资源描述
实木家俱制造工艺定义和要求
定义: 实木家俱生产工艺学是以实木家俱等为关键研究对象,以“材料—结构—工艺(设备)—装饰—装配”为关键研究路线,科学系统地叙述实木家俱生产工艺基础原理、经典工艺及质量确保方法和研究实木家俱生产中相关工艺问题一门专业课
1 工件定位和安装
1 定位——在进行切削加工时,将工件放在机床或夹具上,使它和刀具之间有一个正确相对位置。
2 夹紧——工件在定位以后,为了使它在加工过程中能一直保持其正确位置,还需要将它压紧和夹牢。
3 安装——工件在机床或夹具上定位和夹紧全过程。(或叫装夹)
定位加工形式:
1 定位式加工——工件固定,刀具做进给和切削运动。
比如:钻床钻孔、电子开料锯裁板等
2 经过式加工——加工工件随移动工作台或进料装置(压辊或履带等)进给,而刀具只做切削运动。
比如:四面刨、压刨、开榫机、推台锯加工等。
3 定位经过式加工——工件由导向装置固定并可做一定进给运动,而刀具既可做切削运动也可做进给运动。
比如:镂铣机铣型、车床旋圆等。
加工工序
工序:一个(或一组)工人在一个工作位置上对一个或多个工件连续完成工艺过程某一部分操作。
加工工序可分为安装、工位、工步、走刀
⑴安装:工件在一次装夹中所完成那一部分工作。(在单头开榫机上开两端榫头,需要两次安装)
⑵工位:工件处于相对于刀具或机床一定位置时所完成那一部分工作。(加工一个零件四面,采取五轴四面刨则是一次安装五个工位,采取四轴四面刨则是一次安装四个工位,而采取平刨、压刨分步加工,则先加工基准面和边,再加工相对面和边,还要加工型面,则要数次安装,多个工位)
⑶工步:在不改变切削用量(切削速度、进料量等)情况下,用同一刀具对同一表面所进行加工操作称为工步。(在平刨上加工基准面和边,为一个工序,两个工步)
⑷走刀:在刀具和切削用量均保持不变时,切去一层材料过程称为走刀。(工件在平刨上加工基准面,有时需要几次切削才能得到符合要求平整基准面,每一次切削就是一次走刀)
基准:用于定位点、线、面(加工——零件和刀具;产品——零部件之间)。
1 设计基准:设计时在图纸上用来确定零件和零件之间相互位置点、线、面。
2 工艺基准:在加工或装配中,用来确定和该零件其它表面或在产品中和其它零部件相对位置点、线、面。
(工艺基准可分为定位基准、装配基准和测量基准)
3 定位基准——工件在机床或夹具上定位时,用来确定加工表面和机床、刀具间相对位置表面。
定位基准情况 机床
用一个表面作为定位基准, 压刨、镂铣机
加工其相对面
用一个面作基准,又对它进行加工 平刨、圆锯开槽
用一个面作基准,加工其相邻面 四面刨、立铣
用两个相邻面作基准, 四面刨、带锯机
加工其它两个相邻面 开榫机、推台锯
用三个面作基准 钻床、精截锯、CNC
定位基准又可分为:
粗基准:用未经加工且形状正确性较差毛坯作为定位基准为粗基准。如:配料时纵剖锯加工毛板。
辅助基准和精基准
(在单头开榫机上加工第一个榫头时,用工件另一端作为基准,这个基准是辅助基准;加工第二个榫头时,以第一个已加工好榫头作基准,是精基准。在精密横截锯上加工也一样)。
装配基准:装配时,用来确定零件或部件和产品中其它零件或部件相对位置表面。
比如装配直角榫时,榫肩往往可作为装配基准
测量基准:用来检验已加工表面尺寸和位置表面。
确定选择基准面标准
尽可能降低基准数量
尽可能选择较长较宽面作为基准
尽可能。选择平面作基准,弯曲件要选凹面作基准
尽可能选择精基准
应根据“基准重合”标准,尽可能选择设计基准作为工艺基准
数次定位加工时,应遵照“统一基准”标准,尽可能选择同一基准加工各个表面。
定位基准选择应便于安装和加工
概念
加工精度——零件在加工以后所得到尺寸、形状和位置等几何参数实际数值和图纸上要求理论数值相符合程度。
