close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Ищенко Т. Л. Технология деревоперерабатывающих производств (учебное пособие)

код для вставкиСкачать
Т.Л. Ищенко Т.В. Ефимова А.А. Мещерякова
ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Т.Л. Ищенко Т.В. Ефимова А.А. Мещерякова
ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
Рекомендовано УМО по образованию в области лесного дела в
качестве учебного пособия для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров
250400.62
«Технология
лесозаготовительных
и
деревоперерабатывающих производств»
Воронеж 2014
1
УДК 674 (075)
И98
Печатается по решению учебно-методического совета
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 3 от 28 декабря 2012 г.)
Рецензенты: кафедра технического сервиса и технологии
машиностроения ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ;
начальник производства ЗАО фирма "Гранд" С.К. Ненашев
Ищенко, Т. Л.
И98 Технология деревоперерабатывающих производств [Текст] : учебное
пособие / Т. Л. Ищенко, Т. В. Ефимова, А. А. Мещерякова ; М-во образования и
науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. – 267 с.
ISBN 978-5-7994-0589-2 (в пер.)
В учебном пособии излагается состояние развития лесопромышленного комплекса и
лесных ресурсов РФ, особенности строения древесины, её свойства как строительного и
конструкционного материала, технологические процессы основных деревообрабатывающих
производств: лесопильного, клееных материалов и плит, изделий из древесины. Расширенное
внимание уделено параметрам и режимам технологических процессов, современному
оборудованию и применяемым материалам.
Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки
бакалавров 250400 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих
производств.
УДК 674 (075)
ISBN 978-5-7994-0589-2
© Ищенко Т. Л., Ефимова Т. В.,
Мещерякова А. А., 2014
© ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2014
3
Введение
Исторически древесина играет большую роль в жизнедеятельности человека. Благодаря высокой механической прочности, лёгкой обрабатываемости
режущими инструментами, способности удерживать гвозди и шурупы, способности к склеиванию и отделке, небольшому объёмному весу, низкой теплопроводности, хорошим тепло- и звукоизолирующим свойствам, а также природному цвету и рисунку текстуры продукция из древесины широко востребована
для создания жилищ, мебели, столярных изделий, бумаги, а также для получения тепловой энергии. При этом постоянно происходит совершенствование
технологии обработки древесины и древесных материалов.
Современная деревообрабатывающая промышленность перерабатывает
основную долю лесозаготовительной промышленности.
Среди всех производств, занятых механической и химико-механической
обработкой древесины, можно выделить две большие группы. Группу производств первичной обработки древесины (производство пиломатериалов, плит,
фанеры, шпона) и группу производств вторичной обработки (производство изделий из древесины, деталей машин, столярных деталей и другое).
В современных условиях научно-технический прогресс оказал существенное влияние на развитие деревообрабатывающих производств материалов и
изделий из древесины. Большой вклад в становление науки о механической обработке древесины внесли ученые Лесотехнической академии В. Н. Михайлов,
А. Н. Песоцкий, А. Э. Грубе, Е. Г. Ивановский, М. С. Мовнин, В. А. Куликов и
многие другие.
Изучение свойств древесины и продукции из неё, процессов её обработки
(изменения формы, размеров и свойств) позволяет создавать эффективные технологии переработки, проектировать и организовывать высокотехнологичные
производства материалов и изделий, а также прогнозировать развитие как деревообрабатывающей промышленности, так и лесного сектора экономики в целом. При этом необходимо стремиться к комплексному использованию всей
массы древесного сырья, поступающего на производство, так как от этого зависит конкурентоспособность предприятия в жестких рыночных условиях. В этой
связи современный специалист должен уметь принимать научно обоснованные
технические и управленческие решения.
4
ГЛАВА 1.
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС 1.1. Структура лесопромышленного комплекса
Лесопромышленный комплекс (ЛПК) России – это ведущий сектор экономики, включающий в себя как добывающие, так и перерабатывающие производства, которые используют в качестве сырья лесные ресурсы, а также их производные.
В составе ЛПК можно выделить наиболее значимые отрасли, такие как
лесозаготовительную,
лесопильно-деревообрабатывающую,
целлюлознобумажную и лесохимическую.
Все отрасли ЛПК технологически связаны между собой, так как включают в себя процессы заготовки древесного сырья и его последующей переработки.
Лесозаготовительная промышленность представляет собой отрасль по заготовке, вывозке, первичной обработке и частичной переработке крупных лесоматериалов и отходов лесозаготовки.
Лесопильно-деревообрабатывающая промышленность занимается первичной переработкой древесины (производство пиломатериалов, фанеры, технологической щепы) и вторичной (стандартным домостроением, столярностроительными изделиями, мебельной промышленностью). Она обеспечивает
развитие и нормальное функционирование таких важнейших отраслей экономики, как строительство (промышленное и жилищное, ремонт зданий и сооружений, строительство и ремонт железных дорог), машиностроение, полиграфия, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство, энергетическая
(линии связи и электропередачи), торговля (использование тары и упаковки), а
также снабжают население страны товарами народного потребления (мебелью,
бумажно-беловыми товарами, изделиями деревообработки).
Целлюлозно-бумажная промышленность связана с химической переработкой древесины. Сюда включают производство целлюлозы, картона, бумаги.
Сегодня лесопромышленной деятельностью занимаются более 22 тыс.
предприятий, на которых работает свыше двух миллионов человек.
5
Производственная деятельность каждого предприятия ЛПК четко определена технологическим процессом переработки древесного сырья и получением
готовой продукции.
Отраслевые производства имеют свои особенности, заключающиеся в
том, что, выступая производителями одних лесоматериалов, они одновременно
являются предъявителями спроса на другие. Например, для лесопильного производства характерен спрос на деловую древесину и в то же время оно является
производителем пиломатериалов, которые используют в качестве сырья деревообрабатывающие предприятия.
1.2. Сырьевые ресурсы России. Проблемы экологического
лесопользования
Основой деятельности ЛПК России являются крупнейшие в мире лесные
богатства, которые позволяют ему быть одной из перспективных отраслей в
экономике страны, ориентированных на экспорт. По объемам экспорта ЛПК занимает 4-е место среди российских отраслей промышленности, после экспорта
газа, нефти, черных и цветных металлов.
Леса в России занимают 1181,9 млн га, или 50,4 % ее территории, на которой сосредоточено 81,6 млрд м3 древесины, что составляет 24,7 % всех мировых запасов (из них запасы спелой древесины составляют около 48 млрд м3.
Для сравнения: в США общий запас древесины составляет 23,1 млрд м3, в Финляндии – 1,7 млрд м3, в Швеции – 2,6 млрд м3. 75 % всего запаса древесины
приходится на Сибирь и Дальний Восток. Однако доля этих районов в заготовке древесины не превышает 40 %, так как лесозаготовка ведется вдоль рек и
железнодорожных магистраль. Из всего заготавливаемого сырья особенно ценна древесина европейского Севера и Сибири. В результате сочетания природных условий в зоне произрастания физико-механические свойства лесоматериалов из хвойных пород деревьев, срубленных в Архангельской области или
Ангарском районе, уникальны по плотности, прочности, отсутствию пороков и
долговечности.
В отличие от всех других сырьевых ресурсов лесные ресурсы обладают
способностью восстанавливать свои запасы.
6
Однако не стоит забывать, что лес – это не только природный ресурс, но и
важнейший компонент экосистемы, а лесопользование определяет экологическую ситуацию, как в отдельных регионах, так и в целом по стране.
Рациональное использование и сохранение лесов в настоящее время приобретает большое значение для европейской части России и Урала, где сосредоточены сравнительно небольшие лесные ресурсы и основные производственные мощности промышленных предприятий, а также большинство населения
страны. Для упорядочения пользования лесами государственного значения и
предупреждения истощения древесных запасов в малолесных районах леса разделены на три группы:
К первой группе относятся леса, выполняющие преимущественно следующие функции: водоохранные, защитные (противоэрозионные), санитарногигиенические и оздоровительные.
Ко второй группе относятся леса в районах с высокой плотностью населения и развитой сетью транспортных путей, имеющие защитное и ограниченно эксплуатационное значение, а также леса с недостаточными лесосырьевыми
ресурсами, для сохранения защитных функций которых, непрерывности и неистощимости пользования им требуется более строгий режим лесопользования.
К третьей группе относятся леса многолесных районов, имеющие преимущественно эксплуатационное значение и предназначенные для непрерывного удовлетворения потребностей народного хозяйства в древесине без ущерба
защитных свойств этих лесов. В лесах третьей группы ведущее место занимает
использование целевых ресурсов (в первую очередь древесины).
«Лесные ресурсы» – весьма многогранное понятие. Они включают в себя
все ярусы растительности, животных и микроорганизмы, обитающие на территории лесного фонда, влияющие друг на друга и на внешнюю среду, а также
обладающие потребительской стоимостью. При помощи леса регулируется
климат местности и гидрологический режим рек, защищаются почвы от ветровой и водной эрозий, повышается урожайность сельскохозяйственных культур.
Во всех перечисленных случаях лес выступает как средство труда. Специфичная способность леса участвовать в производственном процессе одновременно
в качестве предмета труда и средства труда резко отличает его от других природных ресурсов.
Влияние ЛПК на окружающую среду проявляется в двух формах:
7
использование главного природного ресурса – леса и последствия этого
для общей экологической ситуации в целом по стране или в отдельных регионах;
непосредственное
воздействие
лесозаготовительных,
деревообрабатывающих, целлюлозно-бумажных и лесохимических предприятий на
окружающую среду (сброс загрязненных сточных вод, пылегазовые выбросы в
атмосферу, а также скопление неиспользуемых отходов).
Для исключения необратимых изменений лесонасаждений как одного из
важнейших компонентов биогеоценоза необходимо иметь и строго выполнять
научно обоснованные правила ведения лесного хозяйства, позволяющие вести
рациональное лесопользование и сохранять все их функции. Очевидно, что
дальнейшее развитие всех отраслей ЛПК России невозможно без решения экологических проблем, а значит, создания, в первую очередь, полностью экологически безопасных производств и предприятий.
1.3. Развитие лесной и лесоперерабатывающей промышленности.
Рациональное использование древесины
Эффективное развитие лесной и лесоперерабатывающей промышленности обеспечивается, прежде всего, увеличением комплексного использования
древесного сырья и переработки древесины путем улучшения структуры производства и потребления лесопродукции, уменьшения отходов и потерь древесного сырья, внедрения современных безотходных технологических процессов.
Постоянно растущий спрос на древесное сырье уже нельзя удовлетворить
только увеличением объема лесозаготовок. Возникает опасность истощения
лесных ресурсов. Поэтому комплексное использование всей органической массы дерева стало одним из основных направлений развития лесной промышленности.
Когда-то лесами была занята большая часть поверхности суша планеты,
однако с развитием цивилизации ситуация резко изменилась, и сейчас все леса
занимают лишь треть поверхности суши. Уже первые земледельцы выжигали
обширные участки лесов, чтобы расчистить территорию для посевов. С развитием сельского хозяйства промышленности леса стали быстро исчезать. Нужны
были земли по пашни и пастбища, древесина для строительства и обогрева. В
результате к XX веку естественные леса были уничтожены практически по всей
8
Европе, на севере Африки, на Ближнем Востоке, Средней Азии, юге России, в
ряде регионов Америки. Особым спросом пользовалась прочная и красивая
древесина тропических деревьев. В XX веке большую часть древесины добывали в развивающихся странах, тропических лесах, площади которых представлялись огромными, а запасы древесины почти неистощимы.
Но оказалось, что это не так. Сегодня тропические леса занимают всего т
7 % суши, то есть в два раза меньше, чем 100-200 лет назад. И их площадь
уменьшается с катастрофической скоростью – на 1,25 % ежегодно, прежде всего, в Индонезии, Мексике, Бразилии, Колумбии и в странах Африки. В Латинской Америке в 20-х годах уничтожали до 6 млн гектаров в год. Африка с начала 80-х годов потеряла более 50 млн гектаров тропических лесов.
Сокращение лесных площадей и деградация лесов – обезлесение – стали
одной из глобальных экологических проблем. Причиной обезлесения в развивающихся странах остается, в частности, потребность в топливе. Почти 70 %
населения этих регионов по-прежнему для приготовления пищи и обогрева домов используют дрова и древесный уголь. Из-за уничтожения лесов уже почти
3 млрд человек столкнулись с острой нехваткой древесного топлива. Цены на
него растут, что приведет к дальнейшей вырубке лесов.
Рациональное использование древесины требует ряда технологических,
экономических, социальных вопросов.
К технологическим аспектам относятся увеличение выпуска конечных
продуктов на единицу расходуемого сырья, сокращение выхода отходов при
производстве тех или иных видов лесопродукции, улучшение способов переработки отходов, внедрение техники и технологии, позволяющей эффективно переработать всю биомассу древесины.
Экономические проблемы рационального использования древесины заключаются в эффективном производстве отдельных видов лесопродукции с
учетом их взаимозаменяемости, оптимальном распределении древесного сырья
между направлениями его использования.
Социальный аспект основывается на оценке средозащитной роли, рекреационных, эстетических, экологических функций лесов, продукции побочного
лесопользования, роль которых с каждым годом возрастает.
9
ГЛАВА 2
СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
2.1. Строение дерева, ее основные части
Растительный мир делится на низшие и высшие растения, для которых
характерно наличие корня, стебля и листьев. В них происходит ряд физиологических процессов, необходимых для роста и развития растений. В растущем дереве выделяют корни, ствол и крону (рис. 2.1) [13, 20].
Рис. 2.1.Части растущего дерева:
1 - корни; 2 - ствол; 3 – крона
Корни 1 составляют целую систему, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые
корни, которые проводят воду и хранят запасы питательных веществ, а также способствуют поддержанию самого
дерева в вертикальном положении [20].
Ствол 2 поддерживает крону дерева и связывает ее с корнями. По стволу
в восходящем токе перемещаются растворы минеральных веществ, а в нисходящем – растворы органических веществ, образующихся в листве. В стволе
также происходит накопление и хранение питательных веществ.
Крона 3 представляет собой совокупность ветвей, покрытых листьями
или хвоей. В зеленых листьях кроны в процессе фотосинтеза вырабатываются
сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева, механизм образования которых представляет собой процесс поглощения углекислоты из воздуха и воды, поступающей из почвы, а также действия света. Крона
дерева в настоящее время используется не достаточно широко, хотя ее биомасса содержит много ценных веществ.
Изучение ствола осуществляется на трех главных разрезах (рис. 2.2) поперечном, или торцовом, когда плоскость сечения перпендикулярна оси ствола;
радиальном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола; тангенциаль-
10
ном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола перпендикулярно радиусу торца.
Рис. 2.2. Главные разрезы ствола (б):
П - поперечный разрез, Р - радиальный разрез,
Т - тангенциальный разрез
Ствол составляет основную массу дерева. У
некоторых пород на его долю приходится до 90 %
массы. Структура древесного ствола показана на
рис. 2.3.
Ствол представляет собой конусообразное тело, покрытое корой 6. Кора предохраняет дерево от
внешних воздействий и повреждений. Внутренняя часть коры, проводящая органические питательные вещества, образующиеся в листьях, вниз по стволу, называется лубом 5. В центре ствола находится небольшая по размерам сердцевина 1. Эта низкокачественная часть дерева на поперечном разрезе имеет вид
пятнышка диаметром 2...5 мм коричневого или бурого цвета, чаще всего округлой или овальной формы. Основную часть ствола составляет древесина 3. Между корой и древесиной находится камбий 4 – тонкий слой живой образовательной ткани, который служит для питания и образования древесины и коры.
С увеличением диаметра ствола доля коры уменьшается (толщина коры
уменьшается по направлению от комля к вершине).
Рис. 2.3. Структура древесного ствола на
поперечном (П), радиальном (Р) и тангентальном (Т)
разрезах: 1 – сердцевина; 2 - ядро; 3 - заболонь;4 - камбий;
5 - луб; 6 – кора
11
2.2. Строение древесины
2.2.1. Макроскопическое строение древесины
Строение древесины можно изучать невооруженным глазом, в таком случае можно рассмотреть макроскопическое строение древесины. Микроскопическое строение можно внимательно изучить только с использованием микроскопов различных типов.
Изучая макроскопическое строение древесины, можно обнаружить, что у
некоторых пород древесина окрашена неравномерно: во внутренней части
ствола она более темная, чем на периферии. В этих случаях темноокрашенная
часть древесины называется ядром, а более светлая – заболонью. Такие породы
называются ядровыми (сосна, лиственница, ясень, дуб и др.).
У других пород центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной, такие породы принято называть безъядровыми. Среди этой группы
древесных пород можно выделить такие, у которых центральная зона в растущем дереве имеет меньшую влажность, чем периферическая, такие породы
принято называть спелодревесными (бук осина и др.). Породы не имеют ядра и
не отличающиеся по содержанию влаги (например, ель, пихта, береза, осина,
липа и др.) называются заболонными.
Ежегодно на стволе образуются слои древесины в виде концентрических,
реже волнистых, колец разной ширины – это годичные слои (рис. 2.4), которые
особенно хорошо заметны у хвойных и некоторых лиственных пород. На разрезах они имеют вид продольных полос и извилистых линий. Их ширина зависит
от породы, возраста дерева, положения в стволе, условий произрастания. У
многих пород видно, что годичный слой состоит из двух частей: светлоокрашенной мягкой части – ранней древесины (она образуется в первой половине
вегетационного периода) – и наружной, обращенной к коре, более темной и
твердой части – поздней древесины. По ранней древесине происходит передвижение воды вверх по стволу, а поздняя древесина выполняет в основном механические функции.
На поперечном разрезе некоторых пород, например, дуба, хорошо видны
светлые блестящие линии, расходящиеся от сердцевины к коре по радиусам,
называемые сердцевинными лучами. Лучи имеются у всех пород – как у лиственных, так и у хвойных. Их ширина зависит от породы, условий произраста-
12
ния и колеблется от 0,05 до 1 мм. Они служат для перемещения воды в поперечном направлении и хранения питательных веществ зимой.
Сердцевинные повторения (прожилки) – это буроватые или коричневатые
черточки, полоски или пятнышки, расположенные в основном у границ годичных слоев в некоторых лиственных породах (например, березы, ольхи, клена,
осины, ивы, груши, рябины). По своему цвету и строению они напоминают
сердцевину и являются заросшими ходами насекомых, которые обычно встречаются в нижней части ствола у лиственных пород и, реже, у хвойных. Сердцевинные повторения ухудшают качество продукции, изготовленной из данной
древесины и считаются одним из пороков древесины.
Сосуды – элементы строения древесины лиственных пород (у хвойных их
нет), имеющие форму трубок разных размеров. В растущем дереве по сосудам
из корней в крону поднимается вода. На поперечном разрезе они представляют
собой небольшие отверстия и подразделяются на крупные и мелкие.
а
8 лет б
----- 7 лет 6 лет ---- 5 лет 4 года Рис. 2.4. Схема формирования
ствола (а) и вид годичных слоев (б) на
поперечном (П), радиальном (Р) и
тангентальном (Т) разрезах (светлая –
ранняя древесина; темная – поздняя
древесина
13
Крупные сосуды чаще сосредоточены в ранней зоне годичных слоев,
мелкие – собраны в группы и расположены в поздней зоне, где видны за счет
светлой окраски. По расположению сосудов в древесине лиственные породы
подразделяют на кольцесосудистые с кольцом крупных сосудов в ранней зоне и
рассеяннососудистые, у которых все сосуды независимо от величины распределены по годичному слою более равномерно.
Смоляные ходы – элементы строения хвойных пород, представляющие
собой тонкие, наполненные смолой каналы. Причем смоляные ходы имеются
только у сосны, кедра, лиственницы и ели у остальных хвойных пород (пихты,
тиса и можжевельника) – их нет. Различают вертикальные и горизонтальные
ходы, образующие общую смолоносную систему, которая в общем объеме древесины составляет менее 1 %.
2.2.2. Микроскопическое строение древесины
Более глубокое представление о строении древесины дает микроскопическое строение древесины. Древесина состоит из различного рода клеток, а клетка – из оболочки, которая наполнена живым протопластом. По форме клетки
подразделяют на паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки имеют
округлую форму и тонкую оболочку и сохраняют живой протопласт. Прозенхимные клетки имеют вытянутую форму с утолщенными стенками и напоминают волокно.
Совокупность клеток с одинаковыми строением и функциями образует
ткани. В растущем дереве представлены следующие типы тканей: покровные,
механические, проводящие, запасающие, образовательные и ассимиляционные
(процесс фотосинтеза).
Основное вещество из которого состоит оболочка клетки, или клеточная
стенка – целлюлоза, пучки которой представляют собой микро- и макрофибриллы. Различают первичную (тонкую) и вторичную (более толстую) оболочки.
Вторичная оболочка содержит поры. Нависшая вторичная оболочка над полостью поры в виде свода образует окаймленную пору. Если она отсутствует, то
пора простая. Между полостями пор находится проницаемая мембрана. В центре мембраны в окаймленных порах у хвойных пород имеется торус – непроницаемое утолщение, которое может иметь различную форму. Пространство между фибриллами заполнено лигнином и гемицеллюлозами.
14
Строение древесины хвойных и лиственных пород.
Древесина хвойных пород состоит из двух взаимопроникающих систем
клеток, расположенных вдоль и поперек оси ствола. Проводящую и механическую функции выполняют трахеиды – вертикально расположенные прозенхимные клетки с отмершим протопластом.
Различают ранние трахеиды (рис. 2.5, а), которые образуются в начале
вегетационного периода и выполняют проводящую функцию, и поздние трахеиды (рис. 2.5, б), которые играют роль механических элементов.
Рис. 2.5. Анатомические элементы древесины хвойных пород (сосны): а - ранняя трахеида (радиальный разрез): 1 - крупные окаймленные поры, 2 - простая
(оконцевая) пора в месте контакта с сердцевинными лучами, 3 - мелкая окаймленная пора;
б - поздняя трахеида (радиальный разрез); в - сердцевинный луч (радиальный разрез):
1 - лучевые трахеиды, 2 - паренхимные клетки; г - смоляной ход (поперечный разрез):
1 - клетка сопровождающей паренхимы, 2 - выстилающая клетка (эпителий), 3 - мертвая
пустая клетка, 4 - сердцевинный луч; д - сердцевинный луч с горизонтальным смоляным ходом (тангентальный разрез): 1 – сердцевинный луч; 2 – горизонтальный смоляной ход
В ранних трахеидах находится много крупных окаймленных пор. Запасающую функцию выполняют живые паренхимные клетки (рис. 2.5, в), которые
15
в основном входят в состав сердцевинных лучей (рис. 2.5, в-д). Они сопровождают смоляные ходы и иногда располагаются в виде древесной паренхимы.
Древесина лиственных пород состоит из большего набора анатомических
элементов, расположенных менее упорядоченно Проводящую функцию у лиственных пород выполняют сосуды (рис. 2.6, а) с порами на стенках и трахеиды,
механическую – волокна либриформа (рис. 2.6, б) и волокнистые трахеиды, запасающую – паренхимные клетки, образующие тяжи (рис. 2.6, в). Сосуды состоят из члеников – отдельных коротких клеток с широкими полостями и тонкими стенками. При разрушении боковых стенок клеток образуются круглые
или щелевидные отверстия, которые называются соответственно простыми и
лестничными перфорациями (рис. 2.6, г).
Рис. 2.6. Анатомические элементы древесины лиственных пород:
а - сосуд из члеников с простой перфорацией; б - волокно либриформа; в - часть тяжа
древесной паренхимы; г - лестничная перфорация; д - спиральное утолщение; е - тиллы
(вздутия) в сосуде: 1 - стенка сосуда, 2 – тиллы; ж - неоднородный сердцевинный луч:
1 - с лежачими паренхимными клетками; 2- со стоячими паренхимными клетками
16
2.3. Химический состав древесины и коры
Древесина состоит преимущественно из органических веществ (не менее
99 % общей массы) в виде целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, в состав которых входит углерод, водород, кислород и немного азота. Кроме основных в
древесине присутствуют экстрактивные вещества (танниды, смолы, камеди,
пектины, жиры и др), растворимые в воде, спирте или эфире. Химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, 6 % водорода и
0,1. 0,3 % азота.
При сжигании древесины остается ее неорганическая часть – зола
(0,1... 1 %) В ее состав входят кальций, калий, натрий, магний и в меньшем количестве фосфор, сера. Они образуют минеральные вещества, большинство из
которых (75-90 %) нерастворимы в воде. Среди растворимых – щелочные (поташ и сода), а среди нерастворимых – соли кальция.
Химический состав коры мало отличается от состава древесины и ветвей,
но кора содержит гораздо меньше целлюлозы и значительно больше лигнина
(особенно кора сосны), экстрактивных и минеральных веществ, а также содержит суберин, которого нет в древесине.
2.4. Пороки древесины
Изменение внешнего вида древесины, нарушения правильности ее строения, целостности тканей и другие недостатки, снижающие ее качество и ограничивающие возможности ее практического использования, называются пороками древесины.
Значение порока зависит от области применения древесины, а также от
уровня развития науки и техники в данный период.
ГОСТ 2140 — 81 охватывает широкую номенклатуру пороков, которые
разделены на девять групп, приведенных по мере значимости в порядке убывания: 1 – сучки; 2 – трещины; 3 – пороки формы ствола; 4 – пороки строения
древесины; 5 – химические окраски; 6 – грибные поражения; 7 – биологические
повреждения; 8 – инородные включения, механические повреждения и пороки
обработки; 9 – покоробленности.
В каждую группу входит несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности. Часть пороков характерна только для круглых
лесоматериалов, другие свойственны только пилопродукции или шпону [11].
17
ГЛАВА 3
ДРЕВЕСИНА КАК КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
3.1. Сфера использования древесины. Её достоинства и недостатки
как конструкционного материала
В отличие от многих видов сырья, используемых и невозобновляемых
(газ, уголь, руда, нефть, торф, горючие сланцы и т.д.), древесина – это сырье,
запасы которого могут непрерывно восстанавливаться. На земном шаре примерно треть площади занимает суша, и около трети ее покрыто лесами. На долю России приходится около пятой части всех лесов земного шара.
Древесину как сырье используют для получения многих видов изделий.
Это мебель (корпусная, решетчатая, мягкая), столярно-строительные изделия
(окна, двери, паркет, фрезерованные погонажные детали), музыкальные инструменты (рояли, пианино, скрипки, гитары, виолончели), деревянные суда
(шлюпки, яхты, каноэ, суда для академической гребли), спортивный инвентарь
(лыжи, клюшки, городки, биты), тара (ящики, бочки, буты) и др. Древесина –
прекрасный материал для внутреннего оборудования пассажирских железнодорожных вагонов и теплоходов, из нее изготавливают детали и узлы грузовых
автомашин сельскохозяйственной техники, футляры радиоприемников и телевизоров, часов, микроскопов и приборов точной механики, шкатулки, посуду,
художественные изделия, из древесины получают пилопродукцию, а также фанеру, столярные и стружечные плиты, ее используют в строительстве мостов,
пристаней, она незаменима в производстве колодок для обуви, ручек инструмента, катушек, челноков, спичек, карандашей.
При этом в силу анизотропии свойств усушка и разбухание древесины в
разных направлениях различны. Вдоль волокон усушка практически равна нулю, наибольшую величину она имеет в тангентальном направлении. В радиальном направлении усушка древесины примерно в 2 раза меньше, чем в тангентальном.
К недостаткам древесины как конструкционного материала относят также
легкую возгораемость, загниваемость, особенно в условиях переменных температур и влажности воздуха, изменение цвета под воздействием световых лучей,
различных веществ, невысокое сопротивление изнашиванию, особенно вдоль
волокон и т.д.
18
Однако достоинства древесины как материала для конструкции настолько
велики, что, несмотря на значительное развитие технологии искусственных материалов – заменителей древесины, полностью ее заменить каким-либо другим
материалом не представляется возможным. Кроме того, за тысячелетия использования древесины человек научился так конструировать изделия из нее, чтобы
максимально устранить недостатки и выявить достоинства. В некоторых же
случаях отдельные недостатки используются в нужных целях. Так, например,
набуханием пользуются для изготовления баковой тары, изготавливают клееные несущие конструкции большого сечения, которые при возможном возгорании обугливаются снаружи, оставаясь нетронутыми внутри и т.д.
Древесина как материал для изготовления изделий имеет ряд достоинств,
которыми не обладает ни один из конструкционных материалов. Древесина обладает малым объемным весом при сравнительно высокой прочности; древесина сосны, лиственницы, пихты на каждый грамм своего веса выдерживает при
растяжении такую же нагрузку, как сталь, в 3 раза большую, чем литой алюминий и в 7 раз большую, чем чугун. Теплопроводность древесины в 2-4 раза
меньше теплопроводности стекла, в 4-9 раз меньше теплопроводности железобетона и в сотни, раз меньше теплопроводности стали.
Древесина легко обрабатывается режущими инструментами, хорошо
склеивается различными клеями, скрепляется шурупами и гвоздями, окрашивается, лакируется, полируется. Она обладает высокой упругостью, хорошо поглощает звуки, возникающие при ударе, поэтому широко применяется в вагоностроении и строительстве.
Высокие резонансные свойства (особенно мелкослойной ели) делают
древесину незаменимым материалом в производстве музыкальных инструментов, в том числе со сложной деревянной механикой.
Большая стойкость древесины против кислот и щелочей позволяет изготовлять фанерные трубы для агрессивной жидкости. Такие трубы находят
большее применение по сравнению с металлическими.
Ее значительная пластичность дает возможность делать из нее гнутые изделия.
Древесина хорошо прессуется, повышая при этом свои физикомеханические свойства, что позволяет применять ее вместо известных металлов
в ответственных деталях машиностроения (подшипниках скольжения).
19
Обладая низкой электропроводностью, древесина применяется как диэлектрик в таких ответственных установках, как установки с применением токов высокой частоты (ТВЧ).
Вместе с тем древесина как конструкционный материал имеет существенные недостатки. Древесина анизотропна, т.е. ее физико-механические свойства в различных структурных направлениях неоднородны. Например, при сжатии вдоль волокон прочность древесины в 3-4 раза больше, чем при сжатии поперек волокон. Прочность древесины при растяжении поперек волокон в 30 раз
меньше, чем при растяжении вдоль волокон. Сучки значительно снижают
прочность древесины. Так, при ширине бруска 100 мм здоровый сучок d=50 мм
на пласти снижает прочность в 2 раза.
Чем древесина суше, тем она прочнее. Древесина влажностью 30 % имеет
прочность на изгиб 70 % от прочности при влажности 15 %.
Значительным недостатком древесины является изменение формы и размеров в зависимости от температуры и влажности воздуха. Древесина усыхает,
коробится, разбухает. Изменение влажности воздуха влечет за собой изменение
объема древесины: чем выше влажность, тем больше объем древесины. Например, влажность древесины наружных дверей в течение года изменяется от 10 до
26 %.
Из древесины, измельченной до размеров волокна, получают бумагу, картон, древесноволокнистые плиты, бумажно-декоративные слоистые пластики.
В процессе химической и микробиологической ее переработки получают различные изделия и вещества: искусственные ткани и меха, кино- и фотопленку,
спирты, лекарственные средства, ветеринарные и косметические препараты,
смазочные масла, лаки и краски, клей, ядохимикаты, кормовые дрожжи, пищевые кислоты, глюкозу, упаковочные пленки, искусственную кожу, дубители,
глицерин. Из хвои и листьев получают эфирные масла, хвойные лечебные экстракты, хвойную витаминную муку и другие продукты. Подсчитано, что человеком в быту и на производстве используется до 20 тысяч различных вещей,
сделанных из дерева. Нет ни одной отрасли производства, которая в той или
иной степени не использует изделий из древесины или продуктов ее химической переработки.
20
3.2. Физико-механические, технологические и декоративные
свойства древесины
3.2.1. Физические свойства древесины
Различные свойства древесины напрямую зависят от строения древесины.
Внешний вид древесины. Древесина характеризуется цветом, блеском,
текстурой, запахом. Цвет – зрительное восприятие, зависящее от спектрального состава отраженного ею светового потока. Наука о цветовых измерениях –
колориметрия – характеризует количественную характеристику цвета тремя
показателями – цветовым тоном, чистой и светлой. Цвет древесины можно установить, пользуясь атласом цветов или колориметром. Он варьируется от белого до черного и зависит от породы, климата, условий произрастания, возраста. Первоначальный цвет древесины меняется под воздействием солнца, воздуха, окисления, соединения с солями металлов, поражения грибами и загнивания. При производстве изделий иногда специально меняют цвет древесины, отбеливая ее или окрашивая в более темные или яркие цвета.
У молодых деревьев древесина обычно светлее, чем у старых. Устойчивым цветом обладают дуб, груша, белая акация, самшит, каштан, яблоня.
Условная классификация пород по цвету древесины:
Белый – береза, клен, осина, липа, граб, ель, пихта;
Серый – грецкий орех, хурма, ясень, белая акация (ядро);
Черный – эбеновое дерево, макасар;
Коричневый:
светлый – орех, каштан, карагач, дуб, груша;
темный – полисандр, абрикос, тик;
красный – маклюра, падуб, махагони, ольха;
красно-фиолетовый – амарант;
бурый – дуб, карагач, лиственница, кедр, орех, тис, бук, махагони;
розовый – груша, бук, ольха, чинара, яблоня;
Желтый – лимонное дерево, самшит, белая акация (заболонь), карельская
береза, сосна, барбарис.
Блеск древесины проявляется при отражении падающего света. Такой
способностью обладают сердцевинные лучи, остальная поверхность заметно
выраженного блеска не имеет. Поскольку в большинстве случаев изделия из
древесины покрывают лакокрасочными материалами, естественный блеск дре-
21
весины перекрывается зеркальной, матовой или кроющей поверхностью отделочного слоя.
Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой
акации, дуба. Шелковистый блеск свойственен древесине бархатного дерева.
Древесина осины, тополя, липы с очень узкими сердцевинными лучами и сравнительно тонкими стенками клеток имеет матовую поверхность.
Текстура древесины – это рисунок, образующийся на поверхности вследствие перерезания элементов древесины (сосудов, годичных слоев, сердцевинных лучей и др.). Текстура зависит от породы древесины (у хвойных более простая и однообразная, у лиственных более сложная и разнообразная), плоскости
разреза (радиальная, тангентальная, торцевая), волнистости, свиливатости, от
различия в окраске отдельных элементов. Хвойные породы на тангентальном и
торцевом разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины
имеют красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук, клен, карагач, ильм,
платан) имеют очень красивую текстуру радиального и тангентального разрезов. Особенно красивый рисунок на разрезах древесины с направленным и путаным (свилеватым) расположением волокон (капы, наросты), а также со следами спящих почек (глазки).
Текстурой характеризуется декоративная ценность изделия из древесины.
Запах древесины зависит от присутствия в ней пахучих и ароматических
веществ – эфирных масел, смол, дубильных веществ. Наиболее сильный запах у
свежесрубленных хвойных пород. С фактором запаха считаются при изготовлении тары для хранения и перевозки различных изделий. Так, тару под мед
следует изготавливать из липы, масло лучше упаковывать в буковую тару, для
вина использовать дубовые бочки, а шерстяные вещи отлично хранятся и не
портятся молью в кедровых сундуках, комодах. Характерный запах скипидара у
хвойных пород – сосны, ели. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр – ванили. По характерному запаху древесины можно определить породу.
Макроструктура характеризуется шириной годичных слоев, определяемой числом годичных слоев на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на поперечном срезе. Древесина хвойных пород имеет более высокие физико-механические показатели, если в одном см не менее 3 и не более 25
22
слоев. У лиственных кольцесосудистых пород (дуба, ясеня) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны, и поэтому увеличиваются
прочность, плотность и твердость. У древесины лиственных рассеяннососудистых пород (березы, бука) нет четкой зависимости свойств от ширины
годичных слоев. По образцам древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины в процентах. Чем
выше содержание поздней древесины в процентах, тем больше ее плотность и,
следовательно, лучше механические свойства.
Влажность древесины, свойства связанные с ее изменением. Влажность
характеризует количественную оценку содержания влаги в древесине.
Абсолютная влажность (W) – это процентное отношение массы влаги к
массе абсолютно сухой древесины:
W = [( m − m c / m c ]⋅ 100 %
где
,
(3.1)
m – масса влажной древесины, г;
mc – масса абсолютно сухой древесины, г.
Древесина влажностью более 100 % считается мокрой, в интервале
100…50 % – свежесрубленной, в интервале 20…15 % – воздушно-сухой, в интервале 12…8 % – комнатно-сухой и около нуля – абсолютно сухой. Влажность
20…22 % называется транспортной, в период эксплуатации изделий из древесины – эксплуатационной, в процессе изготовления деталей и узлов – производственной (обычно меньше на 1…2 % эксплуатационной). Значения эксплуатационной влажности, %, пиломатериалов и деревянных деталей:
Пиломатериалы
20…22
Детали и заготовки:
- для обозостроения
10…12
- автомобильные
12…15
- сельскохозяйственных машин
12
- товарных вагонов
18
- пассажирских внутренних
10
- пассажирских наружных
15
- оконных переплетов и дверных полотен
12
23
- коробок наружных дверей и окон
18
- коробок внутренних дверей и фрамуг
15
Шканты и нагели
7
Паркет
8
Плинтуса, галтели, поручни и
внутренние наличники
12
Доски чистого пола и наружные
наличники
15
Влажность растущей древесины в зависимости от породы и элемента (ядро, заболонь) составляет от 30 до 120 %.
В срубленной древесине различают два вида влаги – свободную и связанную. Свободная – это влага, заполняющая полости клеток и сосудов. Связанная
– это влага, находящаяся в стенках клеток. Состояние древесины, при котором
количество связанной влаги максимально возможное, а свободной влаги нет,
называется пределом насыщения клеточных стенок, для большинства пород он
равен примерно 30 %. При влажности выше предела насыщения волокна в полостях клеток начинает появляться свободная влага. Максимальное количество
свободной влаги, которое может быть в древесине, зависит от ее строения и
может доходить до 250 %. Древесина, содержащая только связанную влагу, называется влажной; древесина, содержащая связанную и свободную влагу, – сырой.
Влажность, к которой стремится влажность древесины при длительной
выдержке на воздухе постоянного состояния, называется равновесной.
Величина фактической влажности, которой достигает древесина, стремясь к равновесной, называется устойчивой влажностью. Для массивной древесины (длиной более 100 мм и толщиной более 15 мм) устойчивая влажность
примерно на 1,25 % больше или меньше равновесной. Для измельченной древесины (опилки, стружка, щепа) устойчивая влажность мало отличается (±0,15 %)
от равновесной.
Влагопоглощение – способность древесины поглощать влагу из окружающего воздуха. Это отрицательное свойство древесины (для большинства
случаев). Для уменьшения его влияния древесину покрывают лаками, пропитывают различными составами.
24
Водопоглощение – способность древесины впитывать капельножидкую
влагу. Она имеет значение при сплаве древесины, получении целлюлозы и т.д.
Влагопроводность – способность древесины пропускать влагу из зон повышенной влажности в зоны с пониженной влажностью. Она имеет важное
значение при гидротермической обработке древесины. Влагопроводность характеризуется коэффициентом влагопроводности, величина которого зависит
от температуры, породы, плотности, местоположения древесины в стволе, направления тока влаги относительно волокон древесины.
Усушка и разбухание – явления, связанные с уменьшением или увеличением содержания влаги в древесине и заключающиеся в уменьшении или увеличении ее линейных размеров и объема. Они наблюдаются при изменении
влажности древесины в пределах от 0 до 30 %. Полная усушка – уменьшение
линейных размеров или объема древесины при изменении влажности от точки
насыщения волокон до удаления всей связанной влаги. Величина линейной
усушки не одинакова в различных направлениях относительно направления волокон. Наибольшая полная усушка наблюдается в тангенциальном направлении
6-10 %; в радиальном – 3-5 %; вдоль волокон – 0,1-0,3 %; полная объемная
усушка составляет 12-15 %.
Внутренние напряжения в древесине возникают при удалении связанной
влаги в результате усушки. Причины возникновения напряжений следующие:
неравномерное удаление влаги по сечению и различная величина усушки в различных (радиальном и тангенциальном) направлениях.
В пиломатериалах (досках, брусках) неоднородность усушки влечет за
собой изменение формы поперечного сечения материала, т.е. поперечную покоробленность древесины. Продольная покоробленность древесины может
быть следствием различной величины усушки вдоль волокон различных зон
(например, ядровой, заболонной). Крыловатость – это спиральная покоробленность, являющаяся следствием наклона волокон.
Плотность древесины. Плотность, кг/м3 или г/см3, – масса единицы объема материала. Для характеристики плотности древесины используют несколько показателей.
Плотность древесного вещества – масса единицы объема материала, образующего клеточные стенки.
25
Плотность абсолютно сухой древесины – масса единицы объема древесины при отсутствии в ней воды.
Относительная плотность древесинного вещества определяется отношением плотности клеточной оболочки к плотности воды при температуре 3,98 0С
и составляет в среднем 1,54, т.е. древесинное вещество в 1,54 раза тяжелее воды.
Плотность древесины зависит от ее породы и влажности. Для того чтобы
результаты измерений были сравнимы, принято плотность исчислять при стандартной влажности древесины, равной 12 %.
Значение плотности тогда вычисляется по формуле, кг/м3:
ρ12 = m12 / V12 ,
(3.2)
m12 – масса образца древесины при влажности 12 %;
V12 – объем образца древесины при влажности 12 %.
Проницаемость древесины – способность древесинного вещества пропускать жидкости и газы. Это свойство следует учитывать при разработке режимов пропитки и сушки древесины, в случаях использования ее для изготовления бочек, трубопроводов, деревянных судов, а также при дезинфекции древесины, зараженной насекомыми или грибами. Проницаемость зависит от направления волокон, породы, положения в стволе (ядро, заболонь). Существенное влияние на проницаемость поперек волокон оказывают сердцевинные лучи.
Водопроницаемость оценивают количеством воды, см3, прошедшей через образец диаметром 47 мм и высотой 20 мм при давлении 0,01 мПа за 24 часа при установившемся движении воды, и конечной влажностью образца по ГОСТ
16483.15 "Древесина. Метод определения водопроницаемости".
Газопроницаемость оценивают количеством воздуха, м3, прошедшего через поверхность образца площадью в 1 см2 за 1 секунду ГОСТ 16483.34 "Древесина. Метод определения газопроницаемости".
Тепловые свойства древесины. К основным тепловым свойствам древесины относятся: теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность
и тепловое расширение. Показателем теплоемкости является удельная теплогде
емкость С, Дж/(кг⋅град.), – это количество тепла, которое необходимо затра-
26
тить, чтобы нагреть 1 кг массы древесного вещества на 1 0С. Чем больше С, тем
большее количество тепла можно аккумулировать в единице объема.
Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности λ
Вт/(м×град) – это количество тепла, проходящего в единицу времени через
стенку из данного материала толщиной в 1 м, площадью 1 м2, при разности
температур на противоположных сторонах стенки 1 0С. Значения теплопроводности и теплоемкости древесины необходимы при выполнении расчетов процессов гидротермической обработки древесины, при использовании древесины
в строительстве и изготовлении древесной посуды.
Температуропроводность характеризуется коэффициентом температуропроводности a, м2/с (скорость распространения тепла) – это способность древесины выравнивать температуру по сечению. У абсолютно сухой древесины с
уменьшением плотности коэффициент температуропроводности возрастает, так
как температуропроводность воздуха в 100 раз больше чем у древесинного вещества, и примерно в 150 раз больше чем у воды.
Тепловое расширение древесины характеризуется коэффициентом линейного теплового расширения α, 1/град, – это изменение единицы длины тела при
нагревании его на 1 0С. В практике обычно не считаются с этим свойством, т.к.
линейное расширение вдоль волокон в 3-10 раз меньше, чем металлов, и им
можно пренебречь, а расширение поперек волокон (при влажности меньше
30 %), вызванное повышением температуры, гораздо меньше, чем расширение
влажностное, происшедшее вследствие повышения температуры.
Звуковые свойства древесины. Эти свойства характеризуются способностью древесины проводить, поглощать, отражать, резонировать звук.
Звукопроводность характеризуется скоростью распространения звука:
C = 2lf = l / τ ,
где
С – звукопроводность. м/с;
l – длина образца, м;
f – резонансная частота, с-1;
τ – время распространения упругой волны, с.
(3.3)
27
Значение С вдоль волокон древесины в зависимости от ее породы составляет 4700-5600 м/с, поперек волокон в 3-4 раза меньше. По изменению скорости распространения ультразвука в древесине можно контролировать ее качественные показатели.
Звукопроницаемость древесины оценивается разницей уровней звукового
давления (дБ – децибел) перед и за перегородкой из древесины. Звукопоглощение оценивается коэффициентом звукопоглощения – отношением звуковой
энергии, теряемой в материале, к величине подводимой энергии.
Резонансная способность – это свойство древесины усиливать и излучать
звук, еще называемое резонансным. В деревянных музыкальных инструментах
колебания струны передаются деке, а она излучает их в воздух. Деку изготавливают из специальных сортов древесины, называемой резонансной древесиной. Это, прежде всего, ель, кедр, пихта.
Электрические свойства древесины. Электропроводность – способность древесины проводить электрический ток – находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Полное сопротивление образца
древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух составляющих: объемного (сквозь толщу образца) и поверхностного сопротивлений. Удельное объемное сопротивление, Ом×см, равно сопротивлению прохождения тока через образец древесины размером 1×1×1 см;
удельное поверхностное сопротивление, Ом, равно сопротивлению квадратного
участка поверхности образца при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Испытания для измерения электрического сопротивления древесины проводят по ГОСТ 18408
"Древесина. Методы определения электрических сопротивлений при постоянном напряжении". Удельное сопротивление древесины имеет практическое
значение, если древесина используется для столбов связи и линий электропередачи, при измерении влажности древесины, нанесение лаков в электрическом
поле.
Электрическая прочность характеризуется отношением напряжения, при
котором наступил пробой материала к толщине материала:
28
E пр . = U пр . / h ,
(3.4)
где
Епр. – электрическая прочность, кВ/мм;
Uпр – напряжение пробоя, кВт;
h – толщина материала, мм.
Этот показатель имеет значение при оценке древесины как электроизолирующего материала.
Диэлектрические свойства древесины оцениваются двумя показателями:
диэлектрической проницаемостью ε и тангенсом угла диэлектрических потерь
tg δ. Первый показатель численно равен отношению емкости конденсатора с
прокладкой из древесины к емкости того же конденсатора с воздушным зазором. Второй показатель характеризуется углом потерь δ. Это угол между двумя
векторами тока, один из которых опережает вектор напряжения на угол 900, если нет потерь, второй опережает вектор напряжения на угол меньший, чем 900
вследствие диэлектрических потерь в древесине. Значение ε для воздуха 1, древесины 2-4, клея 25, tg δ для древесины 0,07; клея 0,6. Эти свойства зависят от
плотности древесины и учитывают при расчете процессов нагрева материала в
поле токов высокой частоты во время сушки, а также склеивания и гнутья древесины.
Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии излучений. Инфракрасное (ИК) излучение. Способность древесины пропускать, поглощать и
отражать инфракрасные лучи, зависит от длины волны подающего излучения
(их диапазон длин волн от 1000 до 0,77 мкм). Эта способность дает возможность измерять влажность поверхностных зон массивной древесины, измерять
влажность древесных частиц в производстве древесностружечных плит. Поглощение ИК-лучей вызывает нагревание материала, что позволяет их использовать для сушки шпона, щепы, стружки, нагревания древесины при склеивании, а также для ее стерилизации. ИК-лучи довольно широко используются для
сушки лакокрасочных покрытий.
Световое излучение охватывает часть спектра с длинами волн от 0,76 до
0,44 мкм. Эти лучи обладают большей проникающей способностью, чем ИКлучи, и используются для обнаружения скрытых дефектов внутри древесины
или изделий из нее. В последнее время успешно развивается лазерная техноло-
29
гия. Лазер используется для фигурного раскроя листовых древесных материалов, резьбы, граверных работ.
Ультрафиолетовое (УФ) излучение. Эти лучи имеют длину волн от 0,38
мкм до 10 нм. УФ-излучение вызывает свечение – люминесценцию некоторых
веществ. Цвет и интенсивность свечения зависит от породы и состояния древесины (влажности, температуры, шероховатости поверхности и т.д.). Это позволяет использовать люминесценцию для обнаружения пороков, контроля качества обработки и др.
Рентгеновское излучение охватывает часть спектра с длиной волн от 5 нм
до 0,6 пм. Рентгеновские лучи могут быть использованы для обнаружения в
древесине скрытых пороков, для определения влажности и характера ее распределения, для изучения плотности древесины и тонкого строения клеточной
стенки.
Ионизирующие излучения возникают при распаде радиоактивных веществ,
делении атомов тяжелых ядер, ядерных реакциях. Данные излучения применяют для измерения плотности древесины, ее влажности, для контроля размеров
деталей, для обнаружения скрытых дефектов.
3.2.2. Механические свойства древесины
Прочность древесины. Прочность – это способность древесины сопротивляться разрушению от воздействия механических усилий.
В зависимости от направления действий сил различают растяжение, сжатие, сдвиг, поперечный изгиб, кручение и продольный изгиб. Под действием
сил в древесине возникают напряжения, и появляется деформация, т.е. изменение размеров и формы образца. Если после прекращения действия силы деформация полностью исчезает, она называется упругой, если частично остается –
остаточной. Прочность древесины характеризуется пределом прочности – максимальной величиной напряжений.
При расчете конструкции принимают так называемые допустимые напряжения. Отношение величины предела прочности к величине допускаемого
напряжения называется коэффициентом запаса. Для расчета элементов из сосны и ели, эксплуатируемых в сухом помещении при длительных нагрузках,
принимают следующие допускаемые напряжения, МПа: изгиб и сжатие вдоль
волокон 10; растяжение вдоль волокон 7; перерезание поперек волокон 4,5;
30
смятие поперек волокон 3,5; скалывание вдоль волокон 1-2; скалывание поперек волокон 0,5. Для древесины ясеня, дуба, клена допускаемые напряжения
могут быть выше в 2 раза, кроме скалывающих напряжений, которые выше в
1,6 раза [20].
Твердость. С этим показателем приходится сталкиваться при изучении ее
стойкости на истирание (деревянные полы, паркет, деревянные настилы), при
обработке режущим инструментом, скреплении (тара, строительные конструкции). Твердость различна на торцевой, радиальной и тангентальной поверхностях. Наиболее твердая торцевая поверхность (22-97 мПа в заисимости от породы при влажности 12 %). Твердость радиальной и тангентальной поверхностей
почти одинаковы между собой, а по отношению к торцевой ниже на 30-40 %.
При увеличении влажности твердость уменьшается [20].
Коэффициенты качества древесины. При использовании древесины, если решающее значение имеет не только прочность, но и масса деталей и узлов,
изготовленных из различных материалов, комплексным показателем свойств
материала является коэффициент качества – отношение показателя механических свойств к плотности материала. Если сравнить коэффициенты качества
различных материалов при растяжении, окажется, что древесина по этому показателю стоит выше многих металлов, соперничая с лучшими сортами стали:
сталь легированная
0,95-2,3
стальное литье
0,45-0,55
железо
0,32-0,42
дюралюминий
1,1-1,7
алюминий
0,3-0,4
чугун
0,3-0,51
Древесина:
ель, сосна
1,4-2,1
липа
1,7-2,4
береза
1,9-2,7
Коэффициенты качества могут быть определены для любого показателя
прочности. При сравнении показателей хвойных и лиственных пород древесины можно установить, что лиственные породы по многим механическим свойствам превосходят хвойные. Однако показатели качества при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород выше, чем у лиственных [20].
31
3.2.3. Технологические свойства древесины
Древесина как конструкционный материал имеет ряд важных технологических свойств:
1. Способность древесины удерживать металлические крепления.
2. Способность древесины к гнутью (наилучшей способностью к гнутью
обладают лиственные кольцесосудистые породы, например, дуб, бук, ясень и
рассеянососудистые породы – береза).
3. Износостойкость древесины – характеризует ее способность противостоять износу, то есть разрушению в процессе трения. Износ древесины с боковой поверхности больше, чем с торцевой. Влажная древесина больше подвержена износу, а вот с повышением плотности и твердости износ древесины
уменьшается.
4. Сопротивление древесины раскалыванию (разделению вдоль волокон).
5. Ударная вязкость древесины – способность поглощать усилия (работу)
при ударе без разрушения. Чем больше величина работы, необходимой для излома образца, тем выше ее вязкость.
6. Твердость древесины – способность сопротивляться вдавливанию тела
из более твердого материала. Все породы по твердости торцевой поверхности
делятся на три группы: мягкие – твердостью до 40 Н/мм2, твердые – 41- 80
Н/мм2 и очень твердые – более 80 Н/мм2.
3.3. Лесные древесные породы и их отличительные особенности
Леса России разнообразны по своему породному составу. Преобладают
хвойные породы. Доля хвойных насаждений уменьшается с севера на юг (%):
тайга – 78, зона смешанных лесов – 53, лесостепь – 25, степь – 12. Соответственно увеличивается доля лиственных насаждений: в зоне смешанных насаждений за счет мягких лиственных пород (березы, осины, липы и др.), в лесостепной зоне, кроме того, за счет твердых лиственных пород, среди которых преобладает дуб.
Основную массу хвойных лесов составляют лиственничные леса (более 1/3 всей лесопокрытой площади страны), сосновые, еловые, пихтовые и
кедровые. Среди лиственных лесов наиболее распространены березовые леса,
занимающие 60 % площади всех лиственных лесов, осиновые – до 13 %, затем
32
дубовые и буковые леса, леса с преобладанием липы. Площадь остальных лесов
незначительна.
Древесные растения, используемые для получения древесных материалов, делятся по породам на две группы – хвойные и лиственные. Деревья хвойных пород имеют в России наибольшее распространение, они занимают около
75 % лесных площадей. Отличительная черта деревьев хвойных пород – смолистость, игольчатая и чешуйчатая форма листьев (хвоя), не опадающих (в России
– кроме лиственницы) на зиму. Деревья лиственных пород имеют пластинчатые
листья различных очертаний, опадающих на зиму. Лиственные породы делятся
на две подгруппы в зависимости от твердости древесины: твердые лиственные
породы (дуб, бук, ясень, граб и др.), мягкие лиственные породы (липа, осина,
ольха и др.). В зависимости от расположения сосудов, проводящих воду и растворенные в ней соли из корней в крону деревьев, лиственные породы можно
разделить на кольцесосудистые, у которых в ранней зоне годичного кольца образован ряд из крупных сосудов, и рассеянно-сосудистые, у которых сосуды
расположены по годичному слою относительно равномерно.
