Технология и оборудование для изготовления лущеного шпона

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.

Разделка кряжей на чураки

Существует три способа разделки:

• по наибольшей массе,
• по наибольшему качественному выходу
• 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. 1)) и маятниковых станках (ЦМЗ, ЦМЭ-2, ЦМЭ-3К (Россия) (рис. 2)), поперечнопильных станках с возвратнопоступательным движением пил или цепными пилами.

Рис. 1. Комбинированная балансирная циркульная пила ЦПС – 710

Рис. 2. Маятниковый круглопильный станок ЦМЭ-3К

Существует станок «лисий хвост» с возвратнопоступательным движением пилы, применяемый для разделки сырья диаметром от 70 до 150 см.

Общие потери древесины при разделке кряжей на чураки составляют 1-3 % в зависимости от породы древесины.

Производительность круглопильных станков в чураках в смену (А, чур./см) определяется по формуле:

(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 σ , МПа):

(2)

где 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).

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. 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.

Рис. 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.

Гидротермическая обработка

Повышение пластических свойств древесины разных пород достигается прогревом, пропариванием или провариванием сортиментов разного вида и формы перед дальнейшей обработкой. Строгание, лущение, как гнутье и прессование, связаны с изменением формы в целом элементов или отдельных их участков без разрушения связей между древесными волокнами или со стремлением к минимальным разрушениям в процессе обработки.

Во всех случаях повышение пластичности древесины таит в себе угрозу снижения прочностных характеристик.

Влагопоглощение древесины, подвергнутой температурному воздействию различной длительности, исследовалось на образцах лиственницы из Красноярского края. Образцы подвергали гидротермической обработке при температурах 80, 100, 115, 130 и 140°С в течение 6, 12, 24, 48 и 96 ч. Начальная влажность их равнялась 2-3%. Насыщенность паров ф в эксикаторах составляла 20, 40, 60, 80%, время выдержки образцов в эксикаторах — 150 дней.

Исследования показали, что гигроскопичность древесины лиственницы снижается и тем больше, чем выше температура среды и продолжительнее ее воздействие. При воздействии на древесину температуры 80, 100, 115, 130 и 140°С в течение 96 ч при ф = 20% влагопоглощение по сравнению с влагопоглощением контрольной древесины снижается соответственно на 0,97; 2,2; 3,3; 3,9%.

Влагопоглощение древесины, обработанной при температуре 140°С и ф = 80%, снизилось в течение 6, 12, 24, 48, 96 ч соответственно на 2,0; 3,1; 4,0; 4,9; 5,9%. Приведенные данные показывают, что изменение влагопоглощения древесины лиственницы зависит также от насыщенности паров в воздушной среде. Так, разница во влагопоглощении контрольной древесины и древесины, подвергнутой термообработке при 140°С в течение 96 ч, составила 3,9% (при ф = 20%) и 5,9% (при ф = 80%).

Было изучено также влияние гидротермической обработки на прочность древесины лиственницы. Рейки сечением 40X80X500 мм и влажностью 60-75% высушивались в среде перегретого пара при температурах 115, 130 и 140°С до влажности 5-7%. Продолжительность сушки лиственницы соответственно составила 63, 48, 36 ч. После гидротермической обработки рейки выдерживали в комнатных условиях в течение 3 месяцев, а затем испытывали. Полученные данные пересчитывали на влажность 15% и сравнивали с данными контрольных образцов.

Сжатие вдоль волокон лиственничных образцов показало, что прочность при температурах 80-100°С почти не снижается. С дальнейшим повышением температуры наблюдается довольно резкое снижение прочности, которое при температуре 140°С и продолжительности воздействия ее на образцы в течение 96 ч достигает 20%.

Сопротивление скалыванию вдоль волокон при прогреве образцов даже до 80° С снижается при длительном воздействии температуры. Так, при 40-часовом прогреве лиственница снижает прочность на 10%, а при 96-часовом — на 20%. С увеличением продолжительности и температуры прогрева сопротивление скалыванию уменьшается. При 140°С и 96-часовом прогреве прочность лиственницы по этому показателю снижается на 42%.

Сопротивление раскалыванию в радиальной плоскости также снижается при воздействии высоких температур. Так, при температуре 140°С и времени воздействия ее в течение 96 ч снижение сопротивления раскалыванию достигает 40%. В то же время длительное воздействие температуры 80° С не уменьшает сопротивления раскалыванию лиственничных образцов. Сушка древесины лиственницы в среде перегретого пара изменила сопротивление раскалыванию при всех режимах на 20-22%.