尺寸精度——尺寸上相符合程度
尺寸误差——尺寸上偏差
形状精度——形状上相符合程度
形状误差——形状上偏差
加工误差:
系统性误差——当连续加工一批零件时,其误差大小和正负值保持不变或按一定规律而改变。
比如钻床钻孔、压刨加工
包含:
机床、刀具、夹具和量具制造精度,
刀具磨损,
机床调整误差
安装误差
随机性误差:当连续加工一批零件时,其误差大小和正负什不固定或没有按一定规律而改变。(或叫偶然性误差)
产生原因:
木材树种改变
木材材性改变
零件加工余量改变
定位基准面尺寸不一致
夹紧力大小不一致
影响加工精度原因分析
影响原因:
⑴家俱机械或木工机床结构、制造精度和几何精度;
⑵刀具结构、制造精度、安装精度及刀具磨损;
⑶夹具精度及零件在夹具上安装误差;
⑷工艺系统弹性变形;
⑸量具和测量误差;
⑹机床调整误差;
⑺工件加工基准误差;
⑻加工材料树种、材性、含水率和干燥质量等。
粗光:经平刨、压刨加工后使用零部件,达成表面平整,
不得有啃头、锯痕和显著逆纹、沟纹,波纹长度小于
3mm
细光:许可有目视不显著而手摸有感觉木毛、毛刺、刨
痕,但不得有逆纹、沟纹
精光:经目视和手感全部无木毛、毛剌、啃头、刨痕、机械
损伤,用粉笔平划看不出粗糙痕迹。
工艺过程基础概念
生产过程:将原材料制成产品相关过程总和(
包含原辅材料运输和保留;产品开发和设计;加工设备
调整、维修和保养;刀具、工具及能源订购和供给;配
料、零部件机加工、胶合、装配和装饰;零部件和产品质
量检验和包装、入库保管;生产组织和管理;工业卫生和
环境保护等)
工艺过程:
经过多种加工设备改变原材料和形状、尺寸或物理性质,将原材料加工成符合技术要求产品时,所进行一系列工作总和(包含材料制备、机械加工、胶合和胶贴、软化、弯曲、装配、装饰、检验、包装、入库)
ß 工艺过程组成加工工段
ß ⑴制材
ß ⑵干燥
ß ⑶配料(锯材和人造板)
ß ⑷毛料加工(基准面和相对面加工)
ß ⑸净料加工(开榫、起槽、钻孔、打眼、雕刻、铣型、磨光)
ß ⑹胶合和胶贴
ß ⑺弯曲成型(实木弯曲、薄木胶合弯曲、锯口弯曲)
ß ⑻装饰(贴面、涂饰、特种艺术装饰)
ß ⑼装配(部件装配、总装配)
框架式家俱生产工艺步骤
实木板材(锯材) 锯材干燥 配料 毛料加工(刨光、精截)(胶拼或弯曲) 净料加工(开榫、起槽、钻孔、打眼、雕刻、铣型、磨光等) 部件装配 部件加工和修整 装饰(涂饰) 检验总装配包装
板式家俱生产工艺步骤
⑴ 空心覆面板(包镶板)板式家俱生产工艺步骤:
板材(干实木锯材或厚人造板材) 木框制备(配料、框条加工)组框排芯(木框、空心填料)空心板覆面(覆面材料准备、涂胶、配坯、胶压)齐边加工(尺寸精加工) 边部铣异型边部处理(直边和软成型封边、镶边、涂饰等) 排钻钻孔(圆棒孔和连接件接合孔)(表面实木线型装饰) 表面砂光 涂饰 零部件检验(装配)包装
⑵ 实心覆面板(以人造板为基材)板式家俱生产工艺步骤:
板材(刨花板PB或中密度纤维板MDF等) 配料(开料或
裁板) 定厚砂光 贴面装饰(饰面材料准备、涂胶、
配坯、胶压)齐边加工(尺寸精加工)边部铣异
型 边部处理(直边和软成型封边、后成型包边、镶边、
V形槽折叠、涂饰等) 排钻钻孔(圆棒孔和连接件接合
孔)(表面镂铣和雕刻或表面实木线型装饰) 表
面砂光 涂饰 零部件检验 装配 包装
曲木式家俱生产工艺步骤
⑴ 木方材弯曲家俱生产工艺步骤:
实木板材(锯材)配料 毛料挑选毛料加工
(刨光、精裁等)软化处理 加工弯曲干燥
定型净料加工(开榫、起槽、钻孔、打眼、雕刻、铣型、
磨光等) 部件装配部件加工和修整 涂饰
· 检验 (总装配)包装
薄木胶合弯曲家俱生产工艺步骤:
薄板(刨切薄木、旋切单板、锯制薄板等)干燥
涂胶 配坯陈化 弯曲成型(热压或冷压)