У кольцесосудистых пород древесины (дуба, ясеня, каштана, вяза, ильма,
карагача, бархатного дерева, фисташки) очень хорошо заметны годичные слои.
У рассеянно-сосудистых с крупными сосудами (грецкого ореха, хурмы) и мелкими (березы, бука, самшита, ольхи, осины, клена, платана, тополя, ивы, рябины и груши) нет резкого различия между ранней и поздней зонами древесины,
поэтому границы между годичными слоями выражены слабо. Более подробно о
строении древесины различных пород и ее применении можно узнать из работ
Б.Н. Уголева, Т.К. Курьяновой [13, 20].
33
ГЛАВА 4
ПРОДУКЦИЯ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Виды древесного сырья, их размерно-качественные
характеристики
Сырьем для производства и выработки пиломатериалов служат бревна
разных пород, очищенные от сучьев. Ствол поваленного дерева, у которого отделены корни, вершина и сучья, называют хлыстом. В процессе раскряжевки
хлыста различают три основные части: комлевую, вершинную и срединную.
Комлевые бревна отличаются корневыми наплывами и закомелистостью у
нижнего торца; срединные сортименты имеют более цилиндрическую форму и
включают в себя большое количество отмерших сучков; вершинные – увеличенным сбегом, наличием большого количества крупных здоровых сучков и
наличием развилок вторичных вершин.
Классификация основных видов материалов и продукции лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств представлены на рис. 4.1.
Пиловочные бревна – круглые сортименты для использования в круглом
виде или в качестве сырья для выработки пиломатериалов, предназначенные
для выработки пиломатериалов внутрисоюзного потребления общего назначения и экспортных. Кряжи – круглые сортименты, предназначенные для выработки специальных видов пилопродукции, например, авиационных и резонансовых пиломатериалов, лыжных заготовок, шпал и переводных брусьев рельсовых путей, карандашных дощечек. В зависимости от назначения различают
авиационный, фанерный, резонансовый, лыжный, шпальный, карандашный,
ружейный, тарный, спичечный и другие кряжи.
Хлысты или отрезки, полученные при поперечном делении – раскряжевке
(бревна), в зависимости от размеров и наличия пороков разделяют на деловую и
низкокачественную древесину.
Низкокачественная древесина – это обрезки хлыста, не удовлетворяющие
требованиям, предъявляемым к деловой древесине, но которые могут быть использованы после дополнительной механической переработки.
34
Хлыст
Пиловочник
Кряж,чурак,
ванчес
Шпон
Балансы
Столб,
рудничная Подтоварник
Жердь
Круглые
лесоматериалы
стойка
Щепа
Щепа
Лущеный
Продукция
первичной
механической
обработки
Строганый
Брусья
Бруски
Пиленые
заготовки
34
Доски
Шпалы, переводные
брусья
Щепа
Столярностроительные изделия
Клееный
брус,
брусок
Клееные деревянные конструкции
Столярностроительные изделия
Мебель
Клееный
щит
Фанера,
LVL
Древесные плиты из измельченной
древесины
Модифицированная древесина
Деревянные дома заводского
изготовления
Топливные гранулы и брикеты
Тара, в т.ч. контейнеры
Целлюлоза
Продукция
вторичной
обработки
Бумага картон
Продукция из бумаги и
картона
Рис. 4.1. Классификация основных видов материалов и продукции лесозаготовительных
деревоперерабатывающих производств
Конечная
продукция
35
Дрова – это низкокачественная древесина, используемая в качестве топлива и сырья для углежжения и сухой перегонки.
Лесоматериалы (деловая древесина) различают между собой по внешнему
виду, способу обработки. По способу механической обработки они делятся на
следующие классы:
1) круглые, получаемые поперечным делением хлыста на отрезки требуемой длины;
2) пиленые, получаемые при продольном распиливании круглых лесоматериалов на лесопильных рамах, круглопильных и ленточнопильных станках;
3) лущеные, получаемые из круглых лесоматериалов специальным резанием древесины на лущильных станках и последующим раскроем непрерывной
ленты (шпона) на форматные листы;
4) строганые, получаемые резанием древесины на тонкие листы шириной
не более диаметра кряжа;
5) колотые, получаемые раскалыванием древесины в радиальной или тангентальной плоскости;
6) измельченные, получаемые дроблением и резанием древесины на рубительных машинах, фрезерно-пильных и стружечных станках и других устройствах.
Сортимент – это круглый, колотый или пиленый лесоматериал установленного назначения, соответствующий требованиям стандартов или технических условий.
Учет круглых лесоматериалов ведут по объему, породам, размерам, форме и качеству.
Объем сырья подсчитывается по диаметру и длине бревна. На практике
для вычисления объема пользуются таблицами ГОСТ 2708-85, в которых значение объема для известной длины бревна определяется по величине его вершинного диаметра.
По породам круглые лесоматериалы подразделяют на хвойные и лиственные. По назначению, способу обработки и производству круглые лесоматериалы разделяют на четыре группы: для распиловки; строгания и лущения; выработки целлюлозы и древесной массы; для использования в круглом виде.
Лесоматериалы для распиловки и строгания используют:
36
1) для выработки пиломатериалов авиационных, резонансных, палубных
и шлюпочных, обшивочных, карандашных, для бочковой и ящичной тары, машиностроения, строительства, мебели, для шпал и переводных брусьев железных дорог широкой и узкой колеи, экспортных;
2) для выработки заготовок для лыж, лож, шпуль, каблуков, челноков,
бочковой, бутовой и ящичной тары, весел, обувных колодок, деталей колес
конных повозок и т.д.
Среди сортиментов первой группы по объему преобладают кряжи и пиловочные бревна (пиловочник) для выработки пиломатериалов для машиностроения, строительства, мебели и других назначений.
В зависимости от назначения сортиментов по ГОСТ 9462-88 «Лесоматериалы круглые лиственных пород. Размеры и технические требования» и ГОСТ
9463-88 «Лесоматериалы круглые хвойных пород. Размеры и технические требования» длина лесоматериалов колеблется в пределах от 0,5 (для бочковой и
ящичной тары) до 15 м (для баржестроения). Пиловочник хвойных пород имеет
длину от 2 до 6,5 м с градацией 0,5, лиственных – от 1 до 6,5 м с градацией
0,1 м. Пиловочные бревна должны иметь припуск по длине от 3 до 6 см, который в расчет длины не принимается. Бревна хвойных и лиственных пород древесины учитывают по четным диаметрам, т.е. через 2 см (14; 16; 18 и т.д.). Замеренную величину округляют до ближайшего четного числа. Например, все
фактические диаметры от 17 до 18,9 см учитывают как 18 см. Для диаметров
бревен от 6 до 13 включительно установлена градация 1 см. Доли менее 0,5 см в
расчете не принимают; 0,5 и более приравнивают к 1 см. Например, диаметры
от 10,5 до 11,4 см учитывают как 11 см. Измерение делают на древесине, включая кору.
Длина бревен хвойных пород для экспортной пилопродукции северной
сортировки составляет от 3,9 до 7,5 м (с градацией 0,3 м), черноморской сортировки – от 4 до 8 м (с градацией 0,25 м).
Классификация круглых лесоматериалов в зависимости от толщины
(диаметра) представлено в табл. 4.1.
Качество сырья, удовлетворяющее установленным требованиям потребителя и определяемое наличием и степенью распределения в нем пороков (сучков, трещин, наклона волокон, гнили, окраски и т.д.), регламентируется сортом.
37
Установление сорта в стандартах на круглые лесоматериалы предусматривает
разделение хлыста на три зоны: комлевую, срединную и вершинную.
Таблица 4.1
Лесоматериалы
мелкие
средние
крупные
Классификация круглых лесоматериалов
Хвойные
Лиственные
Градация по
диаметру ,мм
толщина, мм сорт толщина, мм сорт
6-13
3-й
8-13
3-й
1
14-24
1-3-й
14-24
1-3-й
2
26 и более
1-3-й
26 и более
1-3-й
2
По качеству древесины бревна подразделяют на 1, 2 и 3-й сорта.
В зависимости от способности к поражению грибами, насекомыми, а
также растрескиванию по ГОСТ 90140 – 75 «Лесоматериалы круглые. Хранение, общие требования» породы древесины делятся на классы: I – стойкие, II –
нестойкие.
Стойкость пород древесины к поражениям и растрескиванию приведены
в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Класс
I
II
Стойкость древесных пород
Стойкость к поражению
насекомыми
грибами
Пихта, береза, бук,
Пихта, дуб, ильмограб, клен, ольха,
вые, клен, явор,
осина, тополь,
ясень
явор
Ель, сосна, лиственЕль, сосна, листница, кедр, ольха,
венница, кедр, дуб,
осина, тополь, береильмовые, ясень
за, бук, граб, липа
Стойкость к растрескиванию
Ель, сосна, пихта,
кедр, ольха, осина,
липа, тополь, береза
Лиственница, бук,
граб, ильмовые,
явор, клен, дуб,
ясень
Для облегчения сортировки бревен по сортам и диаметрам они маркируются на лесозаготовительных предприятиях по ГОСТ 2292 - 88 «Лесоматериа-
38
лы круглые. Маркировка, сортировка, транспортирование, обмер, учет и правила приемки». Марка ставится на верхнем торце бревна и состоит из трех знаков:
первый (буква) указывает назначение материала; второй (римская или арабская
цифра) – сорт; и третий (арабская цифра) – диаметр бревна (обозначается одной
последней цифрой). Например, диаметры 16, 26, 36, 46 см и т.д. обозначаются
цифрой 6, а десятки легко определяются на глаз. На комлевом торце бревна
ставится клеймо лесозаготовительной организации и личное клеймо бракера.
Для хранения сырья на складе применяют три способа: водное, влажное и
сухое хранение бревен.
4.2. Классификация пилопродукции, её размерно-качественные
характеристики
К пилопродукции в соответствии с ГОСТ 18288-87 «Продукция лесопильного производства. Термины и определения» относятся пиломатериалы,
заготовки, обапол, горбыль и шпалы. Пилопродукцию получают из древесины
хвойных, твердых и мягких лиственных пород в результате продольного деления бревна на части и продольного и поперечного раскроя полученных частей.
Пиломатериалы – сортименты стандартных размеров, получаемые при
раскрое бревен, рассортированные по размерам и качеству и используемые в
целом виде или для выработки заготовок, деталей и изделий из древесины.
Пиломатериалы характеризуются размерами по длине, ширине и толщине, определение которых осуществляется непосредственным измерением. Длину пиломатериалов измеряют в метрах, ширину и толщину – в миллиметрах.
Во всех пиломатериалах выделяют пласть, кромку и ребро (рис. 4.2).
Пласть – это самая широкая часть пиломатериалов, она может быть
внутренней и наружной. Кромка является самой узкой частью пиломатериалов,
а ребро находится между пластью и кромкой. Пласть по длине ограничена торцами, а расстояние по пласти между двумя кромками является ее шириной.
Длину пиломатериалов измеряют кратчайшим расстоянием между торцами, толщину – между внутренней и внешней пластью, а ширину – по ширине
пласти.
Ширину необрезных пиломатериалов рассчитывают как полусумму ширины внутренней и наружной пластей, измеренных посередине длины пиломатериала.
39
В обрезных пиломатериалах выделяют острый и тупой обзолы (рис. 4.2),
которые относятся к порокам обработки. Острый обзол располагается на кромке и является недопустимым пороком, тупой обзол располагается частично на
кромке и частично на пласти, он ухудшает качество обрезных пиломатериалов
и нормируется в долях длины.
Рис. 4.2. Элементы пиломатериалов:
1 – наружная пласть; 2 – ребро; 3 – кромка; 4 – острый обзол; 5 – торец;
6 – внутренняя пласть; 7 – тупой обзол; h – толщина; b, b1, b2 – ширина; l – длина
По породам пиленые сортименты разделяют на:
– вырабатываемые из определенных хвойных пород;
– вырабатываемые из определенных лиственных пород;
– вырабатываемые из всех хвойных и лиственных пород.
По форме и размерам поперечного сечения пилопродукцию делят на виды: доски, бруски и брусья.
Доски – пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной более двойной
толщины. Широкие стороны называются пластью. Узкие – кромкой. Толщина
доски определяется расстоянием между пластями, ширина – расстоянием между кромками. Длина доски измеряется вдоль волокон между торцами. Торец –
концевое поперечное сечение материала. Линия пересечения пласти и кромки
называется ребром.
Брус – пиломатериалы толщиной и шириной более 100 мм. Соответственно числу пропиленных или профрезерованных сторон брусья бывают: двухкантные, трехкантные (ванчесы), четырехкантные; по форме поперечного сечения – острокантные и тупокантные. Острокантные брусья имеют прямоуголь-
40
ную или квадратную форму, а на верхнем торце допускаются тупые углы с учетом обзола. Тупокантные брусья имеют на торцах обзолы – оставшуюся часть
боковой поверхности бревна.
Брусок – пиломатериалы, за исключением авиационных, имеющие толщину до 100 мм и ширину не более двойной толщины, т.е. до 200 мм.
Обапол – пилопродукция, получаемая из боковой части бревна и имеющая одну пропиленную, а другую непропиленную или одну пропиленную, а
вторую – частично пропиленную поверхности. Горбыльный обапол имеет одну
из поверхностей, пропиленную не более чем на половину длины. Дощатый
обапол имеет одну из пластей, пропиленную более чем на половину длины.
Шпалы – пиломатериалы в виде бруска, имеющие поперечное сечение
(предназначены для укладки под рельсы железных дорог.
Плоские бруски, тонкие узкие доски называют рейками. Тонкие и короткие пиломатериалы с прямоугольным сечением называют дощечками и планками.
По характеру обработки пиломатериалы разделяют на необрезные, обрезные и односторонне обрезные (ГОСТ 18288 - 88 «Продукция лесопильного
производства. Термины и определения»). Обрезные – это пиломатериалы с параллельными пластями и кромками, опиленными перпендикулярно пластям, и с
обзолом не более допустимого. Необрезные – это пиломатериалы с параллельными пластями и неопиленными или частично опиленными кромками с обзолом более допустимого в обрезном пиломатериале. Односторонне обрезные
пиломатериалы имеют пропиленные пласти и одну кромку, а размеры обзола не
пропиленной кромки не превышают допустимых в обрезном пиломатериале.
По характеру обработки продольных сторон брусья подразделяют на
двух-, трех- и четырехкантные (рис. 4.3). Отпиленные боковые части бревен называют горбылями. Их используют для выработки обапола, предназначенного
для укрепления горных разработок.
По расположению пластей относительно годичных слоев пилопродукция
подразделяется на радиальную, тангенциальную и смешанной распиловки. У
радиальной продукции пласти идут перпендикулярно годичным слоям, т. е. направлены по радиусам поперечного сечения бревен, а у тангенциальной пласти
они расположены по касательной к годичным слоям. Данные виды продукции
относятся к специальным, основная же масса пилопродукции выпускается без
41
учета расположения годичных слоев и относится к продукции смешанной распиловки.
а
б
г
в
е
д
ж
з
и
к
л
м
Рис. 4.3. Виды пилопродукции:
а, б, в – соответственно двух-, трех- и четырехкантные брусья; г – доска необрезная;
д – доска односторонняя обрезная; е – доска обрезная; ж – обрезная доска с острым обзолом;
з – брусок; ; и – обапол горбыльный; к – обапол дощатый; л –шпала обрезная; м – шпала
необрезная
По месторасположению пиломатериалов в бревне (по отношению их к
продольной оси) различают сердцевинные, центральные и боковые доски.
Сердцевинная доска (брус) выпиливается из центральной части бревна или бруса и включает в себя сердцевину. Центральные доски выпиливаются из центральной части бревна или бруса и располагаются симметрично оси сортимента. Боковые доски получают при выпиливании из боковой части бревна.
По видам распиловки пиломатериалы разделяют на две группы: групповой и индивидуальной распиловки.
42
Групповая распиловка используется при массовом изготовлении пиломатериалов без учета пороков формы каждого бревна. При индивидуальной распиловке различают пиломатериалы радиальной и тангентальной распиловки.
Первые получают ориентированным пилением бревен или брусьев с преимущественным направлением пропилов, близким к радиусам годовых слоев древесины. Вторые получают ориентированным пилением бревен с преимущественным
направлением пропилов по касательной к годичным слоям древесины.
По месту реализации различают пиломатериалы экспортные и внутреннего потребления.
Пиломатериалы внутреннего потребления разделяют на две подгруппы:
пиломатериалы общего и специального назначения. Ко вторым можно отнести
пиломатериалы авиационные (ГОСТ 968) и обапол для крепления горных выработок (ГОСТ 5780), доски для бочарной клепки (ГОСТ 247 и ГОСТ 5661),
доски воинские съемные.
Пиломатериалы общего назначения вырабатывают по унифицированным
ГОСТам.
Пиломатериалы лиственных пород изготавливают из кряжей и бревен
всех твердых и мягких лиственных пород по ГОСТ 2695 «Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия». По размерам поперечного сечения они
разделяются на бруски и доски, которые могут быть тонкими (до 32 мм) и толстыми (от 35 мм и более). Номинальные размеры пиломатериалов устанавливают:
по длине:
из твердых лиственных пород от 0,5 до 6,5 м с градацией 0,10 м;
из мягких лиственных пород и березы от 0,5 до 2,0 м с градацией 0,10 м;
от 2,0 до 6,5 м с градацией 0,25 м;
по толщине – 19, 22, 25, 32, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм;
по ширине:
обрезные – 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130, 150, 180, 200 мм;
необрезные и односторонние обрезные – 50 мм и более с градацией
10 мм. Ширина узкой пласти в необрезных пиломатериалах не должна быть
менее 40 мм.
Номинальные размеры пиломатериалов по толщине и ширине установлены для древесины влажностью 20 %. При величине влажности более или менее
43
20 % размеры пиломатериалов должны быть установлены с учетом величины
усушки по ГОСТ 6782.2 «Пилопродукция из древесины лиственных пород. Величина усушки».
Предельные отклонения от номинальных размеров установлены следующие:
по длине, мм:
+50
- 25
по толщине, мм:
до 32
±1,0
более 35
по ширине обрезных пиломатериалов, мм:
±2,0
до 100
±2,0
±3,0
более 100
Пиломатериалы изготовляют сухими (с влажностью не более 22 %), сырыми (с влажностью более 22 %) и сырыми антисептированными. Антисептирование – по ГОСТ 10950 «Пиломатериалы и заготовки. Антисептирование
способом погружения».
Условное обозначение должно состоять из наименования предмета стандартизации (пиломатериалы, доска, брусок, брус); цифры обозначающей сорт;
наименования породы древесины; цифрового обозначения поперечного сечения
и обозначения стандарта, например:
ПИЛОМАТЕРИАЛЫ – 2 ДУБ - 40×60 ГОСТ 2695.
Пиломатериалы хвойных пород изготавливаются из сосны, ели, пихты,
лиственницы и кедра. ГОСТ 8486 «Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия».
Размеры пиломатериалов по толщине и ширине регламентированы ГОСТ
24454 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры для древесины влажностью
20 %» (см. табл. 4.3). При влажности древесины, отличной от 20 % фактические
размеры толщины и ширины должны быть более или менее номинальных размеров на соответствующую величину усушки по ГОСТ 6782.1 «Пилопродукция
из древесины хвойных пород. Величина усушки».
Ширина узкой пласти измеряется в любом месте длины необрезных пиломатериалов, должна быть:
для толщины от 16 до 50 мм
не менее 50 мм
44
для толщины от 60 до 100 мм
для толщины от 125 до 300 мм
не менее 60 мм
не менее 0,6 толщины.
Таблица 4.3
Размеры пиломатериалов хвойных пород
Толщина
16
19
22
25
32
40
44
50
60
75
100
125
150
175
200
250
Ширина
75
75
75
75
75
75
75
75
75
75
-
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
-
125
125
125
125
125
125
125
125
125
125
125
125
-
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
-
175
175
175
175
175
175
175
175
175
175
175
175
175
-
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
-
225
225
225
225
225
225
225
225
225
225
225
225
225
-
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
-
275
275
275
275
275
275
275
275
-
Ширина пласти обрезных пиломатериалов с непараллельными кромками
в узком месте должна быть:
для толщин от 16 до 50 мм
не менее 50 мм
для толщин от 60 до 100 мм
не менее 60 мм
для толщин от 125 до 300 мм
не менее 0,7 толщины.
Номинальные размеры длины пиломатериалов устанавливают:
для внутреннего рынка и экспорта – от 1,0 до 6,5 м с градацией 0,25 м;
для изготовления тары – от 0,5 м до с градацией 0,1 м ;
для мостовых брусьев – 3,25;
только для экспорта – 0,9 до 6,3 м с градацией 0,3 м.
45
Предельные отклонения от номинальных размеров устанавливают:
по длине, мм:
+50
- 25
по толщине, мм:
до 32
±1,0
от 40 до 100
±2,0
более 100
±3,0
по ширине для обрезных пиломатериалов, мм:
до 100
±2,0
более 100
±3,0
Для пиломатериалов длиной менее 1,5 м предельные отклонения по длине не устанавливают.
По качеству древесины и обработки доски и бруски разделяют на пять
сортов (отборный – 1, 2, 3, 4-й), а брусья – на четыре сорта (1, 2, 3, 4-й). Пиломатериалы высших сортов изготавливают сухими (до 22 %), сырыми (более
22 %) и сырыми антисептированными.
Основные назначения пиломатериалов:
0, 1-й сорт – специальное судостроение – для обшивки и связей морских
катеров, шлюпок, судов морского плавания, настилка наружных и внутренних
палуб и др.;
0, 1, 2-й сорт – сельхозмашиностроение – для деталей сельскохозяйственных машин;
0, 1, 2, 3-й сорт – вагоностроение – для деталей железнодорожных вагонов, судостроения, автостроения – для изготовления деревянных деталей платформ грузовых автомобилей, прицепов и др., мостостроение, обозостроение;
1, 2, 3-й сорт – строительство и ремонтно-строительные нужды, детали
окон и дверей, строганые детали, детали деревянных домов и др., производство
различных деталей деревообработки, включая мебель, клепку для бочек;
3, 4-й сорт – тара и упаковка;
4-й сорт – для использования на малоответственные детали в строительстве, раскроя на мелкие заготовки различного назначения.
Условное обозначение должно состоять из наименования пиломатериала
(доска, брусок, брус), цифры, обозначающей сорт, наименования породы древесины (хв. – хвойные или отдельной породы), цифрового обозначения попереч-
46
ного сечения (для необрезного пиломатериала – толщины) и обозначения стандарта.
ДОСКА – 2 – СОСНА - 32×100 – ГОСТ 8486-86
ДОСКА – 2 - хв. – 32 – ГОСТ 8486-86
Предельно допустимые пороки в большинстве случаев одинаковы для
пиломатериалов хвойных и лиственных пород. Так, в пиломатериалах хвойных
4 сорта и лиственных 3 сорта допускаются без ограничений: сучки здоровые
сросшиеся, в том числе темные, грибные ядровые пятна, заболонные грибные
окраски, плесень, наклон волокон, прорость, рак, кармашки.
В пиломатериалах низшего сорта допускаются без ограничений: в хвойных трещины (кроме торцовых), в лиственных сучки частично сросшиеся и несросшиеся, загнившие, гнилые и табачные.
Высшие сорта хвойных и лиственных пиломатериалов имеют одинаковые
ограничения по гнили, сучкам, трещинам и некоторым другим порокам. Так,
размеры сросшихся сучков допускаются до 1/3 ширины пласти, частично сросшихся и несросшихся – до 1/5. Сучки загнившие, гнилые и табачные, грибные
ядровые пятна не допускаются.
Параметры шероховатости поверхности лиственных и хвойных пиломатериалов не должны превышать 1250 мкм для высших сортов, и 1600 мкм – для
3-го и 4-го сорта соответственно.
Маркировка, пакетирование и транспортирование пиломатериалов производится по ГОСТ 6564-84 «Пиломатериалы и заготовки. Правила приемки, методы контроля, маркировка и транспортирование» и ГОСТ 19041-85 «Пакеты и
блок-пакеты пилопродукции. Формирование, упаковывание, маркирование,
транспортирование и хранение».
Экспортные пиломатериалы вырабатывают из древесины хвойных пород.
Пиломатериалы черноморской сортировки вырабатывают из древесины
ели, пихты и сосны по ГОСТ 9302 «Пиломатериалы хвойных пород черноморской сортировки, поставляемые для экспорта».
В зависимости от размеров поперечного сечения и длины пиломатериалы
называют: нормале (шириной от 170 до 300 мм и длиной 4 м и от 4,25 до 6,5 м),
соттомизура (шириной от 100 до 160 мм и длиной как нормале), морали (бруски
квадратного сечения) и полуморали (бруски прямоугольного сечения, длиной
как нормале), кортали (короткие пиломатериалы всех сечений длиной от 1,0 до
47
3,75 м), мадриери (длиные пиломатериалы от 3,0 до 6,5 м и толщиной от 70 до
220 мм). Градация по длине всех пиломатериалов 0,25 м. Толщина пиломатериалов 18, 22, 24, 28, 35, 38, 45, 48, 58, 65 (66), 70, 76, 96, 124, 150, 220 мм. Ширина пиломатериалов в зависимости от вида колеблется от 70 до 300 мм. По качеству подразделяют на бессортные, 4-го и 5-го сортов. Влажность их не должна быть более 20 %, параметры шероховатости поверхности 5-го сорта –
1600 мм, остальных – не более 800 мкм.
Пиломатериалы северной сортировки вырабатывают по ГОСТ 36002-83
«Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия» для экспорта через беломорские, дальневосточные, с.-петербургский и игарский порты. Их разделяют:
по толщине:
-на тонкие – от 16 до 22 мм,
-на средние – от 25 до 44 мм,
-на толстые – от 50 до 100 мм;
по ширине:
-на узкие от 75 до 125 мм
-на широкие – 150 мм и выше;
по длине:
-на короткие – от 0,45 до 2,40 м,
-на длинные – от 2,70 до 6,30 м.
Номинальные размеры пиломатериалов по толщине и ширине устанавливаются по ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры». При
этом толщина их не должна превышать 100 мм.
Размеры пиломатериалов по длине устанавливают:
от 1,5 м и более с градацией 0,3 м,
от 0,45 до 1,35 м с градацией 0,15 м.
По качеству древесины и ее обработке их подразделяют на 1, 2, 3-й сорта
(бессортные) и 4, 5-й сорта (утскоты). Длиной более 2,7 м сортируют на бессортные и раздельно 4-й и 5-й сорта, менее – на бессортные и 4-й сорт вместе,
5-й сорт – отдельно.
Хранение пиломатериалов регламентировано ГОСТ 3808.1-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Атмосферная сушка и хранение», ГОСТ 7319-80 «Пиломатериалы и заготовки лиственных пород. Атмосферная сушка и хранение» и
ставит перед собой задачу предохранить древесину от растрескивания, коробления, действия грибов и насекомых. Сохранение свойств и защита древесины
48
может быть достигнуто путем сушки, поверхностной пропитки, консервирования и т.д.
Заготовки хвойных и лиственных пород. К заготовкам относят продукцию определенного качества, имеющую припуски на последующую обработку
для изготовления определенных изделий и сооружений.
По виду обработки заготовки бывают пиленые – изготовленные путем
пиления; калиброванные – предварительно простроганные; клееные – полученные склеиванием более мелких отрезков по длине, ширине или толщине.
По размерам заготовки могут быть одинарными и кратными, имеющими
припуск на деление. В зависимости от конструкции будущих изделий заготовки
подразделяются на брусковые (с определенными размерами по толщине, ширине и длине, например, оконные створки); погонажные (с определенными размерами по толщине и ширине, но свободными по длине, например, плинтус, карниз, вагонка); щитовые (с определенными размерами по толщине и длине, но
свободными по ширине, например, тара, настилы, перегородки).
По назначению заготовки делятся на специальные и общего назначения.
Технические требования на каждый вид специальных заготовок регламентирован соответствующим ГОСТом, например: ГОСТ 48 «Заготовки лыжные»,
ГОСТ 2800-83 «Заготовки для деревянных деталей колес конных повозок»,
ГОСТ 16423 «Заготовки для лож спортивно-охотничьего оружия», ГОСТ 12457
«Заготовки деревянные для весел» и т.д.
Технические требования на заготовки общего назначения регламентированы ГОСТ 7897 «Заготовки лиственных пород» и ГОСТ 9685 «Заготовки из
древесины хвойных пород».
Заготовки при влажности древесины 15 % имеют следующие размеры,
мм: – хвойные – толщина 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 32, 40, 50, 60, 75, 100, ширина – 40, 50, 60, 70, 75, 80, 90, 100, 110, 130, 150, 180, 200;
– лиственные – толщина 19, 22, 25, 32, 40, 45, 50, 60, 70, ширина – 40, 45,
50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130, 150.
Заготовки для штучного паркета (ГОСТ 7897-83) допускается изготовлять
шириной 40-70 мм с градацией 5 мм и длиной 0,17-0,47 м с градацией 50 мм.
Унифицированные размеры черновых мебельных заготовок по ТУ 13566-85 приведены в табл. 4.4.
49
Таблица 4.4
Размеры черновых мебельных заготовок (ЧМЗ)
Толщина
Ширина
Длина
Заготовки для изготовления мягкой мебели, мм:
Хвойных пород
19
- 50 60 - 75 90
300 850 900
25
- 50 60 70 75 90 100 110 130 1000 1100 1200
32
40 50 60 70 75 80 90 100 110 130 1300 1400 1500
40
40 50 60 70 75 80 90 100 110 130 1600 1700 1800
50
- 50 60 70 75 80 90 100 - 130 1900 2000
Лиственных пород
16
- 50 900 950 1000
19
- 50 - 1100 1200 1300
22
- 60 - 80 - 1400 1500 1600
25
40 50 60 70 80 - 1700 1800 1900
32
40 50 60 70 80 90 100 110 - 2000
40
- 50 60 70 80 90
- 110 50
- 50 60 Заготовки для изготовления корпусной мебели, мм
Хвойных пород
19
- 50 60 - 75 90 110 800 850 900
25
- 50 60 70 75 90 100 110 130 950 1000 1100
32
40 50 60 70 75 80 90
- 1200 1300 1400
40
- 70 - 80 90
- 1500 1600 1700
50
- 50 60 70 - 1800 1900 2000
Толщина
Ширина
Длина
Лиственных пород
25
40 50 60 900 950 1000
32
40 50 60 70 - 1100 1200 1300
40
40 50 60 - 80 - 1400 1500 1600
50
- 50 60 - 1700
Заготовки из древесины хвойных и лиственных пород для изготовления стульев
столярных, мм
16
- 50 450 500 700
50
Окончание табл. 4.4
Толщина
19
22
25
32
40
50
40
40
40
40
-
50
50
50
50
50
50
60
60
60
60
-
70
70
70
70
-
Ширина
80 80 80 90 100 110 130
80 90 100 110 130
-
-
Длина
750 800 850
900 950 1000
Далее не регламентируется
Заготовки толщиной 7-75 мм и шириной более двойной толщины называют досковыми, а при толщине от 22 до 100 мм и ширине не более двойной
толщины – брусковыми. Заготовки при длине от 0,5 (лиственные от 0,3) до 1 м
имеют градацию 50 мм, при длине свыше 1 м градация равна 100 мм. Допускается поставка кратных по длине заготовок. Заготовки березовые и из мягких
лиственных пород могут быть использованы как заменители хвойных.
Для перевозки всеми видами транспорта заготовки формируют в пакеты
согласно требованиям ГОСТ 16369 «Пакеты транспортные лесоматериалов.
Размеры».
Заготовки хвойных пород по качеству древесины и обработке делятся на
группы. Заготовки 1-й группы предназначены для деталей под прозрачную отделку мелких лицевых деталей столярно-строительных изделий, мебели, паркета, в судо-, авто- и вагоностроении. Заготовки 2-й и 3-й групп качества используют для изготовления ответственных деталей, покрываемых непрозрачными
красками, и деталей под облицовывание (бруски оконных створок, наличники,
детали сельскохозяйственного машиностроения, детали мебели). Заготовки 4-й
группы вырабатывают для менее ответственных и нагруженных деталей (бруски оконных и дверных коробок, доски пола, обшивки под непрозрачную окраску и т.д.)
Заготовки из древесины лиственных пород вырабатывают 1, 2 и 3-го сортов и используют по тому же назначению, что и заготовки хвойных пород.
Проверку качества заготовок выполняют по ГОСТ 6564 «Пиломатериалы
и заготовки. Правила приемки, методы контроля, маркировка и транспортирование». Укладка, хранение, антисептирование и защита заготовок аналогичны
пиломатериалам.
51
Маркированию подлежат заготовки всех длин. Условные знаки сортов
или групп качества наносят на один из торцов или на пласть отбойным клеймом и несмываемой краской. На торцы толщиной до 25 мм наносят вертикальные полосы, а при большей толщине точки в соответствии с табл. 4.5.
При маркировании пиломатериалов для судостроения отборного и первого сорта и знаку, обозначающему сорт, добавляют букву «С» (например, 0С или
IС). При маркировании заготовок, предназначенных для обозостроения, дополнительно наносят букву «О», для лыж – букву «Л», для резонансных – букву
«Р».
Таблица 4.5
Условное обозначение сорта при маркировке
Обозначение
мелком
Сорт
краской
пиломатериалы
заготовки
отборОдна горизонтальная полоса (-)
0
ный
Одна точка или вертикальная
1
I
1
полоса ( . или I)
Две точки или две вертикаль2
II
2
ные полосы ( . . или II)
Три точки или три вертикаль3
III
3
ные полосы ( . . . III)
4
Не маркируют
При пакетной погрузке – отгрузке пиломатериалов или заготовок допускается наносить маркировку на пластях пиломатериалов и заготовок мелком,
стойким против смывания, или штемпелем, к каждому пакету прикрепляют
бирку размером 80×120 мм, изготовленную из фанеры. На бирке указывают
номер пакета, предприятие – изготовитель и его адрес, наименование продукции (сорт, группа, качество, порода, размеры), количество в кубометрах, например, стандарта на продукцию и номер, присвоенный контролеру ОТК.
Пиленые детали относятся к продукции, пригодной по размерам и качеству для изготовления изделий и сооружений без всякой обработки. Это детали
для изготовления тары, балки для строительства и т.д.
52
Кроме пиломатериалов и заготовок на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях получаются отходы от основного производства –
опилки, а также горбыли, кусковые остатки и обрезки. Из них методом измельчения получают побочную продукцию – технологическую щепу, которую используют для получения целлюлозы, древесных плит, кормовых дрожжей,
спирта и т.п.
4.3. Шпон строганый
Строганый шпон – тонкий слой древесины заданной толщины в виде листа, полученный при строгании бруса или ванчеса на специальных шпонострогальных станках по ГОСТ 2977-82 "Шпон строганый. Технические условия".
Как правило, перед строганием сырье предварительно обрабатывают термически до температуры 30-70 0С для повышения пластичности древесины и снижения числа и глубины трещин в готовой продукции.
Шпон изготовляется из древесины следующих пород:
Лиственных:
мелкорассеянно-сосудистых – березы, бука, граба, груши, клена, красного
дерева (дибету, макоре, моаби, сапели) липы, ольхи, ореха, осины, тополя, ивы,
чинары, яблони, явора, черешни, лимонного дерева, карельской березы, диморфанта;
крупнорассеянно-сосудистых – красного дерева (аиле, боссе, лимба, африканское махагони или акажу, окуме, сипо, тиама, фрамире);
кольцесосудистых – бархатного дерева, вяза, дуба, ильма, карагача, каштана, ясеня, шелковицы, акации, дзельквы.
Хвойных: лиственницы, сосны.
Тис использовался на строганый шпон всегда, но из-за дефицитности
этой хвойной породы ее применяют в небольших количествах.
Большинство древесных пород, перерабатываемых на строганый шпон,
имеют сердцевинные лучи. Их блеск, цвет и форма создают красивую текстуру
при радиальном разрезе, поэтому шпон радиального вида часто ценится более
высоко. Лиственница, ясень, дуб имеют более выразительный рисунок на тангенциальном и полурадиальном разрезе, когда видны конусы нарастания годичных слоев и ярко выражены особенности роста дерева: волнистая структура,
завитки, свилеватость и т.д.
53
В зависимости от текстуры древесины шпон подразделяют на виды:
радиальный (Р) – годичные слои имеют вид прямых параллельных линий,
расположенных по всей поверхности листа, сердцевинные лучи на этом разрезе
видны наиболее четко в виде полос разной ширины;
полурадиальный (ПР) – годичные слои имеют вид прямых параллельных
линий, расположенных не менее чем на ¾ площади листа, сердцевинные лучи
имеют вид наклонных или продольных полос;
тангенциальный (Т) – годичные слои, образующие конусы нарастания,
имеют вид углов или кривых линий, сердцевинные лучи имеют вид продольных или наклонных штрихов или линий;
тангенциально-торцовый (ТТ) – годичные слои имеют вид замкнутых
кривых линий, сердцевинные – кривых линий или штрихов.
В зависимости от качества древесины и размеров по длине шпон подразделяют на сорта: 1 и 2.
Стандартные требования к качеству шпона включают наименование, число, размеры наиболее распространенных пороков. Сучки сросшиеся здоровые
светлые допускаются во втором сорте размером до 30 мм, не учитывают сучки
размером до 15 мм. В 1 сорте соответственно допускаются и не учитываются
сучки в 3 раза меньших размеров. Сросшиеся и несросшиеся здоровые темные
сучки, а также отверстия от выпавших сучков допустимы во 2 сорте в числе
учитываемых здоровых светлых сучков не более 10 мм в количестве 1 шт. на
1 м длины листа. В 1 сорте эти сучки не допускаются.
Грибные поражения и химические окраски допускаются во 2 сорте в размере не более 10 и 5 % соответственно от площади листа. Повреждения насекомыми могут быть допущены в числе не более двух ходов на 1 м длины листа.
Трещины сомкнутые допускаются длиной не более 15 % от длины листа. В 1
сорте перечисленные пороки не допускаются. Не допускаются также свилеватость, прорость темная, ложное ядро (для березы), смоляные кармашки. Во 2
сорте прорость темная ограничивается размером не более 5 % от площади листа, ложное ядро (для березы) не более 10 %, смоляные кармашки размером до
20 мм в числе учитываемых сучков допускаются в числе 1 шт. на 1 м длины
листа.
Дефекты обработки шпона – царапины и риски, окраска от металла в 1
сорте не допускаются, во 2 ограничиваются по глубине и длине листа. Влаж-
54
ность шпона должна быть 8±2 %. Шероховатость поверхности для дуба, ясеня,
ильма, лиственницы, сосны и крупнососудистых пород должна быть не более
200 мкм, для древесины остальных пород не более 100 мкм.
Косина листа обрезного шпона не должна превышать величины предельных отклонений, указанных в табл. 4.6.
Учет шпона ведут в квадратных метрах. Ширину измеряют по середине
длины срединного листа пачки, длину определяют по срединному листу. Листы
шпона укладывают в пачку (кноль) в порядке выхода из станка при строгании.
В каждой кноле число листов должно быть четным, не менее 10. Каждая кноль
должна быть перевязана в одном месте при длине шпона до 1 м, в двух местах
при длине более 1 м шпагатом по ГОСТ 16266 "Шпагат технический. Технические условия".
На каждую кнолю на верхний лист шпона мелом без жировой основы или
карандашом наносят маркировку с указанием наименования породы древесины,
размеров, вида шпона, сорта, количества шпона в листах и в квадратных метрах, например, шпона ясеневой породы, полурадиального вида, 2-го сорта,
толщиной 0,8 мм, 40 листов площадью 6,4 м2 обозначается как:
ЯСЕНЬ ПР 2 – 0,8 40 – 6,4, ГОСТ 2977 – 82.
Кноли укладывают в пакеты массой от 80 до 500 кг с подбором по породам древесины, сортам и толщинам, каждый пакет обертывают в два слоя
вспомогательным упаковочным средством, концы которого закрепляют полиэтиленовой лентой с липким слоем по ГОСТ 20477-85 "Лента полиэтиленовая с
липким слоем. Технические условия".
В качестве вспомогательного упаковочного средства используют полиэтиленовую пленку по ГОСТ 10354 "Пленка полиэтиленовая. Технические условия" или бумагу по ГОСТ 8828 "Бумага двухслойная упаковочная. Общие
технические условия", обеспечивающие сохранение влажности шпона при
транспортировании. Сформированный таким образом пакет упаковывают в разовую или многооборотную тару. Щиты разовой тары изготовляют из досок
толщиной 13-19 мм или листового материала (обложки для упаковки фанерной
продукции, древесноволокнистая плита и т.д.). Щиты должны иметь поперечные планки толщиной 25-40 мм и шириной 50-70 мм. Длина и ширина щита
должна соответствовать длине и ширине пакета.
55
Таблица 4.6
Порода
древесины
лиственная:
мелкорассеяннососудистая
крупнорассеяннососудистая
кольцесосудистая
хвойная
все породы древесины (наросты)
Размеры обрезного листа шпона строганого
Ширина не ме- Длина не менее
Толщина
нее (с градаци(с градацией
Вид
ей 10) для сорта 50) для сорта
шпона
пред.
номин.
1
2
1
2
откл
0,4;
Р, ПР
0,6;
0,8
Т
0,6; 0,8
Р, ПР
Т
Р, ПР,
Т
Р, ПР,
Т
0,6; 0,8
0,8
ТТ
±0,05
120 +−54
60+−54
900+10
400+10
±0,05
200 +−54
100 +−54
200+10
200+10
0,8; 1,0
0,8; 1,0
0,4;
0,6; 0,8
Щиты накладывают сверху и снизу пакета и обвязывают по поперечным
планкам стальной лентой сечением 0,7×20 мм по ГОСТ 3560 "Лента стальная
упаковочная. Технические условия" или проволокой диаметром 4-6 мм по
ГОСТ 3282 "Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия".
На каждый пакет наносят ярлык с указанием наименования предприятияизготовителя и товарного знака, наименования породы древесины, вида шпона,
сорта, толщины, количества шпона в пачках, листах и в м2, обозначение стандарта.
Шпон должен храниться в закрытых помещениях при температуре от 40
до +50 0С и относительной влажности воздуха не выше 80 %.
Шпон строганый используется в качестве облицовочного материала для
изделий из древесины и древесных плит. Листы при этом подбирают по тексту-
56
ре, цвету, породе в рубашки разной ширины с целью получения высокого качества полуфабрикатов, деталей и изделий мебели, элементов интерьера, строительных конструкций и т.д.
4.4. Шпон лущеный
Лущеный шпон – тонкий слой древесины заданной толщины в виде ленты, полученный при лущении чурака по ГОСТ 99-96 "Шпон лущеный. Технические условия".
Чураки предварительно прогревают в воде при температуре 40±5 0С. Основные древесные породы для получения шпона лущеного: береза, ольха, клен,
ясень, ильм, бук, дуб, липа, осина, тополь, ель, сосна, пихта, кедр и лиственница.
Размеры лущеного шпона должны соответствовать указанным в табл. 4.7.
В зависимости от качества древесины и обработки шпон лиственных пород подразделяют на пять сортов: Е (элита), I, II, III, IV, а шпон хвойных пород
древесины - Ех (элита), Iх, IIх, IIIх, IVх. Эти сорта соответствуют ранее принятым по ГОСТ 99-89 для лиственных пород А, АВ, В, ВВ, С; для хвойных было
установлено четыре сорта: Ах, АВх, Вх, Сх, сорт Ех введен заново. Для каждого сорта в ГОСТе четко ограничивается допустимость того или иного порока
древесины и дефекты обработки.
В шпоне сорта IV допускаются сучки в любом количестве всех видов
размером до 80 мм, смоляные кармашки допускаются длиной до 100 мм, трещины несросшиеся длиной до 400 мм, остальные пороки не учитываются. В
шпоне сорта Еx на 1 м2 поверхности листа допускаются только сросшиеся здоровые светлые и темные сучки размером не более 10 мм и пятнистость в виде
пятен и полос длиной до 175 мм и шириной 4 мм.
Таблица 4.7
Размеры лущеного шпона
Размер
Значения
Градация
Пред. откл.
Длина, мм
Ширина, мм
от 800 до 1200
100
±4
от 1300 до 2500
100
±5
от 150 до 750
50
±10
от 800 до 2500
100
±10
57
Окончание табл. 4.7
Размер
Толщина из лиственных пород, мм
Толщина из
хвойных пород,
мм
Значения
до 1,15
от 1,25 до 4,00
Градация
0,20
0,25
от 1,20 до 4,00
свыше 4,0 до 6,5
0,40
0,50
Пред. откл.
±0,10
±0,15
Влажность шпона всех сортов не должна превышать 6±2 % и определяется по ГОСТ 9621-82 "Древесина клееная слоистая. Методы определения физических свойств".
Шероховатость поверхности должна быть для шпона лиственных пород
не более 200 мкм, для шпона хвойных пород – не более 320 мкм.
Учет шпона производят в кубических и квадратных метрах. Объем отдельного листа шпона определяют с точностью до 0,00001 м3, а объем партии
шпона – с точностью до 0,01 м3, площадь листа с точностью до 0,01 м2, а площадь листов партии – с точностью до 0,5 м2.
В условном обозначении указывают: наименование продукции, породу
древесины, сорт, размеры, обозначение стандарта, например:
ШПОН, БЕРЕЗА, Е, 1300×800×1,15 ГОСТ 99-96.
Каждый пакет должен иметь маркировку, содержащую: наименование
предприятия-изготовителя и товарный знак, условное обозначение шпона,
площадь и объем шпона в м2 и м3. Маркировку наносят непосредственно на пакет или ярлык несмываемой краской с указанием манипуляционного знака "Боится сырости". Масса пакета не должна превышать 50 кг. По согласованию с
потребителем допускается формировать пакеты большей массы.
Шпон должен храниться в закрытых помещениях при температуре от
-4 до +50 0С и относительной влажности воздуха не более 60 %.
Для лущеного шпона характерен тангенциальный разрез древесины. Лущение позволяет лучше, чем строгание, использовать древесину круглого сортимента, выход готовой продукции из сырья при этом выше. Лущение ведется
на весьма совершенном оборудовании на высоких скоростях, стоимость лущеного шпона значительно ниже, чем строганого. В то же время текстура строганого шпона выразительнее, чем лущеного.
58
Лущеный шпон применяют в основном для производства фанеры различных толщины и слойности. Также его используют для изготовления древеснослоистых пластиков, гнутоклееных деталей различных профилей и размеров (заготовок стульев, фанерных труб, барабанов и т.д.), облицовки плитных и листовых материалов, столярных, древесностружечных и древесноволокнистых плит,
щитов мебели, в вагоностроении, авиастроении, при изготовлении спичек, сепараторов, аккумуляторов и по другим назначениям.
Шпон лущеный и строганый обладает теми же достоинствами и ему присущи те же недостатки, что и массивной древесине в целом.
4.5. Шпон файн-лайн (Fine-Line)
Fine-line (файн-лайн) – новая технология производства шпона из натуральных быстрорастущих мягких пород древесины. Иногда такой шпон называют «реконструированным» или «инженерным». На российском рынке шпон
файн-лайн весьма популярен и завоевывает все более прочные позиции.
При изготовлении шпона по технологии файн-лайн в качестве основного
сырья используется древесина искусственно выращенных тополей и традиционных быстрорастущих тропических пород, что позволяет говорить о высоком
природоохранном эффекте данной технологии. Искусственно выращенные тополя имеют крону только наверху, а весь ствол, идущий на производство, вырастает без сучков (их периодически срубают во время роста дерева). В результате получается древесина с минимальным количеством пороков. Специальные
компьютерные технологии позволяют на начальной стадии производства шпона задавать нужные рисунок, цвет, оттенок и размер. Процесс производства
шпона по технологии файн-лайн состоит из следующих этапов:
– лущение: бревна распускают в ленту заданной толщины, а затем разрезают на листы шпона определенного размера;
– сушка и сортировка: полученные листы шпона сушат и сортируют по
цвету;
– сквозное прокрашивание: рассортированный шпон погружают в резервуар с красящим раствором;
– склеивание: прокрашенные листы собирают в пачки (с учетом направления волокон) и прослаивают связующим – специальный клей с добавлением
59
красителя помимо того, что связывает слои шпона между собой, дополнительно
создает декоративный эффект;
– прессование: пачка прессуется под высоким давлением;
– строгание: из полученного блока изготавливают листы шпона с нужной
текстурой, структурой и окраской.
Шпон, изготовленный по технологии fine-line, сохраняет все свойства
традиционного шпона, при этом имеет улучшенные характеристики. Компания
«Вудсток» предлагает шпон fine-line со следующими техническими характеристиками:
– состав: натуральная древесина – 92-94 %, связующее (клей) – 7-8 %,
краситель – 0-2 %;
– содержание влаги при поставке: от 8 до 12 %;
– удельный вес: от 450 до 600 кг/м3 (в зависимости от типа шпона) с содержанием влаги 12 %;
– сопротивляемость воздействию света: сходна с любым видом натуральной древесины, но может быть улучшена обработкой УФ лучами во время последней технологической операции;
– размер листов: длина от 2030 до 3150 мм; ширина от 400 до 840 мм;
– диапазон толщин: от 0,35 мм до 5 мм.
Шпон, изготовленный по технологии файн-лайн, можно наклеивать как
«холодным», так и «горячим» прессованием, в том числе на мембранных прессах. При «холодном» прессовании можно применять клей ПВА (очень важно
выдержать время полной полимеризации клея), при «горячем» – фенолформальдегидный, карбамидоформальдегидный. В случае фанерования криволинейных поверхностей, шпон следует предварительно слегка увлажнить, в результате чего он хорошо примет форму поверхности, на которую будет наноситься. Учитывая, что, по сравнению с традиционным шпоном, шпон, изготовленный по технологии файн-лайн, является более пористым материалом, при
фанеровании рекомендуется увеличить расход клея на 5-10 % по сравнению с
обычной нормой для используемого клея. Это необходимо для того, чтобы заполнить поры шпона, при этом в процессе отделки снижается расход лака. Клей
рекомендуется подкрашивать в цвет конечной продукции. Лаки можно использовать любые: нитро, полиуретановые, акриловые и водорастворимые. В отделке используют как пульверизационные кабины, так и линии проходного типа.
60
Шлифование рекомендуется производить в 2 прохода: 1 проход с использованием зерна 180-240 и второй подход — 300-350. Шлифовать можно как на
механических линиях, так и вручную на позиционном оборудовании.
Шпон fine-line хорошо кроится и подбирается, в случае необходимости, в
рубашки. Технология стандартная, как и с традиционным шпоном. При этом
используются синтетические нити или клеевая перфорированная лента (гумирка).
Преимущества шпона, изготовленного по технологии файн-лайн:
– стабильность характеристик: равномерность рисунка и цвета;
– минимальное количество дефектов: сучков, узлов, полостей;
– возможность воспроизводить любую породу древесины;
– возможность создания необычайного по сложности, красоте текстуры и
расцветки изделия;
– возможность производить целые серии изделий с идеальными и абсолютно одинаковыми поверхностями;
– размер листа позволяет выгодно использовать данный материал для
производства межкомнатных дверей, мебели, мебельных и стеновых щитов.
61
ГЛАВА 5
ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
И СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
5.1. Гидротермическая обработка древесины
Под гидротермической обработкой древесины понимают процессы воздействия на неё тепла, влаги, газа или жидкости, предназначенные для изменения температуры и влажности древесины или введения в неё веществ, улучшающих её технологические и эксплуатационные характеристики.
По своим особенностям и назначению процессы ГТО разделяются на три
группы:
1. Процессы тепловой обработки, связанные с нагреванием древесины и
поддержанием её температуры в течение определённого времени на заданном
уровне. Они обеспечивают:
а) снижение усилий и улучшение качества резания древесины вследствие
уменьшения её твердости при повышенной температуре; для этого применяются процессы оттаивания или нагревания круглых сортиментов (брёвен, кряжей,
чураков) перед их распиловкой или лущением, а также перед строганием шпона;
б) создание возможности изменения формы деталей или заготовок под
действием механических усилий вследствие увеличения податливости (эластичности) древесины с повышением её температуры, что используется при
гнутье и прессовании;
в) ускорение процессов склеивания вследствие интенсификации отверждения и высыхания клеевых веществ при повышении температуры древесины.
2. Процессы пропитки, связанные с введением в древесину веществ, изменяющих её свойства. При пропитке происходит:
а) консервирование древесины – в древесину вводятся защитные вещества, что повышает её стойкость к поражению дереворазрушающими грибами, а
также и насекомыми; например, срок службы шпал без пропитки около 7 лет, а
с пропиткой 25;
б) огнезащита, при пропитке древесины антипиренами, что предохраняет
сооружения, в которых используется древесина от огня.
3. Процессы сушки, связанные со снижением влажности древесины.
62
В сырой сплавной древесине содержатся ровные количества, как воды,
так и древесинной массы (W=100 %). У лёгких древесных пород (ель, осина и
др.), долго лежавших в воде, влажность может быть 150 – 200 %. То есть в полтора, два раза больше, чем древесной массы. При удалении этой влаги масса
досок уменьшится почти в два раза.
Деревянные изделия и сооружения, изготовленные из непросушенной
древесины, недолговечны и быстро портятся. Например, мебель для сидения
(решётчатая), изготавливаемая из непросушенной древесины, приходит в негодность за 2…4 года, аналогичная, из хорошо просушенного материала служит
20…40 и более лет. В жилищном строительстве используются щитовые деревянные оконные коробки, настилы полов, перекрытия, если они изготовлены из
влажной, недосушенной или неравномерно просушенной древесины, то через 1
либо 2 года эти изделия рассыхаются, в них появляются щели. Двери и оконные
коробки перекашиваются, доски для полов и элементы перекрытия могут покоробиться, может произойти поражение деревянных деталей грибами. В зимнее
время такое жилище продувает ветром, расходуется большое количество тепла,
ухудшаются санитарно-гигиенические условия в помещениях. При появлении
домовых грибов необходимо срочно перебирать деревянные конструкции и
сжигать поражённые детали, а иногда целиком и постройки.
Таким образом, главная цель сушки – превращение древесины из природного материала в промышленный материал с коренным улучшением её биологических, физико-механических, технологических и потребительских свойств.
