обработка древесины. Курс лекций для студентов iii курса направления подготовки
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Лекция 13. «Современные и перспективные технологии обработки древесины» Одним из способов обработки древесных материалов является деление древесины лазерным лучом. При обработке древесины лазерный луч оказывает на древесину световое давление и вследствие образующегося температурного воздействия превращает все ее элементы в нагретые газы. Газы, обладая большой кинетической энергией, расширяясь, дополнительно действуют на древесину, разрушают ее и вызывают горение. Интенсивность горения древесины снижается при воздействии на древесину лучом в инертном газе (углеродная среда). Динамическое действие расширяющихся газов локализуется при заполнении клеток древесины водой или другим веществом, что сказывается на качестве обрабатываемой поверхности. Удельная работа деления древесины лазером значительно выше удельной работы резания. Поэтому технологическое качество лазерного луча позволяет его использовать как делитель древесины. Древесина хорошо режется лазером на скорости 5 - 15 мм/с в зависимости от породы и толщины листа. У древесины из некоторых лиственных пород дерева возможно обугливание края при резке, поэтому материал перед обработкой стоит протестировать, чтобы подобрать наиболее выгодный режим. Также для получения качественного изделия необходимо учитывать размер и направление древесных волокон. Для лазерной резки характерны: высокая степень точности, возможность изготовления мельчайших деталей, следование макету реза. Точность лазерной резки зависит от характеристик лазерного станка и качества материала. Средняя точность реза составляет не менее 0,1 мм. Ширина реза составляет 0,2—0,4 мм (зависит от характеристик конкретного лазерного луча; можно уменьшить ширину реза на выходе луча до меньших значений, но при этом пострадает качество самого реза). Скорость лазерной резки определяется качеством оборудования и материала, поэтому ее необходимо определять отдельно для каждого случая. Наибольшее распространение технологии обработки древесины с применением лазерного луча получили в лазерно-копировальных станках. Они предназначены для лазерной резки древесины бесконтактным способом. Резка осуществляется высокоточным инструментом (лазерной головкой). Станки позволяют получать детали любой сложности. Лазерно-копировальные станки осуществляют не только сквозное резание, но и поверхностную обработку, сверление, перфорирование, гравирование. На таких станках возможно получение объемной ЗD модели, которая получается путем сканирования лазерным лучом по прототипу изделия. Принцип действия лазерно-копировальных станков основан на считывании цифровой матрицей отраженного лазерного луча от поверхности изделия и преобразования его в цифровой код. После получения кода программное обеспечение станка создает объемную ЗD модель или растровый рисунок с полутенями. В состав лазерно-копировальных станков входит рабочий стол, изготовленный из термостойкого материала, обеспечивает долговечность в эксплуатации и повышенную устойчивость к деформации. Конструкция стола позволяет регулировать толщину обрабатываемого материала в автоматическом или ручном режиме. Возможность протяжки заготовки сквозь станок позволяет обрабатывать крупные заготовки. Лазерная головка представляет собой колбу с жидкостным охлаждением, заполненную СО 2 . Разреженность газа обеспечивает оптическую однородность среды с низким коэффициентом преломления. Лазерная головка позволяет добиться необходимой плотности луча для выполнения различных операций. Позиционирование луча контролируется при помощи ЧПУ, что обеспечивает высокое качество обработки материала. Точность перемещения лазерной головки осуществляется при помощи прецизионных шаговых двигателей увеличенной мощности. Для обеспечения необходимого температурного режима лазерной головки в станках установлена система водяного охлаждения. Система поддерживает нужную температуру работы лазера вследствие действия в системе термостата и радиатора с принудительным охлаждением. Процесс резания с вынужденными колебаниями инструмента или обрабатываемого объекта называется вибрационным, резанием. Одним из способов вибрационного резания является применение тонких полосовых пластинок. При этом способе нож-пластинка, раздвигая частицы древесины, внедряется по заданному направлению. При этом резец боковыми поверхностями деформирует древесину. Резанием ножом-пластинкой без зубьев удается получить направленный рез в заготовке толщиной до 20 мм при резании вдоль волокон прямослойной древесины. При поперечном и продольном делении в случае непрямослойной древесины возможно раскалывание по волокнам. Другим способом вибрационного резания является процесс вибрационного пиления тонкой полосовой пластинкой с зубчатой режущей кромкой. При этом способе возможно пиление поставом пил. При вибрационном делении материала и вибропилении уменьшается трение между инструментом и древесиной. Пиление без развода и плющения позволяет уменьшить пропил. Вибрационное пиление может быть применено при распиловке заготовок на паркетные, карандашные и тарные дощечки. В ближайшее время вибрационное резание древесины может найти применение для получения высококачественной поверхности путем вибрострогания, виброшлифования, вибролущения, вибродолбления и