陈放 锯解或剖料 毛料加工(刨光、精裁等)
净料加工(开榫、起槽、钻孔、打眼、雕刻、
铣型、磨光等)部件装配 部件加工和修整
· 涂饰 检验(总装配)包装
碎料模压成型家俱生产工艺步骤:
木质碎料 拌胶铺模(碎料铺装和饰面材料组坯) 模压成型 脱模 坯料加工(起槽、钻孔、打眼、铣型、磨光等) 部件装配 部件加工和修整 涂饰检验 (总装配) 包装
关键:实木家俱配料方法、工艺和设备。
难点:提升毛料出材率方法。
配料方法⑴单一配料法⑵综合配料法
配料工艺
⑴先横截后纵解
⑵先纵解后横截
⑶先划线后锯截(平行划线法和交叉划线法)
⑷先粗刨后锯截
⑸先粗刨、锯截和胶合再锯截
横截设备:
吊截锯(刀架弧形移动)
万能木工圆锯机
悬臂式万能圆锯机
简易推台锯
精密推台锯
气动横截锯
自动横截锯
自动优选横截锯
纵解设备:
手工进料圆锯机(一般台式圆锯机)
精密推台锯
机械进料单锯片圆锯机
机械进料多锯片圆锯机
小带锯
锯弯设备:
细木工带锯机
线锯
提升毛料出材率
毛料出材率(P)——毛料材积(V毛)和锯成毛料所耗用锯材材积(V成)之比百分率。
P= V毛/V成×100(%)
提升毛料出材率方法:
⑴零部件尺寸规格应和锯材规格相衔接
⑵操作工要熟悉产品零部件技术要求,合理控制木材缺点。
⑶要注意合理搭配和套裁配料。
⑷有些木材缺点可经过修补使用。
⑸短小零件,可采取倍数配料。
⑹合理确定加工工艺,避免反复加工余量。
⑺合理利用边角余料。
⑻采取薄锯片或“以锯代刨”工艺,降低刨削余量
⑼尽可能采取划线配料或先粗刨后配料工艺。
⑽对规格较大零件,采取短料接长、窄料拼宽、薄料胶厚小料胶拼方法配料。
毛料加工工艺
基准面加工
平刨加工基准面
平刨进料方法:
手工进料——加工方便,精度高,但劳动强度大,生产效率低,很不安全。
机械进料:弹簧销、弹簧爪、履带及辊筒进料装置等。
铣床加工基准面
毛料加工方案:
⑴平刨加工基准面和边,压刨加工相对面和边。
⑵平刨加工一个或两个基准面(边),四面刨加工其它多个面。
⑶双面刨或四面刨一次加工两个相对面,多片锯加工其它面(纵解剖分)
⑷四面刨一次加工四个面。
⑸压刨或双面刨分几次调整加工毛料四个面。
⑹平刨加工基准面和边,铣床(下轴立铣)加工相对面和边。
⑺压刨或铣床采取模具或夹具配合,可加工基准面不平行平面。
⑻四面刨或压刨、铣床、木线机等配有对应形状刀具,可在相对面上加工线型。
平刨
刨床关键用于对木制零件纵切面进行精密加工,以取得零件正确尺寸、截面形状和表面光洁度。这类机床绝大部分是采取纵向铣削方法进行加工,只有少数机械采取纯刨削进行加工。
刨床主参数为最大加工宽度
铣床加工基准面
相对面加工
四面刨加工相对面
铣床加工相对面
刨床种类:按工艺用途及结构不一样有:平刨、压刨、四面刨、净光机等。
刨床用途:
平刨用于加工工件基准平面,有手工进给和机械进给和单轴和双轴之分。
压刨用于加工基准面相对面,全全部采取机械进给。
四面刨用于一次进给中同时加工工件四个面,因采取机械进给和多刀轴加工,所以效率相当高。
净光机是采取纯刨削方法加工机械,用于零件表面最终精光加工,加工原理类似于手工刨。
刨床所用刀片全部是直片状,因为加工平面通常全部较宽,故刀片较长,且需常常研磨,所以全部为装配式。
平刨用于正确刨平工件毛坯基准面,同时也可加工和基准面相邻面,用作辅助基准面。平刨机型号较多,其结构及操作基础相同。
根据平刨刨削宽度能够分为:
a 轻型平刨,刨削宽度100~400㎜
b 中型平刨,刨削宽度500~700㎜
c 重型平刨,刨削宽度800~900㎜
单轴平刨结构
单轴平刨结构较为简单,它由床身、前工作台、后工作台、主轴、导尺(靠山)驱动装置等部件组成。