В результате высушивания древесина приобретает стойкость против
гниения, повышается её прочность и жёсткость, возникает стабильность размеров и формы деталей и всего изделия. Древесина лучше склеивается, полируется, шлифуется, снижается её теплоёмкость, тепло- и электропроводность, проявляются другие положительные свойства (лучшее удерживаются гвозди, выше
чистота обрабатываемой поверхности и так далее).
5.2. Способы сушки древесины
Сушкой называется процесс удаления из материала влаги путем ее испарения или выпаривания.
Основные способы сушки основаны на удалении влаги из древесины в
виде пара и по способу передачи тепла подразделяются на 4 вида [11, 16]:
63
1. Конвективная сушка – передача тепла материалу путём конвекции от
газообразной или жидкой среды. Конвекцией называется передача теплоты за
счёт перемещения слоёв жидкого или газообразного вещества.
Основные способы конвективной сушки:
а) атмосферная – это сушка на открытых складах над навесом без подогрева воздуха. Воздух подводит к материалу тепло и в соответствующем количестве забирает и уносит из материала влагу, но уже в состоянии пара.
б) газопаровая – сушка древесины в нагретой газовой среде (пар, влажный воздух, топочные газы при атмосферном давлении) в специальных установках – сушильных камерах.
в) жидкостная – сушка в гидрофобных жидкостях и в солевых водных
растворах;
г) ротационная – сушка древесины на вращающихся каруселях в нагретой газовой среде с использованием центробежного эффекта.
д) вакуумная – газопаровая сушка при давлении ниже атмосферного
2. Кондуктивная сушка – передача теплоты древесине происходит путём
теплопроводности при контакте с нагретыми поверхностями (агент сушки –
воздух).
3. Радиационная сушка – сушка осуществляется при передаче тепла материалу путём облучения лучистой тепловой энергией (излучения, инфракрасное), (агент сушки – воздух).
4. Электрическая – (агент сушки воздух):
а) диэлектрическая сушка (СВЧ и ТВЧ сушки) – сушка в электромагнитном поле с передачей тепла материалу за счёт диэлектрических потерь.
б) индукционная сушка – это сушка в электромагнитном поле промышленной частоты с передачей тепла материалу от размещаемых внутри штабеля
ферромагнитных прокладок, нагреваемых индуктивными током.
В деревообрабатывающей промышленности древесина подвергается сушке в основном в виде пиломатериалов (доски, заготовки), при производстве фанеры и плит – в виде лущёного и строганого шпона, а также в виде мелких частиц (стружка, щепа). Для сушки шпона применяют роликовые сушилки, а для
сушки стружки и щепы – барабанные сушилки.
Основные закономерности перемещения влаги в древесине.
64
Сушка представляет собой очень сложный процесс, сопровождаемый рядом физических явлений:
1 – теплообмен между материалом и окружающей средой (агентом сушки);
2 – испарения влаги с поверхности материала (влагоотдача);
3 – перемещение влаги в материале;
4 – изменение размеров древесины
5 – термическое расширение – в период прогрева и усадки (усушка) – в
процессе сушки.
Влага с поверхности древесины испаряется достаточно быстро. Скорость
перемещения влаги из внутренних слоёв к поверхности древесины во много раз
меньше, чем возможная скорость её испарения с поверхности.
Главная трудность в осуществлении сушильного процесса заключается в
извлечении влаги из средней зоны сортимента, т.е. перемещении её к поверхности.
Перемещение влаги внутри материала может происходить под действием:
- градиента влажности (или влагосодержания, влага перемещается в направлении понижающей влажности);
- градиента температуры (влага перемещается в направлении понижающейся температуры);
- градиента избыточного давления (влага перемещается в направлении
понижающегося давления).
Физическая сущность процесса сушки заключается в том, что нагретый
воздух направляют к сырому материалу, при соприкосновении с которым он
отдает своё тепло, то есть охлаждается, а влага древесины за счёт тепла из воздуха превращается в парообразное состояние (водяной пар) и удаляется от древесины этим же, но охладившимся воздухом.
Для всех древесных материалов основной является газопаровая сушка
(конвективная). Применительно к пиломатериалам, которые в промышленности
высушиваются в сушильных камерах, этот способ называется камерной сушкой.
Второй по значению является атмосферная сушка, особенно для экспортных материалов.
65
5.3. Основные сведения об агентах сушки
Жидкая и газообразная среда, воздействующая на материал при его обработке, называется агентом обработки. Агентами гидротермической обработки
древесины служат воздух, иногда он используется в смеси с топочными газами,
перегретый пар, вода, а также водные растворы или органические жидкости.
Топочные газы получают в специальных топках при сжигании древесных
отходов лесопиления и деревообрабатывающей промышленности, иногда может быть использован природный газ. Топочные газы представляют собой
смесь в основном трёх газов: азота, кислорода и углекислого газа примесью углеродов. При удовлетворительном сжигании топлива получаемые газы прозрачны, как воздух. При нарушении режима горения в топочных газах может
находиться, в том числе и дым.
В большинстве случаев при камерной сушке в качестве агента сушки
применяют воздух с различной степенью влажности. Атмосферный воздух
можно рассматривать состоящим из двух частей: сухой части, постоянной по
своему составу (азот, кислород, аргон и другие газы) и некоторого количества
водяного пара.
5.4. Классификация сушильных установок
В зависимости от применяемого способа сушки сушильные устройства,
или сушилки, делятся на несколько классов: 1 – газопаровые конвективные, называемые для краткости просто конвективными; 2 – жидкостные; 3 – кондуктивные; 4 – диэлектрические; 5 – радиационные.
Основной промышленный способ сушки пиломатериалов – конвективный. Конвективные сушилки классифицируют по ряду признаков.
По конструктивному оформлению в деревообрабатывающей промышленности используются:
камерные сушилки, имеющие вид специальных помещений (камер), куда
высушиваемая древесина, в основном в виде пиломатериалов, закатывается
штабелями на вагонетках;
роликовые сушилки, через сушильное пространство которых материал перемещается роликовыми конвейерами, они применяются для сушки плоских
древесных материалов (шпона, плит);
66
пневматические сушилки, работающие по принципу сушки материала во
взвешенном состоянии в потоке воздуха или газа;
барабанные сушилки, основной частью которых является барабан (снабженный вращающимся ротором или вращающийся сам), внутри которого происходит перемешивание и сушка материала;
ленточные сушилки, материал через которые перемещается ленточным
сетчатым конвейером.
Пневматические, барабанные и ленточные сушилки применяются для
сушки измельченной древесины или мелких сортиментов.
По принципу действия различаются сушильные установки для пиломатериалов периодического и непрерывного действия.
В камерах периодичного действия (обычно это тупиковые камеры) имеется загрузочно-разгрузочная дверь в одной торцовой стене (рис. 5.1). В камерах материал неподвижен, а процесс сушки регулируется по времени и влажности древесины. Режимы сушки многоступенчатые. Сушилки периодического
действия работают по принципу периодического чередования сушильных циклов, каждый из которых складывается из полной загрузки сушилки материалом,
собственно сушки и полной выгрузки сушилки.
В камеры непрерывного действия – их называют сушильными туннелями
– сырой материал загружают периодически штабелями в один конец, а высушенный штабель выгружают из другого конца камеры (рис. 5.2). Туннель всё
время заполнен материалом и действует по конвейерной схеме. Режимы сушки
одноступенчатые.
Эти туннели в удельном отношении дешевле в строительстве и эксплуатации, а также проще в обслуживании, но в них сложно менять и регулировать
процесс сушки. Их применяют для массовой сушки пиломатериалов мягких
древесных пород и незначительной толщины, которые не подвергаются большой опасности растрескивания.
По источнику тепла, поступающего к материалу, различают установки
калориферные, в которых теплоносителем является пар или горячая вода и бескалориферные. В бескалориферных камерах теплоносителем могут быть топочные газы; нагрев может осуществляться от аэродинамического сопротивления вентилятора, а также из-за диэлектрических потерь (ТВУ, СВЧ).
67
Рис. 5.1. Камера периодического действия СПЛК – 2
По характеру применяемого сушильного агента конвективные сушилки
делятся на:
Рис. 5.2. Схема противоточной камеры непрерывного действия
воздушные, агентом сушки в которых служит влажный воздух;
газовые, где в качестве сушильного агента используются топочные газы в
смеси с воздухом;
сушилки, действующие на перегретом паре.
По принципу побуждения циркуляции воздуха по высушиваемому материалу:
68
камеры с естественной и с побудительной циркуляцией. В первом случае
воздух при испарении им влаги из материала охлаждается, становится более
плотным и стремится опуститься по вертикальным каналам между кромками
досок внутри штабеля. При побудительной циркуляции воздух перемещается в
штабеле вдоль прокладок под действием вентилятора. Если направление потока
воздуха в штабеле периодически изменяется на противоположное, циркуляция
называется реверсивной.
По кратности циркуляции различают сушилки с одно- и многократной
циркуляцией. В сушилках с однократной циркуляцией агент сушки после прохождения через высушиваемый материал полностью выбрасывается в атмосферу. В сушилках с многократной циркуляцией он выбрасывается частично. Один
и тот же воздух или газ многократно проходит через высушиваемый материал.
По типу ограждений (ограждениями называются сушильные устройства,
которые отделяют сушильное пространство от окружающей среды) различают
камеры в стационарном исполнении и сборно-металлические.
В стационарных камерах древесину высушивают древесину при температуре ниже 100 оС. В этих камерах к ограждениям относятся – фундамент, стены, обычно кирпичные и оштукатуренные изнутри и покрытые специальными
составами для герметичности. Полы делают бетонными с цементной стяжкой и
заложенными шпалами и рельсами. Перекрытия в камерах железобетонные с
минеральной изоляцией.
Ограждения сборных камер (стены и перекрытия) изготавливают в виде
панелей или секций с каркасом из профильной стали, с двухсторонней облицовкой листовым железом, заполненных минеральной теплоизоляцией. Полы
изготавливают такими же, как и стационарных камерах.
5.5. Режимы сушки, их температурные категории.
Выбор режима сушки
Режимом камерной сушки пиломатериалов называют расписание состояния сушильного агента при входе его в штабель. Это состояние, изменяющееся
в зависимости от влажности древесины в камере, принято характеризовать температурой t, психрометрической разностью Δ t, определяемой как разность в
показаниях сухого и мокрого термометров психрометра. Δ t = tс –tм, а также
степенью насыщенности ϕ .
69
Температура воздуха оказывает влияние на влагопроводность и на физико-механические свойства древесины, то есть на процессы, протекающие в высушиваемом материале.
Психрометрическая разность предопределяет величину теплового потока
от воздуха к влажному материалу и, следовательно, скорость испарения влаги.
Психрометрическая разность характеризует протекание процесса на поверхности материала.
Скорость воздуха оказывает решающее влияние на равномерность просыхания материала в объеме штабеля, предопределяя качество сушки. С повышением скорости воздуха продолжительность сушки сокращается.
Различают режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса. Первые предусматривают использование в качестве сушильного агента
влажного воздуха (или его смеси с топочными газами) с температурой ниже
100 оС. Температура выше 100 оС допускается в отдельных случаях на последней стадии сушки, когда в древесине не содержится свободная вода. Вторые
предусматривают сушку перегретым водяным паром атмосферного давления с
температурой на всем протяжении процесса выше 100 оС.
Режимы низкотемпературного процесса могут, в свою очередь, иметь
разный температурный уровень в зависимости от желаемой интенсивности
процесса. При этом необходимо учитывать, что воздействие повышенной температуры может вызвать снижение эксплуатационной прочности и изменение
цвета древесины.
Установлены три категории режимов низкотемпературного процесса по
их влиянию на свойства древесины.
1. Мягкие – обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, в том
числе прочности, цвета и состояния в ней смолы. Рекомендуются для сушки до
транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в отдельных случаях для
пиломатериалов внутри российского потребления высших сортов.
2. Нормальные – обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при
практически полном сохранении прочностных показателей древесины с возможными незначительными изменениями ее цвета, рекомендуются для сушки
пиломатериалов внутри российского потребления для любой конечной влажности.
70
3. Форсированные – обеспечивают бездефектную сушку при сохранении
прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, при некотором (до
20 %) снижении прочности на скалывание, возможно потемнение древесины.
Рекомендуется для сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов,
предназначенных для изделий и узлов, работающих с большим запасом прочности.
Режимы высокотемпературного процесса обеспечивают бездефектную
сушку при незначительном изменении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при заметном (до 35 %) снижении прочности на скалывание. Часто наблюдается потемнение древесины. Рекомендуются для сушки до
эксплуатационной влажности пиломатериалов целевого назначения для изделий и узлов, работающих с большим запасом прочности.
Выбор режима сушки зависит от различных факторов, и в первую очередь осуществляется в зависимости от породы материала, его размеров, а также
требований предъявляемых к качеству высушенной древесины. Температурную
категорию режима выбирают в зависимости от назначения высушиваемого материала. Рациональный режим сушки должен обеспечить минимальную длительность процесса при соблюдении качества материала.
Для сравнения между собой режимов существует три критерия:
Критерий жесткости – характеризует интенсивность испарения влаги в
воздухе данного состояния. Более жестким считается режим, обеспечивающий
высокую интенсивность испарения влаги.
Критерий эффективности – характеризуется продолжительностью сушки
определенного материала при заданном режиме. Эффективность одного режима по сравнению с другим оценивается отношением длительности процессов
τ1 / τ2.
3. Критерий безопасности – показывает, насколько режим безопасен для
древесины [11, 18].
71
5.6. Категории и показатели качества сушки древесины. Дефекты,
возникающие при сушке древесины и способы их устранения
С учетом неодинаковых производственных требований и технологии механической обработки древесины различного назначения установлены 4 категории качества сушки пиломатериалов, подаваемых в цех деревообработки.
Первая категория качества (I) – высококачественная сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, обеспечивающая особо точную механическую обработку и сборку деталей и узлов наиболее квалифицированных
изделий (музыкальные инструменты, точные приборы, спортинвентарь, производство моделей и т. п.). Такой материал не должен подвергаться температурному воздействию выше 60…70 оС (60 оС – для более толстых материалов).
Вторая категория качества (II) – сушка для эксплуатационной влажности, обеспечивающая точную механическую обработку деталей и узлов квалифицированных изделий (мебель, столярно-строительные изделия, внутреннее
оборудование пассажирских вагонов и судов, автостроение, сельхозмашиностроение и т. п.). Допускается снижение прочности на скалывание и ударный
изгиб до 5 %. Допускаемая температура сушки до 75…85 оС (75 оС – для толстых сортиментов мягких пород и тонких сортиментов твердых пород).
Третья категория качества (III) – среднее качество сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов для менее квалифицированных изделий
деревообработки (тара, товарные вагоны, строительство, кроме окон и деревянных ферм), когда не требуется взаимозаменяемость при сборке.
Нулевая категория качества (0) – сушка товарных пиломатериалов до
транспортной влажности (16…20 %, где 16 % – для тонких) и сушка экспортных материалов.
Качество сушки определяется наличием видимых дефектов, то есть трещин, коробления и т.д. о чём говорилось выше, а также такими показателями
как:
1. Соответствием средней влажности высушенной партии материала
заданной конечной влажности. Древесину нужно сушить до той влажности, какую она будет иметь в эксплуатационных условиях. Эксплуатационная влажность деревянных изделий или деталей зависит от температуры и влажности
воздуха. Эксплуатационная влажность равна средней за год равновесной влажности воздуха, в котором древесина будет находиться в условиях эксплуатации.
72
Влажность древесины, выдаваемая сушильными камерами, должна быть на
1…3 % ниже влажности древесины в готовой продукции, так как при сострагивании наружного, более сухого слоя доски во время изготовления деталей,
влажность повышается.
Конечная влажность нормируется и различается в зависимости от назначения пиломатериалов. Недосушка материала опаснее по последствиям, чем
пересушка. Недосушенная древесина отдает влагу в условиях эксплуатации
окончательно изготовленных изделий. Это приводит к сокращению поперечного сечения деталей, их деформациям, возникновению зазоров и даже щелей,
расслаблению и ухудшению соединений.
Этот показатель качества учитывается для всех 4-х категорий качества
сушки.
2. Равномерность конечной влажности, то есть величиной отклонения
влажности отдельных досок от средней влажности данной партии (штабеля)
материала. Возможны следующие варианты:
а) неравномерность просыхания по длине штабеля, возникает из-за неравномерной раздачи воздуха или его нагрева по длине камеры, а также неудовлетворительного состояния дверей (двери должны быть герметичными и
утепленными);
б) неравномерное просыхание древесины по ширине штабеля происходит
при слабом движении воздуха по материалу. Нужно предотвращать протекание
воздуха мимо штабеля, для чего в камере могут быть установлены экраны, а
также следует увеличить подачу воздуха вентиляторами;
в) неравномерное просыхание материала по высоте штабеля – наблюдается при неправильном распределении потока воздуха и слабой его скорости по
материалу;
г) неравномерное просыхание по объёму штабеля происходит при парной
(по толщине) укладке досок, разнотолщинности досок, прокладок и других нарушениях технологии сушки;
Показатель нормируется для всех 4-х категорий. Наиболее жесткие пределы отклонений для Ι категории ( ± 2 %).
3. Перепад влажности по толщине материала. Может возникнуть из-за
проведения форсированного процесса сушки при значительной конечной влажности древесины.
73
По требованиям РТМ нормы отклонений перепада влажности зависят от
толщины материала и категории качества. Эти нормы увеличиваются от Ι категории к ΙΙΙ , в 0 категории не нормируется.
Контроль за показателями качества сушки осуществляется с использованием контрольных образцов. Среднюю конечную влажность и отклонения от
неё устанавливают путем отбора из штабеля не менее 9 контрольных досок, от
которых отпиливают по 2 секции, на которых измеряют влажность.
Для определения перепада влажности по толщине пиломатериалов от 5
контрольных досок для 1 категории качества и не менее 3 – для других категорий, рядом с секциями влажности вырезают секции для определения послойной
влажности, которые затем раскалывают.
4. Условный показатель остаточных напряжений. Их величину устанавливают по силовым секциям, которые выпиливают из тех же контрольных досок и в том же количестве, как и для перепада влажности по толщине. Вид силовой секции представлен на рис. 5.3
Рис. 5.3. Возможные деформации силовой секции
Силовую секцию раскраивают на ленточнопильном станке, выкалывая
середину. После раскроя зубцы секции могут изогнуться. По положению зубцов можно судить о характере внутренних напряжений.
Если зубцы изогнулись наружу (рис. 5.3,1) – это означает, что имеются
растягивающие напряжения на поверхности и сжимающие во внутренних слоях.
Если зубцы изогнулись внутрь (рис. 5.3,2) – сжатие снаружи и растяжение внутри. Отсутствие деформаций после раскроя (рис. 5.3,3) указывает на отсутствие напряжений.
Наличие остаточных деформаций говорит о том, что в материале имеются
остаточные напряжения. Показатель нормируется для 1 и 2 категории качества,
74
его величина отклонения зависит от толщины материала (чем больше толщина,
тем больше норма отклонения).
Дефекты, возникающие при сушке древесины и способы их устранения.
Внутренние напряжения при сушке и неодинаковая усушка в радиальном и в
тангенциальном направлениях вызывают такие дефекты древесины, как:
-растрескивание;
-коробление;
-сморщивание;
-выпадение сучков.
Применение высоких температур при сушке древесины вызывает дополнительные дефекты:
- выплавление смолы;
- потемнение древесины;
- повышение хрупкости, отслаиваение древесины по годичным слоям;
- уменьшение прочности.
Растрескивание. В результате неправильного высушивания в древесине
могут появиться торцовые, поверхностные и внутренние трещины.
Торцовые трещины – чаще появляются раньше других дефектов. Торцы
древесных сортиментов более интенсивно, чем остальные поверхности испаряют влагу из-за более высокой влагопроводности древесины вдоль волокон, чем
поперёк. Это приводит к понижению влажности на торцах по сравнению с остальной частью сортимента, что вызывает усушку и, следовательно, возникновение в них внутренних напряжений растяжения, из-за которых образуются
торцовые трещины. Эти трещины идут в радиальном направлении, вначале они
мелкие, но если не изменить режим, они могут расшириться и захватить всё сечение бруска. Их глубина (вдоль бруска) может достичь 1 м и более. Такие глубокие торцовые трещины часто образуются при сушке широких необрезных
досок твердых лиственных пород [16, 18].
Чтобы избежать появления торцовых трещин, надо уменьшить интенсивность испарения влаги с торцов. Для этого можно:
- уменьшить омывание торцов материала воздухом, для этого на торцы
штабеля следует повесить экраны или брезентовые шторы; вплотную сдвинуть
штабели торцами один к другому и др;
75
- покрывать торцы досок густотёртыми масляными красками или битумными замазками;
- применять режимы с более высокой относительной влажностью воздуха
в начальной стадии процесса;
- требовать от поставщиков обязательного предохранения торцов бревен
и досок от растрескивания путем обмазки смолами, красками и так далее.
Поверхностные трещины возникают в материале в первый период сушки
из-за интенсивного испарения влаги с поверхности. Внутренняя влага не успевает подойти к поверхности, наружные слои пересыхают, внутренние напряжения в них превосходят предел прочности, и материал растрескивается. Трещины образуются как на пластях пиломатериалов, так и на кромках досок. Их
продольное направление совпадает с направлением волокон, а поперечное с
сердцевинными лучами. Поверхностные трещины углубляются и расширяются
до смены знака внутренних напряжений, после чего они начнут закрываться. В
конце процесса трещины могут быть не заметны, но их скрытое наличие
уменьшает качество материала. Наиболее подвержены поверхностным трещинам сердцевинные доски.
При появлении первых признаков растрескивания, необходимо увеличить
влажность воздуха в камере.
Внутренние трещины – образуются в конечной стадии сушки. Чем больше были напряжения в первом периоде сушки, тем большими они будут в конце процесса. Мерой борьбы с внутренними напряжениями и с появлением
внутренних трещин во втором периоде сушки является промежуточная обработка материала воздухом повышенной температуры и влажности.
Коробление материалов при высыхании может быть поперечным, продольным или винтообразным – скручивание доски. Причина коробления в неодинаковой усушке в радиальном и тангенциальном направлениях и неправильности строения древесины (наклон волокон, крень, тяговая древесина).
Поперечному короблению подвержены широкие доски, а неправильное
строение древесины вызывает поперечное коробление и скручивание досок.
Для предотвращения коробления нужно правильно укладывать штабель, так
как зажатые между стандартными прокладками доски строго определенной
толщины не смогут покоробиться. Для верхних слоев в штабеле следует применять специальные прижимы.
76
При продольном делении пиломатериалов после сушки часто возникают
значительные деформации: поперечное и продольное коробление. Это результат наличия в древесине внутренних напряжений и перепада влажности по
толщине материала после сушки. Это дефект влечет за собой или полный брак
или потерю 10…20 % древесины на излишние припуски на обработку. Во избежание этого проводят конечную тепловлагообработку.
Сморщивание – материал после сушки имеет в сечении неправильную
форму. Причиной этого является разрушение клеток. Сплющивание клеток
происходит при длительной обработке очень влажного материала воздухом высокой температуры и влажности. Материал пластифицируется, воздух не успевает проникнуть внутрь полостей клеток вместо удаляемой влаги, происходит
сильное сжатие, сплющивание клеток.
Для предотвращения сморщивания рекомендуется применять более низкие температуры и влажность в камере. Особенно подвержены сморщиванию
дуб, бук, тополь, ива и кипарис.
5.7. Технология камерной сушки пиломатериалов
Цикл камерной сушки пиломатериалов складывается из ряда последовательно выполняемых операций:
1. Укладка пиломатериалов в штабель.
1. Перед началом сушки проверяют камеру.
2. Готовят древесину. Пиломатериалы укладывают в штабеля.
Укладка пиломатериалов в штабель – первая и важная операция в процессе сушки. Укладка должна обеспечивать:
-равномерное омывание агентом сушки всего материала, необходимое
для достижения одинаковой интенсивности сушки штабеля,
-сохранение материалом первоначальной формы и предохранение его от
коробления,
-наибольшую производительность сушильной камеры.
Сушильный штабель пиломатериалов состоит из горизонтальных рядов
досок, разделенных по высоте межрядовыми прокладками. Прокладки выполняют следующие функции:
77
- образуют щелевые зазоры для передвижения через штабель нагретого
воздуха, отдающего влажной древесине теплоту с одновременным удалением
из штабеля этим же воздухом испарившейся влаги,
- зажимают доски между прямыми прокладками массой лежащего выше в
штабеле материала для предотвращения коробления досок во время сушки,
- скрепляют большое количество досок в общую для них транспортную
единицу в форме штабеля для удобного перемещения и высушивания.
Прокладки должны быть прочными, одинаковых размеров и иметь стабильные свойства в переменных температурных условиях. Прокладки изготавливают из сухой здоровой древесины легких пород без сучков, влажностью на
3…5 % выше конечной влажности высушиваемого материала, сечением
25x40 мм. В условиях эксплуатации прокладки ежемесячно проверяют по толщине, допуская смятие на 2 мм. Износившиеся прокладки заменяют.
По высоте штабеля прокладки во всех рядах располагают точно вертикально, то есть одну над другой, допускаемый их сдвиг в направлении длины
досок – не более половины ширины прокладки. Крайние прокладки должны
быть расположены заподлицо с торцами штабеля, чтобы уменьшить опасность
растрескивания торцов. Для того чтобы избежать коробления и провисания досок, необходимо укладывать определенное количество прокладок по длине
штабеля, которое зависит от породы древесины, толщины и длины пиломатериалов.
Укладка штабеля выполняется двумя способами (рис. 5.4):
- укладка сплошная, без промежутков, в горизонтальных рядах (шпаций),
такой способ в настоящее время наиболее применим, так как в современных
камерах для используемых направлений циркуляции воздуха шпации не нужны, этот способ более рационален, так как повышается вместимость штабеля;
-укладка со шпациями (промежутками) в горизонтальных рядах. Такую
укладку применяют в камерах с естественной циркуляцией и в камерах с противоточной циркуляцией агента сушки.
Транспортировку пиломатериалов к формировочной площадке осуществляют в плотных (без прокладок) пакетах автолесовозами и автопогрузчиками
или иногда вагонетками по рельсовым путям.
Сушильные штабеля формируются двумя методами – штучной укладкой
досок и пакетным методом [16].
78
а
б
Рис. 5.4. Способы укладки пиломатериалов в штабель:
а – укладка со шпациями необрезных и обрезных досок; б – укладка без шпаций
(стрелками показано движение воздуха во время сушки)
Для наблюдения за скоростью просыхания и установления момента окончания сушки в штабель закладывают два контрольных образца. Контрольный
образец выпиливают длиной от 1 до 1,1 м из пиломатериалов, из которых
сформирован штабель. Определяют начальную влажность образца древесины,
устанавливают её конечную влажность в зависимости от назначения и категории сушки и назначают режим сушки.
3. Перед загрузкой камеру прогревают.
4. Первая операция в камерах периодического действия – начальный прогрев. Древесина нагревается до температуры среды, которая обычно задается на
8...10 оС больше температуры начальной ступени режима сушки. Цель её – повысить влагопроводность древесины, чтобы влага интенсивно перемещалась из
центральной зоны к поверхности древесины. Температура в центре сечения досок до начала сушки должна быть не ниже температуры по мокрому термометру для 1 ступени процесса. Древесину прогревают до тех пор, пока разность
между температурой среды и температурой в центре доски не достигнет 3 оС.
В камерах непрерывного действия начальный прогрев как специальная
операция не проводится. Древесина прогревается при параметрах сушильного
агента по 1 ступени режима сушки.
5. Во время сушки состояние агента постоянно контролируется по психрометру. Периодически контролируют напряжения в высушиваемой древесине. Режим корректируют по состоянию упругих деформаций в древесине.
79
6. Для снятия остаточных напряжений осуществляется влаготермообработка. Различают конечную обработку, проводимую при достижении древесиной заданной конечной влажности и промежуточную обработку, назначаемую
при переходе на последнюю ступень режима сушки. Конечной влаготермообработке подлежат пиломатериалы, высушиваемые в камерах периодического
действия и подлежащие точной механической обработке. При этом выравнивается влажность и снимаются упругие деформации по сечению материала.
7. После конечной тепловлагообработки подсушивают поверхностные
слои в течение 1…2 часов при режиме, который был до конечной обработки.
8. Если материал высох удовлетворительно, его оставляют для медленного охлаждения до t = 30…40 оС в закрытой выключенной камере при открытых
приточно-вытяжных каналах. А затем пиломатериалы охлаждают при полуоткрытых дверях в течение примерно 1 часа на каждый см толщины материала.
9. Перед пуском в дальнейшую обработку высушенный материал лучше
выдержать, по крайней мере, в течение 2-х суток.
10. Если по показателям качество сушки после конечной обработки и
подсушки материал не отвечает требованиям, то проводят кондиционирующую
обработку, при которой недосушенный материал подсыхает, а пересушенный –
увлажняется.
5.8. Атмосферная сушка пиломатериалов
Атмосферная сушка пиломатериалов ведется в штабелях на открытых
площадках или под навесом. Ее интенсивность зависит от климата данной местности, сезона и погоды. Она осуществляется без затрат топлива и электроэнергии, не требует специального оборудования.
Состояние воздуха в штабеле регулируется слабо. Однако при соответствующем размещении на складе штабелей и надлежащей укладке в них пиломатериалов процесс сушки в определенной степени поддается управлению.
Территория, на которой размещается склад атмосферной сушки пиломатериалов, должна быть достаточно проветриваемой, очищена от деревьев и кустарников, выровнена, обработана химикатами для уничтожения травянистой
растительности.
Атмосферная сушка пиломатериалов осуществляется в штабелях, которые размещают секциями, площадь которых не должна превышать 900 м2. Ме-
80
жду штабелями оставляют разрывы по длине и ширине, а между секциями –
продольные и поперечные проезды. Продольные проезды служат для подачи
материала в штабель (его формирование) и должны совпадать с направлением
господствующих ветров, поперечные – для проезда транспорта. Существует два
способа формирования штабеля: штучный (рядовой) и из сушильных пакетов
(пакетный), что определяет виды подъемно-транспортных механизмов. Для
штучных штабелей подъем досок осуществляется штабелерами, а их подвоз –
автолесовозами. Пакетные штабеля формируют автопогрузчиками, а также башенными или консольно-козловыми кранами, что позволяет увеличивать полезную площадь склада за счет возможности формирования более высоких
штабелей (4...7 м) и уменьшения проездов. Для хвойных пиломатериалов длина
и ширина штабеля равна длине пиломатериалов (6,5...7 м), для лиственных пород длина штабеля может достигать 12 м при ширине штабеля до 2,5 м [18].
Штабель пиломатериалов (рис. 5.5) для атмосферной сушки включает в
себя основание и крышу. Основание представляет собой опоры из железобетона или консервированной древесины, на которые уложены прогоны. Основание
должно обеспечивать хорошую проветриваемость нижнего ряда досок и находиться на высоте 0,5...0,75 м от грунта, в зависимости от климатической зоны.
Штабель формируют из досок одной породы и толщины, которые укладывают на прокладки сечением 25 х 40 мм вертикальными рядами над прогонами. Расстояние между прокладками зависит от толщины высушиваемых досок и составляет 0,75...2 м. Для хвойных пород в роли прокладок возможно использование самих высушиваемых досок. В этом случае штабель имеет квадратное сечение. Его длина и ширина равна наибольшей длине самих досок
(6,5...7 м), а высота составляет 3,5...4 м.
Пиломатериалы в горизонтальном ряду штабеля или пакета укладывают,
оставляя промежутки между отдельными досками, которые называются шпациями. Шириной шпации регулируют интенсивность атмосферной сушки. В
частности, чем плотнее укладка, т.е. чем меньше шпация, тем менее интенсивно
идет сушка. Кроме того, в пакетных штабелях между пакетами оставляют промежутки – вертикальные каналы, величина которых увеличивается от края
штабеля к его середине от 0,25 до 0,4 м.
81
а
б
Рис. 5.5. Виды штабелей атмосферной
сушки пиломатериалов:
в
а - рядовой штабель для хвойных
пиломатериалов; б - рядовой штабель для
лиственных пиломатериалов; в - пакетный
штабель: 1 - опоры штабельного основания;
2 - подголовники; 3 - крыша штабеля;
4 - межпакетные прокладки; 5 – сушильные
пакеты
Защитой штабеля от атмосферных осадков и солнца служит крыша, изготовленная из досок толщиной до 25 мм, конструкция которой определяется типом штабеля: односкатная для рядового штабеля и одно-двухскатная - для пакетного штабеля.
В процессе сушки ведется постоянное наблюдение за состоянием материала. Ход сушки контролируют по изменению массы контрольных образцов,
закладываемых в штабель. Продолжительность атмосферной сушки зависит от
очень многих факторов и трудно поддается расчету. Сушка считается законченной при влажности материала 18...22 %.
В теплый период года при повышенной влажности возможно поражение
древесины окрашивающими и разрушающими грибами, поэтому пиломатериалы необходимо антисептировать – наносить на их поверхность специальные
защитные растворы. Защитные растворы наносят на глубину до 1 мм с помощью установки, которая представляет собой ванну, в которую краном загружают пакет пиломатериалов.
82
5.9. Антисептирование и пропитка древесины
Древесина, является органическим материалом, который может подвергаться разрушению, если изделия и сооружения из нее эксплуатируются в условиях неблагоприятных для ее стойкости. Разрушение древесины происходит в
результате воздействия на нее: грибов, отдельных видов насекомых (жуков,
термитов), некоторых видов моллюсков (морские древоточцы), пожаров, атмосферных воздействий и механических воздействий.
Для продления срока службы деревянных изделий и сооружений необходима защита древесины от выше перечисленных воздействий.
Химические вещества, используемые для защиты древесины, можно разделить на группы по следующим признакам [18]:
- по растворимости (водорастворимые, органикорастворимые и антисептические масла);
- по направленности действия (антисептики, антипирены и биоогнезащитные вещества);
- по вымываемости (легковымываемые, вымываемые, трудновымываемые
и невымываемые).
К этим веществам предъявляются следующие требования: они быть безвредными для людей и животных; иметь низкую стоимость и быть доступными; легко проникать в древесину и трудно вымываться из нее; обладать химической инертностью и слабой летучестью; не повышать гигроскопичность и не
понижать прочность древесины; не ухудшать ее способность склеиваться, окрашиваться и полироваться; не способствовать коррозии металлов.
В зависимости от породы и строения древесина имеет различную стойкость против гниения и разделяется на четыре класса:
стойкие – сосна, ясень, ядро дуба, ядро лиственницы;
среднестойкие – ель, пихта, заболонь кедра, лиственницы, центральная
часть бука;
малостойкие – заболонь березы, бука, граба, дуба и клена, ядро вяза;
нестойкие – ольха, заболонь липы, центральная зона березы.
Основной способ борьбы с насекомыми, разрушающими древесину, основан на использовании антисептиков – веществ токсичных для поражающих
древесину организмов (антисептирование и консервирование). На складах хра-
83
нения лесоматериалов, – содержание склада в соответствии с санитарными требованиями, а также своевременная окорка круглых лесоматериалов.
Антисептирование – поверхностное нанесение тонкого слоя антисептика
на поверхность древесины с целью кратковременной ее защиты от поражения
грибами (атмосферная сушка и перевозка древесины).
Консервирование – обработка древесины антисептиками на длительное
время путем введения их в толщу сортимента на определенную глубину. Антисептик в данном случае вводится методом пропитки.
Пропиткой называют процесс введения в древесину веществ, которые
изменяют ее свойства (огнестойкость и биостойкость, снижают электропроводность, гигроскопичность, увеличивают прочность и др.)
Пропитывающие вещества разнообразны по свойствам и характеру их
взаимодействия с древесиной (проникать в древесину механическим путем, адсорбироваться ее веществом, вступать с ним в химическую реакцию)
По пропитываемости жидкостями породы древесины подразделяют на
три группы:
1-я – легкопропитываемые (заболонь березы, бука и сосны);
2-я – умеренно пропитываемые (кедр, ольха, осина, граб, дуб, клен, липа
и заболонь лиственницы европейской);
3-я – труднопропитываемые (ель, лиственница сибирская, пихта, ясень,
ядро сосны).
Для защиты от возгорания деревянных конструкций и изделий, работающих в зданиях различного назначения, древесину пропитывают или обрабатывают огнезащитными составами – антипиренами (водными растворами огнезащитных солей, красками и обмазками). Наибольшее применение в качестве
антипиренов имеют: диаммонийфосфат, сульфит аммония, бура, борная кислота. Их действие направлено на снижение возгораемости древесины и уменьшение тления.
Также активным способом борьбы с насекомыми является окуривание газами, ядовитыми для насекомых.
84
ГЛАВА 6
ВИДЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
6.1. Виды и характеристика деревообрабатывающих производств
Под производством понимают один из четырех видов операционной деятельности, направленный на преобразование исходных сырья и материалов в
продукцию с последующей её реализацией (рис. 6.1).
Поставка
Рис. 6.1. Тетраэдр операций
Производство продукции реализуется на различных предприятиях, которые можно классифицировать по многим признакам, в том числе по:
– объему производства или размеру: малые, средние, крупные;
– отраслевой принадлежности: лесозаготовительные, лесопильнодеревообрабатывающие, целлюлозно-бумажные, мебельные и др.;
– широте производственного профиля: специализированные и диверсифицированные;
– организационно-правовой форме: ОАО – открытое акционерное общество; ЗАО – закрытое акционерное общество; ООО – общество с ограниченной
ответственностью и др.
Специализированные предприятия выпускают конструктивно и/или технологически однородную продукцию, например, только пиломатериалы, или
только фанеру, или только корпусную мебель и т.д.
Диверсифицированные предприятия изготавливают не один, а несколько
видов товара с использованием как одного, так и несколько видов исходных
85
сырья и материалов. Широко распространенными в лесоперерабатывающей отрасли являются и прямая, и обратная диверсификация на базе одного ресурса –
древесины.
Под прямой диверсификацией понимают развитие производства с расширением ассортимента продукции путем углубления степени переработки древесины, например, на базе специализированного лесопильного завода создается
цех по изготовлению клееных брусков и балок, что позволит повысить эффективность производства. Обратная диверсификация предполагает развитие производственного процесса вниз по технологической цепочке, например, организация на лесопильном заводе лесозаготовительного цеха, что позволяет снизить
транзакционные издержки.
Каждое предприятие является элементом системы экономических отношений страны и представляет собой сложную производственную систему, набор элементов которой зависит от размера предприятия, его организационноправовой формы и других факторов.
Элементы производства классифицируют по способу формирования затрат (рис. 6.2) [19].
6.2. Производственный и технологический процессы
Изготовление любого изделия из древесины осуществляется в определенной последовательности при наличии необходимого сырья, материалов и оборудования, начиная от обеспечения производства всем необходимым и заканчивая реализацией готовой продукции. Совокупность данных этапов называется производственным процессом. Каждый этап может состоять из отдельных,
последовательно выполняемых приемов – операций. Часть операций, непосредственно связанных с переработкой сырья и получения конечной продукции, называется технологическим процессом, а его научно-техническое и практическое
обоснование – технологией производства.
По степени связи с предметом труда различают операции основные, или
технологические, и вспомогательные. Основные операции направлены на изменение формы, размеров, качества или свойства предметов труда; вспомогательные операции способствуют основным и включают в себя работы по
транспортировке, укладке, учету, контролю размеров и качества предметов и
продуктов труда.
86
86
Рис. 6.2. Классификация элементов производства по способу формирования затрат
87
Место, где выполняется технологическая операция, называется рабочим.
Движение предметов труда в производственном процессе по рабочим местам
образует производственный поток.
По видам выполняемых операций (пиление, фрезерование и т.д.) технологический процесс разделяется на участки. При последовательном перемещении
предмета труда по данным участкам без его задержки и возврата производство
является прямоточным, а связь между операциями – жесткой, причем время на
выполнение каждой операции должно быть одинаковым.
Прямоточно-прерывистое производство характеризуется необходимостью межоперационного запаса вследствие того, что время выполнения каждой
операции различно. Связь между операциям является гибкой. В данном случае
необходимы соответствующие площади для размещения запасов, а для их перемещения – транспортные средства.
Выравнивание затрат времени на выполнение всех операций или синхронизация характеризует производство как непрерывно-поточное, а их связь как
комбинированную, где межоперационные запасы играют роль страховки на
случай выхода из строя какого-либо звена.
В непрерывном потоке все операции должны выполняться за определенное время, равное или кратное ритму потока R, с (мин):
(6.1)
где
Т – сменное время, с (мин);
К – коэффициент использования сменного времени (принимают в пределах 0,9);
Q – плановый объем выпуска продукции за одну смену, шт.
Ритм потока определяется также по самому длительному времени выполнения операции (обычно на головном оборудовании).
Для обеспечения наибольшей производительности непрерывной поточной линии необходимо предусмотреть возможность размещения в ней между
технологическими операциями небольших запасов предметов труда на случай
кратковременной остановки оборудования на каком-либо участке потока.
88
В прерывных потоках предметы труда передаются с одной технологической операции на другую последовательно партиями, поэтому каждый отдельный предмет труда какое-то время пролеживает между технологическими операциями в ожидании обработки. Создаются значительные межоперационные
запасы между рабочими местами, для размещения этих запасов должны быть
предусмотрены соответствующие площади, а для перемещения – соответствующие транспортные средства.
Непрерывное движение обрабатываемых предметов в производственных
процессах эффективно при выполнении больших объемов продукции одного
наименования или разнообразной продукции с родственным технологическим
процессом. При изготовлении продукции широкой номенклатуры при любом
объеме производства более эффективна организация производства по принципу
прерывного движения предметов труда в производственном процессе.
Объем технологической операции имеет очень важное значение, так как
чем крупнее и сложнее она, тем ниже ее производительность и тем выше должна быть квалификация рабочего. В составе каждой операции выделяют технологический переход, проход и установку.
Технологический переход – это законченная часть технологической операции, заключающаяся в обработке какой-либо поверхности заготовки одним и
тем же инструментом, без ступенчатого изменения режимов работы (например,
обработка поверхности на фуговальных и четырехсторонних продольнофрезерных станках, причем в последнем случае производительность труда будет более высокой). Часть технологической операций, при которых предмет
труда не изменяется (смена инструмента, закрепление заготовки и т.д.), является вспомогательным переходом.
Переход может состоять из одного или нескольких рабочих ходов – проходов, в результате которых последовательно снимается слой материала, при
непрерывном перемещении заготовки относительно инструмента. Эти операции называются проходной обработкой. Они отличаются высокой производительностью, так как заготовки проходят через станок только в одном направлении, без возврата и обратного хода инструмента на фуговальных, рейсмусовых,
четырехсторонних продольно-фрезерных станках, станках для продольного и
поперечного распилов и т.д. Производительность увеличивается, если одновременно обрабатывается несколько заготовок.
89
Часть технологического перехода, при котором происходит перемещение
инструмента без обработки заготовок, называется вспомогательным (холостым)
ходом.
В ряде операций обработка заготовок осуществляется при их неподвижном закреплении и движении рабочего инструмента. Такая обработка является
позиционной (например, сверление отверстий на сверлильно-пазовальных
станках, выборка гнезд на цепно-долбежном станке, торцовка и др.). В зависимости от сложности позиционная обработка может осуществляться за одну или
несколько установок.
Установка является частью технологической операции и заключается в
обработке заготовки при одном ее закреплении. Так, сверление нескольких отверстий может осуществляться сразу на многошпиндельном сверлильном станке или в результате последовательных закреплений на одношпиндельном станке, в зависимости от числа отверстий. Частью установки является позиция – определенное положение заготовки относительно рабочего инструмента во время
обработки при одном закреплении.
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 необходимы затраты труда и времени. Наиболее рациональное использование оборудования и повышение производительности
труда будут при минимальном числе установок и позиций.
6.3. Классификация производственных процессов
В основе производственной системы находятся производственные процессы, экономической сущностью которых является создание добавочной
стоимости. Чем глубже степень переработки сырья, тем выше добавочная
стоимость. Под производственным процессом понимают совокупность трудовых и естественных процессов, в результате взаимодействия которых сырье и
материалы преобразуются в готовую продукцию. Производственные процессы
классифицируют по многим признакам, к основным из которых относят:
отношение к труду:
трудовые, выполняемые с участием человека;
естественные;
90
назначение:
основные;
вспомогательные;
размер партии предметов труда:
единичные;
серийные: мелкосерийные, среднесерийные, крупносерийные;
массовые;
характер движения предметов труда:
непрерывные;
дискретные;
стадийность:
заготовительные;
обрабатывающие;
- сборочные.
На специализированных лесопильных заводах реализуются обрабатывающие производственные процессы с различными размерами партии предметов труда. Диверсифицированные лесопильно-деревообрабатывающие предприятия могут включать и заготовительные (валка леса), и обрабатывающие
(лесопиление, сушка пиломатериалов, механическая обработка пиломатериалов
и др.), и сборочные (например, сборка оконных блоков) процессы.
Основой производственного процесса являются технологические процессы, в результате выполнения которых изменяются форма, размеры и/или свойства предметов труда. В результате выполнения операции, например, раскроя
пиловочника на пиломатериалы изменяется его форма и размеры, а операции
сушки и пропитки древесины направлены на изменение свойств древесины.
Одной из основных характеристик производственного процесса является
производственный цикл выпуска продукции, от длительности которого зависит
как производительность труда на отдельной операции, так и производственная
мощность предприятия.
В соответствии со структурой производственного процесса продолжительность производственного цикла (рис. 6.3) включает в себя время на выполнение технологических операций, транспортирование предмета труда, контроль
его качества и продолжительность хранения. Так, производственный цикл выпуска сухих обрезных пиломатериалов включает в себя (при наличии сырья на
91
складе) время на определение размерно-качественных характеристик (сортирование и учет) пиловочника, время на транспортирование пиловочника к окорочному станку, продолжительность окорки, время на транспортировку окоренного пиловочника к бревнопильному станку, продолжительность раскроя
пиловочника на пиломатериалы, продолжительность транспортирования пиломатериалов на дальнейшую технологическую обработку (снятие обзола, торцевание), время на обработку пиломатериалов, продолжительность транспортировки пиломатериалов к сортировочной линии (участку сортирования), время
на транспортировку пиломатериалов к штабелеукладчику и формирование
штабеля, продолжительность загрузки пиломатериалов в сушильную камеру,
время сушки пиломатериалов, продолжительность выгрузки пиломатериалов и
их выдержки после сушки, время на сортирование, маркировку и упаковку сухих пиломатериалов. Основные затраты времени приходятся на сушку пиломатериалов.
Анализ производственного цикла выпуска сырых пиломатериалов показывает, что этот процесс, исходя из классификационных признаков, относится к
простым, непрерывным, обрабатывающим процессам с малой глубиной переработки сырья и относительно низкой добавочной стоимостью.
Рис. 6.3. Производственный цикл выпуска нового продукта
Сложными процессами характеризуется производство изделий из древесины, например, оконных и дверных блоков, деревянных домов заводского
92
изготовления. Длительность производственного цикла сложных процессов определяется, исходя из длительности циклов последовательно связанных между
собой простых процессов и межцикловых перерывов.
Производственный цикл выпуска продукции существенно удлиняется для
товаров с коротким жизненным циклом (мебель), при частой смене ассортимента, работе по индивидуальным и мелкооптовым заказам (оконные и
дверные блоки, мебель).
Организация производственных процессов основана на следующих основных принципах:
технологической специализации потоков предметов производства;
прямоточности движения предмета производства (без возвратных и петлеобразных движений), что важно учитывать при размещении оборудования на
участке, в цеху;
гибкости процесса, что позволяет изготавливать в одном потоке большой
ассортимент продукции без дополнительных затрат времени на переналадку
оборудования;
пропорциональности (кратности производительности оборудования, входящего в один процесс);
непрерывности (без создания буферных запасов);
параллельности, т.е. одновременного изготовления полного комплекта
деталей на основе сетевого графика процесса;
ритмичности, обеспечивающей выпуск одноименной продукции через
определенный интервал времени.
К основным производственным процессам деревообрабатывающих предприятий относят:
Лесопильное производство:
хранение сырья;
разделка хлыстов;
сортирование пиловочника;
окорка сырья;
лесопиление;
обработка и сортирование пиломатериалов и др.
Фанерное производство:
хранение сырья;
93
гидротермическая обработка древесины;
окорка и разделка сырья;
лущение и сушка шпона;
склеивание шпона и обработка фанеры;
сортирование, маркировка и упаковка продукции и др.
Производство столярно-строительных изделий и мебели:
первичная механическая обработка, как правило, раскрой;
склеивание и облицовывание;
вторичная механическая обработка;
сборка (комплектовка);
создание защитно-декоративных покрытий.
Основными технологическими направлениями подготовки деревообрабатывающих производств являются следующие:
А. Лесопильное производство:
- обоснование объемного, качественного и сортиментного выхода пиловочника из хлыста; оптимизация раскроя;
- обоснование объемного, качественного и сортиментного выхода пиломатериалов; оптимизация раскроя;
обоснование режимов сушки древесины;
оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки;
исследование сортообразования пиломатериалов;
исследование точности и качества обработки пиломатериалов;
- обоснование материалов и параметров режимов защитной обработки
пиломатериалов (антисептирование, антипирирование и т.п.) и др.
Б. Фанерное производство:
- обоснование количественного и качественного выхода шпона из чурака;
- обоснование параметров режимов гидротермической обработки древесины, лущения, сушки и склеивания шпона;
- оптимизация наборов толщин шпона;
исследование свойств фанеры и других материалов из шпона;
исследование и обоснование рецептуры клеев и защитно-декоративных
материалов;
исследование и обоснование структуры слоистых материалов из шпона;
94
исследование сортообразования фанеры и других материалов из шпона и
др.
B. Производство столярно-строительных изделий:
обоснование объемного и качественного выхода заготовок из пиломатериалов;
исследование прочности и деформаций отдельных элементов и сборочных единиц оконных и дверных блоков;
исследование точности обработки и шероховатости поверхности деталей;
- исследование теплотехнических, шумопоглощающих и других характеристик оконных и дверных блоков;
- исследование и обоснование рецептуры клеев и защитно-декоративных
материалов;
- обоснование норм расходы сырья и материалов и др.
Г. Производство мебели:
исследование и обоснование архитектурно-художественных решений, эргономических и антропометрических характеристик изделий мебели;
исследование прочностных характеристик изделий и их отдельных элементов;
исследование надежности и устойчивости изделий;
исследование механических свойств отдельных деталей и сборочных
единиц изделий мебели (прочности шиповых соединений, мягкости элементов
и др.);
исследование и обоснование рецептуры клеев и лакокрасочных материалов;
- исследование размерной точности отдельных элементов, сборочных
единиц и изделий;
- обоснование норм расхода сырья и материалов и др.
6.4. Процедуры технологического проектирования
производственных систем
Основными процедурами технологического проектирования и подготовки
производства являются:
анализ продукции, намечаемой к выпуску, на основе маркетинговых и
технологических исследований;
95
анализ сырья и материалов;
расчеты производственной мощности;
анализ типовых технологических процессов, передовых техники и технологии, организации работ;
определение последовательности и содержания технологических операций;
выбор оборудования и его расчет;
разработка вариантов индивидуальных технологических процессов и их
анализ; выбор оптимального варианта;
анализ и разработка систем управления технологическими процессами;
разработка технологических инструкций, выбор, обоснование и расчеты
режимов обработки;
выбор и расчеты инструмента и технологической оснастки;
выбор и расчеты транспортных средств;
расчеты площадей рабочих мест, внутрицеховых складов, вспомогательных отделений цеха;
разработка плана цеха с расположением оборудования;
определение профессионального состава основных рабочих;
расчеты пооперационных норм выработки и норм времени;
расчеты норм расхода сырья и материалов;
расчеты среднего коэффициента сортности продукции;
расчеты норм расхода вспомогательных материалов
расчеты потребного количества электроэнергии, пара, сжатого воздуха,
топлива и воды на технологические нужды;
установление критериев оценки качества технологических операций, полуфабрикатов и продукции;
установление форм, методов и средств контроля качества; организация
контроля;
разработка основ систем учета сырья и материалов;
анализ основных видов брака и причин дефектов, разработка мер по их
недопущению;
анализ трудоемкости и себестоимости продукции;
анализ безопасности труда и окружающей среды.
96
ГЛАВА 7
ЛЕСОПИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Характеристика материалов, используемых в качестве сырья в лесопильном производстве, а также пилопродукция, получаемая в результате деятельности предприятий данного профиля подробно приведена в главе 4.
7.1. Подготовка пиловочного сырья к распиловке
Для обеспечения планового и рационального ведения раскроя пиловочного сырья оно должно быть соответствующим образом подготовлено. Подготовка к распиловке включает следующие операции: сортировку бревен по диаметрам и качеству; накопление партий рассортированных бревен, обеспечивающие
их распиловку в течение планируемых периодов работы лесопильных потоков;
оттаивание древесины в зимний период; окорку бревен; формирование технологических баз путем оцилиндровки или окантовки. Кроме того, проводятся
операции по выявлению металлических включений в круглых лесоматериалах и
их удаления, обмывки бревен от грязи, удаления оставшихся сучьев, развороту
бревен и другие работы.
Для осуществления перечисленных операций используют соответствующее оборудование, сооружения и устройства, размещенные по принятому технологическому процессу с учетом местных условий. На рис. 7.1 приведена одна
из возможных схем технологической линии подготовки сырья к распиловке без
участка гидротермической обработки, мощностью до 400 тыс. м3 бревен в год.
Линия работает следующим образом. Бревна подаются на разборщики пучков
4, 12, с которых они поштучно выдаются на разворотные устройства 5. Ориентированные по вершинному торцу бревна поступают в окорочные станки 7,
причем крупные бревна – на средний, а тонкие – на крайние станки. Окоренные
бревна поперечным конвейером 8 подаются на сортировочный конвейер 9. Рассортированные бревна из лесонакопителей сортировочного конвейера с помощью двух козловых кранов ККЛ-16 10 укладываются в штабеля операционного
запаса и после накопления требуемого количества поступают на распиливание
через разборщик пучков бревен.
