопасная организа