Удельная работа при ударном изгибе после гидротермической обработки снижается, древесина становится более хрупкой, Температура до 115°С на лиственницу существенно не влияет. При этой температуре и продолжительности процесса 96 ч вязкость древесины лиственницы снижается только на 10%, но при дальнейшем повышении температуры до 120-140°С удельная работа древесины при ударном изгибе уменьшается на 30%.

После сушки лиственницы до влажности 5% прочность ее при ударном изгибе снизилась на 12-15%. В отдельных случаях этот показатель у лиственницы при сушке с температурой 115 и 130°С снижается соответственно на 40 и 60%.

Опытам по сушке в среде перегретого пара подвергались бруски небольшого сечения. В производственных условиях можно высушивать пиломатериалы и заготовки больших сечений, но это увеличит продолжительность процесса и может повлиять на снижение прочности в большей степени, чем при исследовании. Поэтому приведенные данные о снижении прочности древесины при прогреве следует считать предварительными.

На прочностные характеристики древесины лиственницы влияет также нагревание в автоклавах.

Предел прочности при сжатии вдоль волокон при нагревании образцов в течение 6 ч устойчиво снижается. Эта зависимость для лиственницы определяется уравнением

а = — 0,0123t2 — 0,313t + 689.

При этих же параметрах удельная работа при ударном изгибе древесины лиственницы изменяется незначительно.

О влиянии гидротермической обработки на прочность древесины лиственницы можно сделать следующие выводы:

1. Прочность древесины, подвергающейся действию температур выше 100°С, снижается. Величина снижения зависит от температуры, продолжительности прогрева, влажности материала и вида нагрузки. Особенно заметно снижение прочности при скалывании и ударном изгибе.

2. Введение высокотемпературной сушки требует установить номенклатуру заготовок и изделий, снижение прочности которых в полученных пределах допускается.

3. Влагопоглощение и прочность по основным видам нагрузок заметно уменьшается при длительности процесса более 12 ч, температурах более 100°С и при значительной влажности материала. Так как режимы прогрева, рассматриваемые ниже, не выходят за опасные пределы по температуре и времени ведения процесса, можно не опасаться снижения прочности древесины при указанных температурах в пропарочных и проварочных камерах.

4. Во всех случаях, когда требуется сохранить полностью прочностные характеристики древесины лиственницы в процессе эксплуатации деталей и изделий, необходимо тепловую обработку вести при температурах не выше 100°С и по возможности цикл прогрева сокращать.

• Назад
• Вперёд

Окаривание

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:

, (3)

где V – объем кряжа среднего d, м3; 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.

Технологические этапы лущения шпона

Процесс изготовления начинается с того момента, как сырье в виде обрезанных стволов деревьев поступает со склада на обработку в тепловых камерах. Термическая обработка задает кряжам более пластичные свойства, облегчая тем самым лущение. Следующие этапы предполагают непосредственное механическое воздействие, где имеют место:

1. обработка на окорочном станке, где вместе с корой, удаляются песок и грязь, затупляющие лущильные ножи;
2. раскраивание пилой обработанных кряжей на необходимой длины чураки;
3. на оцилиндровочном станке чуракам придают форму цилиндра, исключая торчащие сучки, перекосы и изменения формы;
4. подача непосредственно на лущильный агрегат, где ножом с вращающегося чурака срезается тонкая лента шпона.

В финале, выходящая шпоновая лента по конвейеру подается к гильотинным ножницам, разрезающим шпон на листы конкретного формата. Готовые листы укладываются в пачку и отправляются в роликовую сушилку, с последующим сортированием и отбором. Порода древесины влияет на возможную толщину шпоновых листов, где лиственные могут изготовляться в пределах 0,55-4 мм, а хвойные — 1,2-6,5 мм. Сортность же зависит от части ствола и качества подготовки материала к лущению.

Лущение шпона

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. 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.

Рис. 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 ( Δ , %) можно определить по формуле:

, (4)

где S – расчетная толщина шпона, мм; S0 – расстояние между ножом и прижимной линейкой, мм.

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. 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. 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:

(5)

где 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 формуле:

(6)

Объем рванины из одного чурака (Q, м3) определяется по формуле:

(7)

где qч – объем чурака, м3.

Выход шпона выражается в % от объема чурака:

(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. 6); SF 2350 (Италия); Токио Плитвуд МК (Япония); MQW2314/35B2 (Китай).

Рис. 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:

(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.