97
Рис. 7.1. Технологическая схема линии подготовки сырья к распиловке
при поставке бревен железнодорожным транспортом:
1 – железнодорожный путь; 2 – штабеля нерассортированных бревен; 3 – козловой
кран ЛТ-62; 4, 12 – разборщики пучков бревен; 5 – разворотное устройство ЛРБ-1;
6 – устройство для групповой подсортировки бревен; 7 – окорочный станок; 8 – поперечный
конвейер с механизмом загрузки; 9 – сортировочный конвейер БС60-3; 10 – козловой кран
ККЛ-16; 11 – штабеля операционного запаса бревен; 13 – лесопильный цех
7.2. Способы раскроя бревен на пиломатериалы
При выработке пиломатериалов бревна распиливаются в продольном направлении. По числу одновременно работающих в станке (агрегате) пил различают индивидуальный и групповой способы распиловки бревен. Кроме этого,
на участках формирования поперечных сечений пиломатериалов может быть
выделен также индивидуально-групповой способ раскроя бревен.
Индивидуальный способ предусматривает последовательный раскрой –
последовательное отпиливание одной пилой от бревна сортиментов (горбылей,
досок, брусьев), а групповой – распиловку бревна одновременно несколькими
пилами, установленными в соответствии с размерами выпиливаемых пиломатериалов на одном станке или на одной линии. Если на линии (в лесопильном потоке) раскрой бревна осуществляется последовательно с выпиловкой на станке
с одной пилой крупных элементов бревна (брусьев, сегментов, секторов) с их
последующей распиловкой на станке с несколькими пилами, то это индивидуально-групповой (смешанный) способ раскроя. При групповом способе следует
различать распиловку регулируемыми, т.е. с возможностью изменения постава
(схемы раскроя) перед каждым распиливаемым бревном, и нерегулируемыми
98
поставами. Возможность распиловки бревен регулируемыми поставами на первом проходе заложена в конструкции. Характерным примером распиловки с
нерегулируемыми поставами является распиловка бревен на лесопильных рамах.
По направлению пропилов в бревне, а также числу проходов бревна через
бревнопильные станки (раньше только через лесопильную раму, а сейчас и через фрезерно-брусующие, ленточнопильные и круглопильные станки) различают распиловку вразвал и с брусовкой.
Распиловка бревен вразвал (рис. 7.2, а) характеризуется тем, что плоскости всех пропилов в бревне параллельны между собой. В этом случае из бревна
выпиливают несколько необрезных досок и два горбыля. Этим способом почти
полностью распиливают пиловочное сырье лиственных пород, иногда тонкомерные бревна хвойных пород диаметром 14 и 16 см. При распиловке развальным способом, например, на станках с одной пилой, доски могут выпиливаться
из бревна последовательно.
Рис. 7.2. Способы распиловки бревен:
а - вразвал; б, в - с брусовкой соответственно на один и на два бруса; г - секторный;
д - развально-сегментный; е - брусово-сегментный; ж - круговой
99
Распиловка бревен с брусовкой (рис. 7.2, б) отличается тем, что из бревна
вначале получают двухкантный брус, необрезные доски и два горбыля (первый
проход, рис. 7.2 б, 1). Затем брус распиливают в продольном направлении перпендикулярно его пластям на обрезные, необрезные доски и также на два горбыля (второй проход, рис. 7.2 б, 2). При распиловке толстомерных бревен диаметром от 40 см и выше из средней части бревна выпиливают два или три бруса
(рис. 7.2, в, 1) с последующей их распиловкой на обрезные и необрезные доски
(рис. 7.2, в, 2). Число горбылей, получаемых из бревна, зависит от числа выпиливаемых брусьев – при одном брусе 4, при двух 6 и при трех 8.
Распиловка с брусовкой имеет преимущества перед распиловкой вразвал,
если необходимо вырабатывать обрезные пиломатериалы; она обеспечивает
более высокий объемный выход, создаст лучшие условия для выработки спецификационных пиломатериалов за счет получения из брусовой зоны досок одной ширины, улучшает состав пиломатериалов по качеству за счет лучшего использования закономерностей кольцевого расположения качественных зон но
поперечному сечению бревен. Недостатком распиловки бревен с брусовкой по
сравнению с распиловкой вразвал является то, что для ее осуществления при
групповой распиловке требуется два последовательно установленных многопильных станка или две лесопильные рамы. Несмотря на это, распиловкой с
брусовкой перерабатывают до 60 % всего пиловочного сырья, в основном
хвойного, диаметром от 18 см и более.
Кроме распиловки бревен вразвал и с брусовкой применяют специальные
способы – секторный, развально-сегментный, брусово-сегментный, круговой и
другие.
Для выработки специальных видов пилопродукции радиальной и тангенциальной распиловки, требующих четкой ориентации пластей досок относительно годичных слоев древесины, применяют секторный (рис. 7.2, г) и сегментный способы раскроя бревен. Разновидностями последнего являются развально-сегментный способ (рис. 7.2, д) для выработки пилопродукции преимущественно радиальной распиловки и брусово-сегментный – преимущественно
для тангенциальной распиловки (рис. 7.2, д, е).
Секторный способ распиловки (рис. 7.2, г) характеризуется тем, что вначале бревно распиливается на секторы, а затем каждый сектор распиливается на
радиальные (рис. 7.2, г, 1) или тангентальные (рис. 7.2, г, 2) пиломатериалы.
100
Число секторов от 4 до 8, в зависимости от размеров бревен. Иногда одновременно с распиловкой бревна на секторы из его средней части выпиливают одну
или несколько необрезных досок. Секторным способом распиливают бревна
диаметром от 26 см и более.
При развально-сегментном способе распиловки (рис. 7.2, д) на первом
этапе из средней части бревна получают несколько необрезных досок и из периферии два крупных сегмента. Затем сегменты раскраивают на односторонние
обрезные доски радиальной распиловки. Развально-сегментный способ используют для распиловки бревен диаметром от 26 см и более.
Брусово-сегментный способ распиловки (рис. 7.2, е) отличается тем, что
из средней части бревна выпиливают брус и из периферии два крупных сегмента. Затем брус и сегменты раскраивают на пиломатериалы тангентальной распиловки. Этот способ также рекомендуется для бревен диаметром 26 см и более.
Использование в восточных районах страны лесопильных рам в условиях
чрезвычайного разнообразия природных условий и при наличии древесины
различных пород, размеров и качества вызвало попытки применения комбинированных способов раскроя. К ним можно отнести комбинированный развально-сегментный способ распиловки крупномерного лиственничного сырья, при
котором на первом проходе из центральной зоны бревна выпиливают пиломатериалы радиальной распиловки, а из периферийной – два обрезных сегмента и
необрезные доски. На втором проходе обрезные сегменты (боковые тонкие
двухкантные брусья) распиливают на обрезные радиальные и полурадиальные
доски. При этом способе учитывается, что пиломатериалы радиальной и смешанной (полурадиальной) распиловки сушатся практически без брака и требуют вдвое меньше припусков на усушку по сравнению с тангенциальными.
К комбинированным способам раскроя также иногда относят брусоворазвальную распиловку крупномерных сбежистых бревен, когда из средней
части бревна получают длинномерную продукцию брусовым способом, а из периферийной зоны – необрезные доски с их последующей переработкой на заготовки, например, поперечно-продольным раскроем.
Круговой способ раскроя (рис. 7.2, ж), применяемый при индивидуальной
распиловке (на однопильных станках), характеризуется тем, что бревна после
отпила горбыля и одной или нескольких досок или сегмента поворачиваются на
101
тележке (каретке) на 90° для отпиливания следующей группы досок или, например, сектора и т. д. Этим способом возможен раскрой бревна с любым направлением резов. Раскрой круговым способом крупномерного бревна для пиломатериалов преимущественно радиальной, полурадиальной распиловки
представлен на рис. 7.2, ж. Из рисунка видно, что радиальный раскрой бревен,
вырезка, например, гнили в центре бревна легко осуществляются без предварительной сортировки бревен по размерам и качеству.
По направлению продольной оси бревна в бревнопильных станках различают распиловку параллельно оси бревна и параллельно образующей (сбегу)
бревна. Сравнительно недавно распиловка параллельно образующей производилась только иногда, при индивидуальном способе, когда требовалось получить пиломатериалы с минимальным перерезанием годовых слоев, например,
при распиловке лыжных березовых кряжей.
Агрегатная переработка бревен в последние годы получает все более
широкое распространение. При этой переработке из бревна фрезерными инструментами и круглыми пилами получают пиломатериалы (доски и брусья), из
боковых зон вместо горбылей и реек технологическую щепу. Агрегатная переработка производительней традиционных способов распиловки бревен и позволяет повысить коэффициент комплексного использования сырья до 0,8...0,82.
Схемы агрегатной переработки аналогичны распиловке бревен вразвал и с брусовкой.
Каждый способ распиловки бревна представляется в виде схемы, носящей название постава, на которой показаны порядок и место пропилов, их
толщина. А понятие «постав пил» подразумевает набор пил в станке при групповой распиловке. Расстояние между пилами определяется толщиной межпильных прокладок, которая задается с учетом толщины пиломатериала.
По расположению пропилов относительно оси постава – линии параллельной линии пропилов и проходящей через центр вершинного торца бревна,
– постав может быть симметричным и несимметричным. При симметричном
поставе пропилы попарно симметричны относительно его оси, при несимметричном – пропилы несимметричны.
По числу досок постав может быть четным или нечетным. В нечетных
симметричных поставах сердцевина бревна попадает в среднюю доску – серд-
102
цевинную, в четных симметричных поставах сердцевина попадает в центральный пропил между двумя центральными досками.
Постава составляют и рассчитывают до распиловки. Изменяя их, можно
изменять размеры, качество и выход пиломатериалов. Поэтому существуют поставы максимальный (для обеспечения наибольшего объемного выхода пиломатериалов) и оптимальный (для наибольшего выхода спецификационных пиломатериалов, которые могут быть одинаковыми при определенных условиях).
Отсутствие до недавнего времени ЭВМ и специальных технологических
программ по расчету поставов, их проектированию, планированию раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы, а также ряд других причин привели к тому, что теория раскроя в практике лесопиления широкого использования не получила. Применение разработанных графоаналитических методов в основном
сводится к выполнению следующих правил:
- рекомендуется распиловка пиловочника с брусовкой. Это обеспечивает
меньшее варьирование ширины досок, лучшее использование качественных зон
бревен и некоторое увеличение объемного выхода пиломатериалов;
- при распиловке с брусовкой наиболее целесообразной толщиной (высотой) бруса является его величина, равная 0,7d ± 0,1d;
- почти всегда рекомендуется метод последовательной оптимизации: для
первого прохода составляют основной постав из пифагорической зоны для бруса толщиной (0,6...0,8)d, для второго прохода – постав на развал этого бруса.
Между тем метод полного перебора вариантов на ЭВМ показывает, что оптимальная толщина бруса в зависимости от размерной спецификации пиломатериалов может колебаться от 0,5d до 0,9d;
- рекомендуются симметричные поставы. Несимметричные поставы увеличивают число вариантов ширины досок, создают эксцентричную нагрузку па
пильные рамки лесопильных рам;
- в центральной части постава рекомендуется устанавливать толстые доски, по краям постава толщина досок уменьшается;
- разница в толщине досок в поставе не должна быть менее 3...5 мм;
- рекомендуется сортировка пиловочных бревен по четным или группам
четных диаметров без учета границ эффективности действия того или иного
постава, особенностей формы бревен и пр.
103
7.3. Основы теории раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы
Предметом теории раскроя бревен является разработка научно обоснованной системы выбора и составления оптимальных поставов на распиловку
бревен с учетом породы и размерно-качественной характеристики сырья, вырабатываемой пилопродукции и применяемого технологического оборудования.
В формировании отечественной теории раскроя пиловочных бревен можно выделить три этапа. На первом этапе (1932 – 1950 гг.) разрабатывались методы составления и расчета максимальных поставов на раскрой брёвен развальным и брусово-развальным способами. При этом размеры пиломатериалов
выражались в долях диаметра или радиуса. На втором этапе (1950–1970 гг.)
разрабатывались способы составления и расчета оптимальных поставов. Размеры пиломатериалов выражались в мм. На современном этапе с использованием
ЭВМ разрабатываются методы оптимизации как отдельных поставов, так и их
систем на основе математического моделирования объектов и методов исследования операций.
Созданная коллективным трудом многих исследователей теория раскроя
на первом и втором этапах базировалась на следующих основных положениях:
– форма бревна принимается за усеченный параболоид вращения, у которого образующей является парабола y2 = 2px, где y2 – искомый радиус бревна;
2p – периметр параболы, равный 2р = (D2 – d2)/4L; х – расстояние от верхнего
торца бревна; L − длина бревна.
– очертания продольного сечения бревна параллельно его оси принимаются за фигуру, ограниченную параболой, т.е. пласть необрезной доски имеет
форму полной или усеченной параболы;
– постав делится на две части: основную – пифагорическую, в которой все
обрезные доски имеют длину, равную длине бревна, и боковую – параболическую, в которой обрезные доски в целях повышения объемного выхода укорачиваются;
– обрезка и торцовка досок производится по правилу получения максимальной площади их пластей, т.е. прямоугольников, вписанных в параболы;
– качество бревен при разработке способов составления поставов не учитывается;
– основным методом расчета служит метод нахождения максимума
функции.
104
На современном этапе развития теории раскроя сырья ставятся и решаются с использованием ЭВМ оптимизационные задачи раскряжевки хлыстов, раскроя бревен на пиломатериалы и раскроя досок на заготовки на основе системного подхода, основанного на том, что изменение системы в одной ее части
сказывается в конечном итоге на функционировании остальных частей системы. При этом основой для решения задачи служит математическая модель хлыстов, бревен или пиломатериалов. Оптимизацию проводят по критерию максимального объемного выхода спецификационных пиломатериалов или заготовок
заданного качества.
7.4. Оборудование лесопильного цеха. Структура производственных
процессов лесопильных цехов
Технологические процессы производства пиломатериалов различаются
способами раскроя сырья, применяемым оборудованием, объемами производства, а также составом перерабатываемого сырья и получаемых материалов.
Оборудование лесопильного цеха в зависимости от его функционального назначения разделяют на технологическое, околостаночное, транспортное и
вспомогательное. К технологическому оборудованию относят станки, на которых производится изменение формы, размеров и качества лесоматериалов. В
процессах переработки пиловочного сырья на пиломатериалы и технологическую щепу можно выделить следующие технологические операции и используемое для их выполнения оборудование.
1. Продольный раскрой бревен и брусьев на доски (формирование толщины или сечения досок) – лесопильные рамы, фрезерно-пильные станки и агрегаты, круглопильные, ленточнопильные станки.
2. Продольный раскрой досок – обрезка (формирование ширины обрезных досок) – двухпильные и многопильные станки (обрезные и фрезер-нообрезные).
3. Поперечный раскрой досок – торцовка (удаление дефектов и формирование длины досок) – торцовочные станки и торцовочные устройства проходного и позиционного типов.
4. Измельчение кусковых отходов (горбылей, реек, торцовых срезков) на
технологическую щепу – рубительные машины.
105
В комплект оборудования лесопильного потока, кроме технологического,
входят соответствующее околостаночное и транспортное оборудование, на
котором выполняют многочисленные операции по перемещению лесоматериалов, их ориентированию и подаче в станки. Вспомогательная или обслуживающая группа предназначена не для непосредственного производства продукции, а для обеспечения бесперебойной качественной работы всего технологического, околостаночного и транспортного оборудования лесопильного цеха. Сюда относятся станки для подготовки режущего инструмента (пил, фрез), изготовления межпильных прокладок и др.
Выбор того или иного типа оборудования определяется экономической
целесообразностью использования его при заданном объеме производства, заданной спецификации сырья и пиломатериалов.
Формирование сечения и длины пиломатериалов осуществляется в лесопильном цехе в основном непрерывно-поточным методом и включает следующие технологические операции, представленные на рис. 7.3.
Продольный раскрой бревен на брусья, сегменты и необрезные доски
Продольный раскрой сегментов на необрезные или односторонние обрезные
доски
Раскрой необрезных досок по ширине
Предварительная торцовка и
сортирование досок
Продольный раскрой бруса на обрезные
и необрезные доски
Ребровый раскрой толстых
обрезных досок
Переработка вторичного сырья
Рис. 7.3. Структурная схема технологического процесса формирования
сечения пиломатериалов
Перечисленные выше операции раскроя бревен, брусьев, сегментов и досок могут сопровождаться предварительным фрезерованием их сбеговой зоны с
получением технологической щепы.
106
7.5. Состав и назначение оборудования
Технологические процессы производства пиломатериалов различаются
способами раскроя сырья, применяемым оборудованием, объемами производства, а также составом перерабатываемого сырья и получаемых материалов.
Оборудование лесопильного цеха в зависимости от его функционального назначения разделяют на технологическое, околостаночное, транспортное и
вспомогательное. К технологическому оборудованию относят станки, на которых производится изменение формы, размеров и качества лесоматериалов. В
процессах переработки пиловочного сырья на пиломатериалы и технологическую щепу можно выделить следующие техологические операции и используемое для их выполнения оборудование.
1. Продольный раскрой бревен, брусьев, секторов и сегментов на доски
(формирование толщины или сечения досок) – лесопильные рамы, фрезернопильные станки и агрегаты, круглопильные, ленточнопильные стайки. В промышленности используются также комбинированные агрегатные станки (фрезернопильные, окорочно-оцилиндровочные), совмещающие несколько технологических операций. Например, при переработке бревен на фрезернопильной
линии ЛАПБ совмещены две операции: продольный раскрой бревна на пиломатериалы и формирование ширины досок. Применение таких станков позволяет
сократить межстаночные транспортные связи и сэкономить производственные
площади.
Сменную производительность бревнопильных станков по количеству
распиленного сырья определяют: в погонных метрах по формулам (7.1),(7.4),
(7.7); в штуках – по формулам (7.2), (7.5), (7.8); в кубических метрах по формулам (7.3), (7.6), (7.9) для:
лесопильных рам:
Пр =
ΔnTK i KT
,
1000
(7.1)
Пр =
ΔnTK i KT
,
1000 L
(7.2)
107
Пр =
ΔnTK i KT
q,
1000 L
(7.3)
фрезерно-брусующих, фрезернопильных, многопильных, круглопильных
и лентопильных станков и ЛАПБ:
П р = UTKi KT ,
(7.4)
Пр =
UTK i K T
,
L
(7.5)
Пр =
UTK i K T
q,
L
(7.6)
ленточнопильных и круглопильных станков с кареткой (тележкой) или с
перемещением пильного суппорта относительно бревна:
где
Пр =
UTKi KT
,
z
(7.7)
Пр =
UTK i KT
,
Lz
(7.8)
Пр =
UTK i KT
q,
Lz
(7.9)
Δ – расчетная посылка, мм;
n – частота вращения коленчатого вала лесопильной рамы, мин-1;
T – продолжительность смены, мин;
K i – коэффициент использования лесопильного потока;
KT – коэффициент использования смены;
L – средняя длина бревна, м;
q – средний объем бревна, м3;
z – число резов на одно бревно;
U – скорость подачи, м/мин.
108
2. Продольный раскрой досок – обрезка (формирование ширины обрезных досок) – двухпильные и многопильные станки (обрезные и фрезернообрезные).
3. Поперечный раскрой досок – торцовка (удаление дефектов и формирование длины досок) – торцовочные станки и торцовочные устройства проходного и позиционного типов. Может производиться после сушки, в лесопильном
цехе осуществляется предварительная торцовка пиломатериалов с целью вырезки дефектных мест.
4. Измельчение кусковых отходов (горбылей, реек, торцовых срезков) на
технологическую щепу – рубительные машины.
В комплект оборудования лесопильного потока, кроме технологического,
входят соответствующее околостаночное и транспортное оборудование, на
котором выполняют многочисленные операции по перемещению лесоматериалов, их ориентированию и подаче в станки. Вспомогательная или обслуживающая группа предназначена не для непосредственного производства продукции, а для обеспечения бесперебойной качественной работы всего технологического, околостаночного и транспортного оборудования лесопильного цеха. Сюда относятся станки для подготовки режущего инструмента (пил, фрез), изготовления межпильных прокладок и др.
Выбор того или иного типа оборудования определяется заданной спецификации сырья и пиломатериалов.
Тип лесопильного потока (линии) определяется типом головного станка.
Головным станком потока могут быть лесопильная рама, фрезернопильные,
фрезерно-брусуюшие, одно- и многопильные ленточно- и круглопильные станки. Состав оборудования лесопильного потока определяется объемом производства, экономической целесообразностью использования его при заданном
объеме производства, размерно-качественной характеристикой сырья, размерами пилопродукции, техническими и технологическими параметрами головного
станка, схемой раскроя и требованиями стандартов к качеству основной и попутной продукции. Для рамных, фрезернопильных и ленточнопильных потоков
ЦНИИМОДом, СибНИИЛПом, Гипродревом и Гипролестрансом разработаны
типовые технологические схемы.
109
7.6. Технологическая схема производственного процесса
на базе лесопильных рам
Лесопильной рамой называют станок для продольной распиловки древесины, в котором пиление выполняют полосовыми (рамными) пилами, натянутыми в пильной рамке, при ее поступательно-возвратном движении и продольной подаче распиливаемого лесоматериала. По расположению и направлению
движения пил различают рамы горизонтальные и вертикальные.
В горизонтальной лесопильной раме пильное полотно натянуто в пильной рамке горизонтально и совершает поступательно-возвратное движение в
горизонтальном направлении. Сырье распиливают одной пилой, т. е. выполняют индивидуальную распиловку. Эти рамы выпускают одной модели РГ-130-1
и используют преимущественно для раскроя толстомерных кряжей ценных пород на двухкантные брусья «ванчесы», которые являются заготовками для производства фанеры.
В вертикальной лесопильной раме рамные пилы натянуты в вертикальных плоскостях с тем или иным уклоном и совершают поступательновозвратное движение в вертикальном направлении. Одновременно в раму устанавливают несколько пил (постав) и производят групповую распиловку сырья.
В лесопильном производстве такая рама является основным бревнопильным
станком.
Вертикальные лесопильные рамы классифицируют по нескольким признакам. По способу установки рамы делят на стационарные и передвижные.
Стационарные рамы предназначены для постоянно действующих предприятий,
их устанавливают на прочных бетонных фундаментах. Передвижные рамы устанавливают на колесном ходу, транспортируют без демонтажа тракторами и
автомашинами.
По высоте различают рамы двухэтажные, полутораэтажные и одноэтажные. По числу шатунов рамы бывают одношатунные и двухшатунные. По числу подающих вальцов различают четырех- и восьмивальцовые рамы. Первые
распиливают бревна длиной от 3 м и более, вторые от 0,8 м и более.
К техническим показателям лесопильной рамы относятся: тип рамы, просвет и высота хода пильной рамки, скорость вращения вала в минуту, мощность
привода, система механизма подачи, наибольшая конструктивная величина подачи (посылка) за один оборот вала рамы, масса рамы и ее габаритные размеры.
110
Просвет пильной рамки – внутреннее расстояние между ее вертикальными стойками. Просвет определяет наибольший диаметр бревен, распиливаемых
на раме. Наибольший диаметр бревна в вершине d, см, который возможно пропустить через раму определенного просвета, определяют по формуле:
d = B-S·L-2·c,
где
(7.10)
В – просвет рамки, см;
S – сбег бревна, см/м;
L – длина бревна, м;
с – запасное расстояние между стойками пильной рамки и комлем бревна
с каждой стороны, принимается равным 5 см.
По ширине просвета лесопильные рамы подразделяют на узкопросветные (до 500 мм), среднепросветные (до 800 мм) и широкопроевстные (до
1100 мм).
Высота хода пильной рамки – расстояние, проходимое пильной рамкой
сверху вниз за полный оборот коренного вала. Одноэтажные рамы строят с высотой хода от 220 до 410 мм, двухэтажные – до 700 мм. Скорость вращения коренного вала рамы, или число двойных ходов пильной рамки в минуту, колеблется от 210 до 450. Рамы с меньшим просветом имеют более легкую пильную
рамку и соответственно большую частоту вращения. Мощность привода определяет тип и потребную мощность электродвигателя и возможную производительность рамы.
Система механизма подачи характеризует способ продвижения бревна в
процессе распиловки. Существует два вида подачи и две системы механизма
подачи – непрерывная и толчковая. Толчковую подачу подразделяют на однотолчковую и двухтолчковую. При непрерывной подаче бревно продвигается в
раму непрерывно во время холостого и рабочего хода пильной рамки, при однотолчковой подаче только за рабочий или только за холостой ход, при двухтолчковой – один толчок происходит за рабочий, другой за холостой ход пильной рамки. Быстроходные лесопильные рамы снабжены механизмами непрерывной подачи бревен. Большое значение для производительности рамы имеет
посылка – наибольшая возможная конструктивная величина подачи за один
оборот вала рамы, которая определяется конструкцией механизма подачи.
111
При малых объемах распиловки (10…50 тыс. м3 сырья в год) можно использовать одноэтажные лесопильные рамы (Р40-1, Р63-4Б, Р80 и др.). Начиная
примерно с 60…80 тыс. м3 пиловочника, устанавливают двухэтажные лесопильные рамы с просветом пильной рамки 500 или 750 мм (2Р-50-12/22, 2Р751А/2А) для раскроя бревен со средним диаметром 24…26 см. Для распиловки
крупномерного сырья (средний размер 32…34 см) применяют широкопросветные двухэтажные лесопильные рамы (2Р100-1/2) с просветом пильной рамки
1000 мм. На их базе создаются одно-, двух-, трех- и четырехпоточные лесопильные цехи для получения обрезных пиломатериалов (рис. 7.4).
L*
Lmax+0,5
Тип лесопильной рамы
2Р-50
2Р-75
2Р-100
A
3,0 м
3,0 м
2,0 м
B
3,0 м
3,0 м
2,0 м
C**
0,2 м
0,2 м
0,2 м
D**
1,2 м
1,5 м
1,5 м
Рис. 7.4. Схема потока на базе лесопильных рам 2Р:
1 – конвейер продольный цепной; 2 - накопитель бревен с механизмом поштучной
выдачи; 3 – механизм ориентации и подачи бревен; 4 – рама лесопильная 1-го ряда;
5, 9 – роликовые конвейеры; 6 – брусоперекладчик-накопитель с механизмом поштучной
выдачи; 7 – автоманипулятор; 8 – рама лесопильная 2-го ряда; 10 – поперечный цепной
конвейер; 11 – механизм поштучной выдачи досок; 12 – торцовочная пила; 13 – обрезной
станок; 14 – поперечный цепной конвейер для реек; Lmax - наибольшая длина бревна, м
Цепным продольным конвейером бревна с участка подготовки сырья и
окорки перемещаются на лесонакопитель 2, который обеспечивает поштучную
выдачу бревен в механизм ориентации и подачи 3 перед лесопильной рамой 1го ряда 4. Механизм ориентации и подачи 3 состоит из основной и вспомога 112
тельной тележек. Вместо вспомогательной тележки в потоках с лесопильными
рамами РД-50, 2Р50. 2Р63, РД-75 и 2Р80 может применяться поддерживающеперехватная тележка. В потоках с лесопильными рамами РД-50, 2Р50 и 2Р63
механизмом ориентации и подачи могут служить конвейерные устройства.
В лесопильной раме 1-го ряда 4 бревно распиливается на двухкантный
брус и необрезные доски. Рама оборудована специальным приспособлением
для удержания горбылей в момент выхода распиленного бревна. Брус и необрезные доски поступают на роликовый конвейер 5, а горбыли падают в люк,
расположенный за лесопильной рамой. С роликового конвейера брус поступает
на брусоперекладчик-накопитель 6, а необрезные доски подаются на поперечный конвейер 10.
Брусоперекладчик-накопитель 6 поштучно выдает брус в автоманипулятор 7, который ориентирует его по центру постава и подает в лесопильную раму 2-го ряда 8, распиливающую брус на доски (центральные обрезные и боковые необрезные). Рама оборудована специальным приспособлением для удержания горбылей в момент выхода досок. Доски поступают на роликовый конвейер 9, а горбыли падают в люк за лесопильной рамой.
Центральные доски с роликового конвейера 9 поступают на конвейер 15,
который передает их на участок торцовки и пакетирования. Боковые доски с
роликового конвейера передаются на поперечный конвейер 10. Необрезные
доски по поперечному конвейеру подаются механизмом поштучной выдачи на
стол обрезного станка 13, в котором установлена пила для торцовки острого обзола.
Ширину доски формируют на обрезных или фрезерно-обрезных станках.
В потоках с лесопильными рамами РД-110, 2Р100, РД-75 и 2Р80, перерабатывающих крупномерное сырье, устанавливают трех- и четырехпильные обрезные или фрезерно-обрезные станки с одной или двумя пилами. Обрезные доски
по конвейеру 16 поступают на участок торцовки, сортирования и пакетирования.
Рейки сбрасываются рейкоотделителем на поперечный конвейер 14. Кусковые отходы (горбыли от лесопильных рам, рейки от обрезных станков) поступают на сборочный конвейер и направляются в рубительную машину. Щепу
сортируют: кондиционную направляют в бункер, некондиционную используют
на топливо.
113
7.7. Технологические схемы производственных процессов на
базе фрезерно-брусующих линий, линий агрегатной переработки
бревен и фрезернопильных линий
Фрезерно-брусующая линия (ФБЛ) предназначена для переработки бревен
диаметром 8…16 см, длиной 3…7,5 м на брус или доски (наибольшее число досок – 4) и технологическую щепу (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Технологическая схема фрезерно-брусующей линии:
1 – конвейер продольный цепной; 2…4 – станки фрезерно-брусующие с
околостаночной механизацией; 5 – механизм ориентации и подачи груза; 6 – станок
фрезерно-брусующий 2-го ряда; 7 – многопильный станок; 8, 11 – продольные конвейеры;
9 – поперечный конвейер; 10 – торцовочный станок
Окоренные и рассортированные по диаметрам бревна продольным конвейером 1 передаются на падающий конвейер фрезерно-брусующего станка 6.
В станке бревно перерабатывается на двухкантный брус и технологическую
щепу. Брус по роликовому конвейеру передается механизмом ориентации и подачи бруса 5 в многопильный круглопильный станок типа Ц8Д8М 7, в котором
брус раскраивается на доски, поступающие на продольный конвейер 8. Падающие в люк горбыли направляют в рубительную машину. С продольного конвейера доски поступают на поперечный конвейер 9, где их торцуют 10, а затем
конвейером 11 передаются на следующий участок.
По другому варианту в линии устанавливают фрезерно-брусующий станок 6 для переработки горбыльной зоны бруса на технологическую щепу. Щепа
от фрезерно-брусующих станков поступает в бункер-накопитель. Линию ФБЛ
обслуживают оператор и помощник оператора.
Линия агрегатной переработки бревен (ЛАПБ) (рис. 7.6) предназначена
для переработки пиловочника хвойных пород одного и двух четных диаметров
114
по развальной схеме на обрезные пиломатериалы (4…6 шт.) с получением технологической щепы. Наиболее эффективна она при переработке бревен диаметром 14…18 см длиной 4…7,5 м.
Рис. 7.6. Технологическая схема линии агрегатной переработки бревен:
1 – цепной конвейер для бревен; 2 – накопитель бревен; 3 – механизм ориентации и
подачи бревен; 4 – станок ЛАПБ; 5 – разделительный конвейер; 6 – поперечный цепной
конвейер; 7 – торцовочная пила; 8, 9 – ленточные конвейеры
Линия работает следующим образом. Окоренные и рассортированные по
диаметрам бревна продольным конвейером 1 подаются на накопитель 2 вместимостью до 6...7 бревен. С накопителя бревна поступают в подающий конвейер 3 комбинированного фрезернопильного станка 4, где перерабатываются
на обрезные доски и технологическую щепу. С роликового конвейера 5 боковые доски попадают на поперечный конвейер 6, а центральные по конвейеру 9
поступают на участок формирования пакетов. На поперечном конвейере боковые доски проходят предварительную торцовку 7 и конвейером 8 передаются
на участок сортировки и пакетирования. Щепа от комбинированного фрезернопильного станка поступает в бункер.
Агрегатированные фрезернопильные станки и линии создаются на базе
фрезерно-брусующих и круглопильных или ленточнопильных модулей. Они
перерабатывают круглые лесоматериалы в широком диапазоне диаметров
(6…4 см) и длин (1…7,5 м) на пилопродукцию различного профиля и назначения и технологическую щепу (рис. 7.7).
В технологической схеме на рис. 7.7 для переработки бревен и брусьев
использованы фрезерно-брусующий модуль, агрегатированный с круглопильными станками. По этой схеме окоренные в цехе бревна подаются поперечным
115
Рис. 7.7. Технологическая схема цеха с фрезернопильными станками:
1 – окорочный станок; 2, 3 – фрезернопильные станки; 4, 6 – фрезерно-обрезные
станки; 5 – устройство для сортирования досок
цепным конвейером на падающий конвейер головного фрезернопильного станка 2, на котором из бревна вырабатывают двухкантный брус, необрезные доски
и технологическую щепу. Брус и доски поступают на роликовый конвейер, с
которого доски подаются на поперечные конвейеры, а брус поступает в механизм ориентации и подачи фрезернопильного станка 2-го ряда 3. В этом станке
из бруса вырабатываются доски и технологическая щепа. С разделительного
роликового конвейера боковые доски поступают на поперечные конвейеры, а
центральные по ленточному конвейеру – на сортировку. Необрезные доски от
фрезернопильных станков поступают к фрезерно-обрезным станкам 4 и ленточным конвейером направляются на участок сортировки и пакетирования.
Щепа от фрезернопильных и фрезерно-обрезных станков направляется в бункер.
7.8. Технологическая схема производственного процесса
на базе ленточнопильных станков
Типовые технологические схемы потоков на базе однопильных ленточнопильных станков (рис. 7.8) рекомендуются для цехов, перерабатывающих
крупномерный пиловочник хвойных и лиственных пород без сортировки по
диаметрам по развальной, брусово-развальной и круговой схемам раскроя на
обрезные и необрезные пиломатериалы и брусья.
116
В 1-м варианте (рис. 7.8, а) бревна продольным конвейером 1 подаются на
механизированный лесонакопитель вместимостью 5…6 бревен, откуда механизмом поштучной выдачи подаются на тележку 3 однопильного станка. Согласно схеме раскроя оператор для каждого реза устанавливает бревно на тележке и подает его в ленточнопильный станок, на котором получают брус
(двух-, трех- или четырехкантный), горбыли и доски (обрезные и необрезные)
кратных и номинальных толщин.
Горбыли, доски и брусья поступают на распределительный конвейер 5.
Откуда горбыли и доски кратных толщин поступают на поперечный конвейер
6, брусья – на автоманипулятор 13, доски номинальных размеров – на поперечный конвейер 16. Доски и горбыли кратных толщин поступают на стол ленточнопильного станка 8 для раскроя по толщине, а доски номинальных толщин
конвейером 17 направляются на участок торцовки, сортировки и пакетирования.
Брус через механизм поштучной выдачи брусоперекладчика направляется
в автоманипулятор 13, который ориентирует брус и подает его в делительный
станок 14. Делительным станком может быть многопильный круглопильный
станок (Ц8Д8-03 и др.) или лесопильная рама 2-го ряда. Необрезные доски с
делительного станка поступают на поперечный конвейер 16, обрезные доски –
на участок торцовки, сортировки и пакетирования. Необрезные доски конвейером 16 через механизм поштучной выдачи подаются на стол трех- или четырехпильного обрезного станка 19. При ручном способе ориентации и подачи
досок в станок над столом устанавливается светотеневой аппарат. Обрезные
доски по конвейеру 18 поступают на участок торцовки, сортировки и пакетирования.
117
Рис. 7.8. Варианты схем потоков на базе однопильных ленточнопильных
станков:
а – 1-й вариант; б – 2-й вариант; 1 – продольный цепной конвейер; 2 – накопитель
бревен; 3 – подающая тележка; 4, 8 – ленточнопильные станки; 5, 11, 12, 17, 18 – продольные
конвейеры; 6, 9,1 6 – поперечные конвейеры; 7 –механизм ориентации и подачи;
10, 19 – обрезные станки; 13 – автоманипулятор; 14 – делительный станок;
15 – распределительный конвейер; L – длина бревна
Во 2-м варианте (рис. 7.8, б) на головном ленточнопильном станке из
бревна выпиливают брус и доски номинальных толщин. Брус распиливается на
делительном станке, которым может быть лесопильная рама 2-го ряда или многопильный круглопильный станок. Необрезные доски раскраиваются по ширине на трех- или четырехпильном станке 10. Обрезные доски с делительного 14 и
обрезного станка 10 направляются на участок торцовки, сортировки и пакетирования.
В последние годы в связи с развитием малых предприятий отечественная
станкостроительная промышленность выпускает разной степени сложности
многопильные вертикальные и горизонтальные ленточнопильные станки, позволяющие на их базе создать лесопильное предприятие с полным циклом переработки.
118
7.9. Технологическая схема производственного процесса
на базе круглопильных станков
Основными преимуществами круглопильных станков перед другим бревнопильным оборудованием являются простота конструкции и более высокая
производительность. Однако при использовании круглопильных станков для
распиливания бревен и брусьев получается большая ширина пропила (6…8 мм),
в то время как на лесопильных рамах она составляет 3…4 мм. Кроме того, точность распиловки на круглопильных станках невысокая.
Круглопильные станки для распиловки бревен могут быть одно-, двух- и
многопильными, для распиловки брусьев – многопильными. В однопильных
станках для распиловки бревен последнее подается на пилу при помощи тележки (рис. 7.9, а), а в двухпильных и многопильных – конвейерной цепью с упорами (рис. 7.9, в). Станки для распиловки брусьев имеют вальцовую подачу
(рис. 7.9, г).
Однопильные круглопидьные станки предназначены для индивидуальной
распиловки крупномерных бревен на брусья и доски и шпальных кряжей па
шпалы и доски. Отечественная промышленность выпускает однопильные круглопильные станки ЦДТ6-4 и ЦДТ7. Механизм резания станков состоит из двух
пильных валов, на которых установлены в одной плоскости резания две дисковые пилы. Диаметр нижней пилы 1250 мм, верхней навесной 1000 мм.
Станки снабжены околостаночным оборудованием механизированной тележкой, перемещаемой по рельсовому пути, загрузочным устройством и пультом управления. На тележке расположены механизмы, при помощи которых
разворачивают и закрепляют бревна и выполняют продольную и поперечную
подачу на пилы. Тележка через систему барабанов и троса получает рабочий и
холостой ход. Загрузочное устройство служит для подачи бревен на тележку.
Оно состоит из поперечного цепного конвейера-накопителя, механизма поштучной выдачи бревен и привода. Работой станка и всех перечисленных механизмов управляет оператор-станочник с пульта управления.
Для уборки от станка брусьев, досок и горбылей устанавливают роликовые и ленточные конвейеры. Опилки падают через люк на цепной скребковый
конвейер, расположенный под станком.
119
Рис. 7.9. Схемы круглопильных станков для распиловки бревен и брусьев:
а – однопильный с подачей бревна на тележке; б – то же, с двумя пилами,
установленными в одной плоскости распила; в – многопильный с подачей бревна
цепью с упорами; г – многопильный с подачей брусьев вальцами
Двухпильные и многопильные станки для распиловки бревен предназначены для распиловки тонкомерных бревен. В качестве загрузочного устройства
на этих станках применяют продольные конвейеры, на цепь которых установлены упоры, толкающие бревна в торец. Для удержания бревна верхняя или
нижняя часть конвейера имеет форму желоба (рис. 7.9, в).
Круглопильные станки для распиловки брусьев и сегментов различают по
высоте пропила, ширине просвета, числу пил и мощности. Пилы механизма резания устанавливают подвижными и неподвижными блоками на одном пильном валу. Станки снабжены передним и задним роликовыми механизированными столами. Передний стол имеет кантователь, который ориентирует брус
для подачи в станок. Задний стол выполнен в виде разделительного устройства.
Пример плана лесопильного цеха, предназначенного для распиловки тонкомерного сырья, оборудованного круглопильными станками, приведен на
рис. 7.10.
120
Бревна по бревнотаске 1 поступают на первый круглопильный станок 3,
на котором они брусуются. После чего двухкантные брусья перемещаются на
второй круглопильный станок 6, где распиливаются на доски. Обрезные доски
передаются после предварительного торцевания на станке проходного типа 9 на
сортировочное устройство. Необрезные доски от круглопильных станков поступают на обрезной станок 7 и далее на торцовочные 9 и сортировочные устройства.
Рис. 7.10. План лесопильного цеха с головными многопильными
круглопильными станками:
1 – бревнотаска; 2 – конвейер загрузочный; 3 – круглопильный четырехпильный
станок; 4 – цепные конвейеры для перемещения подгорбыльных досок и горбылей;
5 – ленточные конвейеры; 6 – многопильный круглопильный станок для распиловки бруса;
7 – обрезной станок; 8 – конвейеры для досок; 9 – торцовочные станки проходного типа
121
ГЛАВА 8
ТЕХНОЛОГИЯ КЛЕЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ
8.1. Виды клееных материалов
К основным видам древесных материалов, изготовленных склеиванием,
относятся фанера, плиты различных видов, древесные пластины, гнуто-клееные
заготовки из шпона, клееная массивная древесина.
Фанера клееная (ГОСТ 3916). По объему производства является основной
продукцией, вырабатываемой на основе склеивания, что объясняется широким
применением фанеры как конструктивного, строительного и поделочного материала во всех областях народного хозяйства.
Фанера называется продольной, если волокна в лицевых слоях направлены вдоль длинной стороны, в противном случае – поперечной.
Фанера из древесины как твёрдых, так и мягких пород выпускается нескольких типов и сортов, которые различаются назначением, сроком службы,
внешним видом и стоимостью.
По предназначению – строительная, промышленная, упаковочная, мебельная, и конструкционная.
По видам фанеру часто разделяют на два популярных вида — ФК (фанера, получаемая при приклеивании шпона КФС). Обладая меньшими водостойкими характеристиками, ФК используется преимущественно при внутренней
отделке помещений, в мебельном производстве, при изготовлении деревянной
тары, при работе с конструкциями внутри помещения и ФСФ (фанера, изготавливаемая с применением ФФС, она характеризуется относительно высокой износоустойчивостью, механической прочностью и высокой водостойкостью.
ФСФ — один из самых популярных видов фанеры, используется в строительстве, производстве, кровельных работах).
А также выделяют такие виды фанеры:
ФБА – листы проклеены натуральным альбуминоказеиновым клеем. Преимущество фанеры ФБА в том, что она является экологически чистым строительным материалом, но ее небольшая влагостойкость ограничивает применения этой марки.
122
ФБ (фанера, пропитанная бакелитовым лаком). Этот вид обладает максимальной сопротивляемостью воздействию агрессивной среды и может использоваться в условиях тропического климата, при повышенной влажности и даже
под водой.
БС (фанера, пропитанная бакелитовым клеем, С – спирторастворимым).
Эта фанера обладает фантастическими свойствами – сверхвысокой прочностью,
стойкостью к агрессивным средам, гибкостью, упругостью, водонепроницаема,
не гниет, не раскисает. Ее ещё называют авиационная фанера за то, что раньше
использовалась только в авиа- и судостроении.
БВ (фанера, пропитанная бакелитовым клеем, В – водоорастворимый).
Эта фанера обладает теми же свойствами, что и предыдущая, за исключением
влагостойкости, т.к. клей, применяемый при склеивании слоев – водорастворим.
По типу обработки – ламинированная.
По внешнему виду (определяется количеством сучков на квадратный
метр поверхности наружного слоя шпона): E (элита), I, II, III, IV.
По виду обработки поверхностей:
НШ – нешлифованная фанера;
Ш1 – материал, шлифованный с одной стороны;
Ш2 – материал, шлифованный с двух сторон.
Широкая и многообразная область применения фанеры обусловлена многими ее преимуществами по сравнению с массивной древесиной: значительной
прочностью в продольном и поперечном направлениях при малом объемном
весе, возможностью изготовлять листы больших размеров по площади при
сравнительно малой толщине, легкостью придания определенной формы и т.д.
Клееная фанера является очень эффективным материалом. Каждый кубометр ее
в мебельном, деревообрабатывающем, тарном и др. производствах заменяет
3…4 м3 пиломатериалов.
Клееная фанера представляет собой плоский лист, состоящий из склеенных между собой трех или более листов преимущественно лущеного шпона, с
взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях. Фанера
может состоять из четного или нечетного числа слоев шпона. При четном числе
слоев центральная ось симметрии проходит через слой клея, что уменьшит
прочность соединения, так как скалывающие напряжения, которые возникают
123
при изгибе, имеют максимальное значение по клеевому слою, уступающему
древесине по прочности.
Листы фанеры могут быть толщиной 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 9; 10 и 12 мм.
Листы фанеры толще 12 мм называются фанерными плитами. По формату фанеру выпускают обычной (1525х1525, 1525x1475, 1525х1350, 1525х1270,
1525х1220, 1475x1475, 1270х1270, 1220х1220) и большеформатной (1830х1525,
2440х1220, 2500х1250, 3050х1525, 3000х1500.)
Плиты столярные (ГОСТ 13715-78) представляют собой сплошной массивный или полый деревянный щит разной конструкции, оклеенный с 2-х сторон лущеным, строганым шпоном и др. Основная часть столярной плиты – щит,
разновидности конструкции которого явились следствием применения плит для
разных назначений, например, в мебельной промышленности, судостроении,
вагоностроении и строительстве.
Щит сплошной массивный изготавливается из сухих реек или лущеного
шпона, оклеенного с двух сторон не менее чем двумя листами лущеного шпона.
Рейки в щите могут быть собраны всухую (без клея) или склеены белковыми
или синтетическими клеями. Отсюда следуют типы столярных плит: НР – несклеенных реек; СР – склеенных реек; БР – досок, склеенных в блок с последующей их распиловкой на реечные блоки.
Обычно щиты изготавливают из древесины сосны, ели и др. хвойных пород. Для рубашек применяют лущеный шпон из древесины березы, ольхи, липы
и др. лиственных пород. Для облицовки – строганый шпон дубовый, ореховый,
ясеневый, буковый.
Сорт столярных плит по качеству древесины и обработки регламентируется ГОСТами. Размеры столярных плит: 2500…1525 – длина, 1525…1220 –
ширина, толщина – 16, 19, 22, 25 и 30 мм.
Щит полый представляет собой специальную конструкцию в обкладке из
массива древесины. Это гофрированный картон, ячеистая конструкция из бумаги, поставленная на ребро, вспененные полимерные материалы и др.
Плиты с полым щитом в отличие от плит с массивным щитом требуют
пониженного удельного расхода древесины и имеют меньший вес.
При изготовлении необлицованных плит щит оклеивают с обеих сторон
двумя слоями лущеного шпона. Оба слоя (наружный и подслой) должны располагаться по направлению волокон перпендикулярно щиту и быть из древесины
124
одной породы и толщины. Суммарная толщина слоев шпона должна быть не
менее 3 мм.
Древесностружечные плиты (ДСтП) (ГОСТ 10632-2007, европейский
стандарт EN312) – это листовой материал, получаемый методом горячего прессования древесных частиц, смешанных с синтетическими смолами. Производство ДСтП базируется на широком использовании древесных отходов и низкокачественной древесины, следовательно, оно имеет большое значение в комплексном, рациональном использовании сырья.
ДСтП находят широкое применение в мебельном производстве, строительстве и других отраслях народного хозяйства. Эти плиты хорошо обрабатываются и отличаются однородностью свойств в различных направлениях по
плоскости.
Классифицировать ДСтП можно следующим образом:
1. По способу прессования различают: плиты плоского прессования, когда давление направлено перпендикулярно плоскости плиты, и плиты экструзионного прессования (способ выдавливания) – давление направлено параллельно
плоскости плиты.
При первом способе стружка ложится параллельно пласти плиты. Эти
плиты имеют большую прочность на растяжение параллельно плоскости плиты. При водопоглощении – значительно разбухают по толщине.
При производстве ДСтП вторым способом стружка располагается перпендикулярно плоскости плиты. ДСтП имеют низкую механическую прочность
в направлении плоскости плиты, разбухание по толщине ничтожно мало, зато
увеличение по длине и ширине больше, чем у плит плоского прессования.
2. По конструкции плиты плоского прессования делятся на однослойные,
трехслойные и многослойные.
В однослойных плитах размерный состав древесных частей однообразен
по сечению. Характерна простота изготовления и невысокое качество поверхности.
В трехслойных и многослойных плитах размер древесных частиц постепенно возрастает от поверхности к середине плиты. Такая конструкция обеспечивает хорошее качество поверхности, повышает прочность при изгибе, однако
наличие резкой границы между слоями приводит к расслоению.
3. По физико-механическим показателям – на марки П-А и П-Б.
125
4. По качеству поверхности – на I и II сорта.
5. По виду поверхности – с обычной и мелкоструктурной (М) поверхностью;
6. По степени обработки поверхности – на шлифованные (Ш) и нешлифованные;
7. По гидрофобным свойствам – с обычной и повышенной (В) водостойкостью;
8. По содержанию формальдегида – на классы эмиссии Е-1 – допускаемый содержание свободного формальдегида не более 8 мг, Е-2 от 8 до 30 мг
формальдегида нам 100 г веса питы.
В качестве связующего используются в основном КФС и ФФС. Плиты на
основе фенолоформальдегидных клеев обладают повышенной атмосферостойкостью (температурно-влажностное воздействие) по сравнению с плитами на
карбамидоформальдегидных клеях.
ДСтП повышенной атмосферо-, огне- и биостойкости изготавливаются на
минеральных вяжущих, в том числе на каустическом магнезите. Плотность
этих плит 1150…1300 кг/м3.
ДСтП хорошо обрабатываются, окрашиваются, склеиваются с древесиной, металлами.
ДСтП выпускают толщиной 3 мм и более с градацией 1, длиной 1830,
2040, 2440, 2500, 2600, 2700, 2750, 2840, 3220, 3500, 3600, 3660, 3690, 3750,
4100, 5200, 5500, 5680, предельное отклонение ±5,0 мм, шириной 1220, 1250,
1500, 1750, 1800, 1830, 2135, 2440, 2500, предельное отклонение ±5,0 мм.
Плиты с ориентированным расположением стружки (OSB) изготавливают из крупноразмерной, узкой и длинной стружки (стренды), которые при
формировании ковра располагаются в одном направлении (однослойные питы)
и с перекрестной ориентацией частиц (трехслойные). Эти плиты составляют
серьезную конкуренцию строительной фанере благодаря высокому качеству
плит и из-за высокой стоимости клееной фанеры.
Европейский стандарт (EN 300) различает четыре типа плит OSB:
OSB/1 – плиты общего назначения, пригодные для использования в интерьере, в том числе в изделиях мебели;
OSB/2 – плиты конструкционные для использования внутри помещений;
OSB/3 – плиты конструкционные, влагостойкие;
126
OSB/4 – плиты конструкционные, повышенной прочности и влагостойкости.
Плиты конструкционные используются для сооружения стен, полов и перекрытий, а также строительных балок.
Плотность плит OSB составляет, как правило, 610-670 кг/м3. Плиты выпускают форматом 1220x2440 мм, 1220x3600 мм, 915x1830 мм, от 6 до 38 мм.
Наиболее востребованы плиты толщиной 10-18 мм.
Основной областью применения плит OSB является строительство и отделка интерьеров, поэтому основным связующим являются фенолоформальдегидные смолы, которые в сочетании с парафином дают материал высокой водостойкости. В Европе применяют и меламиновые связующие – для
плит, используемых в мебельном производстве, в изготовлении упаковок и других целей.
Древесноволокнистые плиты (ДВП) (европейский стандарт EN 622) –
листовой материал, изготавливаемый путем горячего прессования или сушки
массы из древесного волокна, сформированной в виде ковра. Сырьем служат
отходы лесопиления и деревообработки, технологическая щепа и дровяная древесина. Для улучшения эксплуатационных свойств в массу добавляют упрочняющие вещества (синтетические смолы), гидрофобизаторы (парафин, церезин), антисептики и др.
Исходя из особенностей производства, различают: плиты, изготовленные
мокрым способом производства (ГОСТ 4598-86) и плиты, изготовленные сухим
способом.
По твердости различают ДВП сверхтвёрдые, твёрдые, полутвёрдые, мягкие и MDF.
По внешнему виду твердые и полутвердые плиты могут быть односторонней гладкости (при мокром способе производства) и двухсторонней гладкости (при сухом способе производства).
По виду лицевой поверхности − с необлагороженной лицевой поверхностью; с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы (С); с подкрашенным лицевым слоем (П); с подкрашенным лицевым слоем из тонкодисперсной
древесной массы (СП); с рельефным рисунком (фактурная поверхность); с профилированной поверхностью.
127
По виду отделки плиты могут быть с эмалевым покрытием, облицованные синтетическими пленками и т.п.
По механической обработке различают плиты шлифованные и нешлифованные, а также рустованные с продольными и поперечными канавками; перфорированные с круглыми или щелевидными отверстиями.
По специальным свойствам плиты могут быть огнестойкими, биостойкими, атмосферостойкими, звукопоглощающими.
По назначению ДВП делятся на плиты общего назначения; для изготовления деталей к автомобилям; для покрытия полов; для устройства санитарнотехнических кабин и др.
Наибольшее распространение получили плиты мокрого и сухого способов производств.
В зависимости от прочностных характеристик плит их широко применяют в деревянном домостроении, как в качестве конструкционного материала,
так и звуко- и теплоизоляционного материала, в автомобилестроении, в производстве мебели.
Плиты древесноволокнистые средней плотности (MDF) (ТУ 5536-02600273643-98, европейский стандарт EN622-5) – сравнительно новая продукция
среди твердых древесных листовых материалов. Плиты MDF получают сухим
способом. Структура таких плит более плотная и отличается равномерностью
по всей толщине плиты, что позволяет получать из MDF мебельные детали с
профильными кромками или фрезеровать на пласти детали рельефный рисунок
любой сложности.
По физико-механическим свойствам плиты MDF делятся на две марки –
ПСП-А и ПСП-Б. По содержанию формальдегида – на классы токсичности Е-1
и Е-2. По качеству поверхности на сорта – 1 и 2. Наибольшим спросом пользуются плиты толщиной 10-30 мм – как конструкционный материал для мебели.
Типовой размер для российских плит 2440x1830 мм.
Слоистые древесные пластики (ДСП) (ГОСТ 13913—78) представляют
собой слоистый материал, изготовленный из листов лущеного шпона, пропитанных феноло- или крезолоформальдегидными смолами и склеенных между
собой в процессе термической обработки под высоким давлением.
128
ДСП предназначены для изготовления втулок и вкладышей подшипников, червячных передач, зубчатых колес и др. Основная область применения –
машиностроение.