вибросверления. Одним из перспективных направлений технологий деревообработки является деление древесины гидравлической струей. Гидравлическая струя, вытекающая из генератора с большой скоростью (1000—3000 м/сек и выше), обладает большим запасом кинетической энергии. При такой скорости струя способна резать древесину подобно твердым инструментам. Исследования гидравлического способа окорки, резания и измельчения при помощи тонких водяных струй высоких и сверхвысоких давлений проведены у нас и за рубежом. Измельчение древесины струями является комплексным процессом, зависящим от динамических качеств струи, физико-механических свойств древесины и условий взаимодействия струи с древесиной. Процесс измельчения древесины происходит тогда, когда критическое давление струи приближается к твердости древесины в направлении действия струи. Дальнейшее увеличение давления струи обеспечивает рост глубины внедрения струи в древесину и производительность измельчения без существенного изменения качества. По удельному расходу воды, а также по производительности наиболее эффективными являются удельные давления гидравлических струй от 80 МПа и выше. Диаметр струи 1,2 мм является оптимальным как по производительности, так и по энергоемкости. Наблюдения за характером разрушения и степенью измельчения древесины показали, что на минимальных расстояниях от насадки происходит процесс резания древесины. Лекция 14. «Классификация деревообрабатывающих производств. Технологические операции и оборудование лесопильного цеха» 1. Классификация деревообрабатывающих производств Основным сырьем для деревообрабатывающих производств является древесина различных пород, получаемая в виде круглых сортиментов (хлыстов, бревен и кряжей). В дальнейшем бревна и кряжи идут в раскрой и обработку на полуфабрикаты: пиленые, строганые материалы, древесные клееные слоистые материалы и древесные плиты (стружечные и волокнистые). На основе этих полуфабрикатов создаются различные изделия. Пиленые и строганые материалы получают на различных лесопильно-строгальных производствах: 1) лесопильно-строгальных; 2) клееной слоистой древесины; 3) столярно-механические; 4) по использованию вторичного сырья и неделовой древесины. Данные группы различаются: по виду продукции — полуфабрикаты или готовые фабрикаты; по видам обработки — резание различных видов, термическая, склеивание, отделка. В каждую группу входят различные производства. 1-я группа. В лесопильном производстве изготовляются различные пиленые материалы, в основном брусья и доски. Шпалопиление дает продукцию в виде шпал для железнодорожных путей. Строгаными материалами являются пиленые материалы, обработанные строганием. Деревянные сборные дома заводского изготовления представляют собой продукцию производства стандартных домов. Цель ящичного производства — изготовление деревянной тары в виде комплектов дощечек для ящиков или в виде готовых ящиков. Продукцией паркетного производства являются паркетные дощечки и щиты, идущие на покрытие полов. Стружечное производство выпускает древесную стружку в виде тонких узких длинных лент древесины, идущую в качестве упаковочных и набивочных материалов. В бондарном производстве изготовляются деревянные бочки. Заготовки для столярно-механических производств представляют собой бруски определенного качества; по размерам они соответствуют различным деталям с припусками на обработку. 2-я группа. Предприятия группы фанерных производств изготовляют однослойный материал (шпон, строганую и пиленую фанеру) и различные виды клееной слоистой древесины. Однослойный материал используется на самих фанерных предприятиях для изготовления различных Видов клееной слоистой древесины, а также направляется на столярно-механические предприятия, где применяется в качестве облицовочного материала. Главными видами клееной слоистой древесины, изготовляемой этими предприятиями, являются клееная фанера и различного рода плиты, используемые в качестве полуфабрикатов в столярно-механическом производстве. Изготовляются древесные слоистые пластики, представляющие собой прессованный при высоком давлении и температуре многослойный материал из пропитанного смолой шпона. Они применяются в качестве конструкционного материала для изготовления силовых деталей, вкладышей подшипников, фрикционных дисков, зубчатых колес. Ко 2-й группе производств относят спичечное производство, в котором при изготовлении спичечной соломки и коробков применяют лущение шпона. 3-я группа. В производстве строительных деталей конечной продукцией являются дверные полотна и оконные переплеты, требующиеся в большом количестве для гражданского и промышленного строительства. Мебельным производством выпускаются различные виды мебели. Музыкальные инструменты, имеющие части из древесины (рояли, пианино, щипковые инструменты и др.), относятся к продукции музыкального производства. Вагоны, автомобили, различные суда содержат большое количество деталей из древесины, производством которых заняты специальные деревообрабатывающие цехи соответствующих предприятий. 4-я группа. Деревообрабатывающие производства, относящиеся к производствам по вторичной обработке древесины. В качестве сырья здесь используют пиломатериалы, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанеру, шпон, которые являются продукцией производства по первичной обработке древесины. Несмотря на разнообразие видов и назначения изделий из древесины, их конструкции и технологические процессы организуются на основе одинаковых принципов. Все современные производства, включая деревообрабатывающие, по характеру производственных процессов делятся на три основных типа: индивидуальное, серийное и массовое. Индивидуальным (единичным) называется производство, характеризующееся единичным изготовлением продукции разнообразной непостоянной номенклатуры. Такое производство располагает универсальным оборудованием, позволяющим выполнять различные операции и виды обработки, требует рабочих высокой квалификации. К предприятиям такого типа относятся заводы и фабрики по производству высокохудожественной мебели и других строительных изделий, изготовляемых по специальным заказам. Серийным называется производство, характеризующееся периодической повторяемостью изготовления серий (партий) однотипных изделий. Применяемое оборудование является универсально-специализированным. Особенностями серийного производства являются поточность, конвейеризация и автоматизация отдельных участков, взаимозаменяемость и широкая механизация обработки, сборки и отделки деталей. Количество ручных работ в серийном производстве резко сокращается, увеличивается производительность труда по сравнению с индивидуальным производством. К этому виду предприятий относится значительная часть фабрик и заводов, выпускающих мебель и другие столярные изделия разного назначения. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпускаемых изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени. Особенностями массового производства является: специализация на выпуск определенного изделия; специализация оборудования, приспособлений и инструмента; механизация, конвейеризация, автоматизация процессов обработки, сборки, отделки, транспортирования деталей и готовых изделий; широкая взаимозаменяемость деталей. Массовое производство эффективнее серийного, несмотря на большие первоначальные капитальные затраты при строительстве. Себестоимость одинаковых видов изделий при массовом производстве ниже, изготовление изделий быстрее, выпуск продукции больше, а расходы на транспорт меньше. В деревообрабатывающей промышленности массовое производство имеют крупные предприятия (комбинаты): мебельно-сборочные, по выпуску заготовок, столярно-строительных изделий (окна, двери, доски пола). 2. Технологические операции и оборудование лесопильного цеха Пилопродукция, вырабатываемая лесопильными цехами, отличается по породам, размерам, качеству и степени обработки. Для выработки пилопродукции используют различное оборудование и способы распиловки сырья. Наибольшее распространение получили следующие технологические процессы: ■ раскрой хвойного пиловочного сырья с брусовкой на обрезные пиломатериалы; ■ раскрой тонкомерного хвойного пиловочного сырья вразвал на обрезные пиломатериалы; ■ раскрой сырья хвойных и лиственных пород вразвал на необрезные пиломатериалы. Существуют различные процессы раскроя пиловочного сырья, связанные с размерными и качественными особенностями сырья и продукции. Это процессы производства резонансных пиломатериалов, шпал, лыжных брусков, раскрой толстомерного сырья и т.п. Технологические операции и оборудование. В технологических процессах переработки сырья на пиломатериалы независимо от их различия выделяют такие операции: продольный раскрой бревен и брусьев на доски; продольный раскрой и обрезка досок по ширине; поперечный раскрой досок по длине (торцовка досок), измельчение кусковых отходов в технологическую щепу. Для продольного раскроя бревен и брусьев на доски используют: ■ лесопильные рамы, круглопильные, фрезерно-пильные и ленточнопильные станки; ■ для продольного раскроя и обрезки досок по ширине — двухпильные и многопильные обрезные и фрезерно-обрезные станки; ■ для поперечного раскроя досок по длине — одно- и многопильные торцовочные круглопильные станки; ■ для измельчения кусковых отходов (горбылей, реек, торцовых срезков) рубительные машины. Выбор станков для выполнения отдельных операций обусловливается размерами и качеством сырья, способом распиловки и экономической выгодой применения тех или других станков. Для повышения эффективности использования оборудования целесообразно специализировать его по сырью. Выбор оборудования для распиловки бревен определяется размерами распиливаемого сырья. Наиболее рациональным оборудованием для распиловки сырья считаются: ■ тонкомерного (14—22 см) — вертикальные узкопросветные лесопильные рамы, многопильные круглопильные, фрезерно-пильные и фрезерно-брусующие станки; ■ средних размеров (24—48 см) — вертикальные среднепросветные лесопильные рамы, однопильные круглопильные и фрезерно-пильные станки; ■ крупномерного (50 см и выше) — вертикальные широкопросветные лесопильные рамы, ленточнопильные станки; ■ среднего и крупномерного — комбинированное сочетание ленточнопильного станка и вертикальной лесопильной рамы. На ленточнопильном станке осуществляется индивидуальный способ распиловки одной пилой, что позволяет из крупномерного бревна выпиливать пиломатериалы однородного качества древесины. Низкокачественные фаутные бревна диаметром 28 см и более целесообразно раскраи- вать на ленточнопильных станках. В России основным типом лесопильных предприятий являются механизированные заводы, оборудованные вертикальными лесопильными рамами. Кроме основного технологического оборудования в лесопильном цехе имеется разнообразное околостаночное и транспортное оборудование (тележки для бревен, роликовые, цепные продольные и поперечные, ленточные конвейеры и т.д.), на котором выполняют операции по перемещению лесоматериалов к станкам. Лекция 15. «Технология деревообрабатывающего производства. Структура деревообрабатывающего предприятия» 1. Технология деревообрабатывающего производства Технология деревообрабатывающего производства является обоснованной системой методов и приемов обработки древесных материалов для изготовления из них столярных изделий. Часть производственного процесса, связанная с изменением формы, размеров, качества и свойства перерабатываемого материала, называется, технологическим процессом. В деревообрабатывающих производствах технологический процесс изготовления изделий характеризуется изменением размеров, качества и геометрической формы заготовок и деталей, составляющих изделие. Технологический процесс изготовления столярных изделий неоднороден. Он включает в себя такие различные виды обработки древесины, как: механическая обработка резанием, прессованием, гнутьем, механическая сборка деталей с помощью столярных соединений, винтов, гидротермическая обработка (сушка, пропаривание), склеивание и отделка. В процессах отделки древесины наряду с физическими большую роль играют химические явления, которые заметно отличаются от процессов механической обработки древесины и являются предметом самостоятельной учебной дисциплины. Технологический процесс изготовления изделия делится на ряд этапов или стадий: сушка или досушка древесных материалов перед запуском в обработку, раскрой древесных материалов на заготовки (получение черновых заготовок): механическая обработка черновых заготовок (получение чистовых заготовок); склеивание и облицовывание составных (клееных) заготовок; механическая обработка чистовых заготовок (получение деталей); сборка деталей в сборочные единицы, механическая обработка сборочных единиц; сборка сборочных единиц и деталей в изделие; отделка деталей и сборочных единиц или собранного изделия. Последовательность первых двух стадий технологического процесса (сушки н раскроя) может быть различной: вначале сушка, потом раскрой, и наоборот. Последняя и предпоследняя стадии также могут меняться местами. Возможна сначала сборка элементов в изделие, а затем отделка собранного изделия, и наоборот, сначала отделка элементов и деталей, а затем уже сборка их в изделие. Если материалом для изготовления цельных деталей служат черновые заготовки одинарных размеров, вторая и четвертая стадии в технологическом процессе будут отсутствовать. Каждая стадия технологического процесса состоит из ряда технологических операций: ■ операция — это элементарная составная часть технологического процесса, выполняемая на одном станке или на одном рабочем месте. Операции могут быть проходными и позиционными; ■ проходная операция выполняется при непрерывном движении заготовки относительно режущего инструмента, например обработка заготовок на продольно-фрезерных и круглопильных станках для продольной распиловки. Проходные операции более производительны, но они не всегда осуществимы. ■ в ряде случаев, например при высверливании в заготовке гнезд и отверстий, производится позиционная операция, при которой заготовка закрепляется неподвижно в определенном положении (позиции) на рабочем столе, в станке или приспособлении, и на заготовку надвигается режущий инструмент. Каждая операция разделяется на части, число которых изменяется в зависимости от характера и объема операции. В составе операции различают: переход, проход, установку и позицию. Часть операции, заключающаяся в обработке какой-либо одной поверхности заготовки одним и тем же инструментом, называется переходом. Например, при обработке заготовки с трех сторон на одностороннем фуговальном станке операция состоит из трех переходов. Переход может состоять из одного или нескольких проходов. Проход — часть операции, которая выполняется за одно перемещение заготовки относительно инструмента или инструмента относительно заготовки. Например, для выравнивания пласти заготовки на фуговальном станке требуется пропустить заготовку через станок дважды; следовательно, необходимо в одном переходе (выравнивание пласти) осуществить два прохода. Позиционная операция в зависимости от сложности ее может состоять из одной или нескольких установок. Установка — часть операции, выполняемая при одном закреплении заготовки в станке или приспособлении. Например, сверление нескольких отверстий в заготовке на одношпиндельном сверлильном станке потребует столько закреплений (установок) заготовки, сколько в ней будет сверлиться отверстий. Эта же операция при выполнении ее на многошпиндельном сверлильном станке выполняется за одну установку, т.е. при одном закреплении заготовки на столе станка. Сокращение числа установок в операции имеет большое значение для лучшего использования станка и повышения производительности труда, так как при механической обработке древесины время, затрачиваемое на резание, значительно меньше времени, затрачиваемого на закрепление, раскрепление и перемещение заготовки. Сократить число установок можно применением многопозиционных приспособлений, которые позволяют менять положение заготовки относительно режущего инструмента без ее раскрепления в приспособлении. |