1)、床身:平刨床身是其各部件承受体,通常由铸铁制成整体结构,以满足刚度和振动等方面要求,简易平刨也有用焊接等结构形式。平刨床身造型,应使操作者有足够活动空间,外形必需流畅,方便于操作。
2)工作台:平刨前后工作台,用于支撑工件。工作台应表面光滑且含有足够刚度,通常也由铸铁制成。工作台平面度应在0.2/1000范围内。
前工作台在加工过程中起导向作用,其长度影响加工精度,因以前工作台比后工作台长,后工作台则是工件加工后基准,其长度也不能太小。
工作台宽度则取决于机床设定主参数。
3)、刀轴
刀轴系主切削装置,为园柱形,其长度比工作台宽度大10~20㎜。
刀轴上装有2~4片刨刀。刨刀由楔形压铁和螺栓固定在刀轴上,其伸出量可调。
4)、导尺(靠山)
导尺用于引导工件,有时可用于将工件相邻两面刨成一定角度。导尺通常固定在前台上,其长度约为前台二分之一和后台三分之一。导尺可左右移动,并可倾斜调整。
平刨调整
平刨调整是指加工使用过程中调整,其关键内容有:工作台高度调整、刀片安装和调整、导尺调整等。
1)、工作台高度调整
平刨使用时应依据工件情况和加工要求,调整好工作台高度。
平刨机工作台高度调整,并不是垂直上下移动,而是和刃口母线对应成倾斜移动,既工作台上升(下降)同时向刀轴方向前进(后退),以使工作台端部尽可能靠近刀轴。
2)、刀片安装和调整
刀片是由螺栓和压刀条压紧在刀轴上,刀片安装时,紧固螺栓应从中间向两端依次紧固,不要相间进行或从刀轴一端开始。
刀片伸出刀轴伸出量直接影响工件光洁度,通常取刀片伸出刀轴1~1.5㎜既可。
刀轴上几把刀刃口应调整在同一园周上,这么能够提升工件加工光洁度。
刀片在切削工件过程中,较易磨钝或崩口,所以需常常更换和研磨刀片。
刀轴为高速旋转体,为预防振动,刀片全部经动平衡校验,压刀条和刀轴全部有钢号,换刀时应对号,不得随意更换压刀条及螺钉,刀片重量差小于2克。
四面刨
四面刨可将工件四个面按所需平面或成型面在一次进给中加工完成。
这类机床全部是采取机械进给,在木家俱、实木地板、建筑及车辆等木构件生产中有广泛应用。
其关键优点是生产效率高,适适用于大批量实木板方材刨削加工;其缺点则是机床调整较繁琐,且表面光洁度较差。
四面刨关键由床身、工作台、切削机构、进给机构、压紧装置等组成。
四面刨全部采取机械进给,其进给机构有多个,如机械进给、液压进给等,依据进给元件不一样有上辊进给、上下辊进给、辊筒和履带组合进给等。
上辊进给方法只在工件进料处设一上进料滚筒,工件进给须连续进行,后面工件推送前面工件,通常轻型四面刨就是采取这种形式。
上下辊进给方法是在进料处工件上下方设置一对反向旋转进料滚筒实现进料,这种方法应用较广。
滚筒和履带组合进给是在工件上方设置进料滚筒,工件下方设置进给履带来实现进给,其进给过程较为平稳,常见于重型四面刨。
有四面刨还在后工作台面上设有下支撑滚筒以辅助出料。进料滚筒通常全部为槽纹辊,出料滚筒全部为光滑辊。
现在四面刨进料速度大全部可无极调整。
净光机介绍
净光机有周期式和经过式两类。周期式采取工件固定不动,刀具相对于工件直线移动方法加工;经过式则采取刀具固定不动,工件相对于刀具直线移动来加工。
经过式净光机相对周期式而言,其结构简单、体积小、操作方便、效率高且无噪音,综合性能优于周期式
略压刨等机器,相对面加工设备。后补
关键:实木家俱方材宽度胶合加工工艺和设备。
难点:胶合质量控制。
方材胶合(集成材加工)
方材胶合种类:
长度上胶接(短料接长)
⑴对接
⑵斜接(胶合面通常为厚度8-10倍)
⑶指接:
三角形榫(榫长通常为4-8mm)
梯形榫(榫长为榫距3-5倍)
宽度上胶拼(窄料拼宽)
平口拼
多种榫槽拼
厚度上胶厚(薄料层积)
拼板
拼板含水率8%-10%,相邻拼件含水率差≤2%
拼缝<0.2%,涂胶应厚薄均匀一致,不缺胶不溢胶.