Древеснослоистые пластики ДСП изготовляют следующих марок: ДСПА, ДСП-Б; ДСП-Б-э; ДСП-Б-м; ДСП-Б-т; ДСП-Б-о; ДСП-В; ДСП-В-э; ДСП-В-м;
ДСП-Г; ДСП-Г-м.
Буквы А-Г расшифровывают следующим образом: А – волокна древесины шпона во всех слоях имеют одинаковое направление; Б – каждые 8-12 слоев
с одинаковым расположением волокон чередуются с одним слоем с перпендикулярным направлением волокон; В – направление волокон в смежных слоях
шпона взаимно перпендикулярно; Г – смежные слои смещены на 45°; «э», «м»,
«т», «о» определяют назначение материала: электроизоляционные детали; самосмазывающиеся антифрикционные детали; предназначен для текстильной
промышленности; конструкционный и антифрикционный материалы соответственно.
Размеры цельных листов и плит древесных слоистых пластиков, мм, следующие: длина 700; 750; 1150; 1200; 1500; ширина 750; 950; 1200; 1500; предельные отклонения ±10; толщина 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10 и 12
с предельными отклонениями для разных толщин от ±0,2 до ±1,5. Для изготовления древеснослоистых пластиков используют, как правило, березовый лущеный шпон по ГОСТ 99-75.
Физико-механические характеристики древеснослоистых пластиков значительно выше, чем прессованной древесины. Для плит цельных разных марок
толщиной более 15 мм плотность находится в пределах 1230...1300 кг/м3, влажность 6...10 %. Предел прочности при растяжении вдоль волокон 127...265 МПа.
Предел прочности при статическом изгибе вдоль волокон в пределах
176...294 МПа.
Гнутоклееные заготовки из шпона – это слоистый материал, которому в
процессе склеивания придают требуемую форму.
Гнутоклееные заготовки разделяются на два основных вида: прямолинейной формы и криволинейной, могут быть замкнутые, симметричные и несимметричные.
129
Для повышения эстетических свойств изделий заготовки облицовывают
строганым шпоном, пленками на основе бумаги и другими листовыми материалами.
Использование клееных заготовок дает возможность снизить расход древесины за счет большего полезного выхода в 2-3 раза, сократить число операций механической обработки, сборки, иногда совместить склеивание с отделкой.
Клееные прямоугольные заготовки – плиты специального назначения,
склеенные из специально раскроенного шпона.
Криволинейные заготовки с кривизной любого радиуса представляют собой материал, изготовленный из шпона толщиной 0,55…2,2 мм, склеенного
синтетическими смолами в процессе горячего склеивания с одновременным
гнутьем.
8.2. Сырье и клеи
Эксплуатационные требования к клеям – способность склеивать и прочно
удерживать склеенные материалы. Первое свойство оценивается адгезией к
древесине, то есть связью между клеем и подложкой. Второе – когезией, то есть
связью между частицами внутри данного клея. К эксплуатационным требованиям относятся также водостойкость, влагостойкость (атмосферостойкость),
биостойкость, термостойкость, эластичность, нейтральность к древесине (не
разрушать ее), долговечность.
Клей – вещество, способное при определенных условиях переходить в
твердое состояние, прочно удерживая при этом соединенные материалы.
В деревообрабатывающей промышленности применяются в качестве
клеевых веществ высокомолекулярные соединения природного и синтетического происхождения.
К природным соединениям относятся: целлюлоза, каучуки, глютин, получаемый из подкожного слоя, костей и хрящей животных, казеин, получаемый
из молока, и альбумин, – из крови животных. Эти клеи являются клеями животного происхождения, еще их называют белковыми.
К синтетическим полимерам относятся синтетические смолы. По способу
получения они делятся на две основные группы.
130
Конденсационные образуются в результате реакции поликонденсации не
менее двух химических веществ. Это карбамидоформальдегидные смолы
(КФС), фенолоформальдегидные (ФФС), меламиноформальдегидные, карбамидомеламиноформальдегидные, резорциноформальдегидные.
Полимеризационные образуются в результате реакции полимеризации
одного или нескольких веществ мономеров. Это поливинилацетатная дисперсия, полихлорвинил, синтетические каучуки.
Наибольшее распространение в деревообрабатывающей промышленности
получили карбамидоформальдегидные смолы и клеи на их основе.
Эти клеевые соединения неустойчивы к одновременному воздействию
тепла и влаги, поэтому не применяются при эксплуатации в атмосферных условиях. Наиболее распространенными являются следующие марки смол: КФ-О;
КФ-Ж; КФ-Б; КФ-БЖ; малотоксичные КФ-01, КФ-02, КФ-НФП, СК-75, КФМТ-15 КП.
Карбамидоформальдегидные жидкие смолы имеют ограниченный срок
хранения, так как в них не прекращается процесс конденсации, приводящий к
повышению вязкости, поэтому существуют порошкообразные смолы, которые
получают высушиванием жидких в определенных условиях до твердого состояния. Они значительно дольше сохраняют свою жизнеспособность, удобны
при транспортировке, приготовление клеев не вызывает затруднений. Высушивание производится путем распыления смолы в потоке горячего воздуха. Срок
хранения 2-3 года.
Наиболее распространенный тип клеев на основе карбамидоформальдегидных смол – двухкомпонентные: смола и отвердитель.
Клеи холодного отверждения приготавливаются с использованием растворов кислот (щавелевой, ортофосфорной и др.). На 100 массовых частей
(м.ч.) смолы берется от 4 до 10 м.ч. кислоты (5…10 % раствора), то есть количество отвердителя устанавливается для каждой партии смолы.
Для горячего отверждения чаще всего используют хлористый аммоний
(NH4Cl) в соотношении смолы к отвердителю в м.ч. 100 : 1. При взаимодействии формальдегида с NH4Cl образуется соляная кислота, что вызывает увеличение кислотности. При концентрации водородных ионов 2,5…4,0 происходит
желатинизация клея. Чтоб предотвратить преждевременное отверждение клея 131
на участке подпрессовки и на начальном этапе прессования в клеевой поток добавляют карбамид.
Фенолоформальдегидные смолы обеспечивают получение наиболее прочных и водоупорных клеевых соединений, способных переносить переменные
воздействия температуры и влажности.
Вместе с тем отметим недостатки: высокая стоимость сырья, повышенная
токсичность, темный цвет клеевого шва и др.
В зависимости от назначения фенольные смолы могут быть клеящие и
пропитывающие. Клеящие смолы из-за высокой стоимости сырья изготавливают раздельно для горячего и холодного склеивания.
Наибольшее применение получили следующие марки смол для горячего
склеивания:
СФЖ-3011 – смола высокотоксичная, водорастворимая обеспечивает получение клеевых соединений высокой прочности и водостойкости. Используется как однокомпонентный клей, то есть не требует отвердителя. Обязательно
подсушивание клеевого слоя после нанесения на склеиваемую поверхность.
СФЖ-3013 – смола водорастворимая, ограниченной токсичности, используется для склеивания фанеры ФСФ повышенной водостойкости без подсушки
намазанных серединок шпона. Клей на основе смолы СФЖ-3013 многокомпонентный.
СФЖ-3014 – водорастворимая, атмосферостойкая, предназначена для
производства ДСтП и ДВП.
С-50 – водорастворимая, отличается низкой вязкостью и высоким содержанием свободного фенола. Используется как пропиточная для изготовления
специальной клеящей пленки.
СБС-1 – (лак бакелитовый) спирторастворимая. Ее применяют при изготовлении бакелизированной фанеры и древеснослоистого пластика, а также для
производства пленочного клея (бакелитовой пленки).
В состав многокомпонентных клеев входят наполнители и ускорители.
Наполнители – мел, древесная мука, лигнин, пшеничная мука и др. Ускорители
– параформ, резоцин, уротропин, резорциноформальдегидная смола Р-1. Едкий
натр уменьшает содержание свободного фенола.
Пленочные фенольные клеи (пленка бакелитовая) изготавливаются на основе пропиточных смол С-50, СБС-1 и бумаги. Бакелитовая пленка представля 132
ет собой сульфатную бумагу толщиной 30…40 мкм, массой 1 м2 – 18…22 г,
пропитанную смолой С-50. Для изготовления пленочного клея бумагу пропитывают смолой на пропиточной машине и подсушивают в сушильном агрегате
для удаления влаги и частично летучих веществ. Поликонденсация клея при
этом углубляется, но он сохраняет клеящие свойства, растворимость и способность плавиться при повышенной температуре.
Фенолоформальдегидные смолы холодного отверждения отличаются более высоким содержанием сухих веществ, повышенными вязкостью и содержанием свободного фенола и формальдегида. Они применяются для склеивания
при нормальной температуре и с подогревом массивной древесины.
Для отверждения этих смол необходим отвердитель – керосиновый контакт или бетанафталинсульфокислота, наполнители – древесная мука, лигнин.
Марки смол холодного отверждения: СФЖ-309; СФЖ-3016; СФЖ-3015,
ВИАМ Ф-9. На 100 м.ч. смолы – 20…25 м.ч. отвердителя.
Меламиноформальдегидные и карбамидомеламиноформальдегидные смолы соединяют в себе положительные свойства карбамидных и фенольных смол.
Обладают способностью переходить в нерастворимое и неплавкое состояние,
высокой водо-, свето-, тепло- и химической стойкостью. Имеют минимальную
продолжительность желатинизации при температуре больше 100 оС, дают бесцветный клеевой шов, обладают меньшей, чем у фенольных смол, токсичностью.
Но широкому применению меламиноформальдегидных смол препятствует высокая стоимость исходного продукта – меламина.
Марки:
МС – меламиноформальдегидная смола, используется при производстве
водостойкой фанеры. В связи с высокой стоимостью и ограниченным сроком
хранения смола МС практически не применяется.
МП – меламиноформальдегидная смола используется для пропитки сульфитной бумаги, декоративной бумаги, применяемой для отделки древесных
плит и фанеры.
ММС – карбамидомеламиноформальдегидная смола отличается более
высокой водостойкостью по сравнению с карбамидной смолой и в то же время
является более дешевой, чем чистые меламиновые смолы. Клей на основе этой
133
смолы пригоден для склеивания в поле ТВЧ, для склеивания фанеры повышенной водостойкости.
Смола ММП – карбамидомеламиноформальдегидная смола, (водная)
пропиточная смола, предназначена для отделочной пленки, а также для пропитки текстурной и кроющей бумаги, применяемых в производстве декоративной фанеры.
ММПК – карбамидомеламиноформальдегидная (безводная) смола, используется для пропитки декоративной бумаги и бумаги-основы, применяемых
для отделки древесных плит и фанеры.
Резорциноформальдегидные смолы можно применять для получения клеев горячего и холодного склеивания. По своим адгезионным свойствам, водостойкости, стойкости к атмосферным воздействиям, биологической стойкости
резорциноформальдегидные клеи отвечают высоким требованиям, предъявляемым в производстве фанеры повышенной водостойкости, строительных деревянных конструкций, лыж и других видов клееной продукции. Однако в связи с
высокой стоимостью резорцина их применение ограничено, экономически выгоднее использовать резорциновые смолы в качестве добавок к фенолоформальдегидным смолам в качестве ускорителей отверждения. Примером является водорастворимая резорциноформальдегидная смола Р-1.
В связи с высокой стоимостью и дефицитностью резорциновых смол в
последнее время нашли применение менее токсичные и более дешевые фенолоалкилрезорциновые и алкилрезорциновые смолы – ФР-12, ФР-100, ФРФ-50,
ДФК-1АМ, ДФК-14.
Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) – водная дисперсия поливинилацетата – жидкость белого цвета, состоящая из мелких частиц поливинилацетата размером 1…3 мкм, растворенных в воде. При концентрации ПВАД 50 %
концентрация водородных ионов равна 4,5…6.
ПВАД обладает высокой клеящей способностью, химической нейтральностью, быстро затвердевает при нормальной температуре и может склеиваться
при минимальном давлении. Клеевой шов не затупляет режущий инструмент.
Максимальная прочность достигается при 100 м.ч. ПВАД на 8…10 м.ч.
пластификатора.
134
Недостатками ПВАД являются размягчение клеевого шва под воздействием влаги и при температуре менее 40 оС, возникновение явления текучести
под действием длительной нагрузки.
Кроме этого в состав клеев вводятся вещества придающие им особые
свойства. Такими компонентами являются: наполнители гидрофобные добавки,
антисептики, антипирены, упрочняющие добавки, пропитывающие составы,
эмульгаторы, осадители.
8.3. Технология изготовления лущеного шпона. Оборудование
Сырьем для изготовления шпона и фанеры служат кряжи и их отрезки
(чураки), отвечающие определенным размерным и качественным требованиям.
Для клееной фанеры применяются чураки длиной от 0,8 до 3,2 м, а для
строганого шпона – от 1,5 м и выше.
Размеры поперечного сечения сырья принципиального значения не имеют. Минимально допустимый размер обуславливается экономической целесообразностью разработки сырья, а максимально допустимый – размерами оборудования. Принято использовать сырье диаметром от 18 см и выше, для строганого шпона – 22…26 см и выше.
Качественные требования сводятся к ограничению как пороков древесины (сучков, ненормальной окраски и гнилей, трещин, червоточин и т.д.), так и
дефектов формы (в первую очередь кривизны).
Применяют следующие породы древесины:
– для изготовления клееной фанеры – березу, ольху, бук, липу, осину, сосну, ель, кедр, пихту, лиственницу;
– для изготовления древесных слоистых пластиков – березу;
– для изготовления строганого шпона – дуб, бук, орех, клен, ясень, карагач, каштан, чинар, бархат, яблоню, грушу, тополь, черешню, белую акацию,
березу, ольху.
Заготовка, доставка и хранение сырья (кряжей) на фанерных предприятиях производятся способами, аналогичными уже рассмотренным. Подготовка
сырья к производству шпона заключается в разделке кряжей на чураки, гидротермической обработке и окорке.
135
Разделка кряжей на чураки
Существует три способа разделки: по наибольшей массе, по наибольшему
качественному выходу и комбинированный. Целью первого способа является
получение из каждого кряжа чураков, имеющих наибольшую кубатуру, независимо от их качества. При разделке по второму способу задаются целью получить высокосортные чураки, не считаясь с объемным выходом. Оба эти способа
в чистом виде не применяются. Целесообразным является комбинированный
способ, в основу которого положено получение максимальной массы при сохранении наибольшего качественного выхода.
Поперечное распиливание сырья состоит из двух, обычно совмещенных
на практике операций – разметки кряжей и распиловки их на чураки.
Разметка заключается в определении на кряже линий пропила с учетом
вырезки дефектных мест, чтобы получить наибольшее количество лучших по
качеству чураков при наименьших потерях древесины.
Распил должен производиться при строгом соблюдении перпендикулярности плоскости реза к оси ствола и правильности длины чурака.
Кряжи в зависимости от размеров распиливают на круглопильных балансирных (ЦПС-710 (Россия) (рис. 8.1)) и маятниковых станках (ЦМЗ, ЦМЭ-2,
ЦМЭ-3К (Россия) (рис. 8.2)), поперечнопильных станках с возвратнопоступательным движением пил или цепными пилами.
Существует станок «лисий хвост» с возвратнопоступательным движением пилы, применяемый для
разделки сырья диаметром от 70 до 150 см. Рис. 8.1. Комбинированная
балансирная циркульная пила ЦПС – 710
Общие потери древесины при разделке кряжей на чураки составляют
1-3 % в зависимости от породы древесины.
136
Рис. 8.2. Маятниковый круглопильный
станок ЦМЭ-3К
Производительность
круглопильных
станков в чураках в смену (А, чур./см) определяется по формуле:
А=
T ⋅U ⋅ КМ ⋅ К Д
ДЧ ⋅ n
,
(8.1)
где
Т – продолжительность смены, мин;
U – скорость подачи пилы, м/мин;
КM – коэффициент использования машинного времени;
КД – коэффициент использования рабочего времени;
ДЧ – диаметр чурака, м;
n – среднее число пропилов на один чурак.
Кряжи разделываются на чураки с припуском по длине на обработку.
Для получения фанеры размером 1525х1525 мм заготавливают чурак
длиной 1600 мм, то есть с припуском 75…80 мм.
Гидротермическая обработка древесины.
В процессе лущения и строгания шпона в нем возникают растягивающие
напряжения поперек волокон, величина которых может определяться по формуле ( , МПа):
σ =
где
E⋅S
2R
,
(8.2)
Е – модуль упругости шпона поперек волокон древесины;
S – толщина шпона;
R – радиус чурака.
Технология резания рассматривается как процесс получения тонкого слоя
древесины, который должен быть плотным и гладким (не иметь трещин).
137
В процессе резания снимаемый слой изгибается, изменяя первоначальную
форму, в результате чего на левой растянутой стороне шпона возможны трещины.
Чтобы избежать трещин, искусственно усиливают деформативность древесины. Для этого чураки и ванчесы подвергают гидротермической обработке
(увлажнение и нагрев).
Чем больше влажность древесины, тем больше ее пластичность. Сухая
древесина обладает значительной хрупкостью.
Нагревание древесины (до определенного предела) придает волокнам хорошие пластические свойства. Высокие температуры действуют отрицательно
на качество шпона, так как вследствие сильного размягчения волокон при резании возникает «ворсистость» поверхности.
Рекомендуемая температура для нагрева древесины перед лущением и
строганием:
Береза, бук, ольха – 20…30 оС,
Липа, осина –
15…20 оС,
Красное дерево –
30…40 оС,
Ель –
20 оС,
Сосна –
40 оС,
Лиственница –
50 оС,
Ясень –
50 оС.
Гидротермическую обработку можно производить нагревом в воде: провариванием или пропариванием.
Проваривание производится в горячей или теплой воде в специальных
бассейнах (открытых и закрытых), оборудованных механизмами для загрузки и
выгрузки чураков (рис. 8.3). Этот способ прост и не требует больших затрат на
его организацию, применяется главным образом для лущения.
Пропаривание применяется в основном при изготовлении строганого
шпона, когда варка недопустима из-за изменения цвета древесины. Пропаривание производят в автоклавах, парильных камерах и ямах.
Гидротермическую обработку перед лущением можно производить по
мягкому и жесткому режимам.
Мягкий – температура 35…40 оС, продолжительность нагрева 2…3 суток,
жесткий – температур 70…80 оС, продолжительность нагрева 2…15 часов.
138
Рис. 8.3. Бассейн с консольно-козловым краном для прогрева чураков:
1 – сбрасыватель; 2 - загрузочный конвейер; 3 – накопитель кряжей; 4 – крышка;
5 - грейферный захват; 6 – разделительная тумба; 7 – стена; 8 – кран; 9 – передвижной
перегрузчик; 10 – разгрузочный конвейер
Гидротермическую обработку перед строганием производят в течение
более длительного времени: температура насыщенного пара 120…130 оС, продолжительность обработки 4…10 часов.
Продолжительность гидротермической обработки вообще зависит от
диаметра чурака, породы древесины, температуры нагревающей среды, начальной и конечной температуры древесины.
Окаривание – снятие коры с чураков перед лущением предохраняет режущий инструмент от затупления и порчи, уменьшает его износ, а также повышает производительность лущильного станка.
Основными требованиями к процессу окаривания являются чистота и сохранение заболонной части древесины чурака (сниматься должна только кора и
луб).
Сырье окаривают на окорочных станках различного типа (ОК63-1Ф,
ОК80-1, 2ОК63-1 (Россия), Valon Kone VK-26 (Финляндия)) или на лущильных
станках упрощенной конструкции.
Часовая производительность роторных окорочных станков (А, м3/час) определяется по формуле:
A=
где V – объем кряжа среднего d, м3;
60VUKK 3
,
l
(8.3)
139
Kз – коэффициент загрузки станка;
L – длина кряжа, м.
Для окорки древесины твердых пород и больших размеров наиболее пригоден ручной электрифицированный фрезерный инструмент. Частота вращения
его ножевой головки 1500 мин-1. Максимальная толщина снимаемого слоя
15 мм.
Окаривание на лущильных станках осуществляется при отведенной линейке, то есть без обжима. Оно производится на специально выделенном для
этой цели лущильном станке, и дальше кряжи передают на другие лущильные
станки для переработки.
По такому методу окаривание совмещают с обрезкой до цилиндра. Получаемые неполноформатные листы шпона разделываются на гильотинных ножницах непосредственно у станка. Достоинствами данного способа являются
дополнительный отбор сырья в виде кусков, меньшая изнашиваемость (затупление) ножа, повышение производительности лущильных станков. Недостатком – увеличенный выход кусков при вторичной вставке чурака в лущильный
станок.
Второй метод заключается в том, что операцию окаривания совмещают
непосредственно с лущением на этом же станке, то есть окоренный чурак не
вынимают. Для предупреждения быстрого затупления ножа чураки предварительно тщательно промывают.
Лущение шпона – это процесс резания древесины, когда чураку сообщается вращательное движение, а режущему инструменту – поступательное в направлении оси вращения чурака. Процесс получения тонкой ленты подобен
разматыванию рулона бумаги (рис. 8.4). Скорость резания является величиной
переменной, так как число оборотов чурака постоянно, а диаметр чурака в процессе лущения уменьшается. Чурак зажимают между шпинделями станка путем
их осевого перемещения. Вращательное движение шпиндели получают от электродвигателя. Нож крепится на суппорте, движение которого осуществляется с
помощью механизма подачи. Максимальная длина обрабатываемого чурака
(ширина ленты шпона) зависит от расстояния между зажимными кулачками. У
современных станков оно в пределах 500…5000 мм. Наибольший диаметр обрабатываемых чураков зависит от высоты центров шпинделей над станиной. В
современных станках оно составляет 400…2000 мм.
140
Рис. 8.4. Схема лущения чурака
После разлущивания чурака остается отход в виде цилиндра, называемый
карандашом, диаметр которого зависит от диаметра зажимных кулачков. Для
уменьшения диаметра карандаша кулачки делают телескопическими. В начале
процесса лущения чурак зажимают наружными кулачками, имеющими диаметр
100…110 мм, а затем в конце процесса зажим осуществляют внутренними кулачками диаметром 55…65 мм.
Толщина шпона представляет собой величину подачи ножа на один оборот шпинделя. В последних моделях станков диапазон толщины может находиться в пределах 0,05…5 мм.
При свободном резании древесины на левой стороне шпона, обращенной
к чураку, возникают трещины и неровности.
Для их ликвидации применяют обжим шпона с помощью прижимной линейки, которая устанавливается так, чтобы создаваемое ей давление было направлено через режущую кромку ножа. При этом зазор между ножом и линейкой должен быть не меньше расчетной толщины шпона. Степень обжима
( , %) можно определить по формуле:
Δ=
S −S0
S0
100 ,
где S – расчетная толщина шпона, мм;
S0 – расстояние между ножом и прижимной линейкой, мм.
(8.4)
141
Для обеспечения требуемого качества шпона степень обжима должна
быть выдержана в пределах 10…30 % в зависимости от породы древесины,
толщины шпона и температуры чурака.
При разлущивании чурака выделяют четыре зоны (рис. 8.5):
Объем древесины в каждой зоне может быть охарактеризован следующими цифрами: зона рванины – 20…23 %; зона длинных кусков – 4…5 %; зона
полноформатного шпона – 57…59 %; зона карандаша – 15…17 %.
Рис. 8.5. Зоны лущения чурака:
1 – зона рванины, являющаяся следствием
неправильной формы чурака; 2 - зона длинных кусков,
являющаяся следствием неправильной установки чурака
между шпинделями станков;3 – зона полноформатного
шпона; 4 – зона карандаша
В случае лущения чурака на станке, оборудованном центровочным устройством, полезный выход (q, м3) может быть определен по формуле:
q=
где
πlч
4
(К
2
в
)
d ч2 − d к2 ,
(8.5)
dч – диаметр чурака, м;
dк – диаметр карандаша, м;
lч – длина чурака, м;
Кв – коэффициент выхода сырого шпона из чурака.
Объем чурака, оставшегося после лущения (qч, м3), определяется по фор-
муле:
qч =
πd к2
4
lч .
(8.6)
Объем рванины из одного чурака (Q, м3) определяется по формуле:
Q = qч-qш.п.-qк,
(8.7)
142
где qч – объем чурака, м3.
Выход шпона выражается в % от объема чурака:
p=
qш
100.
qч
(8.8)
Кусковой шпон, образующийся в начальной стадии лущения, используется для изготовления малоформатной фанеры или серединок полноформатной.
Минимальная длина отбираемых кусков 0,8 м, минимальная ширина – 0,13 м.
Правильная организация отбора кусков увеличивает выход шпона на 4…4,5 %.
В настоящее время наиболее широко применяются лущильные станки марок
ЛУ 17-4, ЛУ 17-10, СЛ-800, СЛ-1600 (Россия) (рис. 8.6); SF 2350 (Италия); Токио Плитвуд МК (Япония); MQW2314/35B2 (Китай).
Рис. 8.6. Лущильный
станок СЛ-1600
Шпон, получаемый при
разлущивании чурака, имеет
вид ленты, ширина которой
равна длине чурака, а длина зависит от диаметра чурака и толщины шпона.
На выходе из лущильного станка лента шпона разрезается на отдельные
ленты, ширина которых определяется из выражения:
В=Вф+Δо+Δу,
(8.9)
где Вф – ширина готового листа фанеры, мм;
Δ0 – припуск на обрезку (75…80) мм;
Δу – припуск на усушку в зависимости от породы древесины и размера
листа, мм.
Раскрой ленты шпона осуществляется на ножницах различных типов
(НФ-18; НФ-1803, СЛ-1700, APL финской фирмы «Raute»), снабженных уст 143
ройством для укладки листов шпона в стопу. Как правило, лущильный станок и
ножницы встраиваются в полуавтоматическую поточную линию: лущение –
рубка – укладка шпона (ЛУР 17-3 состоит из ЛУ 17-4 и НФ 18-3) (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Схема линии лущения и раскроя шпона
Сушка шпона
При склеивании шпон должен иметь влажность 6…12 %. Поэтому шпон
подвергают сушке сразу же после выхода из лущильного отделения.
В связи с малой толщиной шпона, напряжения, возникающие в нем, незначительны. Значит, сушку можно осуществлять по более жестким режимам,
чем пиломатериалы.
Существуют следующие способы подвода тепла к высушиваемому шпону: кондуктивный, конвективный, кондуктивно-конвективный и радиационный.
При кондуктивном способе тепло передается высушиваемому материалу
в результате его соприкосновения с нагретым телом. Этот способ сушки применяется в так называемых «дыхательных» прессах. Они периодически размыкаются для выхода пара и в настоящее время практически не используются.
При конвективном способе передача тепла осуществляется посредством
агента сушки: горячий воздух или топочный газ. Этот способ используется в
ленточных сушилках (камера, в которой циркулирует воздух). Шпон перемещается по проволочным лентам специального плетения, которым сообщается
движение от специального привода. Температура агента сушки 60…120 оС,
скорость движения воздуха 0,9…1,1 м/с, продолжительность сушки
20…90 мин.
144
При кондуктивно-конвективном способе передача тепла осуществляется
сразу двумя способами. По этому принципу работают роликовые сушилки –
камеры, внутри которых в несколько рядов по высоте располагаются ролики.
При радиационном способе тепловая энергия распространяется в среде в
виде электромагнитных колебаний в инфракрасном диапазоне. ИK-лучи способны нагревать поверхность древесины на 1-2 мм в глубину. На практике используют излучатели с температурой 130-250 °С.
Наиболее распространенными сегодня являются агрегаты комбинированной сушки, где основной тип теплопереноса – конвекционный с долей контактного нагрева. Это роликовые сушилки с паровым или газовым обогревом. Это
сушилки непрерывного действия, в которых листы шпона перемещаются от
сырого к сухому концу системой приводных парных роликов. По принципу
циркуляции агента сушки сушилки бывают с продольной, поперечной циркуляцией и с сопловым дутьем перпендикулярно плоскости листов шпона.
Паровые роликовые сушилки типа СУР (СУР-4, СУР-5 (Россия) (рис. 8.9),
«Raute» (Финляндия)) состоят из загрузочной этажерки с приводными роликами, восьми секций сушки, одной секции охлаждения и разгрузочной этажерки
из пяти плоских полок. Подачи шпона образована при помощи рядов парных
роликов, вращающихся в противоположных направлениях (рис. 8.8).
Рис. 8.8. Схема механизма подачи шпона в роликовой паровой сушке
типа СУР:
1 – листы шпона; 2 – верхние ведомые ролики; 3 – нижние приводные ролики;
4 – калориферы
Паровые сушилки с сопловым дутьем (СУР-8 (Россия), VMS«Raute»
(Финляндия)) являются разновидностью паровых сушилок. Они отличаются
тем, что тепло шпону передается не только от внешних калориферов, но и от
поверхности труб, вмонтированных в сопловые короба. Интенсивность сушки в
таких сушилках при прочих равных условиях возрастает в 2-3 раза по сравне 145
нию с интенсивностью сушки в сушилках с продольной и поперечной циркуляцией воздуха.
Рис. 8.9. Паровая роликовая сушилка СУР-4
Газовые роликовые сушилки (СРГ-25, СРГ-25М, СРГ-50 (Россия), YST480 «Raute» (Финляндия)) отличаются от паровых более высокой температурой
агента сушки (250…300 оС) благодаря применению смеси топочных газов с
воздухом. Для этого сушилки снабжаются топками, где сжигается твердое,
жидкое или газовое топливо, а топочные газы в смеси с атмосферным воздухом
непосредственно подаются в зону сушки. Поэтому в газовых сушилках отсутствуют калориферы, и при том же каркасе становится возможным сделать вместо пяти восемь этажей.
Ленточные (сетчатые) сушилки (паровая роликовая сушилка СуШЛ) используются в основном для сушки шпона в виде непрерывной ленты и устанавливаются в линии лущения-сушки-рубки-сортировки шпона. Преимущество
этого способа в том, что снижаются потери шпона при его рубке и транспортировке в сухом виде на 3…5 %, а трудозатраты сокращаются в 2…2,5 раза.
Контактные сушилки основаны на принципе передачи тепла шпону соприкосновением с нагретыми плитами. К сушилкам такого типа относится, в
первую очередь, дыхательный пресс (СУД-4, СУД-7 (Россия)).
Сушилка с шахматным расположением роликов занимает меньшую производственную площадь и позволяет сохранить производительность при меньших трудозатратах.
Продолжительность сушки зависит от температуры агента сушки, скорости циркуляции, толщины шпона, породы древесины, начальной и конечной
влажности шпона. Обычно температура агента сушки у паровых сушилок
146
80…150, у газовых – 160…300 оС; скорость движения воздуха 1,7…2,5 м/с;
продолжительность сушки 3…15 мин.
Производительность роликовых и ленточных сушилок (А, м3/смену) определяется по формуле:
A=
m⋅ n ⋅ L⋅ b⋅ S ⋅T
KП KЗ KВ ,
1000Z1
(8.10)
где m – число листов шпона на 1 этаж;
n – число этажей;
L – полная рабочая длина сушилки, м;
b – ширина сухого листа шпона;
S – толщина шпона, мм;
T – время работы сушилки в мин;
Кп – коэффициент, учитывающий переход от сушки шпона одного вида к
другому (Кп = 0,9 – 1,0);
Кз – коэффициент заполнения сушилки по длине, (Кз = 0,96 – 0,98);
Кв – коэффициент использования рабочего времени;
Z1 – продолжительность прохождения шпона через сушилку, мин.
После сушки шпон сортируется.
Сортировка шпона может осуществляться непосредственно у сушилок,
на транспортерах, перемещающих шпон к подстопным местам, а также на специально отведенных площадках. Для механизации операции рассортировки
стоп шпона, поступающих из сушилок, разработан сортировщик сухого шпона
СШ – 3. Применяются линии сортирования с автоматической оценкой качества
шпона с использованием фотодатчиков и встроенной ЭВМ. Система улавливает
темные места на листе шпона, определяет их количество, размеры, площадь и
сравнивает результат с эталонами, имеющимися в ее памяти, на основании чего
выносит решение о присвоении того или иного сорта.
Сортность шпона может быть повышена за счет починки. Операция выполняется на шпонопочиночных станках марки ПШ, ПШ – 2А, ПШ-2АМ
(рис. 8.10) и др. Починка заключается в вырубке из листа дефектов и вставки на
их место заплаток из здоровой древесины. Заплатка должна входить с натягом в
0,1…0,2 мм. 147
Рис. 8.10. Шпонопочиночный станок
ПШ-2АМ
Образующиеся в начале лущения куски
шпона целесообразно соединять в полноформатные листы методом сращивания (гуммированной лентой, клеевой нитью).
Для соединения полос шпона используются ребросклеивающие станки РС-5,
РС-7, РС-9, РСП-2 (Россия) и др.
8.4. Технология изготовления строганого шпона. Оборудование
Строганый шпон – тонкий слой древесины красивой текстуры и цвета.
Чаще всего его используют как облицовочный материал в производстве мебели.
В качестве сырья для производства строганого шпона обычно используют
породы с красивым цветом и текстурой. Это древесина тропических пород, а
также пород, произрастающих на территории России. Большинство тропических пород, используемых в производстве строганого шпона, произрастает в
Африке. В основном применяются: акажу (африканское махогони), сапели, сипо, косипо, тпама-эдинам, котибе, фрамире, дибету (африканский орех). Также
применяются древесные породы Индии, Вьетнама, Лаоса. Из отечественного
сырья используются: ясень, бук, дуб, клен, ильм, вяз, орех, каштан, чинара,
бархат, берест, тополь, береза, ольха, груша, яблоня, черешня, лиственница и
другие.
Строгание шпона, так же, как и лущение, представляет собой резание
древесины поперек волокон. Принципиальная схема процесса строгания приведена на рис. 8.11. Так же, как и при лущении, обжим шпона выполняется с помощью прижимной линейки. Толщина строганого шпона зависит от породы
древесины. Для рассеянно-сосудистых лиственных пород она равна 0,4; 0,6 и
0,8 мм (бук, орех, яблоня, груша, красное и лимонное деревья); для кольцесосудистых – 0,8; 1,0 мм (дуб, карагач, шелковица, каштан). Шпон из древесины
хвойных пород имеет толщину 0,8; 1,0 мм.
148
Рис. 8.11. Схема строгания
шпона: 1 – нож; 2– прижимная линейка;
3 – ванчес
Длина листов шпона от 550 мм и
выше. Ширина зависит от сорта: I сорт – не менее 120 мм, II сорт – не менее 80
мм, влажность шпона 8±2 %.
Поперечный раскрой бревен на кряжи выполняется по той же технологии,
что и распиловка бревен на чураки перед лущением.
Для производства строганого шпона отрезки кряжей должны быть ограничены как минимум двумя плоскими или параллельными поверхностями, являющимися базой и начальной поверхностью строгания.
Существует несколько способов продольного раскроя кряжей на ванчесы.
Выбор схемы раскроя диктуется размерами сырья, породой древесины и желаемой текстурой.
Сердцевина в строганом шпоне не допускается. Заболонную древесину,
имеющую светлую или ненормальную окраски, также удаляют.
Для разделки кряжей в продольном направлении применяют горизонтальные или вертикальные ленточные пилы и горизонтальные лесопильные рамы. Первые находят большее применение, так как обеспечивают высокую точность реза, чистоту пропила и дают возможность распиливать кряжи больших
диаметров. Также широко используются узкоспециализированные круглопильные станки фирмы «Angelo Cremona» (Италия), их отличительная особенность
– возможность поворачивать кряж на любой угол вокруг его продольной оси.
Гидротермическая обработка кряжей перед строганием рассмотрена нами
в разделе 8.3.
Строгание шпона производят на горизонтальных, вертикальных или наклонных шпонострогальных станках. На шпонострогальные станки ванчесы
подают при помощи мостовых кранов (или тельфера по монорельсу).
В настоящее время горизонтальные станки устаревших моделей (FMM3100, FMM-4000, DK-4000 и др.) постепенно заменяют на горизонтальные
149
станки с кривошипно-шатунным механизмом - DKV-3000, DKV-4000 (ЧССР),
наклонные - TN28, TN35, ТА40 (Италия), а также станки вертикального типа
SM/36, SM/40, SМ/46, SМ/52 (ФРГ). Получают распространение шпонострогальные станки фирм «Angelo Cremona» (Италия), Grenzebach-BSH (Германия),
марки MZQ 200; 250 фирмы «Ками-Станкоагрегат» (Россия) и др. (рис. 8.128.14)
Шпонострогальные станки Capital Machine Co. Inc. (США) спроектированы специально для производства тонкого шпона, они способны производить
самый тонкий шпон в мире – толщиной 0.005" (0,127 мм). Максимальная толщина шпона может доходить до 0.250" (6,35 мм).
Рис. 8.12. Схема работы горизонтального шпонострогального станка:
1 – стол станка, 2 – зажимы; 3 – брусья;
4 – суппорт; 5 – прижимная линейка;
6 - строгальный нож
Рис. 8.13. Горизонтальный шпонострогальный станок марки TN «Angelo Cremona»
Рис. 8.14. Вертикальный шпонострогальный станок марки
TZ/E «Angelo Cremona»
150
На горизонтальных станках резание осуществляется в горизонтальной
плоскости, главное рабочее возвратно-поступательное движение совершается
ножом, а движение подачи материалом осуществляется в вертикальной плоскости во время холостого хода, на величину, равную толщине снимаемого слоя
(толщине шпона). Недостатком данного оборудования является вынужденное
торможение хода суппорта перед переменой направления движения (нарушение плавного хода, износ оборудования, снижение скорости резания).
На вертикальных станках обрабатываемый материал помещается на каретке, совершающей возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Нож устанавливают на суппорте, периодически перемещающемся в горизонтальном направлении для снятия древесины требуемой толщины. Эти
станки компактны, удобен отбор шпона от станка. Но на каретке можно установить только один брус.
Наклонные станки удобны при отборе листов шпона. Они менее энергоемки, имеют меньшие габариты (усовершенствованный вертикальный станок).
Количество шпона из одного ванчеса (F, м2) определяется по формуле:
F=
(D − 2 H 1 − H 2 ) ⋅ l ⋅ b ,
ср
S
(8.11)
где D – диаметр кряжа, из которого выпиливается ванчес, взятый посередине
его длины, мм;
H1 – высота сегмента, отделяемого от ванчеса при его продольной разделке, мм;
H2 – толщина доски, остающейся после строгания ванчеса, мм;
S – толщина шпона, мм;
l – длина ванчеса, м;
bср – средняя ширина листов, м.
В процессе строгания листы шпона укладываются в пачку (кноль) в той
последовательности, в которой они выходят из станка. Это облегчает подбор
листов по текстуре при склеивании их на ребро.
Изготовленный шпон сушат, сортируют, прирезают и упаковывают.
Для сушки используют роликовые и ленточные сушилки. Режимы сушки
более мягкие, чем у лущеного шпона: температура сушки 80…130 оС; влажность – 15…25 %; продолжительность сушки 6…35 мин.
151
8.5. Технология изготовления фанеры. Оборудование
Исходным материалом в производстве клееной фанеры является лущеный
шпон и клеи. При изготовлении облицованной фанеры в качестве рубашек используют строганый шпон, пленки на бумажной основе и др.
Для склеивания фанеры обычно применяют карбамидоформальдегидные,
фенолоформальдегидные, реже казеиновые и др. клеи. Склеивание может осуществляться холодным и горячим способами. Холодный способ склеивания используется реже, так как снижает производительность и требует больших производственных площадей.
Технологический процесс изготовления клееной фанеры включает следующие операции: нанесение клея на шпон; сушка листов шпона, намазанных
клеем; сборка пакетов; склеивание; обрезка; шлифование; сортировка; маркировка и упаковка.
Нанесение клея на шпон. Слой наносимого клея должен быть равномерным по толщине, непрерывным, его количество должно соответствовать норме
расхода (так как стоимость клея в себестоимости готовой фанеры составляет до
20 %). Клей можно наносить на обе поверхности одного четного листа шпона
или на одну поверхность каждого листа шпона.
Способы нанесения клея:
1. Контактный – с помощью клеевых вальцов. Поверхности вальцов резиновые, гладкие или рифленые. На этих станках клей наносится на обе поверхности листа при этом его вязкость по ВЗ-460 равна 300 с, расход клея может регулироваться в пределах 70…240 г/м2.
2. Облив – перемещение листа шпона через вертикальную клеевую завесу. Ширина щели головки зависит от вязкости клея. А толщина наносимого
слоя клея – от ширины щели головки, вязкости клея и скорости движения шпона. Давление воздуха в головке 0,1 МПа. Скорость подачи шпона 1,5-3,3 м/с.
Производительность клееналивной машины значительно выше, чем клеевых
вальцов.
3. Экструзивный – выдавливание клея через цилиндрические сопла, расположенные в днище клеевой головки. Клей распределяется по поверхности
листа шпона при сжатии собранных пакетов в прессе или при пропускании через специальные вальцы.
152
4. Пневматическое распыление – с помощью энергии сжатого воздуха.
Вытекая через сопло, воздух дробит струю клея на мелкие капли. Давление
воздуха 0,25…0,5 МПа; скорость воздуха близка к скорости звука. Вязкость
клея по ВЗ – 4 равна 40 секундам. Этот способ применяется для нанесения клея
при производстве ДСтП.
5. Механическое распыление – клей подается под большим давлением
(3…6 МПа), и ему придается вращательное движение.
Сушка шпона, намазанного клеем. Эта операция необходима при использовании однокомпонентного клея СФЖ-3011 (фенольный). Без просушки невозможно получить сплошной непористый клеевой слой равномерной толщины. Подсушку можно заменить открытой выдержкой листов шпона в течение
1 часа.
Сушку шпона осуществляют в сушильных камерах периодического и непрерывного действия до влажности 10±2 % горячим воздухом. Режим сушки
должен быть таким, чтобы отверждение клея не превышало 2 %. Температура
воздуха в сушилке 80…90 oC, относительная влажность воздуха 5…15 %, скорость движения воздуха 1,5…2 м/с, продолжительность выдержки 8…14 мин.
Сборка пакетов. Фанера может быть с четным и нечетным числом листов
шпона. При наборе листов фанеры существуют определенные правила:
1. На наружные слои фанеры используется более качественный шпон, чем
на внутренние.
2. На наружные поверхности фанеры шпон должен быть обращен правой
чередой. Чередование в шпоне правой и левой сторон должно учитываться
также при формировании внутренних слоев фанеры.
3. При нечетном числе слоев фанеры смежные слои должны иметь взаимно перпендикулярное направление волокон.
4. Симметрично расположенные листы шпона должны быть из одной породы древесины, иметь одинаковую толщину, направление волокон и влажность.
5. При формировании пакета из нескольких листов фанеры лицевые наружные слои должны укладываться вовнутрь пакета.
К операции сборки пакетов предъявляются следующие требования:
Соблюдение правильного расположения слоев шпона друг относительно
друга (без сдвигов),
153
Минимальные затраты труда,
Максимальная скорость сборки.
Сборку пакетов можно выполнять:
а) позиционным способом на определенном рабочем месте последовательным накладыванием листов шпона друг на друга,
б) на пульсирующем конвейере, когда после последовательной сборки
всех листов шпона в один пакет конвейер перемещается на один шаг.
При увеличении слойности фанеры производительность будет выше при
втором способе. На этом участке для сокращения затрат труда используются
различные питатели и укладчики шпона (в основном для подачи шпона в клеенаносящие вальцы).
Подпрессовывание пакетов шпона выполняется для получения плотных
пакетов, удобных для транспортировки и загрузки в пресс. Подпрессовка позволяет: исключить взаимное смещение листов шпона в пакете; уменьшить повреждение наружных слоев пакета; увеличить скорость транспортировки пакета в пресс; повысить производительность клеильного пресса за счет уменьшения высоты проемов и увеличения их количества, сделать работу клеильных
прессов независимой от сборки пакетов.
Для подпрессовки используют холодные однопролетные прессы
ДО 838-Б с верхним давлением, а также прессы П714Б, в которых удалены
промежуточные плиты. На рис. 8.15 представлен
пресс для холодной подпрессовки РР фирмы «Angelo
Cremona» (Италия).
Рис. 8.15. Пресс для холодной подпрессовки
РР «Angelo Cremona»
Подпрессовывание выполняют в одноэтажном
прессе большой стопой (число пакетов то, которое
входит в промежуток пресса).
Режимы подпрессовывания представлены в табл. 8.1.
154
Таблица 8.1
Параметры подпрессовывания
Клеи
Режимы подпрессовывания
фенолокарбамидоформальдегидные формальдегидные
1
2
3
Продолжительность свободной вы10…15
держки до подпрессовывания, мин
Продолжительность
5…10
7…10
подпрессовывания, мин
Давление подпрессовывания, МПа
1,0…1,5
1,0…1,2
Продолжительность возможного
Зависит от жизне24
хранения, в часах не более
способности клея
Часовая производительность подпрессовочных прессов А, м3/ч:
A=
60 ⋅ H ⋅ K ⋅n Kв
,
Sn ⋅ τ 1
(8.13)
где Н – высота рабочего промежутка;
Кп – коэффициент плотности укладки шпона;
Кв – коэффициент использования рабочего времени, Кв=0,94;
Sп – толщина пакета, равная сумме толщин листов шпона, из которых
формируется один лист фанеры, мм;
τ1 – время цикла подпрессовывания, мин.
Склеивание фанеры производится в холодных или горячих прессах. Холодные пресса периодического действия могут быть одно- и многоэтажными.
Для горячего склеивания применяются как непрерывные одноэтажные пресса,
так и периодические одно- и многоэтажные.
Наибольшее применение нашли многоэтажные пресса горячего склеивания (П714Б, ДА4438, Д4038, П20 (Россия), НР «Angelo Cremona» (Италия),
пресса фирмы «Raute» (Финляндия) (рис. 8.16) и др.). Рабочие промежутки
пресса закрываются последовательно, начиная с нижнего. Используется симультанный механизм, обеспечивающий одновременное закрытие всех проме 155
жутков пресса. Операции загрузки и выгрузки клеильного пресса пакетами
шпона трудоемки и осуществляются посредством подъемных платформ, многоэтажных этажерок, элеватора.
Рис. 8.16. 30-пролетный клеильный пресс «Raute»
При склеивании холодным способом пресс, как правило, используют
только для создания необходимого давления. Дальнейшая выдержка пакетов
осуществляется в зажатом с помощью специальных стяжек состоянии на подстопных местах.
В каждом промежутке пресса можно склеивать по одному и по несколько
пакетов шпона. Суммарная толщина пакетов 12…20 мм и зависит от высоты
промежутка пресса. Склеивание шпона по несколько пакетов обеспечивает
максимально возможную производительность пресса. Однако предпочтительнее склеивать по одному листу фанеры в каждом пролете пресса, так как при
этом уменьшаются упрессовка и коробление за счет более равномерного прогрева. Отметим, что при этом снижается производительность пресса, но этот
недостаток устраняется путем механизации загрузочно-разгрузочных работ, а
также уменьшается продолжительность выдержки в прессе.
Цикл работы клеильного пресса (рис. 8.17):
К основным параметрам режимов склеивания фанеры относятся: температура плит пресса (t), давление прессования (P), продолжительность прессования (τ).
156
Рис. 8.17. Составляющие цикла склеивания и диаграмма изменения
давления при склеивании фанеры:
τ1 - загрузка пакетов шпона в пресс; τ2 - подъем стола пресса до закрытия промежутков; τ3 - создание рабочего давления; τ4 - выдержка пакетов под давлением; τ5 - снижение
давления, (
время снятия давления в первом периоде,
– время снятия давления
во втором периоде); τ6 - опускание стола пресса; τ7 - выгрузка фанеры из пресса.
Для горячего способа склеивания, в зависимости от вида применяемого
клея, температуру плит пресса устанавливают в следующих пределах:
казеиновый
– 115…135 оС,
карбамидные
– 115…130 оС,
фенольные
– 140…145 оС,
бакелитовая пленка
– 150…155 оС.
Давление прессования обеспечивает требуемую площадь контакта между
склеиваемыми листами шпона. Величина давления зависит от породы древесины, шероховатости поверхности шпона и количества наносимого клея. Чаще
всего давление составляет 1,8…2 МПа для горячего склеивания и давление
0,7…1,4 МПа – для холодного склеивания.
Продолжительность склеивания – фактор, определяющий производительность процесса склеивания. Продолжительность склеивания зависит от толщины склеиваемого пакета, слойности, температуры плит пресса, влажности, толщины шпона, породы древесины, вида применяемого клея и может колебаться
от 2 до 6 часов при холодном склеивании и от 2 до 20 минут при горячем.
157
Производительность клеильных прессов (А, м3/ч) определяется по формуле:
A=
где
60⋅ n ⋅ m⋅ F ⋅ S ⋅ Kв
(τ 4 +τ5 +τ всп ) ⋅1000 ,
(8.14)
n – число промежутков пресса;
m – число пакетов в одном этаже пресса;
F – площадь листа фанеры в обрезном виде, м2;
S – толщина фанеры, мм;
Kв – коэффициент использования рабочего времени, Kв=0,97;
τ4 – продолжительность склеивания, мин;
τ5 – продолжительность снижения давления, мин;
τвсп – продолжительность вспомогательных операций, мин;
τвсп=τ1+τ2+τ3+τ6+τ7=3-5 мин.
Для придания листам фанеры товарного вида после склеивания, они подвергаются дальнейшей обработке, которая включает следующие операции: охлаждение, обрезку, сортировку, починку, шлифование и циклевание.
Охлаждение служит для снижения температуры и влажности. Фанеру обдувают воздухом комнатной температуры.
Если конечная влажность фанеры превышает допустимую (15 % при
склеивании белковыми клеями и 10 % – синтетическими), то ее подвергают дополнительной сушке в камерных сушилках периодического действия.
Обрезка фанеры необходима для выравнивания кромок (прямолинейность) и установления прямоугольности углов. Производится чаще всего на
круглопильных станках с одной (ЦФ-5) или несколькими пилами (ЦК-2, ЦТ3Ф, ЦФ-2, ЛФО-16, «Raute» и др.). Наибольшее распространение получили
двухпильные станки, где пилы установлены под углом 90о друг к другу. Расстояние между пилами равно номинальному размеру листа фанеры.
Для обрезки фанеры с 4-х сторон используют спаренные двухпильные
станки.
Производительность такого агрегата (А, листов/час) определяется по
формуле:
A=
60 ⋅ U ⋅ n ⋅ К м ⋅ К в
l
,
(8.15)
158
где U – скорость подачи, м/мин;
n – число листов в пачке, шт.;
Км – коэффициент использования машинного времени;
Кв – коэффициент использования рабочего времени;
l – длина необрезного листа (для неквадратного листа l равно полусумме
длины и ширины), м.
Одной из самых ответственных операций при обработке фанеры является
сортировка.
Чем больше сортов высокого качества, тем больше прибыль предприятия.
Существует 5 сортов фанеры общего назначения: Е ; 1 ;⋅ ⋅ ⋅ 4 .
1 2
4
Сортировку фанеры выполняют бригады из двух высококвалифицированных специалистов. Клееная фанера рассортировывается по породам, форматам, толщине, направлению волокон наружных слоев, маркам, сортам, виду обработки (шлифованная и нешлифованная).
Основными дефектами являются нахлесты, вмятины, обзол, царапины,
просачивание клея, коробление, слабые углы, пузыри, некондиционная толщина.
Сортирование фанеры – трудоемкая и тяжелая операция, поэтому созданы сортировочные линии.
Лист фанеры попадает на контрольный стол с механизмом подъема листа
до наклонного положения, чтобы хорошо была видна нижняя часть листа. Оператором с помощью пульта управления лист маркируется на маркировочном
устройстве и направляется в сортировочный конвейер. С помощью блока
управления лист подается в соответствующий карман. Для контроля толщины
установлен толщиномер.
Если при сортировке обнаружены серьезные дефекты, лист отправляют
либо на переобрез на меньшие форматы, либо на участок починки, чтобы повысить сортность.
Починка фанеры. Трещины заделываются вставками овальной формы,
канавка выбирается торцовой фрезой. Можно использовать замазку в м.ч.: КФС
– 50, раствор казеина в мочевине – 50, древесная мука – 5, щавелевая кислота –
3, тальк – 100, охра (цвет) – по цвету. Слабые углы исправляются разведением
слоев и введением клея, запрессовкой. Пузыри вскрывают ножом, вводят в образующуюся полость клей и запрессовывают в винтовом прессе. Дефекты по 159
верхности листа фанеры (вмятины, царапины) устраняются путем шлифования
и циклевания.
Шлифование – процесс резания, когда участвует большое количество
элементарных резцов – зерен шлифовальной шкурки. Шлифование осуществляется на цилиндровых станках с вальцовой подачей (ШлЗЦ-3, ШлЗЦ-19,
ШлЗЦВ-3, ШлЗЦВ-19 (Россия)) и на широколенточных (ДКШ-1 (Россия),
OSUS NOVA, NOVA-S, NOVA-N фирмы «Steinemann Technology AG» (Швейцария) и др.).
Качество шлифования (шероховатость поверхности) зависит от размещения шлифовальной шкурки на цилиндрах. Чаще всего применяют трех цилиндровые станки.
На первом цилиндре – шлифовальная шкурка № 80, 50 или 40, на втором
– № 40 или 20, на третьем – № 25, 16.
Производительность шлифовального станка (А, листов/час) определяется
по формуле:
А=
60 ⋅ U ⋅ К в ⋅ К з
l
,
(8.16)
Кз – коэффициент заполнения станка по длине, Кз=0,9.
Упаковка и маркировка фанеры. Фанеру упаковывают в пачки массой не
более 80 кг. По согласованию с потребителем фанеру можно упаковать в пакеты увеличенной массы, но не более 900 кг. Листы фанеры укладывают в пачки
лицевыми сторонами внутрь. Каждую пачку сверху и снизу укрывают упаковочной (низкосортной) фанерой, а по кромкам деревянными планками из сухой
здоровой древесины. Затем пачку перевязывают металлической (стальной) лентой в продольном и поперечном направлениях. Фанеру низших сортов общего
назначения можно упаковывать веревкой.
Для уменьшения расхода упаковочных материалов, улучшения хранения
фанеры и снижения трудозатрат созданы автоматы, упаковывающие фанеру в
пачки массой до 1 т.
На каждую пачку фанеры наносят маркировку, в которой указывают: наименование предприятия-изготовителя; марку и сорт фанеры породу древесины, размеры фанеры, сложность, число листов в пачке, массу пачки (пакета),
где
160
вид обработки поверхностей наружных слоев фанеры, обозначение стандарта,
которому соответствует фанера.