Степень обжима зависит в основном от толщины получаемого шпона и в некоторой степени от породы древесины и колеблется в пределах 5-12 % для шпона толщиной 0,6 мм, 11-20 % для шпона толщиной 1 мм и до 30% при шпоне толщиной более 2,5 мм.

В лущильном станке предусмотрен механизм для автоматического отвода прижимной линейки на период оцилиндровки и последующего возвращения линейки в исходное положение. При лущении шпона важное значение имеет задний угол, угол заточки и угол резания. Задний угол — угол между задней кромкой ножа и касательной к спирали, по которой производится резание (линия С-Т), должен быть в пределах 0,5-1° при лущении чураков диаметром до 300 мм и 2-3° при диаметре выше 300 мм.

При малых значениях заднего угла, особенно для чураков больших диаметров, у которых кривизна поверхности небольшая, увеличивается поверхность контакта чурака с задней гранью ножа, что в свою очередь ведет к увеличению нагрузки на нож, суппорт и элементы его привода, а со стороны ножа увеличивает давление на чурак, которое вызывает прогиб чурака и, как следствие, получение горбатого шпона.

При слишком больших значениях заднего угла на нож действуют опрокидывающие (или затягивающие нож в древесину) силы, появляется вибрация суппорта, поверхность шпона становится рубчатой, рифленой. Поэтому в процессе лущения чураков больших диаметров по мере приближения ножа к центру необходимо уменьшать величину заднего угла. В современных станках (ЛУ17-4) предусмотрен специальный механизм для автоматического поворота ножа относительно оси, проходящей по его лезвию. Угол резания при лущении шпона выбирают возможно меньший, чтобы исключить разрушение шпона при его изгибании ножом. Уменьшить угол резания при заданном выше размере заднего угла можно только уменьшив угол заострения.

Минимальное значение угла заострения определяется стойкостью резца при лущении шпона. В зависимости от толщины шпона и породы древесины значение его колеблется в пределах 18-25°. В процессе лущения шпона диаметр чурака постепенно уменьшается и в определенный момент лущение прекращается. Минимальный диаметр оставшейся части (карандаша) будет несколько большим, чем диаметр шпинделей, так как лущильный нож необходимо остановить, не доходя до поверхности шпинделя. К величине диаметра шпинделя предъявляются два противоречивых требования: он должен быть меньше для уменьшения диаметра карандаша и соответственно увеличения выхода шпона; он должен быть больше для лучшего сцепления с торцом чурака большого диаметра, когда необходимо передавать значительные крутящие моменты.

В современных станках для удовлетворения обоих требований шпиндели делают двойными, телескопическими, состоящими из двух вставленных один в другой малого и большого шпинделей. Гильза приводится во вращение шестерней. Внутри гильзы свободно перемещается вдоль оси большой шпиндель, который кинематически связан с гильзой шлицевым соединением. Внутри большого шпинделя расположен малый шпиндель который также связан шлицевым соединением с большим шпинделем и имеет возможность перемещаться вдоль оси. Продольное перемещение большой шпиндель получает от гидроцилиндра через рычаг и перемещающийся подшипник. Малый шпиндель от гидроцилиндра получает движение через подшипник.

Долущивание чурака. После центрирования чурака в станке зажимаются малые шпиндели, затем большие. В процессе лущения шпона, когда диаметр чурака уменьшится до 140 мм, большой шпиндель автоматически отводится, и долущивание ведется при зажатых малых шпинделях, применение которых позволяет долущивать карандаш до диаметра 70 мм. При долущивании чурака, когда диаметр его уменьшается, а длина остается прежней, под действием сил резания чурак может прогибаться. Для предотвращения этого предусматривается ограничитель прогиба чурака. Прижимные ролики поджимаются автоматически к чураку, когда диаметр чурака уменьшится до 155 мм. Прижим обеспечивается подачей масла в верхнюю полость цилиндра. Постоянный контакт роликов с чураком (карандашом) обеспечивается в результате непрерывной добавки масла в верхнюю полость цилиндра из специальных цилиндров следящей системы.

Раскрой ленты шпона

Раскрой ленты шпона осуществляется на ножницах различных типов (НФ-18; НФ-1803, СЛ-1700, APL финской ), снабженных устройством 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. 7).