拼宽
胶厚
方材胶合工艺和设备
方材胶合工艺:
⑴ 拼板方材:
原木制材(带锯机) 锯材干燥(干燥窑) 横截(横截锯) 双面刨光(双面刨) 纵解(多片锯) 横截或剔缺点(横截锯或优选锯) 涂胶(涂胶机) 胶拼(拼板机或压机) 砂光(砂光机) 裁边(裁边机)
⑵ 接板方材(集成材):
原木制材(带锯机) 锯材干燥(干燥窑)横截(横截锯) 双面刨 光(双面刨)纵解(多片锯) 横截或剔缺点(横截锯或万能优选锯)指榫铣齿(指形榫铣齿机) 指榫涂胶(指榫涂胶机)纵向接长(接长机或指接机)(高频加热固化) 四面刨 光(四面刨) 涂胶(涂胶机) 胶接(拼板机或压机) (高频或热空气加热固化 砂光(砂光机) 裁边(裁边机)
指接工艺和设备
⑴铣齿及铣齿机(通常在指形榫铣齿机上完成,小量也可在下轴式铣床上铣齿)
⑵涂胶及涂胶机
涂胶形式:
手工刷涂
手工浸涂
机械辊涂(指形辊)
机械喷涂
⑶接长及指接机:
周期式指接机(气压、液压或螺旋加压)
连续式指接机(进料履带或进料辊直接加压、高频加热固化、截锯截长)
接长范围为4600-6000mm。
端向压力(纵向压紧力):
一般指形榫——针叶材为2-3MPa,阔叶材3-5MPa
微形指形榫——针叶材为4-8MPa,阔叶材8-14MPa
上方压力:0.3-0.5MPa 。保压时间:10-30s
陈放时间:1-3昼夜
拼宽工艺和设备
⑴涂胶和涂胶机:
涂胶方法:
手工刷涂
手工辊涂
机械辊涂
机械喷涂
胶种:和接长相同
涂胶量:冷压(200-250g/m2)热压(180-220g/m2)
⑵拼宽及拼板机:
冷压时,室温要求大于18℃,时间4-12h
热压时,
涂胶陈放时间10-12min,
加热温度100-110 ℃
加热时间:
高频加热:十几秒钟
蒸汽、热水、热油加热:通常按1mm厚需要20-30s计算。
侧向压力:0.7-0.8MPa
垂直压力:0.1-0.2MPa
胶拼装置:
①夹紧器(楔块式、丝杆式和软管式)
②压板式拼板机
③风车式拼板机
④旋转式拼板机
⑤斜面式拼板机
⑥连续式拼板机
夹紧器
压板式拼板机
风车式拼板机
螺旋加压多层拼板压机
气动式单层拼板压机
液压式旋转拼板压机
影响胶合质量原因
被胶合材料特征
⑴树种和密度
⑵木材含水率(含水率为5%-10%时,胶合强度最高,木材之间含水率差应控制在1.5%-3%以内)
⑶ 胶合面纹理
⑷ 胶合面粗糙度
⑸ 提物或特殊成份
胶粘剂特征
⑴胶粘剂固体含量(浓度)和黏度
⑵胶液活性期
⑶胶液固化速度和PH值
胶粘剂特征
⑴涂胶量
⑵陈放时间
⑶胶层固化条件:
胶合压力
胶合时间
胶合温度
加速胶合方法
接触传导加热
对流传导加热
高频介质加热
关键:板木家俱不一样构件生产工艺。
难点:板木家俱不一样构件生产工艺。
净料加工
榫头加工工艺
基孔制——榫头加工时应采取基孔制标准,即先加工出和它相配合榫眼,然后以榫眼尺寸为依据来调整开榫刀具,使榫头和榫眼之间含有要求公差和配合,取得含有交换零件。
榫头加工应严格控制两榫肩之间距离和榫颊和榫肩之间角度。
榫头和榫眼配合关系
榫头长度方向应为顺木纹方向,横向易折断。
榫眼长度方向跟木纹方向一致,横向易撕裂。
节子、裂纹、斜纹、腐朽——不许有
树种 榫头厚度 榫头宽度 榫头长度
比 榫眼宽度 榫眼长度 榫眼深度
硬材 小于0.1~0.2 大0.5 小于2-3
软材 大于0.1~0.5 大1 小于2-3
榫头加工设备
⑴直角榫、燕尾榫或梯形榫、指形榫
⑵ 长圆形榫、圆形榫
⑶ 榫
榫眼和圆孔加工
榫槽和榫簧加工
型面和曲面加工
型面和曲面加工
型面和曲面形式
⑴直线形型面
⑵曲线形型面
⑷ 复杂外形型面
⑸ 转体型面
⑹ 宽面及板件型面
型面和曲面加工工艺和设备
⑴直线形型面零件加工及设备
①四面刨或线条机
②下轴式铣床
⑵曲线形型面零件加工及设备
①下轴式铣床
②双头下轴式铣床
③压刨
④卧式自动双轴靠模铣床
⑤立式自动双侧靠模铣床
⑥回转工作台自动靠模铣床
⑦镂铣机
木工车床类型
圆榫机和圆榫截断机
圆棒机
、槽纹成型机