8.6. Технология производства древесностружечных плит
Древесностружечные плиты (ДСтП) – это материал, изготовленный путем
горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим.
В качестве сырья для производства ДСтП используются дровяная древесина, щепа технологическая, отходы лесопиления и деревообработки в виде
горбылей, реек, карандашей, шпона-рванины, станочной стружки, опилок.
Для изготовления ДСтП можно применять древесину различных пород.
Но физико-механические свойства ДСтП в значительной степени определяются
свойствами древесины этих пород. Например, из сосновой древесины получаются ДСтП, имеющие наибольшую прочность и в тоже самое время наибольшее разбухание по толщине, из буковой – наименьшие значения прочности и
разбухания.
Качество ДСтП зависит от шероховатости поверхности стружки, которая
способствует адсорбции связующего древесиной, уменьшая тем самым его количество на поверхности. А в процессе склеивания участвует главным образом
связующее, находящееся на поверхности стружки.
На адсорбцию стружки влияет и проницаемость древесины. Таким образом, наиболее приемлемыми древесными породами являются сосна, кедр, среднее положение у ели, наихудшими являются береза и бук.
В России плиты изготавливают преимущественно из древесины лиственных пород (75…80 %), в Германии и США – из хвойных (80…87 %).
Наличие коры в стружке снижает прочность ДСтП, так как по физикомеханическим свойствам, химическому составу и внешнему виду кора резко
отличается от древесины. Допускается небольшое количество коры во внутреннем слое трехслойной плиты. В наружных слоях применение коры нежелательно, особенно если плиты не будут в дальнейшем облицовываться.
Гнили также снижают прочность ДСтП. Если гниение находится в начальной стадии, эту древесину можно использовать в производстве ДСтП.
Гниль в конечной стадии необходимо удалять.
161
В качестве связующего в производстве ДСтП используют в основном
синтетические термореактивные смолы. Самыми распространенными являются
карбамидоформальдегидные смолы, реже фенольные и самые дорогостоящие и
редко применяемые – меламиновые.
Для улучшения свойств плит и повышения их прочности в смолы вводят
различные добавки: гидрофобные (например, парафин), антисептические
(кремнефтористый натрий, аммоний, медный купорос), антипирены (борная,
ортофосфорная кислота).
Возможность использования для производства ДСтП некондиционной
древесины и отходов, а также относительная легкость автоматизации процесса
их изготовления делают производство плит высокоэкономичным.
Технологический процесс производства ДСтП включает следующие основные операции: сортировку древесного сырья по видам и породам, гидротермическую обработку и окорку, разделку по длине, измельчение стружки, сушку
стружки, сортировку измельченной стружки, приготовление рабочего раствора
смолы, отвердителя и добавок, дозирование и смешивание компонентов связующего, формирование стружечного ковра, подпрессовку, горячее прессование, обрезку плит по формату, выдержку, калибрование, шлифование, сортировку и складирование. Схема технологического процесса изготовления ДСтП
представлена на рис. 8.18.
Отделение инородных включений от древесных частиц. Для выявления
металлических включений применяются металлоискатели (ДМИ-1), электромагнитные шкивы и вибропитатели.
Металлоискатель – электронное устройство, подающее звуковой сигнал
при обнаружении металла, применяется для определения металлических включений в дровяной древесине и отходах (карандашах, горбылях и т.п.). Максимальная длина древесины до 300 мм. Недостаток – подверженность влиянию
радиопомех (ложное срабатывание).
Для отделения металлических включений из технологической щепы и
мелкокусковых отходов применяют электромагнитные шкивы (ЭШ 8/6,3-1, АМ
42С-1, АМ 44С-1). Принцип действия основан на притяжении металла к магнитам.
Вибропитатели используют для отделения металлических включений при
транспортировке щепы. Ввиду разности удельных масс щепа перемещается по
162
162
Рис. 8.18. Схема технологического процесса производства трехслойных плит
163
наклонному лотку вперед, а более тяжелые включения движутся назад и собираются у края лотка, откуда периодически вынимаются.
Гидротермическая обработка. Влажность древесины перед измельчением должна быть 40…70 %, а температура – 5…40 оС. При других условиях при
резании увеличивается количество пыли и, следовательно, снижаются прочностные показатели плит. Также мощность резания сухой и мерзлой древесины в
1,5…3 раза больше, чем влажной. А в производстве ДСтП рекомендуется применять горячую воду или насыщенный пар. Высокая трудоемкость этой операции привела к ее исключению из технологического процесса на большинстве
предприятий.
Окорка. В производстве ДСтП широкое распространение получили два
способа окорки: фрикционный и механический.
Сущность фрикционного способа состоит в удалении коры путем трения
круглой древесины друг о друга и о выступы на станках машин. Оборудование:
барабанные окорочные машины – БД-11; бункерный окорочный агрегат.
Барабан состоит из двух секций: глухой, куда непрерывно поступает вода
для размягчения коры, и открытой, где происходит основная окорка. Через ее
щели удаляются вода и кора.
Механический способ – кулачковые (роторные) станки.
Древесное сырье перерабатывается в стружку по двум схемам.
Согласно первой схеме, длинномерная дровяная древесина раскраивается
по длине на мерные отрезки, которые затем перерабатываются в стружку на
стружечных станках с ножевым валом. Полученная стружка затем измельчается
в специальных дробилках. Получаемая в итоге стружка имеет плоскую форму и
пригодна для всех слоев. Недостатком данной схемы является невозможность
переработки в стружку маломерных кусковых отходов и шпона-рванины.
Вторая схема позволяет перерабатывать все виды исходного сырья. Сырье измельчается рубительными машинами в технологическую щепу, которая
затем центробежными стружечными станками перерабатывается в игольчатую
стружку. При повторном измельчении игольчатая стружка также пригодна для
всех слоев плит. Эта схема является наиболее прогрессивной.
Подготовка и раскрой древесного сырья. Длинномерная дровяная древесина разделывается по длине на чураки размером 1 м на многокруглопильном
164
станке ДЦ-10. Для разделки особо крупного и неправильной формы сырья применяются балансирные станки АЦ-2; АП3.
Отрезки бревен большого диаметра (400 мм и более) раскалываются на
поленья на дровокольных станках КЦ-7; КЦ-6.
Получение технологической щепы. Длинномерная древесина, поступающая в переработку на рубильные машины, обычно не разделывается ни по длине, ни по толщине, если размеры проходного окна питателя рубительной машины достаточно велики. На таких машинах получают технологическую щепу.
Рубительные машины по конструкции (виду рабочего органа) делятся на дисковые и барабанные.
Наибольшее распространение получили дисковые рубительные машины
(рис. 8.19). В них на вращающиеся в вертикальной, горизонтальной или наклонной плоскости диска под постоянным углом наклона к поверхности расположены режущие ножи. Эти машины применяют в основном для измельчения
крупномерного сырья. Наиболее распространенными марками дисковых рубительных машин являются: МРНП-10, МРНП-30Н, МРГ-40, МРН-50 (Россия),
«Rauma Repola» (Финляндия) и др.
Рис. 8.19. Схема узлов резания дисковой рубительной
машины:
а) с плоскими ножами; б) с геликоидальными ножами
(1 – древесное сырьё; 2 – ножи; 3 – вращающийся диск)
При работе барабанных машин ножи, находящиеся на поверхности барабана, совершают кругообразные движения, врезаясь в древесину под разными
углами наклона, зависящими от толщины перерабатываемого сырья (рис. 8.20).
Рис. 8.20.Схема работы барабанной
рубительной машины:
а) с закрытым ротором; б) с открытым
ротором
165
Получаемая при этом щепа имеет неоднородный фракционный состав.
Машины применяют для переработки крупномерного сырья, так и для кусковых отходов. Из барабанных рубительных машин используются: ДШ-3, ДУ-2А
(Россия), «Raute» (Финляндия), «Maier» (Германия), «HOMBAK» (Германия) и
др.
Для производства плит плоского прессования рекомендуется фракция
стружки 40/5, то есть щепа, проходящая через сито с размерами ячеек 40х40 мм
и остающаяся на сите с размером 5х5 мм.
Полученная на рубительных машинах щепа различна по фракционному
составу и подвергается сортировке, в процессе которой удаляется мелочь, выделяется кондиционная фракция, и отделяются крупные частицы, которые возвращаются для повторного измельчения.
Для сортировки щепы применяются в основном плоские сортирующие
устройства, рабочей частью которого является сито с отверстиями определённых размеров круглого или квадратного сечения. Сита устанавливают в подвижной коробке и совершают качательные движения. Марки: СЩ-1М; СЩ-120
(рис. 8.21).
Рис. 8.21. Сортировка щепы плоская
СЩ-120:
1 - ситовой короб; 2 - питающий желоб;
3 - отводящий желоб; 4 - фундамент; 5 - привод;
6 – распределитель
Получение стружки. Стружку получают из круглой древесины и из технологической щепы. Эта задача решается путём измельчения древесины резанием на стружечных станках. Для этого используют ножевые, дисковые, фрезерные, центробежные станки.
На дисковых станках получается наиболее качественная стружка равномерной толщины с гладкой поверхностью. Однако станки этого типа громоздки
и малопроизводительны, требуется предварительная нарезка древесины на мерные заготовки.
Стружечные станки с ножевым валом (ДС-6 (рис. 8.22), ДС-8 (Россия), Z130-55 фирмы «HOMBAK» (Германия) и др.) имеют меньшие габариты по
сравнению с дисковыми, но при малых диаметрах ножевых валов дают клино 166
видную, серпообразной формы стружку. При больших диаметрах ножевых валов форма стружки на этих станках приближается к получаемой на дисковых
станках. Так же, как и дисковые, перед резанием древесины на большинстве
станков с ножевым валом требуется разделка ее на отрезки заданной длины. В
станках перерабатывается древесина длиной от 1 до 2 м.
Рис. 8.22. Схема
стружечного станка ДС-6
и конструкция ножа станка:
а) схема получения стружки
на станке с ножевым валом;
б) конструкция режущего
ножа; 1 – загрузочные конвейеры;
2 – ножевой вал;
3 –контрножи
Фрезерные станки перерабатывают древесину различной длины, что исключает необходимость предварительной разделки древесины.
Центробежные стружечные станки (ДС-5, ДС-7 (Россия) (рис. 8.23), фирмы “Пальман”, «Maier» (Германия) и др.) предназначены для получения стружки из щепы и мелких кусковых отходов. Рабочими органами этих станков является ножевой барабан и крыльчатка, которые расположены на одной оси в корпусе и вращаются в противоположные стороны. Центробежные станки изготавливают игольчатую резаную стружку, неравномерную по толщине, которая используется только для внутреннего слоя плит или, после специальной дополнительной обработки – для наружного слоя.
Рис. 8.23. Схема центробежного стружечного станка ДС-7:
а – вид сбоку; б – схема резания щепы: 1 – ротор; 2 – крыльчатка; 3 – щепа; 4 – ножи;
5 – контрножи ротора; 6 – контрножи
167
Вторичное (повторное) измельчение стружки. Размеры стружки, получаемые при первичном измельчении резанием, не отвечают требованиям производства ДСП по ширине, а при ударном измельчении и по толщине. Поэтому
в технологическом процессе производства плит предусмотрено вторичное измельчение древесных частиц.
Размеры стружки, получаемые при первичном измельчении резанием, составляют по ширине до 40 мм. Для получения кондиционных частиц ее дробят
на молотковых, лопастных и зубчато-ситовых дробилках.
В молотковых дробилках измельчение стружки осуществляется билами.
Дробилка марки ДМ-7 (рис. 8.24) представляет собой ротор, состоящий из дисков, на которых установлено 150 пластин-молотков.
Рис. 8.24. Молотковая мельница ДМ – 7:
1 – ротор из 14 дисков; 2 – молотки; 3 – ситовые
вкладыши; 4 - корпус
Из лопастных дробилок отметим отечественную модель ДМ-3, GSK фирмы “Кондукс” (ФРГ).
Получение микростружки для наружных слоев плит с высококачественной поверхностью производится в зубчато-ситовых мельницах (ДМ-8 (рис.
8.25), ДС-5М, ДС-7М). Ротор и барабан вращаются навстречу друг другу. В
мельницах стружка перетирается в микростружку и, проходя через отверстия
ситовых вкладышей, пневмотранспортом удаляется.
Рис. 8.25. Схема зубчато-ситовой мельницы:
ДМ-8:
1 – ротор; 2 – лопасти; 3 - барабан; 4 - зубчатые блоки;
5 - ситовые вкладыши
168
Транспортировка щепы и стружки в цехи осуществляется на ленточных,
скребковых и винтовых конвейерах, а также пневмотранспортными устройствами.
Хранение щепы и стружки. Для бесперебойной и надёжной работы всех
агрегатов на определённых стадиях необходимы запасы технологической щепы
и стружки.
Хранение запасов щепы может быть в кучах на открытых складах или
вертикальных бункерах типа ДБО.
Схема вертикального бункера для щепы представлена на рис. 8.26.
Рис. 8.26. Бункер для хранения щепы:
1 – ворошитель; 2 – винтовой разгрузчик
Для хранения межоперационных запасов
стружки устанавливают горизонтальные бункера
марки ДБД-1 с дозирующими устройствами, вертикальными стенками и подвижным дном. Горизонтальные бункера более сложны по конструкции, имеют
меньшую ёмкость, поэтому здесь может использоваться и вертикальный бункер
ДБО-60 (если позволяют габариты стружечного цеха).
Сушка стружки. Влажность стружки оказывает решающее влияние на
процесс прессования ДСтП. Высокая влажность повышает расход тепла на превращение воды в пар и увеличивает продолжительность прессования, а также
приводит к образованию пузырей или разрыву плит при размыкании пресса.
При низкой влажности стружки последняя поглощает значительное количество
связующего, что приводит к снижению прочности плит.
Рекомендуемая влажность стружки в трёхслойных плитах составляет
5…12 % для наружных слоёв и 3…5 % – для внутреннего слоя.
Для сушки стружки используются отечественные сушилки завода “Прогресс” (рис. 8.27) или импортные “Бюттнер” и “Бизон”. Существуют кондуктивные (контактные) и конвективные сушилки.
169
При кондуктивной сушке тепло передаётся непосредственно от нагретого
тела, недостатком является истирание стружки при перемешивании, достоинством – низкий удельный расход тепла.
Конвективные сушилки могут быть с механическим и пневматическим
перемешиванием стружки. В этих сушилках древесные частицы высушиваются
во взвешенном состоянии в потоке газовоздушной смеси при температуре
200…600 оС на входе в барабан и 90…100 оС – на выходе. Для увеличения производительности сушилок их дополняют циклонно-спиральными приставками,
в которых на входе при t = 600…800 оС удаляется свободная влага.
Рис. 8.27. Схема сушильного барабана «Прогресс»:
1 – циклон; 2 – вентилятор; 3- вращающийся барабан; 4 – питатель;
5 - газоход
Сортировка стружки. Устройства для сортирования стружки делятся на
механические и пневматические.
Механическая сортировка осуществляется в закрытом коробе с помощью
сит, расположенных под углом 4…6 о к горизонтальной плоскости и совершающих плоскопараллельное качающее движение в горизонтальной плоскости.
В пневмосепараторах древесные частицы сортируются в воздушном потоке.
Схема пневмосепаратора представлена на
рис. 8.28.
Рис. 8.28. Схема пневмосепаратора
Сухая стружка складируется в бункера и затем дозировано подается к смесителю.
170
Приготовление и дозирование связующего и спецдобавок. В качестве связующего обычно используют карбамидоформальдегидную смолу и отвердитель
– хлористый аммоний. Количество отвердителя соответствует 0,7…1 % от массы жидкого рабочего раствора связующего.
Для качественного распыления связующего его вязкость должна составлять 13…22 с по вискозиметру ВЗ – 246. Приготовление рабочего раствора
осуществляется путем добавления воды. При этом концентрация связующего
снижается до 50…55. Снизить вязкость можно также путем нагревания смолы
до температуры 30…35 оС.
Количество связующего для наружных слоев составляет 13…15 %, для
внутренних – 9…11 % от массы абсолютно сухой стружки.
Смешивание стружки со связующим происходит в смесителях (рис. 8.29).
Сегодня наиболее распространенными являются малогабаритные скоростные
смесители с безвоздушным распылением связующего (марки ДСМ – 5), что позволяет исключать применение пневматических форсунок, так как они постоянно засоряются клеем.
Рис. 8.29. Схема скоростного
смесителя:
1 – захватывающие лопасти;
2 – перемешивающие лопасти;
3 – устройство для ввода воды в полый вал;
4 – сопла подачи связующего
Операции главного конвейера. Проклеенную (осмоленную) древесную
стружку необходимо превратить в ковер или плоский пакет. Это первая операция главного конвейера, схема которого представлена на рис. 8.30.
171
Рис. 8.30. Схема главного конвейера: 1 – цепные конвейеры; 2 - формирующие
машины; 3 – холодный пресс; 4 – контрольные весы; 5 – горячий пресс; 6 – отделитель
плит от поддонов; 7 – камера охлаждения поддонов
Формирующие машины предназначены для дозирования и равномерной
насыпки осмоленной стружки на движущиеся поддоны. Для формирования
многослойных плит последовательно устанавливаются несколько машин марок
ДФ-1, ДФ-6 (рис. 8.31).
Рис. 8.31. Схема формирующей
машины ДФ-6:
1 – донный конвейер; 2 – вальцы;
3 – ковшовые весы; 4 – игольчатый валец; 5 – валец;
6 – бункер-дозатор; 7, 8 – конвейеры
Подпрессовка стружечного пакета выполняется для уменьшения его толщины и придания транспортной устойчивости при движении по конвейеру.
Выполняется эта операция в холодных одноэтажных гидравлических прессах
ПР-5. Загрузка и выгрузка пакетов в пресс автоматическая. Режимы холодного
подпрессовывания: давление плит пресса 1,5 МПа, продолжительность выдержки 4 секунды.
Уплотненный пакет поступает на контрольные весы для контроля массы
плиты. Масса пакета обуславливает требуемую плотность готовой плиты и ее
физико-механические показатели.
Наиболее ответственная операция технологического процесса производства ДСтП – горячее прессование. Циклограмма работы многоэтажных гидравлических прессов при плавном снижении давления приведена на рис. 8.32.
172
Головное оборудование – горячие многоэтажные пресса периодического действия типа ПР – 6 Загрузка всех пакетов производится одновременно с помощью
автоматического загрузчика. Одновременное смыкание плит пресса обеспечивается симультанным механизмом. Заданная толщина плит обеспечивается дистанционными прокладками, прикрепленными к плитам пресса. Выгрузка плит
осуществляется специальными захватами, которые одновременно вытаскивают
поддоны с готовыми плитами на разгрузочную этажерку. Далее плиты последовательно выгружаются на конвейер и отделяются от металлических поддонов.
На предприятиях применяют следующие марки многоэтажных гидравлических прессов: ДБ0842, Д0842, ДА0844, Д0844, ДА0842, ДА0846, Д0846,
Д0847 фирмы «Днепропресс» (Украина).
Рис. 8.32. Циклограмма работы многоэтажных гидравлических прессов
при плавном снижении давления:
τз – продолжительность загрузки пресса; τс – то же смыкания плит пресса; τп – то же
подъема удельного давления; τупр – то же упрессовки стружечных брикетов (время от
момента достижения давления до момента смыкания плит с дистанционными прокладками);
τ1 – продолжительность выдержки брикетов под давлением; τ2 - продолжительность снятия
давления; τ4 – продолжительность выдержки плит в сомкнутом прессе без давления;
τр – время размыкания плит пресса; τвыд – продолжительность прессования плит в прессе;
τц – цикл работы пресса
Основными параметрами режима прессования, определяющими качество
плит и производительность пресса, являются: температура прессования, давление и продолжительность прессования. Температуру прессования обычно принимают 160…180 оС в многоэтажных и 180…220 оС в одноэтажных прессах.
173
Давление прессования зависит от плотности плиты, породы древесины, влажности стружки и других факторов. В процессе прессования оно остается постоянным и равно 2,6…3,3 МПа, а уменьшается ступенчато или плавно. Продолжительность прессования зависит от типа плиты, ее плотности и толщины,
температуры прессования, влажности осмоленной стружки. Рекомендуется устанавливать продолжительность прессования в пределах от 0,2 до 0,52 мин на
1 мм толщины готовой плиты.
Производительность горячего пресса определяет объемы производства
заводов ДСтП (П, м3/час) и рассчитывается по формуле:
П=
60nlbδК
,
τ + τ всп
(8.17)
где n – число этажей пресса;
l – длина ДСтП, м;
b –ширина ДСтП, м;
δ – толщина плиты, м;
К – коэффициент использования главного конвейера, К=0,85-0,90;
Τ – продолжительность прессования, мин;
τвсп – продолжительность вспомогательных операций, мин, (τвсп=1,5…
2,0 мин).
Кондиционирование древесностружечных плит производят сразу же после
горячего прессования. Эта операция производится для выравнивания внутренних напряжений в плите. С этой целью используются камеры кондиционирования с принудительной циркуляцией воздуха
и охладители веерного типа
(рис.
8.33).
Рис. 8.33. Охладитель веерный для
ДСтП
174
Обрезка ДСтП по периметру для выравнивания кромок и установления
прямоугольности углов производится на четырехпильных форматнообрезных
агрегатах, которые состоят из двух спаренных между собой и расположенных
под углом 90о двухпильных станков.
Шлифование ДСтП производится на автоматических линиях ДЛШ-50 и
ДЛШ-100, смонтированных на базе широколенточных шлифовальных станков
ДКШ-1. Шлифование производится по пласти одновременно с двух сторон
шлифовальными шкурками на первом проходе № 80-40 и на втором – № 32-25.
Сортирование плит производят на этой же линии, которая оборудуется
автоматическим толщиномером, устройством для осмотра нижней поверхности
плиты, штабелеукладчиками для плит разного качества. Готовые плиты контролируют на соответствие физико-механических показателей предъявляемым
требованиям.
Далее шлифованные ДСтП укладываются пачками высотой до 1,8 м и
хранятся на складах.
8.7. Технология изготовления плит
из ориентированной крупноразмерной стружки
В производстве древесных плит такие плиты имеют обозначение OSB
(Oriented Strand Board). Плиты OSB появились в США, по сути, эти плиты являются разновидностью ДСтП. Их появление связано с совершенствованием
переработки отходов, образующихся в производстве фанеры в процессе лущения шпона. Благодаря специальной направленной ориентации древесных частиц в структуре формируемого ковра, получается, изготавливать плиты повышенной прочности, а применение синтетических клеев обеспечивает стабильность их свойств в жестких условиях эксплуатации изделий конструкций.
Плиты OSB изготавливают преимущественно из длинномерной круглой
древесины, однако расход сырья выше, чем в производстве ДСтП, поскольку
требования по качеству сырья выше. Используются в основном такие древесные породы, как осина, сосна, ель, береза. Использование технологической щепы и кусковых отходов лесопиления невозможно.
Бревна и балансы пропариваются, кондиционируют и направляют на
окорку, так как кора должна быть обязательно удалена. После окорки предусмотрена обмывка бревен, что продлевает службу ножей в стружечных станках.
175
Для нарезания стрендов также пригодны станки с ножевым валом, рассмотренным в технологии изготовления ДСтП. Общий вид станка и принцип
его работы показаны на рис. 8.34. Из рисунка видно, измельчение древесины
происходит вдоль волокон с образованием гладкой, приближающейся к прямоугольной форме крупноразмерной стружки. Размеры получаемых древесных
частиц: толщина 0,5-0,9 мм, ширина 6-40 мм, длина до 180 мм (соотношение
длины и ширины, как правило, 3 к 1 или 6 к 1).
Транспортировка и сушка древесных частиц проводится в щадящих условиях без грубых механических воздействий, поэтому для сушки обычно рекомендуют однопроходную сушилку, диаметром до 6 метров. Такие сушилки оснащены системой пневмомеханической подачи и обеспечивает длительное
время сушки, что определяет удельный расход тепла и равномерное содержание влаги в материале. Высушенная стружка проходит сортировку в перфорированных барабанах роторного типа.
Мелкая фракция удаляется, проходит повторную сортировку и поступает
на осмоление в отдельный смеситель. Отделенная пыль направляется на сжигание.
Рис. 8.34. Стружечный станок с ножевым валом (а) и принцип его
работы (б)
Система приготовления связующего аналогично действующей в технологии древесностружечных плит. Связующим служат фенолоформальдегидные
смолы, но OSB для мебели изготавливают с применением карбамидомелами 176
ноформальдегидных смол. Также находят применение полиуретановые связующие на основе изоцианатов, карбамидомеламинофенолформальдегидные
(КМФФС) и фенолоизоцианатные связующие.
Система осмоления предусматривает подачу всех компонентов раздельно
через индивидуальные дозировочные насосы и расходомеры. Для этого используются большие смесители барабанного типа рис. 8.35. В процессе осмоления
во избежание разрушения древесных частиц число оборотов вала смесителя
должно быть ниже, чем при осмолении в производстве ДСтП. Смачивание и
растекание связующего по поверхности частиц при осмолении не является
столь обязательным, на этом основании в производстве OSB используют как
жидкое, так и порошкообразное связующее.
Рис. 8.35. Смеситель для осмоления стружки в производстве плит OSB
Формирование стружечного ковра является важнейшей операцией в технологии OSB. Эта операция сочетается с ориентированием частиц, то есть укладкой в определенном направлении, что позволяет увеличить прочность плит
в этом направлении на 50 %. Разделенные на потоки наружных и внутреннего
слоев частицы должны проходить ориентирование по отношению к главной
оси. Формирование ковра исключительно из стрендов обеспечивает высокое
качество OSB, причем существенно сокращается различие в показателях изделий, выпиленных из плиты в продольном и в поперечном направлениях. Ориентирующее устройство состоит из тонких дисков, вращающихся в потоке падающих частиц (рис. 8.36).
177
Рис. 8.36. Общий вид дискового ориентирующего устройства
для крупноразмерной стружки (Siempelkamp)
Первая и четвертая машины формируют наружные слои плиты, располагая частицы вдоль главной оси, а вторая и третья укладывают средний слой с
поперечным расположением частиц.
Прессование OSB может осуществляться в прессовом оборудовании любого вида: на одно- и многоэтажных прессах. Более перспективно изготовление
плит на прессах непрерывного действия.
Участок послепрессовой обработки OSB по операциям и оборудованию
аналогичен такому участку в производстве ДСтП. В большинстве случаев плиты OSB для строительства выпускают нешлифованными, но при необходимости их шлифуют после промежуточного хранения по завершении процесса кондиционирования.
Формирование в размер выполняют по стандартам или по заявкам заказчика. Средние размеры поставляемой потребителю OSB 2400x1200 мм. Технологическая схема плит OSB представлена на рис. 8.37.
178
178
Рис. 8.37. Технологическая схема производства OSB
179
8.8. Технология изготовления древесноволокнистых плит
В основе производства ДВП лежат технологические процессы разделения
древесины на волокна, обеспечивающие в процессе плитообразования прочное
взаимодействие волокон между собой.
Исходным сырьем для производства волокнистых плит могут быть как
круглые лесоматериалы, так и технологическая щепа, получаемая из низкокачественной древесины и древесных отходов лиственных и хвойных пород (ель,
сосна, береза, осина, дуб, бук и др.). Помимо древесины сырьем могут служить
лубяные растения, имеющие волокнистое строение (тростник, камыш, стебли
хлопчатника и др.); однако пока они не нашли применения в производстве плит
в нашей стране.
Сырьем для изготовления плит MDF служат в основном круглые лесоматериалы и отходы лесопиления лиственных и хвойных пород. Из древесины
хвойных пород получают светлые плиты высокого качества.
В технологии производства плит в древесноволокнистую массу вводят
связующее, гидрофобизирующие вещества, осадители и другие добавки.
В качестве упрочняющих (связующих) веществ обычно используют фенолоформальдегидные смолы, реже сосновую канифоль и органические изоцианаты (дифенилметандиизоцианат). Из фенолоформальдегидных смол используют смолы резольного типа, в основном, марки СФЖ -3014 и СФЖ 3024Б. Канифоль применяют иногда в качестве упрочняющей добавки в производстве мягких древесноволокнистых плит.
При увлажнении плиты не только коробятся, но и разбухают, увеличиваются в размерах. Чтобы придать древесноволокнистым плитам определенную
водостойкость и гидрофобность, применяют гидрофобизирующие вещества:
парафин, церезин, церезиновую композицию и дистиллятный гач. Внесение какого-либо из этих веществ в небольшом количестве (до 1 %) резко повышает
водостойкость плит. Добавление большого количества веществ снижает прочность плит и становится нецелесообразным.
Гидрофобизирующие добавки вводят в древесноволокнистую массу в виде специально приготовленных и разбавленных горячей водой щелочных
эмульсий. Это достигается интенсивным перемешиванием с добавкой эмульгатора. В качестве эмульгатора используют олеиновую кислоту с аммиаком, лиг-
180
носульфонат (сульфатно-дрожжевую бражку), кубовые остатки синтетических
жирных кислот.
Осадителями называются вещества, способствующие осаждению в водной суспензии проклеивающих составов на древесных волокнах. Наиболее часто употребляемыми осадителями являются сернокислый алюминий и серная
кислота.
В производстве специальных древесноволокнистых плит, изготовляемых
как мокрым, так и сухим способами, применяют различные химические добавки. Например, для повышения водостойкости твердых плит их пропитывают
талловым маслом с сиккативом, госсиполовой смолой, отходами низкомолекулярного полиэтилена и др. Мягкие и полутвердые плиты пропитывают нефтяным битумом. Для получения огнестойких плит в древесноволокнистую массу
вводят при мокром способе производства нефелиновый антипирен с добавкой
асбеста, а при сухом способе − фосфаты и сульфаты аммония, буру, борную кислоту и т.д. Биостойкие плиты получают, применяя незначительные добавки
кремнефтористого аммония, пентахлорфенолята натрия.
Технология изготовления ДВП мокрым способом производства. Изготовленная в рубительной машине щепа обязательно сортируется на трехуровневых
ситах: размер верхнего сита 39x39, нижнего 5x5 мм. Крупную фракцию доизмельчают на дезинтеграторах. В производство ДВП идет щепа без мятых кромок, с длиной частиц 10-35 мм, с толщиной не более 5 мм, с углом среза 30-60
градусов. Содержание гнили допускается не более 5 %, минеральных включений не более 1 % , коры не более 15 %.
Оптимальная влажность щепы перед размолом 50-70 %, при истирании
она снижается примерно на 30 %.
Основой изготовления качественных плит является высокое качество
древесного волокна, однородность свойств и геометрических размеров. Первичный горячий размол щепы осуществляется в дефибраторах, вторичный – в
рафинёрах или конических мельницах. Внешний вид системы размола Defibrator приведен на рис. 8.38. Она состоит из пропарочного бункера (камеры), со
шнековым питателем, подогревателя, шнековой подающей системы и размольной установки. Пропарочный бункер предназначен для выравнивания температуры и влажности массы щепы с повышением температуры до 80-90 0С. Воздействие пара на щепу делает ее менее ломкой, смягчает реакцию на динамиче 181
ские нагрузки. В зону размола могут подаваться добавки специального назначения: гидрофобизаторы, модификаторы и
др.
Рис. 8.38. Система размола Defibrator
Степень размола массы измеряется на
аппарате «Дефибратор-секунда», характеризуется в градусах помола и имеет обозначение ДС. Для твердых плит степень помола
должна быть в пределах 22-28 ДС, для мягких 28-35 ДС.
На рис. 8.39 видно, как различаются
волокна, вышедшее из дефибратора и рафинера.
Рис. 8.39. Древесные волокна после размола:
а) в дефибраторе; б) в рафинере
Древесноволокнистый ковер формируется в воздушной среде по сухому
способу производства или в водной среде по мокрому способу производства.
Взаимодействие сформированных в ковер древесных волокон между собой
происходит в условиях горячего прессования при изготовлении твердых, полутвердых ДВП или при сушке (для мягких плит).
При мокром способе производства (рис. 8.40) готовую массу помещают в
массный бассейн, где концентрация волокна перед отливом устанавливается в
пределах 0,9-1,8 %. Обезвоживание ковра происходит последовательно фильт 182
рацией, отсосом и отжимом. Горячее прессование происходит на поддонах с
использованием сеток для создания условий удаления воды и пара. Температура прессования плит 200-215 0С, давление 5,0-5,58 МПа на фазе отжима с последующим снижением на фазе сушки и повышением на заключительной фазе
– закалке.
Рис. 8.40. Схема технологического процесса твердых и сверхтвердых плит:
1 – щепа; 2 – круглая древесина и кусковые отходы; 3 – рубительная машина;
4 - циклон; 5 – сортировка щепы; 6 – дезинтегратор; 7 – ёмкость для связующего; 8 – ёмкость
для парафина; 9 – ёмкость для серной кислоты; 10 – мешки с эмульгатором; 11 – эмульсатор;
12; 13; 14 – расходные ёмкости соответственно для осадителя, парафиновой эмульсии и
связующего; 15 – бункер щепы; 16 – установка для мойки щепы; 17 – ленточные конвейеры;
18 – расходный бункер для щепы дефибратора; 19 – дефибратор; 20 – рафинатор;
21 - рафинаторный бассейн; 22 – массный бассейн; 23 – ящик непрерывного проклеивания;
24 – отливная машина; 25 – пресс, 26; 35 – загрузочное и разгрузочное устройство; 27 - вагонетка; 28 – траверсный путь; 29 – камера термообработки; 30 – камера увлажнения; 31 - емкость для пропитывающего состава; 32 – пропиточная машина; 33; 34 – роликовые конвейеры; 36 – форматно-обрезная установка; 37 – электропогрузчик; 38 – склад готовой продукции
183
Сверхтвердые плиты получают введением дополнительной операции
пропитки отпрессованных плит маслами, после чего плиты поступают на термообработку. Термообработку отпрессованных плит в специальных камерах
проводят при температуре 160-170 0С.
Схема получения мягких ДВП по мокрому способу производства аналогична схеме получения твердых плит. Однако отсутствуют такие операции как
горячее прессование плит окончательная термообработка (рис. 8.41).
Производство ДПВ по мокрому способу организуется таким образом,
чтобы минимизировать потребление воды. Объем сбрасываемых стоков находится на уровне 3 м3/т плит.
Рис. 8.41. Схема технологического процесса изготовления мягких плит:
1 – конвейер для подачи щепы; 2 – дефибратор; 3 – рафинатор; 4 - мельница третьей
ступени размола; 5 – промежуточный массный бассейн; 6 - расходный массный бассейн;
7 – ящик непрерывной проклейки; 8 – отливная машина; 9 – загрузочное устройство;
10 – роликовая сушилка; 11 – форматно-обрезная установка; 12 – штабель плит склада
готовой продукции.
184
Технология изготовления ДВП по сухому способу производства. На схеме
по сухому способу производства ДПВ (рис. 8.42) видно, что древесноприготовительное отделение, типичное для производства других видов плит.
Кондиционная щепа поступает в пропарочную камеру, раствор связующего
распыляется на волокно при выходе из размольной установки. Сушку волокна
проводят в две ступени. На подпрессованный волокнистый ковер наносят отделочный слой. Плиты прессуют в позиционных прессах при высокой температуре – 220-260 0С. Максимальное давление прессования составляет 6,5-7,5 МПа.
Камера кондиционирования выполняет две функции: увлажнения и охлаждения.
Для повышения прочности и водостойкости плит, отпрессованных на фенолоформальдегидном связующем проводят термообработку ДВП, и только
после этого их подают на кондиционирование.
Технология изготовления MDF. Схема технологического процесса изготовления плит MDF включает три основных этапа: выработка древесного волокна, формирование ковра и горячее прессование (рис. 8.43).
Для изготовления плит используется круглая древесина, кусковые отходы
и технологическая щепа как хвойных, так и лиственных пород, аналогично
другим видам древесноволокнистых плит. Сырье проходит переработку в древесно-подготовительном отделении, где установлены окорочные станки, рубительные машины, системы транспорта щепы и коры. Для очистки щепы от инородных включений кроме операции окорки круглых лесоматериалов, предусмотрена операция мойки щепы.
Основой изготовления качественных плит MDF является также высокое
качество древесного волокна, которое получают, как и при сухом способе производства древесноволокнистых плит, методом Defibrator [7].
Выработанное волокно поступает на сушку, которая осуществляется в
пневмосушилках с ограниченной температурой теплоносителя – не более температуры начала терморазложения компонентов древесного комплекса, составляющая 180 0С. Основные типы используемых сушилок – традиционные одноступенчатые и прогрессивные двухступенчатые, в которых процесс сушки происходит более мягко, чем в первых, а также позволяет минимизировать риск
преждевременного отверждения связующего и пересушивания волокна.
185
185
Рис. 8.42. Схема производства ДВП по сухому способу:
1 – рубительная машина; 2 – циклон; 3 – щепосортировочная установка; 4 – дезинтнгратор; 5 – бункер хранения щепы; 6 – расходный
бункер щепы; 7 – пропарочный аппарат; 8 – расходные баки парафина и связующего; 9 - размольная установка; 10 – циклон сушилки
первой ступени; 11 – сушилка второй ступени; 12 – формирующая машина; 13 – ленточный пресс предварительной подпрессовки;
14 – формующая головка отделочного слоя; 15 – пила поперечной резки; 16 – пила продольной резки; 17 – загрузочная этажерка;
18 – пресс; 19 – разгрузочная этажерка; 20 – камера кондиционирования; 21 – продольная резка; 22 – поперечная резка; 23 – накопитель
плит; 24 – автопогрузчик
186
Рис. 8.43. Технологическая схема производства MDF
Процесс сушки в трубе-сушилке осуществляется путем подачи сырого
волокна в поток горячего воздуха.
При движении волокна от размольного агрегата к сушилке через форсунки или дисковые распылители в поток массы распыляется водный раствор связующего.
Качество формирования волокнистого ковра определяет однородность
показателей MDF. Формирование ковра осуществляется при помощи механической станции формирования ковра. Масса из бункера-дозатора поступает на
разбрасывающие ролики и по направляющей пластине проходит к распредели 187
тельным роликам. Для равномерности ковра по ширине установлены выравнивающие ролики, а уравнивающие ролики делают поверхность ковра гладкой и
толщину ковра равномерной (рис. 8.44).
Рис. 8.44. Компоновка формирующей машины в производстве MDF и
внешний вид волокнистого ковра на выходе из нее (Siempelkamp)
Сформированный ковер поступает на подпрессовку для уменьшения
толщины и увеличения его плотности. При этом еще из ковра удаляется значительная часть воздуха. Подпрессовка осуществляется на необогреваемом прессе
ленточно-вальцового типа. Плотность ковра после данной операции составляет
порядка 550 кг/м3
Высокопроизводительные современные предприятия осуществляют прессование MDF в прессах непрерывного действия, которые обеспечивают высокую точность по толщине и стабильное качество плиты. Максимальное давление прессования составляет 5 МПа в начале процесса и снижается постепенно
до 1,5 МПа. Пресс имеет зону охлаждения в конечной фазе прессования плит.
Это уменьшает давление парогазовой смеси внутри плиты и исключает образование пузырей и расслоение при выходе плиты из пресса.
После прессования обработка MDF аналогично применяемой в производстве ДСтП. Шлифование плит после проходных прессов проводится только для
удаления глянца и выравнивания возможной неплоскостности. Припуск на
шлифование в многоэтажных прессах назначают до 1,6 мм.
188
ГЛАВА 9
ОСНОВЫ РЕЗАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ 9.1. Элементы резания. Основные понятия и определения
Заготовка – это предмет, подвергаемый изменению формы, размеров и
шероховатости.
После завершения механической обработки из заготовки получается изделие (обработанная деталь), т.е. предмет труда.
Теория резания древесины появилась в 1870 г. (основоположник
И. А. Тиме).
Резанием называют технологический процесс разрушения связей между
частицами материала обрабатываемой заготовки по проектной поверхности
лезвием режущего инструмента с целью получения изделия (детали) требуемой
формы, размеров и шероховатости.
Обработка резанием – действие, направленное на изменение формы, размеров и шероховатости предмета труда при выполнении технологической операции резанием.
Лезвие – клиновидный элемент режущего инструмента. Оно предназначено для проникновения в материал заготовки и отделения срезаемого слоя.
Обработка резанием, осуществляемая лезвийным инструментом, называется лезвийной обработкой (ГОСТ 25761–83). В случае если резание осуществляется абразивными зернами, обработку называют абразивной. Абразивное
зерно – частица абразивного материала с ненормированной формой и линейными размерами, не превышающими 5 мм.
Схема лезвийной обработки древесины. На схеме (рис. 1) показаны обрабатываемая заготовка 1, лезвие 4, которое перемещается по проектной поверхности 6, проникает в материал заготовки и отделяет срезаемый слой 2. Срезаемый слой характеризуется длиной l, шириной b и толщиной a. Древесина срезаемого слоя во всем объеме упруго-пластически деформируется, закручивается, разрушается. Эту часть материала 5 принято называть стружкой.
Часть древесины, специально оставленной для удаления на данной операции и называемой припуском П. В ряде случаев припуск П может быть настолько большим, что его срезают не сразу, а последовательно за несколько
189
проходов. Припуски предусмотрены в заготовке со всех сторон. После удаления припусков получается деталь 9.
V
5
6 7 8
а 2 3 4
4
9
6
7
П
1
П
l
b
а
3
8
б
9
Рис. 9.1. Схемы лезвийной обработки древесины:
а – строгание; б - фрезерование
Поверхность 3 заготовки, подлежащую изменению в процессе резания,
называют обрабатываемой поверхностью. Поверхность 7, полученную вновь во
время очередного прохода инструмента, называют обработанной. Она совпадает с проектной поверхностью 6. Промежуточную поверхность 8, временно существующую в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями, называют поверхностью резания. Последняя всегда находится в
контакте с лезвием.
9.2. Классификация дереворежущего инструмента.
Материалы для режущих инструментов
Весь дереворежущий инструмент подразделяется на ручной и машинный,
а по способу крепления на станке – на насадной и хвостовой.
К ручному дереворежущему инструменту относятся различные пилы, топоры, стамески, долота, ножи (железки) для шерхебелей, рубанков и ручных
фуганков. Станочный дереворежущий инструмент (рис. 2) сложен по конструкции: в зависимости от вида механической обработки древесины применяют: в
круглопильных станках – дисковые пилы (а); в строгальных – строгальные ножи (б); во фрезерных – фрезы фасонные (в), концевые (г); в сверлильных –
свёрла (д, е), зенкеры (ж), долота (з) и др.
190
По материалу, из которого выполнены лезвия, инструмент подразделяют
на следующие виды:
- стальной режущий инструмент;
- быстрорежущий инструмент;
- твердосплавный режущий инструмент;
- минералокерамический режущий инструмент;
- алмазный инструмент, его лезвия выполнены из синтетических алмазов или поликристаллов кубического нитрида бора.
Рис. 9.2. Дереворежущий станочный
инструмент:
а – дисковая пила; б – строгальный нож; в –
фреза фасонная; г – фреза концевая; д, е– свёрла;
ж – зенкер; з – долото
С целью единообразного оформления
технической документации в производстве
нормалями машиностроения установлена децимальная система классификации
и цифровых обозначений инструмента и приспособлений.
Единая система обозначения технологической оснастки используется в
технической документации, при маркировке изделий, оформлении заявок, учете
и хранении изделий.
Требования, предъявляемые к материалу
Материал режущего инструмента должен обеспечить такое сочетание
свойств, чтобы инструмент одинаково хорошо работал как в начальном приработочном этапе износа, так и в последующем этапе монотонного износа. К материалу предъявляются следующие требования:
прочность, уменьшающая приработочный износ и обеспечивающая работоспособность при срезании толстых слоев древесины;
высокая усталостная прочность обеспечивающая способность сопротивляться циклически изменяющимся контактным нагрузкам;
пластичность, необходимая для выполнения ряда операций по подготовке инструмента, например, развода, плющения зубьев пил и др.;
191
твердость, определяющая стойкость металла к истиранию;
теплостойкость, обеспечивающая неизменность механических свойств
при нагреве;
устойчивость против коррозии, создающая возможность обрабатывать
сырую древесину, когда лезвие подвергается электрохимической коррозии.
Таким образом, материал дереворежущего инструмента должен быть
прочный, пластичный, твердый, теплостойкий, устойчивый против коррозии.
Этими свойствами обладают инструментальные стали (качественные, высококачественные, легированные, быстрорежущие) и твердые сплавы (литые,
вольфрамокобальтовые, синтетические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора, сплавы из поликристаллического алмаза).
По сравнению с легированными сталями твердые сплавы позволяют повысить период стойкости инструмента. Литые твердые сплавы повышают период стойкости в 3...7 раз, вольфрамокобальтовые – в 20...50 раз, минералокерамические пластины – в 200...250 раз, ПКА – 300...1000 раз.
Сменные режущие пластины
В последние годы в фрезерных головках широко применяют поворотные
режущие пластины, которые имеют 2…4 режущие кромки. После затупления
одной режущей кромки пластина поворачивается, и инструмент работает другой острой режущей кромкой. Изготовляются они из твердого сплава для разового применения. После затупления всех режущих кромок пластины не затачиваются, а заменяются новыми. Крепят режущие пластины на фрезерных головках механически. Для этого они имеют посадочные отверстия, которыми пластины базируются на штифтах.
На рис. 9.3 показаны примеры выполнения поворотных режущих пластин. Профили режущих кромок пластин могут быть разнообразными. Профильные пластины могут быть поворотными.
а Рис. 9.3. Режущие пластины:
а – поворотные; б - профильные
б 192
9.3. Машины деревообрабатывающей отрасли
Типы машин
С учетом социальной потребности и научно-технического уровня деревообрабатывающее оборудование может выполнять четыре функции: технологическую, энергетическую, управления и планирования.
Если техническое устройство выполняет технологическую функцию, то
оно называется рабочей машиной.
Рабочая машина представляет собой механизм или сочетание нескольких
механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для
выполнения полезной работы. В простейшем случае все движения рабочей машины выполняются вручную. Например, ворот для подъема воды из колодца,
дрель для сверления отверстий, мясорубка позволяют выполнять полезную работу и имеют ручной привод.
Рабочие машины, изменяющие форму и размеры обрабатываемой детали
методом резания, называются станками.
Рабочие машины, производящие работу методом давления, называются
прессами.
Машины, выполняющие рабочие операции без изменения формы, размеров и качества объекта труда, называются просто машинами (сортировочные,
пакетоформирующие, транспортирующие и др.).
Машины, осуществляющие физико-химическое воздействие на обрабатываемый объект, называются аппаратами.
С целью облегчения труда рабочих, повышения производительности и
улучшения качества выпускаемой продукции человек передает рабочей машине
частично или полностью другие функции: энергетическую, управления, планирования.
Если рабочей машине передается энергетическая функция (привод движений главного, подачи и др.), то машина становится механизированной. Механизация только уменьшает или частично избавляет человека от тяжелого
ручного труда, так как функция управления (включение, выключение, регулирование режима, загрузка и съем заготовок и т.д.) все равно остается за человеком.
193
Если рабочей машине передать функции энергетическую и управления,
то она превращается в автомат и полностью исключает непосредственное участие человека в работе.
Автомат самостоятельно выполняет все рабочие и холостые ходы цикла
по программе, заранее составленной и отлаженной человеком. В этом случае
рабочая машина заменяет уже не только мускулы, но и в известных пределах
мозг человека. За человеком остается только функция контроля, наладки, подготовки и замены программ.
Если рабочей машине передать еще функцию планирования (выбора
нужной программы с помощью системы планирования работ), то за человеком
остается только функция составления программ.
Если функции энергетическая и управления переданы машине не полностью, то рабочая машина называется полуавтоматом. Обычно на полуавтоматах
рабочий вручную устанавливает, закрепляет и открепляет заготовку, включает
подачу станка.
Линии
Для выполнения технологических операций рабочие машины устанавливают в линии, которые могут быть поточными, автоматическими или полуавтоматическими.
Поточной называется линия рабочих машин, расположенных в порядке
последовательности выполнения операций технологического процесса и требующих индивидуального обслуживания. Входящие в поточную линию машины могут быть связаны и не связаны транспортными средствами. В лесопильном цехе, например, работает одна или несколько поточных линий. Станки линий установлены в строгой последовательности выполнения технологических
операций, и каждый станок обслуживается одним или несколькими рабочими.
При этом станки связаны между собой транспортерами.
Автоматической линией называется система машин, расположенных в
технологической последовательности, объединенных средствами транспортировки, управления, автоматически выполняющая комплекс операций и нуждающаяся лишь в контроле и наладке. Загрузка головной машины линии и съем
готовой продукции производятся загрузочно-разгрузочными устройствами.
Если некоторые операции линии выполняются с участием рабочего, то
такая линия называется полуавтоматической.
194
Схемы машин
Схемы – это конструкторские документы, на которых условными символами графически изображены составные части изделия, их взаимное расположение и связи. Схема позволяет быстро разобраться в конструкции и последовательности действий элементов устройства.
Виды, типы и общие требования к выполнению схем установлены ГОСТ
2.701-84. Для проектирования и изучения конструкций деревообрабатывающего оборудования используются схемы: технологическая (функциональная), кинематическая, гидравлическая, пневматическая, электрическая. Схемы выполняются без соблюдения масштаба. Пространственное расположение частей изделия можно не учитывать.
Технологическая (принципиальная) схема
Технологической называют схему машины, отражающую принцип ее работы и характер движений ее рабочих органов и обрабатываемой детали.
Технологическая схема показывает, какие движения рабочих органов
должны быть сделаны для обеспечения нормальной безопасной работы станка.
На ней показываются условными очертаниями обрабатываемая деталь и инструмент, базирующие, направляющие, прижимные и подающие органы, их взаимное расположение и направление движения. На рис. 9.4 изображена технологическая схема круглопильного станка для продольной распиловки пиломатериалов.
На схеме показаны пила 1, нижние подающие вальцы 2 и 6, верхние подающие вальцы 3 и 4, верхняя и нижняя когтевые завесы 5, предотвращающие
обратный выброс заготовки 8, и боковая направляющая линейка 7. Заготовка
взаимодействует со всеми указанными элементами станка. При этом каждый
рабочий орган выполняет свою конкретную функцию. Стрелками показано направление движения заготовки и рабочих органов станка. На схеме указывается
также максимальный и минимальный размеры обрабатываемой заготовки.
195
Lmin 3 Hmax V 2
5
4
Вmax 7 6
8 1 Рис. 9.4. Технологическая схема станка ЦА-2А
Кинематическая схема. Каждый станок состоит из кинематических элементов (звеньев) – валов, шестерен, шкивов, звездочек и т.п. Взаимодействующие друг с другом звенья образуют кинематические пары. Из кинематических
пар образуются кинематические цепи, которые связывают двигательные механизмы станка с исполнительными.
Кинематическая схема станка отражает способ передачи движений в машине от двигательных механизмов к исполнительным.
Условные обозначения элементов кинематических схем выполняются по
ГОСТ 2.770-68. Правила выполнения изложены в ГОСТ 2.703-75.
На рис. 9.5 приведена кинематическая схема механизма главного движения круглопильного станка.
Движение от электродвигателя 1 через клиноременную передачу, включающую шкивы 2 и 3, передается пиле. Кинематическую схему читают так:
движение с вала I электродвигателя передается на пильный вал II ременной передачей.
Кинематическая схема позволяет рассчитать скорости рабочих движений
станка или подобрать кинематические пары по заданным скоростям рабочих
движений. Для этого на схеме приводится обозначение и характеристика всех
входящих в нее элементов.
196
4 II 3 D = 400 d2 = 120
I 2 d1 = 100
1 n = 2960 мин‐1 М
Р 1 В
Рис. 9..5 Кинематическая схема механизма главного движения
круглопильного станка
Классификация и индексация деревообрабатывающих станков
Классификацию выполняют по технологическому и конструктивным
признакам.
По технологическому признаку деревообрабатывающее оборудование
подразделяется на дереворежущие станки общего и специального назначения,
клеильно-сборочное, прессовое, отделочное и сушильное оборудование.
К дереворежущим станкам относят лесопильные рамы, ленточнопильные
и круглопильные станки для продольного и поперечного пиления, фрезерующие (продольно-фрезерные, фрезерные, шипорезные и копировальные станки),
сверлильные, долбежные станки, токарные, круглопалочные, строгальные, лущильные и циклевальные станки, гильотинные и дисковые ножницы, шлифовальные, корообдирочные и дробильные станки.
К клеильно-сборочному оборудованию относят оборудование, работающее без клея и с клеем. Соединение деталей в изделие может производиться
гвоздями, сшиваться проволокой или обвязываться проволокой. К оборудованию, работающему с клеем, относят машины для приготовления и нанесения
клея, оборудование для облицовывания пластей и кромок щитов, склеивания
деталей по сечению, сборочное оборудование (ваймы, прессы).
К отделочному оборудованию относят машины грунтовальные, лако- и
красконаносящие, машины для облагораживания покрытий.
По конструктивным признакам выделяют следующие классификационные группы машин:
– по числу одновременно обрабатываемых деталей различают машины
одно-, двух-, трех-, многопредметные, а также одно-, двух-, трех-, многопоточные;
197
– по числу одновременно обрабатываемых сторон детали – машины
одно-, двух-, трех-, четырехсторонние;
– по числу позиций обработки – машины одно-, двух-, трех-, четырех-,
многопозиционные;
– по числу шпинделей с главным рабочим органом – машины одно-,
двух-, трех-, четырех-, многошпиндельные;
– по схеме (траектории) движения обрабатываемой детали – машины
с замкнутой или разомкнутой схемой движения (с прямолинейной или криволинейной траекторией);
– по компоновке машины – с вертикальной, горизонтальной, круговой и
звездообразной компоновкой;
– по степени конструктивной преемственности – оригинальной конструкции, унифицированные, нормализованные, агрегатированные.
– по характеру относительного перемещения заготовки и инструмента – различают машины цикловые с прерывистым перемещением заготовки или инструмента и проходные с непрерывным перемещением заготовки.
По технологическому признаку станки общего назначения подразделяются на следующие типы: окорочные, лесопильные рамы, ленточнопильные,
круглопильные, продольно-фрезерные, фрезерные, шипорезные, сверлильные,
сверлильно-пазовальные, долбежные, токарные, и шлифовальные.
Для обозначения типов станков принята буквенно-цифровая индексация
(табл. 9.1).