Рис. 7. Схема линии лущения и раскроя шпона

Лущение шпона своими руками

В домашних условиях отсутствие оцилиндровочного станка затрудняет процесс изготовления. Но его можно заменить точильным. И так, распилив бревно на заготовку необходимой длины, с помощью станка и подготовленного набора инструментов, заготовленные элементы сначала проходят поверхностную обработку для придания им цилиндрической формы. Далее, как и в производственном процессе, технология подразумевает использование широкого ножа, срезающего тонкий слой древесины с вращающейся заготовки.

В домашних условиях и на малых производственных предприятиях, процесс подготовки и лущения выполняется в один заход на одном станке. Здесь процесс окорки и срезания шпоновой ленты осуществляется без смены режимов и остановки агрегата. Самое главное — уследить процесс окончания схода коры, после чего шпон пойдет сплошной тонкой полосой. Заканчивается резание по мере приближения к сердцевине, где материал является слишком мягким и нестабильным для последующего роспуска.

К сожалению, жесткость и загрязнения коры слишком быстро тупят режущий инструмент, поэтому следует выполняю периодическую заточку во избежание выхода производственного брака или заклинивания механизмов.

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.

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. 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).

Рис. 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 сравнению с интенсивностью сушки в сушилках с продольной и поперечной циркуляцией воздуха.

Рис. 9. Паровая роликовая сушилка СУР-4

Газовые роликовые сушилки (СРГ-25, СРГ-25М, СРГ-50 (Россия), YST- 480 «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 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:

(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.

Лущение и строгание шпона

Лущением называется процесс поперечного резания древесины (см. рис. 6, б) с целью получения шпона (стружки) заданной толщины, при котором траектория резания есть спираль. Очевидно, что длина L плоского лущильного ножа должна несколько превышать длину В чурака (рис. 9), а его лезвие должно быть прямолинейно и расположено параллельно оси вращения чурака.
Рис. 9. Схема лущения шпона: 1 — кулачок; 2 — чурак; 3 -шпон, 4 — нож; В — длина чурака; L — длина ножа

На лущильных станках чурак, зажатый с торцов, вращается шпинделями с заданной угловой скоростью. Нож, закрепленный в суппорте, перемещается к оси вращения чурака равномерно со скоростью и, соответствующей угловой скорости вращения чурака. Вращение чурака здесь-движение резания, а перемещение ножа — движение подачи. Траектория движения резания- окружность. Скорость перемещения точки чурака, совпадающей с лезвием ножа, по окружности есть скорость резания v. Она вычисляется по формуле

υ = πDn

где D — диаметр окружности резания (диаметр чурака в данный момент), м; n — частота вращения чурака, с⁻¹.

Как видно из формулы, скорость резания V не остается одинаковой. Она убывает с уменьшением диаметра чурака по мере лущения от начального значения Dn, до конечного Dк (конечный диаметр чурака соответствует диаметру зажимного кулачка). В практике лущения средняя величина v колеблется от 1 до 3 м/с.

Чтобы обеспечить постоянство толщины срезаемого шпона, движение подачи должно быть прямолинейным и равномерным. Таким образом, траектория подачи (перемещение суппорта)- прямая линия, а скорость подачи и — постоянная величина для данной частоты вращения шпинделей. Скорость подачи устанавливается так, чтобы перемещение суппорта за время одного оборота чурака соответствовало заданной толщине шпона. Вычисляют скорость подачи по формуле

u = hn

где h — заданная толщина сырого шпона, м; n — частота вращения шпинделей (чурака), с⁻¹.

При лущении оба движения (резания и подачи) одновременны и траектория истинного перемещения лезвия ножа в древесине, получающаяся в результате сложения двух движений, имеет вид спирали Архимеда (рис. 10). Срезанная стружка представляет собой непрерывную ленту, толщина которой равна расстоянию между соседними витками спирали, ширина — длине чурака, а длина тем больше, чем больше начальный диаметр чурака и меньше толщина стружки. В отход при лущении идет центральная часть чурака конечного диаметра Dк — карандаш.

Угол резания δ при лущении выбирают минимальным, чтобы уменьшить разрушения в шпоне от изгиба срезаемой стружки передней гранью ножа. Для этого нужно, чтобы угол заточки (3 был минимальным, но таким, при котором обеспечивается необходимая жесткость и прочность резца. Задний угол а также должен быть наименьшим, так как α + β = δ, но в то же время существенно снижающим трение между задней гранью ножа и поверхностью чурака. Опыт показывает, что наилучшие условия лущения достигаются при α = 0,5… 1° для чураков диаметром 300-100мм и α = 2.. .3° для более толстых.