⑶宽面及板件型面零件加工及设备
①回转工作台式自动靠模铣床
②镂铣机
③数控铣床
双端铣
4复杂外形型面零件加工及设备
1杯形铣刀仿型铣床
②柱形铣刀仿型铣床
⑸回转体型面零件加工及设备
①木工车床
一般木工车床
仿型木工车床(又叫靠模车床)
花盘车床
专用车床
②圆棒机
表面修整和砂光加工
表面修整加工工艺和设备
⑴表面净光
周期式净光刨
经过式净光刨
⑵表面砂光
①盘式砂光机
②辊式砂光机
③窄带式砂光机
④宽带式砂光机
⑤其它专用砂光机
关键:实木加压弯曲。
难点:实木锯制弯曲生产工艺。
弯曲零部件加工
弯曲部件类型
锯制弯曲件
加压弯曲件
实木方材弯曲原理
长度为L方材弯曲后,拉伸面伸长到L+ΔL,压缩面长度变为L-ΔL,中性层长度仍为L。
L=πRφ/180°
L1=π(R+h/2) φ/180°=L+ΔL
ΔL= π(h/2) φ/180°
ε= ΔL/L= h/2R
h/R=2 ε
R——中性层弯曲半径 φ——弯曲角度
H——弯曲方材厚度 ε——相对拉伸形变
h/R——弯曲性能
气干材室温条件下弯曲时应力和形变规律、弯曲性能
通常情况下,木材顺纹抗拉强度要比顺纹抗压强度大1.5-2.5倍。
通常气干材顺纹拉伸形变ε1为0.75%-1%,顺纹压缩形变ε2(针叶材及软阔叶材为1.5%-2%,硬阔叶材为2%-3%)
以方材凹面弯曲半径(样模半径)r计算时,气干材弯曲性能
h/r=1/66-1/50
方材经软化处理后弯曲时应力和形变规律、弯曲性能
软化处理后:
木材拉伸形变ε1 增大,但增大不多;
木材顺纹压缩形变ε2增大较多(其中针叶材及软阔叶材增大到5%-7%,硬阔叶材为25%-30%);
木材弯曲时,首先在拉伸面上产生拉断折损等破坏。
方材经软化处理后拉伸面加钢带弯曲时应力和形变规律、弯曲性能木材经软化处理后,在弯曲时拉伸形变ε1受到限制,在方材拉伸面紧贴一条金属钢带或夹板,可使木材弯曲时中性层向拉伸面移动,由金属钢带承受拉伸应力,使方材拉伸面形变小于ε1 ,改善方材弯曲性能。
榆木、水曲柳、柞木、山毛榉(采取金属钢带时)弯曲性能h/r为1/2-1/2.5
桦木(采取金属钢带时)弯曲性能h/r为1/5.7
松木(采取金属钢带时)弯曲性能h/r为1/11
金属钢带厚度s=(σ1/ σ2)h (厚度0.2-2.5mm)
σ1_——金属钢带拉伸应力
σ2_——方材压缩应力
实木方材弯曲工艺
毛料选择及加工
软化处理
加压弯曲
干燥定型
最终加工
毛料选择及加工
⑴树种选择:
依据零件断面尺寸(尤其是厚度)、弯曲形状、纹理、色泽、硬度等要求选择树种。
弯曲性能好树种:
山毛榉、水曲柳、榆木、白蜡木、白栎木、桑木、黑核桃木、色木等;
弯曲性能中等树种:
桦木、铁杉、连香树、柚木等
⑵材质选择:
剔除腐朽、轮裂、斜纹、夹皮及节疤;
纹理要直(斜度小于10°)
⑶含水率:
毛料含水率和弯曲质量亲密相关(低于30%时)——含水率过低,弯曲性能差,含水率过高,会产生静压力,使木材弯裂。
不软化处理方材含水率10%-15%
蒸汽软化处理方材含水率25%-30%
高频软化处理方材初含水率应大于20%,终含水率10%-12%
⑷毛料表面加工:
表面需要刨光、截断:
一是为了发觉缺点;
二是为了使工件贴紧金属钢带和弯模;
三是简化弯曲件后续加工。
当弯曲件厚度大于宽度时,应采取倍数配料,确保工件弯曲时稳定性。
软化处理
意义:
软化处理可增强方材弯曲前塑性,利于弯曲变形,并在变形状态下恢复木材刚性和强度。
方法:
物理法——火烤、水煮、汽蒸、高频、微波。
化学法——液态氨、氨水、氨气、碱液(NaOH、KOH)、尿素、单宁酸等化学药剂。
⑴水热蒸煮法:
汽蒸——将木材放入专用蒸煮锅或蒸煮罐,通饱和蒸汽进行蒸煮(应用较广)。
水煮——将木材浸泡在蒸煮锅或蒸煮罐(或金属桶、大直径管),将水加热煮沸(含水率高,易产生废品)。
蒸煮时间(和树种、厚度、温度相关):
通常蒸煮时间每厚25-30mm为1h,80℃以上水温时,处理时间60-100min;80-100 ℃水温处理时间20-80min(蒸汽压力0.02-0.05MPa