Кроме этих букв для указания характерного максимального параметра и
модели станка проставляют соответствующие цифры. Цифры после первой буквы индекса указывают на количество рабочих органов или агрегатов станка.
Например, С2Ф – фуговальный станок с двумя (горизонтальный и вертикальный) фрезерными валами.
Цифры после букв индекса характеризуют основной параметр станка, а
цифры после тире – номер модели.
Пример. Индексация СР6-9 означает – станок рейсмусовый с максимально возможной шириной обрабатываемой заготовки 630 мм девятой модели; Ф2К-2 означает – станок фрезерный, двухшпиндельный, с карусельным
столом, второй модели; ЛС80-5 – станок ленточнопильный, столярный, диаметр рабочих шкивов 800 мм, пятая модель и т. д.
198
Таблица 9.1
Буквенная индексация деревообрабатывающих станков
Тип станка
Обозначение
Тип станка
Обозначение
Окорочный
ОК
Рейсмусовый
СР
Четырехсторонний
Лесопильные рамы:
С
продольно-фрезерный
вертикальная
Р
Фрезерный
Ф
двухэтажная
2Р
Шлифовальный
Шл
Шипорезные для
горизонтальная
РГ
рамного шипа:
Ленточнопильные:
односторонние
ШО
для распиловки бревен
ЛБ
двусторонние
ШД
Шипорезные для
горизонтальные
ЛГ
ящичного шипа:
прямого
делительные
ЛД
ШП ШЛХ
"ласточкин хвост"
столярные
ЛС
Сверлильный
СВ
Круглопильные станки:
Сверлильно-пазовальный
СВП
Долбежный с фрезерной
для продольного раскроя
ЦД
ДЦ
цепочкой
для поперечного раскроя
ЦТ
Токарный
Т
для форматного раскроя
ЦТФ
Круглопалочный
КП
Фуговальный
СФ
Шлифовальный
ШЛ
199
ГЛАВА 10
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
10.1. Материалы
Материалы для приготовления изделий из древесины можно разделить на
конструкционные, облицовочные и на материалы, характерные для производства мебели для сидения и лежания: а также клеи, фурнитура, стекла, зеркала,
элементы декоративного оформления изделий, отделочные материалы.
Конструкционные материалы – это материалы, из которых изготавливают
детали конструкций, воспринимающих нагрузку. К ним относятся древесина,
древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанера, пластические материалы, металл.
Древесина. Ее достоинства разбирались в введении, но она имеет и недостатки: анизотропность (разные механические характеристики в зависимости от
направления волокон), наличие различных пороков (сучки, трещины, сердцевина, наклон волокон, сбежистость, кривизна и т.д.), размеро- и формоизменяемость (усушка, разбухание, покоробленность), гигроскопичность, горючесть.
Древесностружечные плиты. Положительные свойства: сравнительно
большие размеры, хорошо обрабатываются и отделываются, имеют практически одинаковые физико-механические свойства по длине, ширине и толщине,
гигроскопичность ниже, чем у натуральной древесины. Недостатки: формоизменяемость (покоробленность), значительная разнотолщинность, низкая шурупоудерживающая способность кромок, токсичность.
Столярные плиты применяются тогда, когда необходима высокая прочность и легкость элементов. Недостатки: сложность и трудоемкость изготовления, значительный расход массивной древесины.
Древесноволокнистые плиты. Обладают почти одинаковыми с натуральной древесиной физико-механическими свойствами (твердые древесноволокнистые плиты), характерна одинаковая прочность по всем направлениям, хорошо
поддаются всем видам механической обработки.
Из них изготавливают донья ящиков и других емкостей, задние стенки,
облицовочный материал.
200
Фанера. Применяют для изготовления столярных плит, пустотелых щитов, задних стенок и ящиков корпусной мебели.
Облицовочные материалы
Древесные – шпон строганый (подробно рассматривался в разделе 4.4).
Декоративные пленки на основе пропитанных бумаг. В пленках с частичной поликонденсацией смолы последняя обладает хорошей текучестью. Поэтому пленку приклеивают без применения дополнительного клея за счет собственной смолы. Такие пленки позволяют совместить две операции – облицовывание с одновременным получением отделочного покрытия. Эти пленки производятся с применением меламиноформальдегидных смол. Они применяются
при изготовлении ламинированных плит. Пленки с полной поликонденсацией
смолы называются листовым синтетическим шпоном.
Декоративный бумажно-слоистый пластик (ДБСП). В его составе до 65 %
бумаги, которая выполняет две функции: армирующего наполнителя, придающего пластику повышенные механические свойства и компенсирующего хрупкость смолы, и носителя декоративных свойств. Толщина его 1,0…1,6 мм может быть гладким или имитировать текстуру древесины. Для изготовления
ДБСП применяют бумагу плотностью 150 г/м2.
Конструкционные материалы из пластмасс. Технологический процесс изготовления деталей из пластмасс позволяет создавать изделия любой архитектурной формы, полностью использовать применяемое сырье (без отходов).
Кроме того, применение пластмасс дает возможность экономить древесные материалы, сократить трудозатраты, повысить производительность.
Недостатки: ограниченность ресурсов полимеров и их высокая стоимость.
10.2. Требования к изделиям из древесины
Утилитарность – функциональная оправданность конструкции, ее полезность, целесообразность. Разновидностью утилитарных требований являются
гигиенические требования (выборочное применение материалов и ограничение
их контакта с человеком).
Технологичность – возможность применения при изготовлении изделий
из древесины современного оборудования и обеспечения поточности производства, создание минимума трудовых и материальных затрат.
201
Эстетические требования. Изделия должны отвечать запросам разных потребительских групп населения, иметь современные архитектурные формы,
решать вопросы пропорций и масштабности в интерьере, иметь широкую гамму цветовых решений.
10.3. Структурные элементы изделий
Обычно под изделием понимают предмет, обладающий вполне определенными потребительскими свойствами, годный для непосредственного использования. Однако, в современном производстве это понятие значительно
шире. Например, изделием определенного предприятия могут быть детали, поставляемые другому предприятию.
Деталь – элементарная часть изделия, изготовленная без применения сборочных операций, до конца обработанная. Деталь может быть черновой или
чистовой. Узел – соединение двух деталей. Сборочная единица – узел, полученный путем сборочных операций, в который могут входить детали, материалы и покупные изделия. Узлы могут быть простыми (в состав которых не входят другие узлы) и сложными (состоящими из узлов предыдущих ступеней).
Несмотря на большое разнообразие видов конструкций и назначения изделий из древесины, конструктивно они выполняются максимум из четырех
видов элементов: брусков, рамок, щитов и коробок. Эти конструктивные элементы могут иметь разную степень сложности, то есть могут представлять собой деталь, узел или сборочную единицу. Например, брусок может быть изготовлен из цельного отрезка древесины, а может быть склеен из 2-х и более частей.
Бруском обычно называют конструктивный простейший элемент, у которого толщина поперечного сечения не превышает двойной ширины, а длина в
несколько раз превосходит ширину. Брусок может иметь различную форму сечения: прямоугольную, овальную, круглую, фигурную.
Щитом принято называть такой конструктивный элемент, ширина которого в несколько раз превышает толщину, а длина превышает ширину не более
чем в 3 раза. Конструктивно щиты могут быть выполнены сплошными (из массивной древесины путем склеивания брусков (делянок) по кромке) и полыми.
Последние представляют собой рамку из массивной древесины, оклеенную с
обеих сторон древесноволокнистой плитой или клееной фанерой. Внутренняя
202
полость таких щитов заполняется обрезками реек, стружками, смешанными с
клеем или специально изготовленным из бумаги и шпона решетчатым заполнителем.
В мебельном производстве в настоящее время все щитовые детали в подавляющем большинстве изготавливают из древесностружечных плит.
Рамкой называют конструктивный элемент, образованный в простейшем
случае соединением минимум трех брусков под углом. Рамки имеют широкое
применение в производстве столярно-строительных изделий. Они могут быть
различными по форме и по конструкции, собираются из брусков, выпиленных
из плитных материалов или спрессованных из проклеенной измельченной древесины.
Часто в изделиях рамка снабжена заглушиной в виде щита, вставляемого
в пазы по внутреннему периметру рамки. В этом случае рамку называют обвязкой, заглушину – филенкой, а конструкцию – филенчатой.
Коробки представляют собой разновидность рамок. Они изготавливаются
из широких брусков или щитов, соединенных под углом друг к другу, являются
составной частью оконных и дверных блоков, широко используются в мебельном производстве для формирования опор, ящиков и корпусов.
10.4. Правила конструирования изделий из древесины
При разработке конструкции какого-либо изделия необходимо учитывать
требования, которые к нему предъявляются, материал, из которого оно будет
изготовлено и условия, при которых оно будет эксплуатироваться.
Для изделий из древесины сложность конструирования заключается в
том, что при неизбежном изменении размера и формы отдельных деталей и узлов изделия в условиях эксплуатации, оно должно оставаться практически неизменным по форме и прочности.
Здесь надо помнить такие свойства древесины как ее гигроскопичность и
анизотропность.
Также при изготовлении любого изделия необходимо обеспечить минимальные материальные и трудовые затраты. Освоение новой конструкции изделия не должно приводить к коренной ломке технологии, приобретению дорогого оборудования и дефицитных материалов.
203
Вышеназванные особенности древесины и требования к изделиям из нее
вызывают необходимость соблюдения определенных правил конструирования.
Первое правило конструирования изделий из древесины. Конструировать
изделия надо так, чтобы неизбежная деформация отдельных частей происходила свободно, но без нарушения формы и прочности самого изделия.
При конструировании необходимо учитывать усушку и разбухание. В некоторых деталях изменения размеров при усушке и разбухании значительны.
Так, крышка стола, изготовленная из массивного щита шириной около 700 мм,
может изменяться по ширине на 10…12 мм. Или, например, в филенчатых конструкциях филенку вставляют в пазы свободно. Пазы должны иметь достаточную глубину, чтобы при изменении влажности филенка могла свободно изменять свои размеры, не выходя из пазов и не разрушая обвязку.
Второе правило. Отдельные детали изделия надо конструировать так,
чтобы неизбежные изменения размера и формы были наименьшими. Этого
можно достичь путем изготовления деталей не из одного куска древесины, а из
нескольких, возможно более мелких, соединенных клеем. При таком склеивании напряжения, возникающие в отдельных элементах деталей, будут как бы
взаимно уравновешиваться при изменении размера и формы. Так усушка по
ширине детали будет примерно в два раза меньше, чем у детали из целого куска
древесины.
Третье правило. Для прочности изделия необходимо конструировать так,
чтобы направление волокон в отдельных деталях совпадало с направлением
действия сжимающих или растягивающих сил и было перпендикулярным направлению изгибающих сил.
Сопротивление древесины действующим усилиям неодинаково вследствие неравномерного ее строения в разных направлениях. Например, растягивающим усилиям вдоль волокон древесина сопротивляется значительно больше
(в 10…30 раз), чем усилиям поперек волокон. В технических условиях на материалы для изделий из древесины вводят ограничения относительно наличия косослоя. Установлено, что при отклонении волокон от направления действия
внешних сил на угол 10о прочность детали уменьшается на 15 % .
Четвертое правило. Изделия необходимо проектировать так, чтобы они
по своей форме, размерам и конструкции были рациональными, отвечали на-
204
значению, удовлетворяли техническим условиям и санитарно-гигиеническим
требованиям.
При конструировании все детали и соединения нужно проектировать так,
чтобы их можно было выполнить на станках. Конструкция должна быть такой,
чтобы при высоком качестве изделий требовалось наименьшее количество материалов и наименьший объем трудовых затрат. Изделие должно отвечать назначению, быть удобным в пользовании. Мебель – соответствовать размерам
человеческого тела, рациональной и комфортабельной.
10.5. Соединения деталей
Существует множество способов соединения деталей в узлы и сборочные
единицы. Все способы могут быть разделены на две группы: неразъёмные соединения и разъёмные.
К неразъёмным относятся соединения на одном клее, на шипах с клеем,
на гвоздях и на скобах.
Соединение одним клеем применяют при склеивании брусковых деталей
и заготовок по длине, ширине и толщине, при облицовывании, при склеивании
с одновременным гнутьём, при изготовлении деталей из измельчённой древесины.
Соединение с помощью одного клея имеет значительную прочность при
соблюдении режимов склеивания, однако применяют его в основном в тех случаях, когда поверхность склеивания достаточно большая и изделие не подвергается в процессе эксплуатации динамическим нагрузкам.
Шиповые соединения могут быть угловыми концевыми и угловыми срединными. Прочность шиповых соединений зависит от размеров шипов, соотношения размеров шипа и гнезда, прочности клеевого соединения, условий и
характера работы шипового соединения.
Соединения на гвоздях широко применяют при изготовлении тары,
строительных конструкций и в стандартном домостроении. В производстве мебели их используют редко, лишь при обивке мягкой мебели гвоздями с декоративной шляпкой или в качестве вспомогательного соединения при склеивании.
Прочность соединения на гвоздях зависит от размеров и формы сечения гвоздя,
направления забивки относительно волокон древесины, породы древесины, её
влажности.
205
Соединение на скобах применяют в основном для крепления тонких листовых материалов и тканей. Скобы забиваются с помощью пневматических
скобозабивных пистолетов.
Разъёмные соединения подразделяются на жёсткие и подвижные. Жёсткие применяют при формировании корпусов сборно-разборных изделий. Эти
соединения позволяют осуществлять многократную сборку и разборку изделий.
К жёстким разъёмным соединениям относятся соединения на шурупах, винтах
и стяжках.
Подвижные разъёмные соединения применяют при креплении элементов,
которые в процессе эксплуатации меняют своё положение (двери, оконные
створки, ящики, раздвижные стёкла и т.п.). Крепление дверей, створок осуществляется с помощью шарнирных устройств, получивших общее название петли. По количеству шарниров различают одно-, двух-, трёх- и четырёхшарнирные петли. Конструкции, форма и размеры петель регламентируются отраслевой нормативной документацией и ГОСТами. Для перемещения ящиков, выдвижных полок и раздвижных дверей используют направляющие различных
форм, изготовленные из древесины, металла или пластмассы.
10.6. Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц
Взаимозаменяемость – это такое свойство деталей, при котором каждая
деталь может входить в сопрягаемую без какой-либо дополнительной обработки или пригонки при условии, что качество сопряжения в процессе эксплуатации будет удовлетворять заданным нормам.
Взаимозаменяемость обеспечивается двумя факторами: технологическим,
определяющим способы обработки и сборки детали, и эксплуатационным, предусматривающим соответствие детали или изделия в процессе эксплуатации
определенным техническим условиям.
Качество изделий определяется точностью обработки и сборки по геометрическим параметрам, механическими и физическими свойствами материалов.
Принцип взаимозаменяемости должен соблюдаться, начиная с заготовок
и полуфабрикатов, в отношении которых взаимозаменяемость означает точность размеров и формы, а также однородность механических и физических
свойств материала. В более широком смысле взаимозаменяемость – комплекс 206
ное понятие, характеризующее направление в развитии современной техники,
то есть включает в себя вопросы проектирования, технологии и эксплуатации.
Взаимозаменяемость может быть полной, когда детали соединяются без
подгонки, и ограниченной, когда в процессе сборки детали частично подгоняются друг к другу.
Уровень взаимозаменяемости производства характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости Кв, равным отношению трудоемкости изготовления
взаимозаменяемых деталей к общей трудоемкости изготовления изделия.
Взаимозаменяемость разделяют также на внутреннюю и внешнюю. К
внутренней относится взаимозаменяемость отдельных деталей какого-либо узла. К внешней – взаимозаменяемость узлов и изделий.
Необходимыми условиями для осуществления взаимозаменяемости являются:
система допусков и посадок,
точность изготовления изделий,
применение современных и создание новых контрольно-измерительных
средств,
рациональное конструирование,
стабильность исходного материала и т. п.
Точность изготовления изделий – один из главных факторов взаимозаменяемости. Под точностью изготовления изделия понимается свойство технологического процесса обеспечивать соответствие поля рассеивания значений показателя качества изготовления продукции заданному полю допуска и его расположению.
В обобщенном виде точность изготовления изделий в основном обуславливается двумя факторами: технологической точностью работы станка и точностью его настройки.
Точность или погрешность работы станка определяется полем рассеивания значений размеров партии деталей, обработанных на станке при данном его
состоянии и настройке. На точность работы станка оказывают влияние действия целого ряда погрешностей. Все они подразделяются на 2 группы: систематические и случайные.
Cистематическая погрешность – это погрешность, которая при одних и
тех же условиях принимает одно и тоже значение по модулю и знаку.
207
Cлучайная погрешность – это погрешность, которая при одних и тех же
условиях принимает различные значения по модулю и знаку.
Эти погрешности могут быть вызваны нестабильностью величин припусков на обработку, внутренними напряжениями в материале, ошибками базирования деталей и т. д. Их можно выявить системой правил, их обуславливающих.
Точность работы станка определяют опытным путем. Для этого его настраивают на заданный размер, обрабатывают партию деталей в количестве
100…150 шт., замеряют каждую деталь, полученные результаты обрабатывают
методами вариационной статистики и строят кривую распределения. По величине рассеивания размеров судят о точности работы станка. Точность настройки станка – важный фактор, влияющий на точность обработки.
10.7. Основные понятия о допусках и посадках
Указанные на чертеже размеры не могут быть выполнены абсолютно
точно. Размеры полученных деталей имеют некоторую погрешность, то есть
некоторое несоответствие размерам, указанным в чертеже. Величина погрешности зависит от точности работы станка, от степени износа инструмента и
приспособлений, от изменения размеров деталей при изменении влажности
древесины, от точности измерительного инструмента и ряда других факторов.
Вместе с тем для каждого размера могут быть допущены определенные отклонения от заданного без ущерба для качества изделия и взаимозаменяемости его
деталей, поэтому установление величин допустимых погрешностей обеспечивает взаимозаменяемость составных частей изделия и его надежную эксплуатацию.
Два подвижно или неподвижно соединенных друг с другом элемента называются сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение
двух деталей, называются сопрягаемыми поверхностями. При соединении сопрягаемых плоскостей различают охватываемую и охватывающую поверхности. У цилиндрических соединений охватывающая поверхность называется
«отверстием», а охватываемая – «вал». Названия «отверстие» и «вал» условно
применимы ко всем охватывающим и охватываемым поверхностям.
Номинальный размер является основным расчетным размером, который
устанавливается при конструировании и проставляется на чертеже.
208
Действительный размер определяется при измерении соответствующими
инструментами полученной после обработки детали.
Предельными называются такие размеры, между которыми может колебаться действительный размер. Наибольшим предельным размером является
сумма номинального размера и верхнего предельного отклонения, а наименьшим – сумма номинального размера и нижнего предельного отклонения.
Верхним предельным отклонением называется разность между наибольшим предельным и номинальным размерами. Нижним предельным отклонением называется разность между наименьшим предельным и номинальным размерами.
Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами, зазором – положительная разность между размерами отверстия и вала, натягом – отрицательная разность между размерами отверстия
и вала, создающая после их сборки неподвижное соединение. Посадкой называют характер сопряжений, определяющий плотность и взаимную подвижность
двух или нескольких связанных между собой деталей.
Систему допусков и посадок, регламентирующую точность обработки и
сборки, а также необходимую прочность, плотность и взаимную подвижность
деталей, узлов и изделий из древесины, устанавливает ГОСТ 6449-82 «Допуски
и посадки в деревообработке».
Контроль за размерами обрабатываемых деталей может осуществляться
универсальными измерительными инструментами (линейкой, штангенциркулем), нормальными и предельными калибрами.
Современное производство предполагает контроль размеров производить
с помощью предельных калибров.
Калибр – бесшкальный измерительный инструмент для контроля размеров и формы деталей. Все калибры делятся на три типа: скобы предназначены
для контроля внешних размеров деталей, пробки – внутренних размеров (отверстий); уступомеры контролируют размеры уступов, глубины пазов, высоты
заплечиков.
Основное назначение калибров заключается в определении годности детали, а не в измерении действительной величины размера. Калибр имеет два
размера: наибольший предельный размер и наименьший, которые могут находиться на одной стороне калибра или по обеим сторонам.
209
Качество обработки на станках характеризуется не только точностью
форм и размеров деталей, но и шероховатостью поверхности.
10.8. Шероховатость поверхности
Шероховатость поверхности характеризуется наличием неровностей на
обработанной поверхности. Могут быть макронеровности – единичные неровности большой протяженности, вызванные геометрической неточностью станков, неправильным базированием и короблением детали.
Микронеровности – это мелкие выступы и впадины: анатомические,
структурные неровности древесины, неровности разрушения и упругого восстановления в процессе обработки режущим инструментом.
Шероховатость поверхности характеризуется числовыми значениями параметров неровности и наличием либо отсутствием ворсистости.
Для оценки шероховатости древесных материалов применяют
Rm max – среднее арифметическое высот отдельных наибольших неровностей, вычисляемое по формуле:
Rm max =
1 n
∑ Hmaxi ,
n
(10.1)
где Hmax i – расстояние от высшей до низшей точки наибольшей неровности.
Rm – наибольшая высота неровностей профиля, вычисляемая по формуле:
Rm=Уp max+ Уv max ,
(10.2)
где Уp max – расстояние от средней линии профиля до высшей точки в пределах базовой длины,
Уv max – расстояние от средней линии профиля до низшей точки в пределах базовой длины.
Нормируемое значение шероховатости обозначают на чертеже на всех
поверхностях детали.
Для контроля грубых поверхностей пиломатериалов рамного пиления используются простые индикаторные глубиномеры, для получистых пиломатериалов – оптические приборы ТСП-4, основанные на принципе ''теневого
210
сечения'', для чистых поверхностей – прибор МИС-11 – на принципе ''светового
сечения''.
Шероховатость поверхности оказывает большое влияние на качество изделия, также имеет принципиальное значение при нормировании расхода клеевых и отделочных материалов.
Шероховатость поверхности обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.
Числовые значения параметров шероховатости указываются после соответствующего символа, кроме значений параметра Ra, который проставляется
без символа (табл. 10.1).
Таблица 10.1
Обозначение шероховатости на чертеже
Знак наиболее предпочтительный. Высота h равна высоте размерных чисел H = (1,5...3,0) h. Параметр R не
должен превышать 0,4 мкм.
Знак, показывающий, что поверхность образована путем удаления слоя металла. Параметр R должен находиться в пределах 0,8...0,32 мкм.
Знак, показывающий, что поверхность образована без
снятия слоя металла. Параметр R не должен превышать
1,6 мкм.
Знак, показывающий, что поверхность не обрабатывается по данному чертежу.
10.9. Технологический процесс и оборудование
10.9.1. Раскрой досок на черновые заготовки
Рациональный раскрой древесных материалов на заготовки является одним из способов увеличения их объемного выхода. Правильная организация
раскроя пиломатериалов имеет важное значение, так как наибольшее количест 211
во отходов древесины наблюдается именно в этой стадии. Различают групповой и индивидуальный раскрой пиломатериалов.
При групповом доски раскраивают по одной и той же заранее установленной схеме. В этом случае тонкие доски можно раскраивать одновременно по
несколько штук – пачками, что позволяет применять высокую степень автоматизации процесса раскроя.
При индивидуальном раскрое каждую доску раскраивают в зависимости
от качества древесины и расположения пороков по самой выгодной схеме,
обеспечивающей наибольший выход основных заготовок целевого назначения
при минимальном количестве попутных заготовок. Такой раскрой затрудняет
механизацию и автоматизацию.
Применение ''слепого'' раскроя пиломатериалов приводит к значительному уменьшению выхода и получению большого количества некондиционных
заготовок (при групповом раскрое в среднем 66…70 %).
Наиболее рациональное использование пиломатериалов наблюдается при
индивидуальном комбинированном раскрое одновременно на длинные и короткие заготовки.
Раскрой досок на прямолинейные заготовки производят на круглопильных станках. Схема поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки представлена на рис. 10.1.
Рис. 10.1. Схема раскроя досок
на торцовочных станках
При небольших объемах производства брусковых деталей рекомендуется
применять для поперечного раскроя круглопильные станки ЦКБ-40 (рис. 10.2),
ЦПА-40, ЦМЭ-3, ТК-18Т (Китай), STROMAB TR 350 (500, 600) (Италия),
STROMAB RS-65 и др., а для продольного раскроя – станки ЦДК-4, ЦДК5-3
(рис. 10.3), ЦМР-2, Griggio CM (Италия), WP-500 (Польша) и др.
212
Рис. 10.2. Станок торцовочный ЦКБ-40
Рис. 10.3. Станок для продольного раскроя
пиломатериалов ЦДК5-3
При больших объемах производства брусковых деталей технологический процесс должен строиться на основе поточного
производства с широким применением автоматических и полуавтоматических
линий. Однако механизация и автоматизация может быть экономически выгодна только в том случае, если она обеспечивает рациональное использование пиломатериалов. Для правильного разрешения этих противоречий существует два
метода.
Первый метод заключается в том, что станок автоматически производит
раскрой досок под наблюдением оператора. Этот метод называется автоматическим раскроем под наблюдением.
Более совершенен второй метод, называемый автоматическим раскроем
по назначению. Сущность его заключается в том, что после осмотра и оценки
доски назначается определенная, наиболее выгодная, схема раскроя.
В настоящее время существует линия с четырьмя критериями оптимизации MATRIX 4 производства фирмы STROMAB (Италия), снабженная программирующим устройством с экраном VGA и списком шаблонов пропила,
вводимого с клавиатуры внешнего компьютера через единую сеть (рис. 10.4).
Оптимизирующее программное обеспечение: четыре критерия оптимизации
213
(максимальная длина, ограничение расхода материала, приоритетные длина и
объем), утилизация отходов, окончательный отчет по оптимизации параметров,
устройство выявления дефектов, снабженное сканером.
Рис. 10.4. Линия MATRIX 4 для поперечного раскроя пиломатериалов
с программируемой оптимизацией длин по 4-м критериям и вырезки
дефектов со считыванием по флуоресцентным меткам
10.9.2. Раскрой плитных материалов
Технологические операции раскроя листовых и плитных материалов
включают распиливание их вдоль и поперек с получением заготовок или деталей требуемых размеров. При этом необходимо выполнять главные требования,
предъявляемые к раскрою – обеспечение максимального коэффициента раскроя, комплектности заготовок в соответствии с объемом производства и соответствующим им качеством. Максимальный процент полезного выхода деталей
в чистоте может быть обеспечен при условии, если припуски будут минимальными, организационные и технологические потери сведены к нулю, а раскрой
плитных и листовых материалов на заготовки будет основан на строгих математических расчетах.
На производстве заготовки из плитных и листовых материалов раскраивают по картам раскроя. При разработке карт раскроя требуется строгое соблюдение максимального выхода деталей, комплектности деталей разных размеров
и назначения в соответствии с объемом производства, максимального количества типоразмеров деталей при раскрое одной плиты и минимального повторения одних и тех же деталей в разных картах раскроя. Карты раскроя составляют
с учетом припусков на последующую механическую обработку. Для мебельных
заготовок из плитных материалов припуски на обработку устанавливают по
214
длине и ширине. При составлении карт раскроя, облицованных ДСтП, учитывают направление рисунка в заготовках.
Применяемое на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях оборудование для раскроя плит реализует схему поэтапного раскроя, при которой
на первом этапе ДСтП раскраивают по длине на полосы, затем, на втором этапе,
полосы раскраивают на заготовки. В зависимости от количества типоразмеров
заготовок, входящих в карту раскроя, и соблюдения или несоблюдения комплектности заготовок в одной карте раскроя, различают индивидуальный, комбинированный и совместный способы раскроя.
При индивидуальном раскрое материалы (плиты) одного вида раскраиваются на заготовки одного вида или материалы одного вида раскраиваются на
заготовки нескольких видов (нескольких типоразмеров) и, наконец, материалы
нескольких видов раскраиваются на заготовки одного вида. Индивидуальный
способ раскроя сопровождается большим количеством отходов.
Комбинированный раскрой предусматривает включение в каждую карту
раскроя нескольких типоразмеров заготовок или деталей с обязательным соблюдением комплектности по выкраиваемым заготовкам. Этот способ раскроя
является, как правило, более эффективным по сравнению с индивидуальным,
но он более сложен.
Совместный раскрой может включать индивидуальный и комбинированный способы раскроя и является наиболее эффективным по сравнению с рассмотренными.
Наибольшее применение для раскроя необлицованной ДСтП нашли такие
станки как ЦТМФ-1, ЦТЗФ-1 (Россия) (рис. 10.5); для раскроя ламинированной
ДСтП – форматно-раскроечные станки ITALMAC Omnia-3200R (рис. 10.6),
CASOLIN Astra SE400 (Италия), ROBLAND (Бельгия), PANHANS (Германия) и
центры по раскрою с числовым программным управлением SELCO EB 120
(рис. 10.7), Biesse SELCO WNAR600 (Италия), HVP 120 (рис. 10.8) и др.
10.9.3. Изготовление облицовок из шпона строганого
Строганый шпон и рулонные материалы раскраивают на гильотинных
ножницах НГ-18 (рис. 10.9), НГ-30 (Россия), WEILI MQ 2031B (Китай) (рис.
10.10), CASATI ТO3100 (Италия) или бумагорезательных машинах.
215
Для раскроя рулонных материалов применяют также ротационные резательные устройства в виде вращающегося вала, на котором закреплен нож.
Размер отрезаемых листов определяется частотой вращения вала и скоростью
подачи материала.
Заготовки, получаемые в результате раскроя материалов, имеют размеры,
превышающие размеры детали на величину припуска. Такие заготовки называют черновыми. Величина припуска зависит от вида материала, размера детали, точности оборудования, характера и условий обработки.
Рис. 10.5. Станок форматно-обрезной ЦТ3Ф-1:
1-станина; 2-направляющая; 3-пульт управления; 4-гидростанция; 5-гидропривод
поперечного суппорта; 6-траверса; 7, 12-суппорты; 8, 11-маховики; 9-пила для продольного
пиления; 10-пила для поперечного пиления; 13-трос; 14-распиливаемый материал;
15-каретка
Рис. 10.6. Форматно-раскроечный станок ITALMAC Omnia-3200R
216
Рис. 10.7. Форматно-раскроечный с ЧПУ SELCO EB 120
Рис. 10.8. Вертикальный форматно-раскроечный центр с ЧПУ HVP 120
Рис. 10.9. Ножницы гильотинные НГ-18
217
Рис. 10.10. Станок для раскроя пакетов шпона WEILI MQ 2031B
10.9.4. Обработка черновых заготовок
Черновыми называют заготовки, имеющие припуск на усушку, строгание
и торцовку. Чистовыми – заготовки, обработанные применительно к заданным
размерам, имеющие базисные поверхности, расположенные под прямым углом
одна к другой.
Черновые заготовки получаются в результате раскроя пиломатериалов и
имеют в общем случае неправильную форму. У досок и брусков наблюдается
поперечное и продольное коробление. Для надлежащей обработки деталей необходимо в первую очередь придать заготовке совершенно правильную форму,
точные размеры и гладкую поверхность. Для этого необходимо выполнить следующие технологические операции: создание чистовых баз, обработка в размер
по сечению и чистовое торцевание.
Точная обработка возможна только при наличии у заготовок чистовых
баз, при помощи которых они могут быть точно установлены на станке для обработки. Для создания у заготовок чистовых базовых поверхностей пользуются
в основном фуговальными станками (рис. 10.11). Фуговальные станки могут
быть одно- и двухсторонними.
Рис. 10.11 Схема работы
фуговального станка
На двухсторонних фуговальных станках обрабатывают одновременно две
смежные стороны заготовки, расположенные под прямым углом друг к другу.
Целью обработки на фуговальных станках – создание одной или двух смежных
218
базовых поверхностей с получением между ними прямого или заданного угла.
Нормальная заготовка полностью фугуется в среднем за два прохода. Толщина
снимаемого слоя древесины – 1,5…2 мм.
Фуговальные станки c ручной подачей малопроизводительны, поэтому
для фугования широких пластей крупных заготовок можно применять механическую подачу. Применяются следующие марки станков: СФ4-1Б (Россия)
(рис. 10.12), Robland XSD-310 (Бельгия), ROJEK SD-B-510, ROJEK RFS410
(Чехия) (рис. 10.13), GRIGGIO COPMACT PF 41 (Италия) и др.
Рис. 10.12. Односторонний фуговальный
станок с ручной подачей СФ4-1Б
Рис. 10.13. Фуговальный односторонний
станок ROJEK RFS410
Чтобы обработать заготовку в размер по
толщине, необходимо отфуговать ее вторую сторону, параллельную первой и
расположенную от нее на определенном расстоянии. Такая обработка может
быть выполнена по схеме: заготовка базируется обработанной стороной на
плоскости и при поступательном движении на ножевой вал, расположенный на
другой плоскости, параллельной первой, обрабатывается вторая сторона заготовки.
Чтобы обработать заготовку в размер по толщине и создать у нее параллельность сторон, применяются рейсмусовые станки (рис. 10.14).
219
Рис. 10.14. Схема работы рейсмусового станка:
1 – ножевой вал; 2 – стружколоматель; 3 – прижимная колодка; 4 – подающий
рифленый валик; 5 – подающий гладкий валик; 6 – опорные валики; 7 – когтевая завеса
Наиболее широко распространены в промышленности односторонние
рейсмусовые станки марок СР6-10 (Россия), СР8-2, ВЗ-350 (Беларусь), D-510 и
D 630 фирмы ROBLAND (Бельгия), Griggio PS 43 (Италия) (рис. 10.15) и др.
Также существуют двусторонние рейсмусовые станки С2Р8-2 и PRJG30 фирмы
ROBLAND (Бельгия) и др. Последний снабжен предохранительным микровыключателем, индикатором размера заготовок, аспирационным колпакам, магнитной системой установки ножей, дробилкой отходов на подаче и выходе,
цифровым программным управлением.
Рис. 10.15. Односторонний рейсмусовый станок
Griggio PS 43
Высокая производительность при обработке заготовок с трех-четырех сторон получается на четырехсторонних строгальных
станках (рис. 10.16). Наиболее распространены станки марок С16-4А, С20-2М,
С25-2А (Россия), Weinig UNIMAT 23 EL (рис. 10.17), Weinig PROFIMAT-26S
(Германия) и др. Эти станки имеют механическую подачу (вальцовую или гусеничную) и не менее четырех ножевых валов: два горизонтальных (верхний и
нижний) для обработки пластей и два вертикальных – для обработки кромок заготовки. Большое распространение стали получать станки, сочетающие в себе
фуговальный и четырехсторонний фрезерный.
220
Рис. 10.16. Схема четырехстороннего продольно-фрезерного станка:
1 – цепной конвейер; 2 – вертикальные ножевые головки; 3 – нижний ножевой вал;
4 – верхний ножевой вал; 5 – подающие валики; 6 – прижимы
Рис. 10.17. Четырехсторонний станок
Weinig UNIMAT 23 EL
Обработка прямолинейных заготовок может быть выполнена на разных
станках с различной точностью и с различной производительностью. При выборе варианта технологического процесса обработки следует ориентироваться
на самые производительные станки, учитывая требуемую точность обработки.
Наиболее точная обработка будет получена по варианту 1, так как средняя точность обработки на фуговальном станке с последующей обработкой на
рейсмусовом станке выше, чем у четырехсторонних фрезерных станков. Менее
точная обработка будет по варианту 2, а еще менее – по варианту 4.
Торцевание заготовок производится для придания детали точной длины и
для получения плоскостей достаточно ровных и расположенных перпендикулярно или под определенным углом к боковым граням (рис. 10.18, 10.19). Для
этой цели применяются круглопильные торцовочные станки с одним, двумя
или несколькими пильными дисками марок СТ - 404 (Россия), STROMAB TR
450 (рис. 10.19) и TR 600 (Италия).
221
Рис. 10.18. Схема торцевания
заготовок на станке с кареткой:
1 – каретка с линейкой и упором; 2 – пила;
3 – направляющая линейка
Рис. 10.19. Схема двухстороннего
торцовочного станка:
1 – пилы; 2 – конвейерная цепь;
3 – упоры; 4 – заготовки
Рис. 10.19. Торцовочный станок
STROMAB TR-450
При больших объемах производства брусковых деталей целесообразно
использовать высокопроизводительные автоматические линии, например, автоматический торцовочный станок DIMTER OPTICUT S50 (Германия)
(рис. 10.20).
Для обработки брусковых деталей применяются высокопроизводительные линии МОБ-1, ОК-508, ОК-503 (Россия) и угловые центры
UNICONTROL 6 (рис. 10.21) и UNICONTROL 10 (Германия). Угловые центры
предназначены для выполнения всего комплекса операций по изготовлению
оконных рам с различными размерами и профилями. Станки этого класса отличаются не только высокой производительностью, но и хорошим качеством изделий, а также быстрой переналадкой агрегата.
222
Рис. 10.20. Универвочная установка
S50
сальная торцоDIMTER OptiCut
Рис. 10.21. Угловой центр Unicontrol 6 WEINIG
10.9.5. Калибрование заготовок щитов из древесностружечных плит
Из всех раскраиваемых листовых материалов дополнительной обработке
в размер подвергаются лишь заготовки из древесностружечных плит. Обработка заключается в калибровании их по толщине. Плиты в соответствии с ГОСТ
10632-2007 могут иметь отклонения по толщине, которые при облицовывании
нескольких щитов в одном пролете пресса приводят к появлению брака. Поэтому древесностружечные плиты обрабатывают (калибруют) по толщине.
При одностороннем калибровании равновесие напряжений, действующих
по обеим сторонам плиты, нарушается и происходит коробление. Поэтому заготовки калибруют с двух сторон, сохраняя тем самым симметричность конструкции плиты. Необходимо, чтобы оборудование для калибрования обеспечивало симметричность снятия припусков и точность обработки по толщине
223
±(0,1…0,2) мм. Шероховатость поверхности должна быть в пределах
100…60 мкм.
Калибрование ДСтП осуществляется следующими методами: строганием,
фрезерованием, шлифованием. Наибольшее распространение получило калибрование шлифованием, осуществляемое на широколенточных шлифовальных
станках ДКШ-1 (рис. 10.22) и МКШ-1 (Россия), Griggio GC 65 (рис. 10.23),
SIMPLEX, PIONEER, EXPLORER, VENUS фирмы E.M.C.SRL (Италия), которые обеспечивают получение разнотолщинности и шероховатости в требуемых
пределах.
Рис. 10.22. Схема станка ДКШ-1:
1 - шлифуемый материал; 2 - подающие вальцы; 3 – механизм подъема верхней
станины; 4 - шлифовальный агрегат; 5 – щетки
Рис. 10.23. Калибровально-шлифовальный станок Griggio GC 65
10.9.6. Гнутые заготовки
Криволинейные детали изготавливаются следующими способами: выпиливанием, путем загибания прямолинейного бруска в шаблоне, прессованием
224
массивной древесины с одновременным гнутьем, гнутьем заготовок из шпона с
одновременным склеиванием, изготовлением гнутопропильных заготовок.
Все перечисленные способы широко применяются на практике и имеют
свои преимущества и недостатки.
Выпиливание криволинейных заготовок отличается простотой технологического процесса и не требует специального оборудования. Однако при выпиливании перерезаются волокна древесины, что ослабляет прочность детали.
Детали с большой кривизной и детали замкнутого контура приходится составлять из нескольких элементов. Метод выпиливания криволинейных заготовок
дает низкий процент полезного выхода.
Изготовление криволинейных деталей методом гнутья требует специального оборудования и представляет собой сложный технологический процесс.
При этом после гнутья полностью сохраняется прочность древесины и деталей,
изготовленных из нее.
Теоретические основы гнутья древесины
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. Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины
бруска и радиуса изгиба.
Бездефектный изгиб возможен лишь до того предела, пока величина относительного удлинения растянутых или относительного сжатия сжимаемых
слоев не превысит предельных значений для данного материала. Если сопротивление материала сжатию будет больше, чем растяжению, то нейтральная
линия при изгибе будет смещаться к вогнутой стороне и, наоборот, при большем сопротивлении материала растяжению нейтральная линия будет смещаться к выпуклой стороне, что наблюдается у древесины. Тем не менее при свободном изгибе древесины разрушение, как правило, происходит от разрыва наружных растянутых слоев. Объясняется это тем, что предельная величина деформации растяжения у древесины очень мала, всего 1…2 %, в то время как
предел деформации сжатия составляет 15…25 %.
Для повышения способности древесины к гнутью применяют гидротермическую обработку. Возможности гнутья цельных деталей могут быть увели 225
чены, если максимально использовать способность пропаренной древесины
принимать значительные деформации сжатия. Это достигается наложением
тонкой стальной шины на наружную сторону бруска до изгибания. Так как сопротивление стальной шины растяжению значительно больше, чем сопротивление древесины, то при изгибании бруска она будет препятствовать растяжению наружных слоев, и изгиб произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне бруска. Путем наложения шины искусственно вызывают смещение нейтрального слоя к наружной стороне изгибаемого бруска и
увеличивают в бруске деформации сжатия.
Технологический процесс гнутья древесины состоит из гидротермической
обработки, гнутья и сушки изогнутых деталей.
Пластификация древесины. Опыт показывает, что наилучшие результаты
получаются при гнутье древесины влажностью 25…30 %, то есть близкой к
точке насыщения волокна. При меньшей влажности древесина менее пластична, а при большей процесс экономически не выгоден. Гидротермическая обработка осуществляется:
1. Провариванием в ваннах (баках). Температура воды 90…95 оC. Средняя продолжительность проваривания составляет 1…2,5 ч. Недостаток проваривания – в неравномерном увлажнении древесины и в перенасыщении водой
наружных волокон.
2. Пропаривание производят в пропарочных котлах. Преимущество пропаривания в том, что оно лишь незначительно изменяет влажность древесины,
причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50…60 % и выше даже несколько подсушивается. Для пропаривания пользуются насыщенным паром невысокого давления 0,02…0,05 МПа при температуре 102…105 оС. Продолжительность пропаривания зависит от размеров и влажности древесины.
Гнутье. Для гнутья заготовок используют гнутарные станки двух типов:
станки с холодными и станки с обогреваемыми формами.
После окончания процесса гнутья второй конец заготовки вместе с шиной
закрепляется на шаблоне, шаблон снимается с вала и отправляется в сушильную камеру.
Станок с холодными формами предназначен для гнутья на замкнутый
контур с навертыванием заготовки на вращающийся шаблон (рис. 10.24) и для
226
гнутья заготовок больших радиусов кривизны незамкнутого контура
(рис. 10.25). В первом случае шаблон с изогнутым бруском и шиной снимается
со станка и помещается в сушильную камеру, а на вал станка надевается новый
шаблон. Во втором случае после окончания гнутья
заготовка фиксируется стяжкой и в таком виде происходит сушка.
Рис. 10.24. Схема станка для гнутья на
замкнутый контур:
1 – вал; 2 – прижимной ролик; 3 – шина; 4 – направляющие;
5 – каретка; 6 – заготовка; 7 – шаблон; 8 – электродвигатель с
редуктором
Рис. 10.25. Схема станка
для гнутья на незамкнутый
контур:
7 – шаблон; 8 – тяговые цепи;
1 – рельсы; 2 – ролики;
3 – шина; 4 – изгибающие балки;
5 – упоры; 6 – заготовки;
9 – прижимная колодка; 10 – стяжка
Гнутарные станки с обогреваемыми формами могут быть двух типов: с
односторонним обогревом и двухсторонним. Станки с обогреваемыми формами
называют гнутарно-сушильными.
Станок с односторонним обогревом представляет собой металлический
шаблон, который обогревается насыщенным
парам низкого давления (0,05-0,07 МПа). Продолжительность выдержки в станке 1,5-3 часа
до влажности 12-15 %, после чего их освобождают и досушивают до требуемой конечной
влажности в обычных сушильных камерах
(рис. 10.26).
227
Рис. 10.26. Схема гнутарно-сушильного станка с односторонним обогревом:
1 – шаблон; 2 – чугунная колодка; 3 – шина;
4 – прижимные колодки; 5 – заготовка; 6 – натяжные
упоры; 7 - захваты
Гнутарно-сушильные станки с двухсторонним обогревом представляют
собой многоэтажные прессы с обогреваемыми плитами – шаблонами. Заготовки
с натянутыми шинами укладывают в промежутки между плитами пресса, зажимают и подсушивают до влажности 12-15 %. При гнутье заготовок с большим радиусом изгиба начальную влажность пропаренных заготовок принимают равной 12-15 %. Запрессовку производят в течение 70-85 минут до достижения конечной влажности 10±2 %. Это значительно сокращает затраты тепла на
сушку.
Процесс гнутья заготовок с одновременным прессованием позволяет успешно
изгибать детали даже из древесины хвойных
пород. Также возможно гнутье древесины с
такими пороками как сучки на наружной
стороне бруска. Упрессовка для хвойных и
лиственных пород рекомендуется до 20-30
%, а твердых пород 5-10 % от начального
размера. Схема гнутья показана на
рис. 10.27.
Рис. 10.27. Схема гнутья с
1 – шаблон с насечкой; 2 – заготовка;
одновременным прессованием:
3 – прессующий ролик; 4 – шина
Сушка. Изогнутые заготовки вместе с шаблонами и шинами сушатся в
сушильных камерах. Применяемые режимы сушки мало отличаются от режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород.
Изготовление гнутопропильных заготовок. Продольные пропилы делаются в заготовках, у которых необходимо изогнуть концевые части. Чаще всего
это заготовки для стульев. Пропилы выполняются дисковыми мелкозубыми или
228
строгальными пилами толщиной до 2,5 мм. Длина пропила берется больше
длины изгибаемой части. Расстояние между пропилами (то есть толщину оставшихся планок) устанавливают в зависимости от радиуса изгиба в пределах
1,5…3 мм.
Поперечные пропилы в заготовках применяются при изготовлении царг
круглых столов. Пропилы делают прямоугольные и клиновидные.
10.10. Склеивание в технологии изделий из древесины
Различают следующие виды склеивания:
- заготовок (по толщине и длине),
- шиповых соединений,
- щитов и приклеивание раскладок на кромки щитов,
- с одновременным гнутьем (гнутоклееные детали),
- склеивание цельнопрессованных изделий из измельченной древесины,
- облицовывание древесными и синтетическими материалами.
10.10.1. Способы склеивания и методы нагрева клеевого шва
Существует два способа склеивания: холодный и горячий. Для холодного
способа склеивания характерны длительные выдержки, низкая производительность, потребность в больших производственных площадях. При горячем способе склеивания нагрев клеевого шва может осуществляться несколькими способами.
Нагрев через древесину с использованием ее теплопроводности чаще всего осуществляется кондуктивным способом. Так как древесина обладает плохой
теплопроводностью, эффективность этого метода растет при уменьшением
толщины древесины и особенно высока при облицовывании тонкими древесными материалами. Разновидностью этого метода является конвекционный нагрев или облучение их инфракрасными лучами. Эти способы малоэффективны.
Аккумулирование тепла – это метод предварительного нагрева. При этом
не обязателен полный нагрев по всему сечению заготовки, можно прогревать
только со стороны склеивания. Для такого склеивания надо применять быстроотверждающиеся клеи.
229
Непосредственный подвод тепла к клеевому шву возможен при пропускании через него электрического тока. Применяемые клеи являются диэлектриками и поэтому в них добавляют вещества (сажу), повышающие электропроводность. Более эффективен нагрев токами высокой частоты. Для нагрева по
этому методу склеиваемые детали помещают между двумя металлическими
пластинами – электродами, на которые подается ток высокой частоты от специального лампового генератора. Электроды и расположенные между ними
склеиваемые заготовки представляют собой как бы электрический конденсатор.
Нагрев происходит за счет межмолекулярного трения.
Склеиваемые детали должны быть обработаны в соответствии с технологическими требованиями. Шероховатость поверхностей должна быть не ниже
63 мкм. Влажность деталей должна быть в пределах 8±2 %. На склеиваемых
поверхностях не допускаются масляные пятна, пыль и другие загрязнения.
При облицовывании массивной древесины и плитных материалов тонкими облицовочными пленками большое значение имеет наличие в древесине пороков, механических дефектов, волнистости, большой шероховатости.
Склеивание заготовок из массивной древесины позволяет получить детали необходимых размеров. Основными видами склеивания массивной древесины являются: приклеивание, склеивание брусков пластями и кромками.
Для запрессовки склеиваемых блоков можно применять различное оборудование. Простейшее оборудование – струбцины, представляющие собой,
как правило, металлические конструкции, снабженные винтами для сжатия
склеиваемых заготовок.
Более широкое применение для склеивания блоков получили ваймы
(ИУ-16 (Россия) (рис. 10.28), ST Stromab (Италия), TRIMWEX INDUK
(Словения) и др.), имеющие гидравлический, пневматический или
механический приводы и прессы (ORMA LS/ECO (рис. 10.29), LS/ECO 30/13
GRIGGIO, P 111 STETON, SL-1 Stromab (Италия) (рис. 10.30) и др.)
230
Рис. 10.28. Вайма веерная пневматическая 16-ти позиционная для склеивания
щитов
модели ИУ-16
Рис. 10.29. Пресс для производства
LS/ECO
мебельного щита ORMA
Рис. 10.30. Пресс SL-1 предназначен для изготовления клееного конструкционного бруса, столярных заготовок и мебельного щита
10.10.2. Облицовывание пластей щитовых деталей
Облицовывание заключается в оклеивании поверхностей заготовок тонкими листовыми материалами. При этом не только придается поверхностям
желаемая фактура, но и в значительной мере улучшаются их свойства (формоустойчивость и прочность). Облицовываются пласти и кромки деталей.
Облицовочным материалом могут служить шпон натуральный, строганый, шпон синтетический на основе пропитанных
смолами бумаг, полимерные пленки, термореактивные и термопластичные, декоративный бумажно-слоистый пластик (ДБСП), рулонные полимерные облицовочные материалы.
В процессе облицовывания применяется, в
основном, карбамидоформальдегидный клей, вязкостью при 20±2
о
С без наполнителей по В3-4 – 120…150 с.
Карбамидоформальдегидный клей с наполнителем приготавливают по следующему
рецепту: смола карбамидоформальдегидная –
100, технический каолин 14-17, хлористый
231
аммоний – 1,2 м.ч.
Требования к поверхности основы зависят главным образом от вида применяемых основных и облицовочных материалов. При облицовывании щитовых заготовок мебели из древесностружечных плит подготовка щитов к облицовыванию производится по типовому технологическому процессу, состоящему из калибрования щитовых заготовок шлифовальными шкурками № 80…50 и № 25…16,
шпатлевания дефектных мест, выдержки в течение двух часов и шлифования пластей шлифовальными шкурками № 20…16. Шероховатость
поверхности – 63 мкм.
Сложность изготовления облицовок в основном зависит от рисунка, который необходимо получить на лицевой поверхности изделий. В
массовом производстве применяют простые наборы облицовок из шпона с соблюдением текстурного рисунка древесины. Ребросклеивание полос облицовок
производят: клеевой лентой, которая изготавливается из бумаги массой не более 45 г/м2 и может быть перфорированной и клеящей нитью КН-54. Склеивание производят на станках РС-7, РС-8,
РС-9 (Россия), Casati Macchine Z 650
(Италия) (рис. 10.31) , KUPER (Германия) и др. Ребросклеивание с использованием клеящей нити является наиболее
распространенным.
Рис. 10.31 Ребросклеивающий станок Casati Macchine Z 650
Процесс облицовывания производится в многопролетных и однопролетных прессах. Наиболее прогрессивным способом облицовывания признано облицовывание в однопролетных прессах. Основным оборудованием являются
автоматические линии МФП-1 и МФП-2 (Россия), гидравлические пресса ПГО,
ПСГЭ-1М (Россия), пресса NPC ORMA (рис. 10.32), GRIGGIO Digit 6/120,
ITALMAC GHP 6x100, OMNIA C25/13 (Италия) (рис. 10.33) и др.
232
Рис. 10.32 Горячий пресс ORMA NPC
Облицовывание горячим способом производится по режиму: расход клея
150 г/м2, выдержка под давлением при температуре 110…120 оС составляет 3
мин, при температуре 130…140 оС – 2 мин, давление 0,5-1,0 МПа.
Рис. 10.33 Многофункциональный пресс ITALMAC OMNIA C25/13
В настоящее время для облицовывания
криволинейных поверхностей по пласти применяются
мембранно-вакуумные
пресса
ITALMAC Vacu PM24-12-2 (Италия) (рис.
10.34), SYSTEM 30/14, PM/CA-AIR 30/14, TFF
24/10 и мембранно-масляные пресса PM/CA
25-20, PM 24-90, PM 23-75 производства фирмы ORMA (Италия) и др. На этих прессах можно облицовывать фасонные панели фасадов термопленкой ПВХ или шпоном строганым. Они являются совершенно уникальными благодаря следующим техническим модификациям:
очень низкое потребление энергии, самовыравнивание уровня жидкости в резервуаре в зависимости от размеров панелей, полная защита от утечек масла
при подаче давления, возможность достижения рабочей температуры более 110
о
С, одновременная загрузка и выгрузка, чрезвычайная долговечность мембраны, высокое удельное давление (20 кг/см2) по всей поверхности, легкость в
управлении благодаря применению новейших электронных устройств.
Рис. 10.34. Вакуумный пресс ITALMAC Vacu PM24-12-2
10.10.3. Облицовывание кромок щитовых элементов
Облицовывание кромок щитовых элементов производят на позиционном
и проходном оборудовании.
233
Форматную обработку, облицовывание кромок и их шлифование на современных мебельных предприятиях производят на проходном отечественном
и импортном оборудовании. Это линии форматной обработки и облицовывания
кромок щитовых элементов мебели МФК-2 (Россия), IMA (Германия); кромкооблицовочные автоматические станки LATO 28, ERGHO 6, ERGHO 7,
ERGHO 9 производства POLYMAC, ITALMAC MIRA-4 (Италия) (рис. 10.35);
кромкооблицовочные станки с ручной подачей
VITAP BC 91A,
Griggio GBC 92R
(Италия) (рис. 10.36), WT-91S (Китай) и др.
Автоматические кромкооблицовочные станки
можно легко адаптировать для реализации
всех циклов обработки, включая также дополнительные
функции, осуществляемые с помощью шлифовальной группы и фрезерного узла, здесь же
можно установить узел закругления кромки. Все
это позволяет осуществлять быстрое и эффективное производство щитовых элементов.