Особенность кинематики лущения в том, что с уменьшением диаметра чурака по мере лущения положение касательной СТ меняется: при расположении лезвия ножа на уровне оси шпинделей угол ε увеличивается, а истинный задний угол α уменьшается.

Это следует иметь в виду при установке ножа в суппорте. Для определения угла наклона задней грани ножа к вертикали αy к выбранному значению истинного угла прибавляют поправку ε:

αy = α + ε

Рис. 10. Истинная траектория резания при лущении и углы ножа: D- диаметр чурака; Z) K — диаметр карандаша; h — толщина стружки; N- касательная к окружности; Т- касательная к траектории резания

Лезвие ножа выгоднее устанавливать на уровне оси шпинделей. Отклонения при установке лезвия по вертикали допускаются в сторону превышения этого уровня для чураков диаметром 300-100 мм до 1 мм, диаметром более 300 мм до 2 мм. В суппортах лущильных станков с автоматически регулируемым задним углом отклонение лезвия ножа допускается ±0,5 мм для чураков диаметром 300-100 мм, ±1 мм для чураков диаметром более 300 мм.

Угол резания δ, равный сумме углов заточки и заднего, при лущении равен 19-27°. Кроме ножа рабочим инструментом при лущении служит прижимная линейка. Чем меньше угол δ, тем меньше будет изгибаться стружка передней гранью ножа, меньше будут напряжения растяжения и глубина трещин в стружке.

Повышение температуры и влажности древесины увеличивает ее способность деформироваться под воздействием одного и того же напряжения. Это означает, что одна и та же деформация стружки создаст по плоскости меньшие растягивающие напряжения при резании пропаренной древесины, чем при резании сухой древесины нормальной температуры.

Строгание шпона (см. рис. 6, е). Строганием называется процесс поперечного резания древесины с целью получения листового шпона, при котором траекторией резания является прямая линия. В существующих конструкциях шпонострогальных станков используют две схемы строгания — вертикальную и горизонтальную (рис. 11).

В горизонтальной схеме (рис. 11, я) движение резания сообщается ножу 1 и происходит в горизонтальной плоскости. Во время резания кряж 2 остается неподвижным, а в конце холостого хода ножевого суппорта подается вертикально вверх на заданную толщину шпона. При вертикальной схеме строгания (рис. 11, б) древесный кряж 2 (брус или ванчес) совершает прямолинейное возвратно-поступательное перемещение в вертикальной плоскости, в то время как нож 1 остается неподвижным. Подача ножа на толщину шпона происходит в конце нерабочего (холостого) перемещения кряжа вверх.

Рис. 11. Схемы строгания шпона: я- горизонтальная; б- вертикальная; 1 -нож; 2 — кряж; 3 — прижимная линейка

По горизонтальной схеме резание ведется с наклоном ножа к оси кряжа и, таким образом, к направлению волокон под углом φн=10…12°. Это позволяет уменьшить усилие на ноже при входе в кряж. Кроме того, при наклонной установке ножа в каждый момент резания он соприкасается со многими пучками волокон, сила резания распределяется между ними и поэтому уменьшается опасность выдирания волокон, слабосвязанных в поперечном направлении. Наклон ножа обеспечивает получение более гладкой поверхности шпона.

При вертикальной схеме кряж устанавливают без наклона по отношению к лезвию ножа, но эффект снижения усилий резания и повышения качества шпона достигается перемещением кряжа в направлении v (по наклонным направляющим). Это движение можно представить как сумму двух движений: главного — по нормали к лезвию ножа со скоростью v и дополнительного — вдоль лезвия со скоростью удап.

Кряж на толщину шпона подается толчками в конце холостого хода суппорта. Подача может задаваться в пределах 0,05-10 мм. Стружка при строгании получается в виде отдельных листов определенного формата и одинаковой толщины. Размеры стружки по длине и ширине определяются размерами и формой строгаемого кряжа.

К угловым характеристикам заточки и установки ножа относительно поверхности резания при строгании предъявляются те же требования, что и при лущении. Это — минимальный угол резания 8, достигаемый за счет минимально допустимых углов заточки р и заднего а. Лучшие результаты получают при углах β =16…17° и α =1…2°.

При строгании, как и при лущении, вблизи от лезвия ножа устанавливают прижимную линейку. Ширина щели hщ между линейкой и ножом (см. рис. 11, а) меньше номинальной толщины шпона, вследствие чего происходит обжим срезанного шпона при прохождении его через щель.

Содержание

Сортировка шпона

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. 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.

Рис. 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.
252