⑵高频加热法:
定义——将木材置于高频振荡电路工作电容器两块极板之间,加上高压电压,即在两极板之间产生交变电场,,高频电场使木材内部极性分子(水)反复极化,分子间产生强烈摩擦,木材在电场中吸收电能转化为热能,使木材加热软化。
⑶微波加热:
微波频率为300MHz-300GHz、波度为1000-1mm范围电磁波,对电介质含有穿透能力,能激发电介质分子产生极化、振动、摩擦生热。
当用2450MHz微波照射饱和水木材时,木材内部快速发烧。因为木材内部压力增大,内部水分便以热水或蒸汽状态向外移动,木材显著变软。
⑷氨塑化处理法:
①液态氨处理法:
用无水液态氨(-33℃)处理气干或绝干木材,将木材浸泡0.5-4h以后取出,使其上升到室温,此时木材已完全软化,弯曲成型后,放置一定时间使氨全部蒸发,则可定型。
特点:
弯曲半径更小,并轻易弯曲;
不限树种;
几乎不回弹。
②气态氨处理法:
将含水率为10%-20%气干材放入处理罐内,导入饱和气态氨(26℃时约10个大气压,5 ℃ 时约5个大气压),处理2-4h。h/r=1/4。
③氨水处理法:
将木材在常温常压下浸泡在25%氨水中,10余天后木材即可弯曲加工。
⑸尿素塑化处理法:
将木材浸泡在40%-50%尿素容溶液中数日(厚25mm木材浸泡10天左右)后,在一定温度下干燥到含水率为20%-30%,然后加热至100-105℃左右,进行加压弯曲和干燥定型。h/r=1/6。
⑹碱塑化处理法:
将木材放在10%-15%氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液中,一定时间后木材软化,取出用清水洗净,即可自由弯曲。
碱液处理木材易变色和塌陷,可用3%-5%双氧水漂白。
⑺ 汽软化和压缩处理法:
加压弯曲
加压弯曲方法:
曲率半径大、厚度小弯曲零部件——不用金属钢带,直接弯曲。
曲率半径小、厚度大弯曲零部件——利用模具、金属钢带、挡块等将软化好木材加压弯曲(大多数弯曲件)。
挡块作用:
钢带两端设有端面挡块,用来顶住方材端部,拉紧钢带,使毛料和钢带紧贴,中性层外移。
压力(硬阔叶材为0.2-0.3MPa):
端面压力过小,端面挡块将不起作用,拉伸破坏;
端面压力过大,引发压缩破坏,产生反向弯曲。
调整端面压力——用楔形木块、球形座、丝杆调整。
弯曲模具:
形状、尺寸正确,位置稳定,用木材或金属制作。
弯曲形状:二维空间曲线(L、U、S、O)
三维空间曲线(椅背后腿、椅背扶手等)
弯曲设备:
手工弯曲夹具、曲木机、单向多层曲木压机。
干燥定型方法:
⑴自然干燥定型——将弯曲好毛料连同金属钢带和模具一起放在大气条件下自然干燥和定型。
⑵干燥窑定型——将弯曲好毛料连同金属钢带和模具(有时可不带模具)一起,从曲木机上卸下送入干燥窑干燥定型。(常规热空气干燥窑或低温除湿干燥窑)
常规热空气干燥窑:温度60-70℃,时间15-40h
低温除湿干燥窑:先预热,再除湿,最终陈放(两昼夜)。干燥质量好,周期长。
⑶高频干燥定型——将弯曲木置于高频电场中,使其内部发烧和干燥定型。
可直接使用弯曲木上钢带作为一个电极,另一电极安装在样模上。
特点:
干燥速度快(如功率密度为2W/cm3时,弯曲木从30%含水率干燥到8%,只需10min左右)、节省钢带和模具,厚木材干燥效果好。
⑷微波干燥定型——微波穿透能力强,弯曲木在微波装置内经几分钟照射,就能干燥定型。
木材软化、弯曲、干燥定型可连续进行(流水线)。
采取光纤温度传感器可测量微波加热时木材温度,可自动控制微波干燥定型过程。
⑸热模干燥定型——将弯曲毛料放在一对通有蒸汽金属样模之间,或紧贴在通有蒸汽金属样模上,使毛料在加压弯曲以后,以弯曲状态继续在样模中保持合适时间,经过金属样模传导加热使弯曲毛料干燥定型。
蒸煮软化并经窑干弯曲件,回弹变形大;
高频、微波加热软化及干燥定型弯曲件,回弹变形小;
液态胺软化处理弯曲件,几乎无回弹;胺气次之;胺水及尿素更次。
弯曲件加工
表面砂磨修整;
车削、铣削、刨削、起槽、打眼、钻孔、加工型面等。
实木方材弯曲质量影响原因
⑴含水率:
25%-30%时压缩阻力最小,变形最大。
软材,弯曲时水分易排出,许可含水率较高;硬材,弯曲时水分不易排出,许可含水率较低。
⑵木材缺点:
腐朽材、死节不能用,
少许活节使顺纹抗拉强度降低50%,使顺纹抗压强度降低10%;
活节多而大使顺纹抗拉强度降低85%,使顺纹抗压强度降低22%;(尤其是拉伸面不允有节子)
⑶木材温度:
顺纹抗压强度随木材温度升高、蒸煮时间延长而降低(对阔叶材抗弯强度影响大于针叶材)
⑷年轮方向:
年轮方向和弯曲面平行——弯曲应力由多个年轮共同负担,不易产生弯曲破坏,但横向压缩较困难。
年轮方向和弯曲面垂直——对横向压缩较有利,但弯曲时拉伸应力和压缩应力则由几层年轮分别负担,中性层处年轮层受剪切应力,轻易产生滑移离层。
年轮方向和弯曲面成一定角度——对弯曲和横向压缩全部有利。
⑸弯曲工艺:
弯曲速度——以每秒35°-60°为宜。太慢,方材冷却,塑性不足,易裂;太快,木材内部结构来不及适应变形,造成废品。
端面挡块压力——调整压力,使弯曲方材和金属钢带一直贴紧。
窄而厚毛料,应多个排在一起弯曲,确保弯曲时稳定性。
压缩弯曲法——在毛料拉伸面施加压力,使凸面纤维产生横向压缩,增大拉伸面顺纹抗拉强度,扩大可弯曲树种(云杉、椴木、杨木等针叶材和软阔叶材等)。
薄板弯曲胶合工艺
薄板弯曲胶合零部件:
⑴家俱构件:椅凳、沙发座面、靠背、腿、扶手;桌子腿、档;柜类弧门和抽屉等。
⑵建筑构件:弧形门、窗、楼梯扶手、装饰线等。
⑶文体用具:网球拍、羽毛球拍、钢琴盖板、吉她旁板等。
⑶ 业配件:机壳、音箱、仪表盒等
⑷ 业用具:扬谷板等
涂胶配坯
⑴涂胶(脲胶(UF);三聚氰胺改性脲醛树脂胶(MF+UF);两液混合胶(PVAc+UF)建筑或车船:酚醛树脂胶(PF);间苯二酚树脂胶(RF)
⑵配坯
①平行配置——用于顺纤维方向受力部件(桌椅腿)
②交叉配置——用于能承受垂直板面压力部件(椅座、椅背)
③混合配置——适适用于复杂形状部件
⑶陈化:
目标:利于板坯含水率均匀,预防表层透胶
方法:开放陈化、闭合陈化(通常采取)
时间:闭合陈化时间5-15min。
弯曲胶压成型
⑴模具:
①硬模弯曲胶合—用一对阴阳硬模(螺旋、气压、液压)
材料:铝合金、钢、木材、水泥
加热方法:
采取金属模具时,内通蒸汽或热油加热
采取木质模具时,低压电或高频加热
特点:
结构简单、加压方便、使用可靠奉命长,加压不均、
②软模弯曲胶合:
一个软模,一个硬模
③封闭形部件弯曲胶合:
内外加压法
卷压法
卷缠法
⑵加压装置(加压方法):
①单向压机
②多向压机
③其它加压方法
⑶加热方法:
冷压
热压(接触加热——蒸汽、热水、低压电;辐射加热——高频、微波)
①蒸汽加热:
②低压电加热:
③高频加热:
④微波加热:
⑷加压程序和二次成型:
⑸ 模位置和压力计算
锯口弯曲工艺
纵向锯口弯曲:
锯口间隔1.5-3.0mm
锯口宽度小于0.5mm时,锯口直接涂胶弯曲
锯口宽度大于0.5mm时,锯口插入涂胶单板弯曲
横向锯口弯曲
锯口深度hi为板厚h2/3-3/4,
留下表面厚度s(=h-hi)越小,则锯口间距也应减小。
依据弯曲半径R、厚度t和锯口宽度s来定弯曲部分总长度L和锯口数目n:
弯曲部分总长度L=2πR/4=πR/2=1.57R
锯口总宽度M=(2πR/4)-2π(R-t)/4=πt/2=1.57t
锯口数目n=M/s=1.57t/s
V形槽折叠工艺
基材准备:
基材——刨花板、中纤板、多层胶合板,
表面砂光,表面平整、厚度公差小
饰面材料——韧性好,易折(如PVC)
基材开槽:
加工方法——成型铣刀、圆锯片、端铣刀
涂胶
胶种——热熔胶、合成橡胶系胶、接触型胶
涂胶方法——手工、机械
折叠成型
手工折叠胶压;
机械折叠胶压。
折叠封边;
折叠成型。
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