Приклеивание кромочного материала происходит с помощью термопластичных клеев. Наиболее распространен клей
марки ТКР-4, который выпускают двух модификаций по цвету: А – светлый, Б
– темный.
Отечественной промышленностью серийно выпускается агрегатный станок МОК-3, на котором производится только облицовывание кромок, снятие
свесов и шлифование кромок.
Рис. 10.35. Автоматический кромкооблицовочный станок ITALMAC
MIRA-4
234
Рис. 10.36. Кромкооблицовочный станок с ручной подачей Griggio GBC
92R
10.11. Механическая обработка чистовых заготовок
Вторичная механическая обработка чистовых заготовок включает два
этапа:
- операции по формированию шипов, фрезерованию профилей, выборке
гнезд и сверлению отверстий;
- технологические операции по зачистке и подготовке поверхности готовых деталей к нанесению защитно-декоративных покрытий.
10.11.1. Формирование шипов и проушин
Брусковые детали чаще всего используют для формирования рамок с помощью шипов и проушин (рис. 10.37). Используемые для этой цели шипы принято называть рамными. Рамные шипы и проушины формируют на шипорезных станках.
Рис. 10.37. Элементы шиповых соединений:
1 – паз; 2 – гребень; 3 – шип круглый; 4 – плоские шипы; 5 – проушина; 6 – гнездо
плоского шипа; 7 – гнездо круглого шипа
235
Рамные прямоугольные шипы можно формировать на одно- или двухсторонних шипорезных станках. Из односторонних шипорезных станков находят
применение ШО-16-4, СФШ 003, ШПК-40 (Россия), GRIGGIO GT-4S,
GRIGGIO GАT 180 (Италия), RAUTEK МХ2108А (Китай) и др. Из двухсторонних шипорезных станков наибольшее распространение
получили ШД 10-8, ШД 10-10, ШД 16-8 (Россия), автоматические Beaver 3820 (Германия) (рис. 10.38),
MX 2626 (Китай) и др. Автоматические фрезерные
станки OMEC (Италия) предназначены для фрезерования шипа типа «ласточкин хвост».
Рис. 10.38. Станок автоматический шипорезный форматно-обрезной
двусторонний Beaver 3820
Применяются фрезерные станки с нижним расположением шпинделя,
предназначенные для фрезерования по направляющей линейке или шаблону,
для нарезания шипов и проушин марок GRIGGIO Т-90i (Италия), TP 120 фирмы
ROBLAND (Бельгия) (рис. 10.39). Станок TP 120 оборудован эксцентриковым
прижимом, телескопической наклонной линейкой для нарезания шипов, кожухом с аспирацией. В качестве опций предлагаются копировальное устройство,
автоматическое пусковое устройство, верхние и нижние прижимы заготовки,
алюминиевые ограждения шпинделя.
Рис. 10.39. Фрезерный станок с нижним
шпинделем ROBLAND TP 120
236
Режущий инструмент шипорезных станков состоит из пильного диска для
торцевания в размер, двух горизонтальных ножевых головок для нарезания
шипа и горизонтально поставленных прорезных дисков или пил для нарезания
проушин.
Нарезаемые на рамных шипорезных станках шипы у брусков прямоугольного сечения также имеют форму прямоугольника. Однако в большинстве
случаев для фрезерования гнезд под шипы применяют сверла или концевые
фрезы, в результате чего образуются гнезда с закругленными по радиусу режущего инструмента концами.
Для получения плотного соединения без зазоров требуется подрезание
углов гнезда или закругление кромок шипа. Эта операция может производиться
путем обжима шипов между стальными матрицей и пуансоном на нетиповых
станках.
В настоящее время все большее распространение получают шипорезные
станки, изготавливающие шипы со скругленными гранями. При формировании
этих шипов применяется комбинированный режущий инструмент, состоящий
из дисковой пилы и ножевой головки. Используются следующие марки станков: СТ408-А, СТ406 (Россия), MDK 3113B, VANGUARD MD3110A (Китай),
BACCI TSG2T (Италия), и др.
10.11.2. Фрезерование древесины
Фрезерование древесины в общем случае – это резание ее вращающимися
фрезами, при котором траекторией резания является циклоида. Различают цилиндрическое, коническое, торцовое, торцово-коническое, продольное или фасонное фрезерование (рис. 10.40).
Цилиндрическое – фрезерование, при котором ось вращения инструмента
параллельна поверхности обработки, а лезвия резцов описывают в пространстве
цилиндрические поверхности.
Коническое – производится инструментом, ось вращения которого наклонена под углом к поверхности обработки, а лезвия резцов описывают в пространстве коническую поверхность.
Торцовое – происходит, когда ось вращения инструмента перпендикулярна поверхности обработки, боковые лезвия резцов описывают в пространстве цилиндрические поверхности, а торцовые – поверхность кольца или круга.
237
Торцово-коническое фрезерование происходит аналогично торцовому
фрезерованию, но лезвия резцов описывают в пространстве коническую поверхность.
При фасонном режущие кромки инструмента имеют сложное очертание,
составленное из криволинейных элементов. Все фрезерные работы можно подразделить на следующие четыре вида:
-фрезерование прямолинейных кромок по линейке;
-фрезерование криволинейных кромок по кольцу и шаблону;
-фрезерование поверхностей двойной кривизны;
-торцовое фрезерование канавок и профилей по копиру.
Фрезерование плоских и профильных кромок прямолинейных деталей
ведется на фрезерном станке Ф-4.
Криволинейные кнопки незамкнутого и замкнутого контура фрезеруют
при помощи кольца и шаблона. Кольцо может быть закреплено в столе станка
или непосредственно на шпинделе.
Наиболее совершенные и производительные фрезерные станки с механической подачей – карусельно-фрезерные (Ф1К или Ф2К-3). В массовых производствах карусельно-фрезерные станки применяют для обработки заготовок по
криволинейным контурам.
Рис. 10.40. Виды фрезерования древесины:
а – цилиндрическое; б – коническое; в – торцовое; г – торцово-коническое;
д - фасонное
238
Торцовое фрезерование канавок и различных профилей обычно выполняют на копировально-фрезерных станках с верхним расположением шпинделя
ВФК (Россия) и G60, G800, G900 производства фирмы GRIGGIO (Италия). Обработка производится в специальном шаблоне с пазами на нижней стороне, соответствующими контуру, который нужно обрабатывать.
Фрезерование прямолинейных заготовок по линейке выполняют на вертикально-фрезерных станках с нижним расположением шпинделя (Ф-4, ФШ-4
(Россия), Formula T1LL, T55 W Elite S (Италия) и др.). Различают три вида таких работ: выверку гладких поверхностей, преимущественно кромок, под прямую плоскость; сквозное фрезерование профиля; несквозное фрезерование
профиля (рис. 10.41). В этих случаях фрезерование выполняется с помощью
направляющей линейки.
Рис. 10.41. Обработка
прямолинейной кромки на фрезерном станке по линейке:
1 – задняя направляющая линейка;
2 – стол; 3 – - скоба; 4 – ножевая головка;
5 – обрабатываемая деталь; 6 – передняя
направляющая линейка
Криволинейные кромки незамкнутого и замкнутого контура фрезеруются
при помощи кольца и шаблона. Кольцо может быть закреплено в столе станка
или непосредственно на шпинделе (рис. 10.42). Для обработки по копиру заготовка крепится винтовыми или эксцентриковыми зажимами, а в нижней части
шпинделя, под фрезой, устанавливается свободно вращающееся кольцо с шарикоподшипником, служащее упором для копира при фрезеровании. В процессе обработки копир с заготовкой боковой кромкой постоянно опирается на это
кольцо и с помощью ручного управления проводится мимо фрезы, формирующей на поверхности заготовки заданный профиль.
239
Рис. 10.42. Обработка криволинейной кромки на фрезерном
станке по кольцу и шаблону:
1 – фреза; 2 – упорное кольцо;
3 – направляющая кромка шаблона; 4 –
шаблон;
5 – обрабатываемая заготовка; 6 – линейка шаблона; 7 – прижим; 8 –
упор
Для механизации подачи под
копировальным кольцом устанавливается
цепная звездочка с отдельным приводом
вращения, а под копиром, строго параллельно ему, крепится пластинчатороликовая
цепь, входящая в зацепление со звездочкой.
При вращении звездочки копир с заготовкой
перемещается вдоль фрезы, сохраняя постоянный контакт с упорным кольцом.
На копировальных станках с верхним расположением шпинделя
фрезеруют прямолинейные и криволинейные боковые поверхности, щиты и
рамки, выбирают пазы, гнезда, полости различной конфигурации, сверлят и
зенкуют отверстия, а при наличии специальных приспособлений нарезают
короткие резьбы, вырезают пробки, выполняют различные художественные
работы.
В эту группу входят копировальные станки (ВФК-2, ВФК-3 (Россия) (рис.
10.43), G60, G800, G900 (GRIGGIO, Италия) (рис. 10.44), WINNER LH-1000
(Тайвань)), карусельные (Ф1К-2, Ф1К-2А (Россия), Rautek MX-7212, Rautek
MX-7516 (Китай) (рис. 10.45)) и модельные (ФМ25, ФМС (Россия)). Фрезерные
копировальные станки с верхним расположением шпинделя универсальные.
Различают фрезерные карусельные станки с верхним (Ф1К-2, Ф1К-2А) и
нижним (Ф2К-ШЗ) расположением шпинделя.
Рис. 10.43. Схема обработки на копировально-фрезерном станке ВФК-3:
1 – стол; 2 – деталь; 3 – концевая фреза; 4 – шаблон; 5 – копир
240
Рис. 10.44. Копировальнофрезерный станок с верхним расположением шпинделя G900
Рис. 10.45. Автоматический фрезернокопировальный (карусельный) станок Rautek
MX-7516
Для фрезерования профилей, сверления
отверстий в пласти и кромке, фрезерования по
контуру, пропиливания пазов в щитовых деталях из деревянного массива, ДСтП и
MDF применяются многооперационные обрабатывающие центры с числовым программным
управлением ARROW, ROVER 24 фирмы BIESSE (Италия) (рис. 10.46), Altesa ADVANCED
24 (Италия) и др. Высокая производительность
этих машин достигается за счет быстрой смены
инструмента, высокой скорости перемещения по осям, сокращенного времени
перенастройки. В оборудование обрабатывающего центра входят следующие
узлы: фрезерный узел, сверлильно-присадочная группа, циркулярная группа.
241
Рис. 10.46. Обрабатывающий центр с ЧПУ ROVER
Несмотря на широкое распространение копировальных станков с системой ЧПУ, продолжается выпуск оборудования с механическими копирами точнее объемно-копировальных станков. Так копировально-фрезерные станки с
ЧПУ Beaver 26 AVTS, Beaver 3015 AVT6, Beaver 9A2 (Китай) (рис. 10.47) и др.
предназначены для высококачественного фрезерования и гравирования поверхностей деталей и заготовок по плоскости (программное обеспечение 2D) и в 3-х
мерном пространстве (3D фрезерование).
Рис. 10.47. Фрезерный станок с ЧПУ
Beaver 9A2
Параллельно отметим, что для обеспечения работы оборудования при 3D-обработке (сегодня уже
появились станки с 5D-обработкой), то есть для получения математической модели твердотельного объекта предназначен сканер трёхмерного сканирования
Optiscan 3D (рис. 10.48).
Рис. 10.48. Трехмерный сканер Optiscan 3D
10.11.3. Формирование гнезд и отверстий
Формирование продолговатых гнезд и отверстий, предназначенных в основном для шиповых
соединений, производится на цепно-долбежных
(ДЦА-3 (Россия), GT40S, GT50S, GT60S фирмы
CENTAURO, GRIGGIO G-450 (Италия) (рис. 10.49))
242
и сверлильно-пазовальных (СВПА-2 и СВПГ-1И (Россия), TRC-N, TRC-SI, MT300 RM GROUP (Италия)) станках.
Фрезерование гнезд на цепно-долбежных станках производится фрезерной цепочкой, имеющей прямоугольную форму и закругленные углы дна. Наименьшие размеры гнезд, выбираемых на цепно-долбежных станках, определяются соответствующими размерами фрезерных цепей и направляющих линеек,
наибольшие по ширине – определяются шириной цепочки, а по длине – возможной величиной продольного перемещения стола станка.
Рис. 10.49. Станок цепно-долбежный CENTAURO
G 450
Для выборки небольших гнезд чаще всего пользуются сверлильно-пазовальными станками (Griggio TRCN (Италия) (рис. 10.50), СВПГ-1К (Россия), Yuton MDK
4120 B Super (Китай) и др.). Станки бывают с ручной и
механической подачей. На станках с автоматической подачей в качестве режущего инструмента применяются
концевые фрезы гнезд диаметром до 16 мм.
Наиболее производительны многошпиндельные сверлильно-пазовальные
станки. В настоящее время на крупных предприятиях получает распространение сверлильно-пазовальные центры с ЧПУ ALFA NC Centauro SpA (Италия)
(рис. 10.51), SCM CYFLEX F900 PRO SCM Group (Италия).
Рис. 10.50. Станок сверлильно-пазовальный
Griggio TRC-N
243
Рис. 10.51. 3-х координатный сверлильно-пазовальный центр с ЧПУ
ALFA NC Centauro SpA
Сверление круглых отверстий производится на одно- и многошпиндельных вертикальных, горизонтальных или вертикально-горизонтальных станках.
Большое распространение получили вертикальные станки СВА-2 с ручной и
СВПА – с механизированной подачей. Современные сверлильно-присадочные
станки изготавливаются по схеме со сквозным проходом заготовки. Большое
распространение в отрасли получили станки: одноблочные - SCM Advance 21
SCM Group, ALFA 21T VITAR (рис. 10.52), ITALMAC Cuspide-21 (Италия) и
др.; многоблочные - СГВП-1 и СГВП-2 (Россия), FORMA 63 H, SIGMA 2TA,
производства фирмы VITAR (Италия), ITALMAC Bor H2V4 (Италия) (рис.
10.53) и др.; сверлильно-присадочные станки с ЧПУ
MARS900 (SFERA ROSSA, Италия).
Рис. 10.52. Станок сверлильноприсадочный одноблочный ALFA 21T
Рис. 10.53. Станок сверлильно-присадочный многоблочный
ITALMAC Bor H2V4
244
10.11.4. Шлифование
Технологический процесс механической обработки деталей завершается
шлифованием, которое подготавливает поверхности деталей к операциям отделки. Поверхность древесины шлифуют для уменьшения неровностей (шероховатости), вызванных ее анатомическим строением или механической и другой обработкой. Для шлифования древесины и древесных материалов применяются шлифовальные шкурки на тканевой или бумажной основе.
Шероховатость поверхности древесины перед операцией отделки должна
быть в пределах 16 мкм. Такое качество поверхности достигается трехкратным
шлифованием: первое – номерами шкурок 32…, после которого шероховатость
поверхности равна 60 мкм, второе – номерами 12…10, после которого шероховатость поверхности равна 32 мкм, и, наконец, третье – номером 8, после которого
достигается
требуемая
шероховатость
поверхности,
равная
16 мкм.
Для шлифования древесины и древесных материалов применяются разнообразные шлифовальные станки, которые можно разделить на
ленточные: узколенточные и широколенточные;
дисковые и комбинированные;
цилиндровые;
щеточные (или лепестковые).
Ленточные станки применяют для шлифования плоских щитовых деталей, выпуклых и вогнутых поверхностей, калибрования заготовок из древесностружечных плит. В качестве инструмента на этих станках служит бесконечная
(закольцованная) шлифовальная лента, натянутая на двух или трех шкивах.
Станки с неподвижным столом предназначены для плоскостного шлифования
ящиков, щитков, дощечек и брусьев, а со свободной лентой - для обработки
изогнутых и круглых шлифовальных деталей. Плоскостное шлифование облицованных и необлицованных щитов и плит производится на узко- и широколенточных станках.
Из узколенточных шлифовальных станков известны: ШлНС-3, ШлНС,
ШлПС-6, ШлПС-6К (рис. 10.54), ШлПС-8 (Россия), GL GRIGGIO (Италия) и
др. Существуют вертикальные узколенточные шлифовальные станки, например, VPB 3200 Vertical HOUFEK (Чехия) (рис. 10.55). Однако вместо ленточной
пилы на двух обрезиненных шкивах закреплена закольцованная узкая шлифовальная лента.
245
Из широколенточных станков известны: ШлК-6 (рис. 10.56), ШлК-8,
МШП-01 (Россия), Costa Levigatrici 868, Heesemann MFA 6, ELMAG 505 2
(Германия) и др.
Рис. 10.54. Станок узколенточный
шлифовальный ШлПС-6К
Рис. 10.55. Станок вертикальный узколенточный
шлифовальный VPB 3200 Vertical HOUFEK
Рис. 10.56. Станок широколенточный шлифовальный ШлК-6 и схема
шлифования
В деревообработке для калибрования в первую очередь ДСтП появились
станки, использующие в качестве режущего инструмента полый цилиндр из абразивных зерен на эпоксидной связке, насаживаемый на шпиндель станка.
246
Дисковые шлифовальные станки (Шл2Д, ШлДБ, Шл3ЦВ 19, Шл3ЦВ19
(Россия), KNUTH TSM 300 (Германия) (рис. 10.57), JET JDS-12 708433M, JET
22-44 PLUS 649003KM (Швейцария) и др.) предназначены для шлифования по
плоскости различных деревянных деталей небольших габаритов, ящичных конструкций, кромок, брусковых деталей, сложных заготовок под различными углами и т.п. Механизмом резания этих станков является диск, установленный на
валу электродвигателя (или два диска, когда используется электродвигатель с
двухсторонним выходом вала), на плоской поверхности которого через фетровую прокладку обечайкой крепится шлифовальная лента в форме круга.
Известны следующие комбинированные шлифовальные станки: станки
марок JET, ZENITECH (Швейцария), PROMA (Чехия), Корвет (Россия) и др.
На рис. 10.58 представлен внешний вид комбинированного шлифовального станка марки PROMA ВР-100.
Рис. 10.57. Станок шлифовальный
дисковый KNUTH TSM 300
Рис. 10.58. Комбинированный шлифовальный
станок PROMA ВР-100
Цилиндровыми называют шлифовальные станки
(Шл3ЦВ (рис. 10.59), Шл3Ц-3, Шл3Ц12-2 (Россия) и др.), у которых шлифовальная лента закреплена на образующей поверхности цилиндров. Диаметр
шлифовального цилиндра таких станков сравнительно невелик (280 - 350 мм),
поэтому при работе на частоте вращения 1500 об/мин шлифовальная лента быстро засаливается. При этом сам цилиндр нагревается до достаточно высокой
температуры, поскольку на его поверхности нанесен слой эластичного мате 247
риала (фетра или войлока), служащий прокладкой между шлифовальной лентой
и стальным цилиндром, что не способствует ее охлаждению. Цилиндровые
станки бывают одно- и трехцилиндровые. Одноцилиндровые станки с ручной
или механической подачей применяют для плоскостного шлифования прямых и
изогнутых щитовых и брусковых деталей, заоваливания острых ребер. Трехцилиндровые станки предназначенные для шлифования фанеры, плит, щитовых
(облицованных) и рамных деталей, а также снятия провесов, выпускают двух
видов: с верхним и нижним расположением шлифовальных цилиндров. При
необходимости с помощью двух установленных последовательно станков можно обработать за один проход изделия с двух сторон.
Рис. 10.59. Схематическое изображение трехцилиндрового станка марки
Шл3ЦВ 19:
1 – вальцы; 2 – неподвижный стол; 3 - контрвальцы; 4 – электродвигатель; 5 – вал;
6 – маховик; 7 - шлифовальные цилиндры
Лепестковой шлифовальный инструмент состоит из большого количества
лепестков, расположенных радиально и закрепленных в основе с помощью синтетической смолы или металлической втулки. Лепестки в основном изготавливают из шлифовальной шкурки с зернами карбида кремния или корунда на тканевой основе. Преимущество лепесткового круга над другими эластичными инструментами заключается в том, что за счет веерообразно размещения лепестков их относительно независимое друг от друга прилегание к обрабатываемой
поверхности предоставляет кругу высокой эластичности. Это обеспечивает постоянный и равномерный контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему и достигают хорошего качества обработки.
248
Лепестковые шлифовальные станки (МТШлК, ШлЩ (Россия), TWINGO
Houfek (рис. 10.60), Final HOUFEK (Чехия) и др.) предназначены для финишного шлифования, полирования, искусственного старения, вощения различных
деревянных заготовок; для полирования изделий из металла; промежуточного и
финишного шлифования плитных панелей МДФ.
Рис. 10.60. Станок лепестковый шлифовальный TWINGO Houfek
10.12. Сборка изделий
Сборка изделий из древесины и древесных материалов – это соединение
деталей в сборочные единицы и изделия с помощью клея, крепежной фурнитуры и метизов. Она в общем случае разделяется на три стадии: предварительная,
общая и окончательная сборка.
Сборочные операции в производстве изделий из древесины являются достаточно сложными, степень их механизации низкая и выполняют их высококвалифицированные рабочие. Трудоемкость сборочных операций велика и в
определенных случаях может достигать 50 % от общей трудоемкости изделия.
Сборка изделий мебели в общем случае разделяется на 3 стадии: предварительная, общая и окончательная сборка. Количество стадий, содержание сборочных операций, порядок выполнения и степень механизации зависят от вида
и конструкции мебели, от условий поставки в торговую сеть.
В зависимости от вида мебели технология сборки делится на следующие
процессы: сборка корпусной мебели; сборка мягкой мебели; сборка стульев;
сборка столов.
249
Изделие в процессе сборки может формироваться на одном рабочем месте или на нескольких (поточная сборка). В последнее время расширяется производство мебели в разобранном виде, что позволяет значительно удешевить
производство изделий и их транспортировку к потребителю
250
ГЛАВА 11
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ
ПОКРЫТИЙ Незащищенная поверхность древесины под влиянием окружающей среды
разрушается, загнивает, загрязняется и теряет естественный цвет. Для защиты
изделия от воздействия окружающей среды и повышения его эстетических показателей на поверхности изделий создается прочный защитный и декоративный слой в виде пленки. Защитно-декоративное покрытие может быть прозрачным и непрозрачным. Прозрачные покрытия применяют в основном для поверхностей изделий, облицованных строганым шпоном из древесины ценных
пород или декоративными пленочными материалами на бумажной основе. Непрозрачные покрытия, как правило, применяют при изготовлении изделий из
малоценной древесины; для изделий, эксплуатируемых вне помещений; в производстве кухонной и медицинской мебели. Структура прозрачного и непрозрачного покрытий представлена на рис. 11.1.
Рис. 11.1. Структура защитно-декоративных покрытий:
а – прозрачное покрытие; б – непрозрачное покрытие; 1 – слой лака; 2 – слой краски;
3 – сплошная шпатлевка; 4 – грунт; 5 – местная шпатлевка; 6 – порозаполнитель.
Защитно-декоративные покрытия образуют путем последовательного нанесения нескольких слоев из различных материалов, каждый из которых имеет
различное назначение.
Готовые лакокрасочные составы включают в себя следующие компоненты:
251
1. Плёнкообразующие вещества
Основой лакового покрытия служат пленкообразующие вещества, главное назначение которых – создавать защитную и декоративную пленку на поверхности изделия. В производстве изделий из древесины в качестве пленкообразующих веществ находят применение многие материалы: природные и синтетические смолы, высыхающие масла, эфиры целлюлозы и др. Подавляющее
большинство из них – полимерные материалы. Наибольшее применение нашли
лаки на основе эфиров целлюлозы (нитроцеллюлозные) и ненасыщенных полиэфиров (полиэфирные).
Для образования непрозрачного покрытия в качестве основного пленкообразующего материала применяют краски и эмали.
2. Растворители и разбавители
Растворители и разбавители служат для доведения раствора до требуемой
вязкости. Они не входят в состав сухого покрытия, а улетучиваются в процессе
сушки. Наиболее часто в качестве разбавителей используются спирты, простые
и сложные эфиры, кетоны, терпены, ароматические углеводороды и др. В практике чаще всего применяют растворители, в состав которых входят толуол,
этиловый и бутиловый спирты, ацетон, стирол и т.п.
3. Пластификаторы
Это медленно сохнущие или невысыхающие составы. Пластификаторы
вводят в лакокрасочные составы для придания им эластичных свойств. Наиболее часто в этом качестве выступают дибутилфталлат, касторовое масло, трикрезилфосфат.
4. Наполнители
Наполнители вводятся в лакокрасочные составы для увеличения их сухого остатка в целях экономии пленкообразующих веществ, для снижения усадки,
для уменьшения впитываемости состава в подложку. Наполнители должны отличаться химической инертностью, не растворяться и не набухать в растворителе и пленкообразователе, в который они вводятся. В качестве наполнителя
обычно применяют мел, тальк, каолин, шпат и т.п.
5. Красители, протравы, пигменты
Красители используют, чтобы изменить цвет древесины не закрывая его
текстуры, чтобы сымитировать на малоценных породах видимость ценных, для
выравнивания неоднородности цвета. Красители бывают водные, кислотные,
252
спиртовые. Из природных красителей наиболее известна «ореховая морилка»,
«бейц» (на основе гуминовых кислот). Поренбейцы предназначены для поверхностного тонирования древесины ореха, красного дерева, ясеня, дуба и других
пород. Преимущество поренбейцев — способность равномерно окрашивать
древесину, не поднимая ворса. Они позволяют совместить операции крашения
и грунтования.
Протравы – водные растворы солей металлов (железный купорос, медный купорос, хлористый кальций, цинковый купорос, английская соль и др.)
При воздействии на древесину в результате химической реакции солей с дубильными веществами происходит окрашивание поверхностей. При травлении
массив древесины прокрашивается на значительную глубину, а шпон – насквозь. Поэтому часто древесину специально насыщают танином, чтобы получить необходимый эффект. Лучше всего окраску воспринимает таниносодержащая древесина (бук, дуб, каштаны), хуже – древесина липы, березы, где танина значительно меньше.
Пигменты – нерастворимые красящие вещества, входящие в состав красок и эмалей. В качестве пигментов используют минеральные, синтетические,
органические, металлические – охра, умбра, лазурь железная, ультрамарин,
пигмент алый, краплак, бронзовая пудра, алюминиевая пудра.
Наибольшее распространение в производстве изделий из древесины получили нитроцеллюлозные, полиэфирные лаки и лаки кислотного отверждения.
Нитроцеллюлозные лаки представляют собой растворы нитроцеллюлозы,
смол и пластификаторов в смеси растворителей и разбавителей. Содержание
сухих веществ колеблется от 10 до 40 %. Пленки нитролаков быстро затвердевают, имеют высокую прочность, эластичны, атмосфероустойчивы, хорошо
шлифуются и полируются. Недостатком их является взрывоопасность растворителей и горючесть пленки.
Полиэфирные лаки представляют собой растворы ненасыщенных полиэфирных смол в мономерных растворителях с добавлением отвердителя,
ускорителя и добавок. Они имеют высокий сухой остаток (65-90 %) и образуют
покрытия с высокими физико-механическими свойствами.
Лаки кислотного отверждения приготавливаются на основе карбамидоили фенолоформальдегидных смол, пластифицированных амидной смолой.
253
Они имеют высокий сухой остаток (до 50 %), образуют водо- и теплостойкие
пленки, хорошо шлифующиеся и полирующиеся.
Лакокрасочные покрытия бывают многослойными. Каждый слой наносится после высыхания предыдущего. Зачастую перед нанесением очередного
слоя предыдущий слой подвергают шлифованию мелкозернистыми шкурками.
Так как лаки и краски относительно дороги, для уменьшения их расхода при
многослойных покрытиях для первых слоев употребляют более дешевые, специально предназначенные для первого нанесения составы, называемые грунтовками. При прозрачном защитно-декоративном покрытии грунтование должно быть выполнено так, чтобы грунт не закрывал текстуру и не изменял цвет
древесины, поэтому грунтовочный состав также должен быть прозрачным. При
нанесении защитно-декоративных покрытий на пористые поверхности грунтовочные составы готовят из пленкообразующего материала и порошканаполнителя. Грунтовочный состав втирают в древесину так, чтобы ее поверхность пропиталась раствором пленкообразующего материала, а порошок наполнителя оказался в порах древесины. Грунтовочные составы, содержащие
наполнители, называют порозаполнителями.
При непрозрачном покрытии для уничтожения местных неровностей делают местное шпаклевание, т.е. заполняют неровности специальной пастойшпаклевкой. В некоторых случаях производят сплошное шпаклевание поверхности. В этом случае на нее наносят более жидкую шпаклевку, а после высыхания поверхность шлифуют. Шпаклевание в прозрачных покрытиях не допускается.
Нанесение лакокрасочных покрытий может осуществляться вручную и
механизированным путем. Для ручного нанесения используют кисти, тампоны,
губки, шпатели. Ручной способ не обеспечивает равномерного нанесения лакокрасочного материала и малопроизводителен, поэтому применяется лишь при
очень малых объемах производства или при местном шпаклевании поверхности.
В настоящее время наиболее широкое применение получили механические способы нанесения лакокрасочных материалов: распылением, обливанием,
вальцами, окунанием, протягиванием.
Одним из наиболее распространенных способов является распыление
струей горячего воздуха (рис. 11.2). Основными недостатками этого способа
254
являются большие потери лакокрасочных материалов и невозможность получения ровного и гладкого покрытия. Расход лака значительно сокращается, если
распыление производить в электростатическом поле.
Эффективным способом нанесения лакокрасочных материалов на плоские поверхности является облив с помощью специальных лакообливочных
машин (рис. 11.3). Принцип ее работы заключается в том, что вытекающая из
головки через щель плоская струя лакокрасочного материала падает в лоток,
откуда насосом через бак-отстойник вновь перекачивается в разливочную головку. Детали пропускаются через лаковую завесу конвейерами с регулируемой
скоростью. Достоинствами этого способа является высокая производительность
и отсутствие потерь лакокрасочного материала. На плоские покрытия лакокрасочные материалы можно наносить вальцами. Деталь прокатывается между парой вальцов, одновременно подающих и наносящих лакокрасочный материал.
Толщина слоя лака, наносимого на деталь, регулируется шириной щели между
питательными и дозирующими вальцами. С помощью вальцов можно наносить
вязкие составы и получать тонкие покрытия.
Рис. 11.2. Схема нанесения лака методом
распыления:
1 – форсунка; 2 – зона разрежения; 3 – зона избыточного
давления; 4 – зона распыления; 5 – зона образования тумана.
255
Рис. 11.3. Технологическая схема лакообливочной машины
Наиболее простым и достаточно производительным способом нанесения
лакокрасочных покрытий является окунание, однако получать покрытия, равномерные по толщине, таким способом весьма сложно. Применять этот способ
рекомендуется лишь для изделий обтекаемой формы. В производстве стульев
его используют для крашения водными растворами красителей.
Для устранения неравномерности толщины покрытия при окунании детали можно вытягивать из ванны через отверстие, снабженное уплотнительными
манжетами. Изменяя жесткость манжет и степень обжатия ими детали можно
регулировать толщину слоя покрытия. Такой способ, получивший название
протягивания, применим к деталям постоянного сечения, например, к карандашам. Обязательным условием при этом способе является непрерывная подача
деталей торец в торец через ванну.
Отверждение лакокрасочных покрытий может осуществляться за счет испарения летучих растворителей или в результате химических реакций. В большинстве случаев эти процессы протекают одновременно. В практике для отверждения лаковых покрытий используют конвекционные и радиационные сушильные камеры. В камерах с конвекционным обогревом покрытия нагреваются теплом циркулирующего горячего воздуха, нагреваемого калориферами.
Нагрев покрытий в терморадиационных камерах происходит, в основном,
за счет излучения, а конвекционные потоки нагретого воздуха играют второстепенную роль. Отверждение покрытия вызывается в них световым или ультрафиолетовым излучением или с помощью ускоренных электронов.
Отвержденные защитно-декоративные покрытия имеют некоторую шероховатость или волнистость, поэтому для повышения их декоративных свойств и
256
прозрачности перед полированием производят выравнивание поверхности. Выравнивание поверхности производят двумя способами: шлифованием и разравниванием тампоном, смоченным растворителем. Шлифование производят на
ленточных шлифовальных станках позиционного или проходного типа мелкозернистыми шкурками (№3-5) за два раза. Разравнивать тампоном можно только растворимые, например, нитроцеллюлозные покрытия. Для разравнивания
нитролаковых покрытий выпускаются специальные жидкости, представляющие
собой смеси растворителей различной активности.
Для получения зеркального покрытия его необходимо полировать. Полируют поверхности обычно пастами или жидкостями, растворяющими покрытие.
Полирование покрытий производят на барабанных станках, рабочим инструментом которых служат мягкие барабаны, набираемые из дисков, изготавливаемых из технических тканей.
Барабанные станки могут быть позиционными с возвратнопоступательным движением полируемой детали относительно барабана или
проходными с несколькими барабанами. Полировочную жидкую пасту при обработке на однобарабанных станках обычно наносят на полируемую поверхность. На многобарабанных станках применяют твердые пасты, плавящиеся от
трения и нагрева при прижиме к поверхности вращающегося барабана.
После полирования пастами и полировочными жидкостями на поверхности остается масляная пленка, которая вызывает быстрое загрязнение из-за оседания пыли и окисления. Заключительной операцией при создании защитнодекоративных покрытий является удаление масла с полированной поверхности.
Для этого поверхность обрабатывают мягким полотняным тампоном, смоченным специальным составом.
В последние годы все острее ощущается дефицит древесины ценных пород для производства строганого облицовочного шпона. В целях покрытия этого дефицита для облицовывания изделий из малоценной древесины или древесностружечных плит используют синтетические плёнки с облагороженной поверхностью, не требующие последующего нанесения защитно-декоративных
покрытий
257
ГЛАВА 12
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ
В последние годы лесной комплекс находится под пристальным вниманием властных структур. Взят прямой курс на его возрождение и подъем. Одним из главных направлений является организация комплексной переработки
древесного сырья, внедрение новых технологий.
Актуальность проблемы нарастает вместе с ростом мировых объемов
производства и накопления отходов в производственной сфере. Сегодня в решении этой проблемы реализуются, в основном, технические и технологические возможности.
Комплексность использования древесного сырья на уровне деревоперерабатывающих производств должна предусматривать вовлечение в технологический процесс всего объема древесных ресурсов, включая в хозяйственный оборот и отходы основных производств.
В России проблема утилизации древесных отходов относится к числу
наиболее актуальных, так как при существующих в настоящее время методах
переработки теряется почти половина биомассы дерева, что, естественно, говорит о низком уровне технологических процессов деревообработки.
Современная деревообрабатывающая промышленность, производство
мебели, фанеры, древесностружечных (ДСП) и древесноволокнистых (ДВП)
плит имеют разнообразные виды отходов, загрязняющих окружающую среду.
Отдельные технологические процессы указанных производств сопровождаются выделением и выбросом в атмосферу загрязняющих веществ. Последние образуются как в основных технологических процессах, так и во вспомогательных подразделениях (котельные, сварочные посты, кузницы и т.д.).
От технологических линий в атмосферу поступают твердые пылевидные
отходы - древесная и лакокрасочная пыль, а также парогазовоздушные отходы:
летучие компоненты лакокрасочных материалов и растворителей, пары смолосодержащих клеевых материалов.
Механическая обработка древесины связана с выделением загрязняющих
веществ (древесная пыль, опилки, стружка). В лесопильных цехах при распиловке лесоматериалов хвойных и лиственных пород образуется кора, горбыль,
258
опилки. Древесная пыль от лесорам не выделяется. В деревообрабатывающих
цехах в процессах раскроя пиломатериалов на заготовки и рейки, в цехах по изготовлению оконных и дверных блоков, дверей, досок пола, паркета, плинтусов, заготовок мебели, товаров культбыта, тары и др. выделяется древесная
пыль. Источниками выделения древесной пыли являются циркульные пилы,
торцовочные станки, станки фуговальные, рейсмусовые, сверлильные, фрезерные, строгальные, шипорезные, шлифовальные и др. При производстве этих
операций образуется пыль различной крупности.
Источниками выбросов древесной пыли в атмосферу являются трубы пылеулавливающих сооружений.
В производстве щепы источниками выделения древесной пыли являются
рубительные машины различных марок, дробильные установки сортировки
щепы.
Источниками выбросов в атмосферу являются трубы пылеуловителей,
трубопроводы в местах разгрузки щепы, открытые склады хранения щепы.
В производстве древесностружечных плит при изготовлении и сортировке щепы, изготовлении стружки, при механической обработке плит (обрезка,
шлифование, раскрой) выделяются отходы древесины, в т.ч. древесная пыль. В
процессе пропитки стружки смолой, горячего прессования, охлаждения, выдержки плит выделяются вредные парогазовоздушные смеси из расходуемых
смолосодержащих материалов.
На всех этапах технологического процесса производства фанеры происходит выделение загрязняющих веществ.
При механической обработке древесины в производстве мебели (раскрой
пиломатериалов на заготовки, сверление, строгание, фрезерование, шлифование и др.) образуется значительное количество отходов (стружки, опилки, древесная пыль). При шлифовании и полировании лакового покрытия образующая
пыль содержит частицы абразивного материала, отвердевших полиэфирных и
нитроцеллюлозных лаков. Удаление отходов осуществляется системами пневмотранспорта и аспирации с очисткой воздуха в пылеулавливающем оборудовании (циклонах, фильтрах, скрубберах). Кроме того в воздушную среду попадает целый комплекс веществ, содержащихся в лакокрасочных материалах,
растворителях, клеевых композициях, смолах. Основными источниками выделения загрязняющих веществ являются окрасочные камеры, пульверизацион 259
ные кабины, лаконаливные машины, сушильные камеры, стеллажи для хранения готовой продукции и другое оборудование. Источниками выбросов газовоздушных смесей являются трубы вытяжной вентиляции и неорганизованные
выбросы.
Современные требования СЭС №12100005-88 к выбросам загрязняющих
веществ в атмосферу и воздуху производственных помещений заставляют производственников устанавливать эффективные системы очистки воздуха от загрязнителей, образующихся в процессе производства продукции. Такими системами являются аспирационные установки.
Латинское слово аspiratio означает вдыхание, и, в данном случае, характеризует принцип действия инженерных систем, состоящий в отсасывании воздуха от технологического оборудования. В связи с тем, что удаление из воздушного потока крупных частиц (стружки, опилок и пр.) не представляет собой
сложной задачи, основной функцией современных аспирационных установок
является эффективное и надежное обеспыливание воздуха в рабочей зоне производственных помещений и охраны атмосферного воздуха от загрязнения пылевыми выбросами с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.
В деревообрабатывающих производствах источники выделения пыли
(частиц с диаметром до 200 мкм) бывают двух видов.
1) К первому виду источников относится технологическое оборудование,
при работе которого пыль, а также более крупные частицы образуются в качестве отходов механической обработки древесных и других материалов.
Для источников первого вида задача предотвращения попадания пыли в
объем производственных помещений решается путем отсоса воздуха от режущих органов станков с возможно более полным уносом измельченных отходов
в момент их образования.
2) Ко второму виду источников относится технологическое оборудование, в том числе конвейеры, в которых измельченные материалы являются полуфабрикатами в технологических процессах, например, в производстве древесностружечных плит, или конечным продуктом, например, в производстве
древесной муки.
Для источников выделения пыли второго вида та же задача решается путем отсоса воздуха от технологического оборудования с минимальным уносом
260
из него измельченного материала, т.е. системы аспирации лишь поддерживают
заданную величину разрежения в оборудовании. В настоящее время большинство деревообрабатывающих станков, как отечественного, так и импортного
производства изготавливаются без устройств, предназначенных специально для
направления пыли и других измельченных отходов в системы аспирации, а
паспорта старых станков не содержат аспирационных характеристик даже в тех
случаях, когда эти устройства (пылеприемники), имеются.
Все системы аспирации состоят из следующих основных частей:
трубопроводных сетей;
тягодутьевых машин;
пылеулавливающих аппаратов.
Основное требование к аспирационным установкам по качеству очистки
воздуха выполняют пылеулавливающие аппараты, которые, по конструктивному исполнению подразделяются на следующие основные виды:
циклоны – аппараты, в которых отделение твердых частиц от воздуха
осуществляется за счет использования центробежной силы, развивающейся при
вращательно-поступательном движении материало-воздушного потока и прижимающей частицы к стенке циклона. При этом частицы теряют кинетическую
энергию потока и под воздействием силы тяжести опускаются в направлении
выгрузного отверстия. До конца прошлого века циклоны были наиболее распространены в деревообрабатывающих производствах, это было связано с простотой их изготовления и обслуживания, а также небольшими капитальными
затратами. Однако их существенные недостатки (ограниченные возможности
очистки, не отвечающие современным требованиям; необходимость их монтажа вне производственных помещений, что приводит к удалению теплого воздуха из помещений), значительно сузили область их применения в настоящее
время;
фильтры – пылеулавливающие аппараты, процесс очистки в которых
осуществляется за счет фильтрации, или осаждения твердых частиц, взвешенных в воздушном потоке, на поверхности или в объеме пористых сред. В настоящее в деревообрабатывающих производствах индустриально развитых
стран фильтры являются основным видом пылеулавливающего оборудования
аспирационных систем. Их конструкция и материалы позволяют очищать воздух аспирационных систем от пыли до величины пылесодержания менее
261
1 мг/м3, т.е. ниже величины предельно допустимого санитарными нормами пылесодержания для приточного воздуха, что позволяет, в большинстве случаев,
возвращать в холодное время года очищенный воздух в помещения и экономить за счет этого на расходах на отопление.
Рис. 12.1. Простейший циклонный пылеуловитель
Рис. 12.2. Пылеулавливающая система:
1 – вентилятор; 2 - кольцевая часть; 3 - циклонный элемент; 4 – отходы; 5 - сборный
мешок
262
При использовании карбамидоформальдегидных и фенолоформальдегидных смол загрязняются сточные воды и атмосферный воздух. Существуют различные способы очистки сточных вод: биологическая, термическое сжигание,
физическая и физико-химическая газоочистка, окисление и смолообразование,
адсорбционные методы.
При биологической очистке расщепление ароматических соединений происходит за счет микроорганизмов, способных существовать в воде, содержащей
до 1000 мг/л фенола. Очищенная данным способом вода содержит 0,1 мг/л фенола.
Окисление проводят для очистки сточных вод с большим содержанием
фенола перед их биологической очисткой. При этом происходит деструкция
фенола с образованием промежуточных токсичных соединений. Эффективные
окислители фенола – перекись водорода, озон, гипохлорид натрия, диоксид
хрома, пермаганат и бихромат калия.
Реакции смолообразования, приводящие к осаживанию полимеров, можно использовать для очистки сточных вод, содержащих фенол, формальдегид и
их форполимеры. Очистку ведут при высокой температуре, добавляя к сточным
водам серную кислоту и в качестве осадителей хлорид железа или сульфат
алюминия.
Процесс термического сжигания (700…800 оС) применяют на предприятиях, где отходящие газы, помимо фенола, содержат пыль, растворители,
сложные эфиры фосфорной кислоты. Тепло от сжигания используют для нужд
производства.
Адсорбцию сточных вод и отработанных газов, предварительно очищенных от твердых веществ, производят активированными углями, оксидом алюминия, силикагелем и цеолитами. Для адсорбции фенолов используют разбавленную щелочь, растворители или инертный газ в смеси с водяным паром.
Очистку газообразующих компонентов, включающих фенолформальдегид, проводят в адсорбентах путем растворения или химического взаимодействия, т.е. по принципу очистки сточных вод.
Для очистки отработанных газов от сушилок для древесных частиц, содержащих также и мелкоразмерный материал, используется несколько методов.
Среди них водная очистка, послесгорание (со шлифовальной пылью или в природном газе), сгорание в котельной.
263
В производстве клееных изделий и древесных плит проблема снижения
вредных выбросов должна решаться одновременно в направлении разработки
связующих с минимальным содержанием остатков мономеров.
264
Библиографический список
1. Аксенов, П. П. Технология пиломатериалов [Текст] : учеб. /
П. П. Аксенов. – М. : Лесн. пром-сть, 1976. – 450 с.
2. Амалицкий, В. В. Оборудование отрасли [Текст] : учеб. /
В. В. Амалицкий. – М. : МГУЛ, 2006. – 584 с.
3. Болдырев, В. С. Основы проектирования предприятий [Текст] : учеб.
пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж, – 2003. – 312 с.
4. Болдырев, В. С. Технологические основы раскроя сырья и
пиломатериалов [Текст] : учеб. пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж, 2002. –
335 с.
5. Болдырев, В. С. Технология лесопильно-деревообрабатывающих
производств [Текст] : учеб. пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж, 2011. – 296 с.
6. Болдырев, В. С. Технология лесопильно-деревообрабатывающих
производств [Текст] : учеб. пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж, 2011. – 316 с.
7. Волынский, В. Н. Технология древесных плит и композиционных
материалов [Текст] : учеб.-справ. пособие / В. Н. Волынский. – СПб. : Лань,
2010. – 336 с.
8. Гарин, В. А. Технология изделий из древесины [Текст] : учеб. пособие /
В. А. Гарин, Н. А. Михайлов. – Воронеж, 1985. – 224 с.
9. Гончаров, Н. А. Технология изделий из древесины [Текст] : учеб. /
Н. А. Гончаров, В. Ю. Башинский, Б. М. Буглай. – 2-е изд., испр. и доп. – М. :
Лесн. пром-ть, 1990. – 525 с.
10. Калитиевский, Р. Е. Лесопиление в XXI веке. Технология,
оборудование, менеджмент [Текст] : учеб. / Р. Е. Калитиевский . – 2-е изд. –
СПб. : ПрофиКС, 2008. – 496 с.
11. Киселёва, А. В. Древесиноведение и сушка древесины. Раздел: Сушка
древесины [Текст] : тексты лекций / А. В. Киселева. – Воронеж, 2009. – 59 с.
12. Курс лекций по проблемам механической обработки древесины
[Электронный ресурс]. – Режим доступа:// http://www.wood.ru , свободный.
13. Курьянова, Т. К. Определитель основных древесных пород [Текст] :
учеб. пособие / Т. К. Курьянова, Н. Е. Косиченко, А. Д. Платонов. – Воронеж,
2002. – 69 с.
265
14. Пономаренко, Л. В. Технологические процессы и производства
лесопромышленного комплекса [Текст] : учеб. пособие / Л. В. Пономаренко. –
Воронеж, 2011. – 119 с.
15. Разиньков, Е. М. Технология и оборудование клееных материалов и
древесных плит [Текст] : учеб. пособие / Е. М. Разиньков, В. С. Мурзин,
Е. В. Кантиева. – Воронеж, 2007. – 348 с.
16. Расев, А. И. Сушка древесины [Электронный ресурс] : учеб. пособие /
А. И. Расев. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2010 // ЭБС «Лань». – Режим доступа:
http://e.lanbook.com
17. Рыкунин, С. Н. Технология лесопильно-деревообрабатывающих
производств [Текст] : учеб. пособие / С. Н. Рыкунин, Ю. П. Тюкина,
В. С. Шалаев. – М. : МГУЛ, 2003. – 225 с.
18. Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование
древесины [Текст] : учеб. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. С. Серговский,
А. И. Рассев. – М. : Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с.
19. Справочник по лесопилению [Текст] / сост. Ю.Б. Шишкевич. – СПб. :
ПРОФИ-ИНФОРМ, 2005. – 200 с.
20. Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения
[Текст] : учеб. / Б. Н. Уголев. – М. : МГУЛ, 2007. – 352 с.
21. Филонов, А. А. Технология материалов и изделий из древесины
[Текст] : учеб. пособие / А. А. Филонов. – Воронеж, 2004. – 165 с.
22. Шварцман, Г. М. Производство древесностружечных плит [Текст] :
учеб. / Г. М. Шварцман, Д. А. Щедро. – М. : Лесн. пром-сть, 1997. – 320 с.
266
Оглавление
Введение .............................................................................................................................................3 ГЛАВА 1. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС ..............................................................4 1.1. Структура лесопромышленного комплекса ....................................................................4 1.2. Сырьевые ресурсы России. Проблемы экологического лесопользования ...............5 1.3. Развитие лесной и лесоперерабатывающей промышленности. ..................................7 Рациональное использование древесины ................................................................................7 ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ .........................................................................................9 2.1. Строение дерева, ее основные части .................................................................................9 2.2. Строение древесины ...........................................................................................................11 2.2.1. Макроскопическое строение древесины ......................................................................11 2.2.2. Микроскопическое строение древесины .....................................................................13 2.3. Химический состав древесины и коры ...........................................................................16 2.4. Пороки древесины...............................................................................................................16 ГЛАВА 3. ДРЕВЕСИНА КАК КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ...............................17 3.1. Сфера использования древесины. Её достоинства и недостатки как
конструкционного материала ..................................................................................................17 3.2. Физико-механические, технологические и декоративные свойства древесины ....20 3.2.1. Физические свойства древесины ..................................................................................20 3.2.2. Механические свойства древесины ..............................................................................29 3.2.3. Технологические свойства древесины .........................................................................31 3.3. Лесные древесные породы и их отличительные особенности ...................................31 ГЛАВА 4. ПРОДУКЦИЯ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ............................33 4.1. Виды древесного сырья, их размерно-качественные характеристики ...................33 4.2. Классификация пилопродукции, её размерно-качественные характеристики ....38 4.3. Шпон строганый .................................................................................................................52 4.4. Шпон лущеный ....................................................................................................................56 4.5. Шпон файн-лайн (Fine-Line) .............................................................................................58 ГЛАВА 5. ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И СУШКА ДРЕВЕСИНЫ ................61 5.1. Гидротермическая обработка древесин ..........................................................................61 5.2. Способы сушки древесины................................................................................................62 5.3. Основные сведения об агентах сушки ............................................................................65 5.4. Классификация сушильных установок ..........................................................................65 5.5. Режимы сушки, их температурные категории. Выбор режима сушки ....................68 5.6. Категории и показатели качества сушки древесины. Дефекты, возникающие при
сушке древесины и способы их устранения ..........................................................................71 5.7. Технология камерной сушки пиломатериалов .............................................................76 5.8. Атмосферная сушка пиломатериалов.............................................................................79 5.9. Антисептирование и пропитка древесины ....................................................................82 ГЛАВА 6. ВИДЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ ................................84 6.1. Виды и характеристика деревообрабатывающих производств .................................84 6.2. Производственный и технологический процессы ........................................................85 267
6.3. Классификация производственных процессов .............................................................89 6.4. Процедуры технологического проектирования производственных систем ...........94 ГЛАВА 7. ЛЕСОПИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ......................................................................96 7.1. Подготовка пиловочного сырья к распиловке .............................................................96 7.2. Способы раскроя бревен на пиломатериалы ................................................................97 7.3. Основы теории раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы ...........................103 7.4. Оборудование лесопильного цеха. Структура производственных процессов
лесопильных цехов ..................................................................................................................104 7.5. Состав и назначение оборудования ...............................................................................106 7.6. Технологическая схема производственного процесса на базе лесопильных рам.109 7.7. Технологические схемы производственных процессов на базе фрезернобрусующих линий, линий агрегатной переработки бревен и фрезернопильных
линий ..........................................................................................................................................113 7.8. Технологическая схема производственного процесса на базе ленточнопильных
станков .......................................................................................................................................115 7.9. Технологическая схема производственного процесса на базе круглопильных
станков .......................................................................................................................................118 ГЛАВА 8. ТЕХНОЛОГИЯ КЛЕЕНЫХ МАТЕРИАЛОВ .....................................................121 8.1. Виды клееных материалов ..............................................................................................121 8.2. Сырье и клеи ......................................................................................................................129 8.3. Технология изготовления лущеного шпона. Оборудование.....................................134 8.4. Технология изготовления строганого шпона. Оборудование ..................................147 8.5. Технология изготовления фанеры. Оборудование .....................................................151 8.6. Технология производства древесностружечных плит ...............................................160 8.7. Технология изготовления плит из ориентированной крупноразмерной
стружки ......................................................................................................................................174 8.8. Технология изготовления древесноволокнистых плит .............................................179 ГЛАВА 9. ОСНОВЫ РЕЗАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ.....................................................................188 9.1. Элементы резания. Основные понятия и определения .............................................188 9.2. Классификация дереворежущего инструмента. Материалы для режущих
инструментов ............................................................................................................................189 9.3. Машины деревообрабатывающей отрасли..................................................................192 ГЛАВА 10. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ..................................................199 10.1. Материалы .......................................................................................................................199 10.2. Требования к изделиям из древесины.........................................................................200 10.3. Структурные элементы изделий ..................................................................................199 10.4. Правила конструирования изделий из древесины ...................................................202 10.5. Соединения деталей ........................................................................................................204 10.6. Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц..................................................205 10.7. Основные понятия о допусках и посадках .................................................................207 10.8. Шероховатость поверхности .........................................................................................209 268
10.9. Технологический процесс и оборудование .................................................................210 10.9.1. Раскрой досок на черновые заготовки .....................................................................210 10.9.2. Раскрой плитных материалов....................................................................................213 10.9.3. Изготовление облицовок из шпона строганого.......................................................214 10.9.4. Обработка черновых заготовок.................................................................................217 10.9.5. Калибрование заготовок щитов из древесностружечных плит .............................222 10.9.6. Гнутые заготовки .......................................................................................................223 10.10. Склеивание в технологии изделий из древесины ...................................................228 10.10.1. Способы склеивания и методы нагрева клеевого шва .........................................228 10.10.2. Облицовывание пластей щитовых деталей ...........................................................230 10.10.3. Облицовывание кромок щитовых элементов ........................................................232 10.11. Механическая обработка чистовых заготовок........................................................234 10.11.1. Формирование шипов и проушин ..........................................................................234 10.11.2. Фрезерование древесины.........................................................................................236 10.11.3. Формирование гнезд и отверстий ...........................................................................241 10.11.4. Шлифование .............................................................................................................244 10.12. Сборка изделий ..............................................................................................................248 ГЛАВА 11. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ....................250 ГЛАВА 12. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ ........................................................................................................................257 Библиографический список...........................................................................................................264 Учебное издание
Татьяна Леонидовна Ищенко
Татьяна Владимировна Ефимова
Анна Анатольевна Мещерякова
ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебное пособие
Редактор А.С. Люлина
Подписано в печать 12.08.2014. Формат 60×90 /16. Объем 16,7 п. л.
Усл. печ. л. 16,7. Уч.-изд. л. 16,8. Тираж 90 экз. Заказ
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
36
Размер файла
9 783 Кб
Теги
ищенко, технология, деревоперерабатывающих, учебно, производства, пособие
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа