Лущеного шпона
Процесс получения тонкой ленты древесины из чурака подобен разматыванию рулона бумаги. Для этого сортименту сообщается вращательное движение, а режущему инструменту – поступательное в направлении оси вращения чурака. Изготовленный таким способом шпон (стружка) по прочности уступает образцам полученным, например: пилением особенно при растяжении поперек волокон. Это связано с наличием на одной из сторон шпона мелких трещин и уменьшением за счет них живого сечения образца, а также внецентренного приложения растягивающих сил по отношению к средней линии указанного сечения шпона и частичного разрушения стенок клеток древесины водой, которая при лущении находится под давлением во время обжима шпона.
Шероховатость поверхности шпона ограничивается требованиями, предъявляемыми к качеству готовой фанеры. На фанеру для лиственных пород не более 200 мкм, для хвойных – 320 мкм.
Размеры листов шпона по длине ширине определяются размерами изготавливаемой из нее продукции. Так длина листа шпона «l», т.е. размер, совпадающий с направлением волокон древесины равен:
, (4)
где l 1 – длина готового листа фанеры, мм;
∆ l – припуск на обработку листа обычно 60-80 мм (на обе стороны).
Для определения числа полноформатных листов шпона, из одного чурака длину ленты шпона, мм, находят по формуле:
, (5)
где S – толщина шпона, мм;
R 1 – радиус цилиндра, который может быть вписан в чурак с учетом формы его сечения и погрешности базирования в станке, мм;
R 2 – радиус остающегося карандаша, мм;
p – текущий радиус чурака, мм.
Ширина листа сырого шпона определяется так:
, (6)
где b 1 – ширина сухого листа, равная ширине готовой фанеры плюс
припуск на обрезку (60-80 мм на обе стороны);
U – усушка листа шпона по ширине, %, от размера листа сухого шпона.
Размеры листов по толщине должны соответствовать размерам готовой продукции. Поскольку конечный продукт фанера представляет многослойный листовой материал, установление толщины исходного шпона связано с учетом усушки, упрессовки листов по толщине, погрешности изготовления шпона, неравномерности толщины клеевых слоев. Если пренебречь усушкой шпона, то при подсчете толщины фанеры нужно пользоваться следующей формулой:
, (7)
где S р – среднее значение толщины фанеры, мм;
S ш ±∆ш – толщина сухого шпона, мм;
S у ±∆у – упрессовка шпона, мм;
S к ±∆к – толщина клеевого слоя, мм;
n – количество листов шпона в фанере, шт.
Среднюю толщину сырого шпона, мм, на которую должен настраиваться лущильный станок, определяется по формуле:
, (8)
где U р – радиальная усушка шпона (по толщине), %.
Режимы лущения
Состояние древесины, подвергаемой лущению, параметры, определяющие заточку лущильного ножа и его положение относительно чурака (угол заточки, угол резания, задний угол и др.); параметры обжима шпона (углы заточки прижимной линейки, угол обжима, угол между ножом и линейкой, радиус закругления кромки, высота установки) – основные факторы, характеризующие режимы лущения.
Состояние древесины – ее температура и влажность – оказывает существенное влияние на процесс лущения и качество получаемого шпона. Температура чураков, при которой обеспечивается качественное лущение, для различных пород древесины имеет свои минимальное и максимальное значения. С увеличением температуры древесины улучшаются ее деформативные свойства, однако, нагрев древесины до слишком высоких температур нежелателен вследствие ухудшения качества поверхности получаемого шпона.
Температура чураков зависит от толщины шпона и от породы древесины. С увеличением толщины шпона и плотности древесины, она увеличивается и составляет от 20 до 60°С.
В процессе тепловой обработки сырья его влажность практически не изменяется, поэтому влажность чураков зависит от породы древесины, способов доставки и хранения сырья. При сухопутной поставке она составляет 40-70%, при поставке сплавом – 90-120%.
Угловые параметры резания характеризуются углом резания δ и дополнительным углом ε между касательной к кривой лущения и вертикалью.
Угол резания:
, (9)
где α - задний угол, образованный задней гранью ножа и касательной к поверхности чурака в точке касания ножа;
β - угол заточки ножа.
Рекомендуемые углы заточки лущильных ножей, град, в зависимости от породы перерабатываемой древесины и толщины шпона приведены ниже:
Толщина шпона………………… До 2,5 мм Более 2,5 мм
Береза …………………………… 18-21 21-23
Сосна, бук, лиственница……….. 20-22 22-24
Ольха, липа……………………... 18-20 20-22
Кедр……………………………... 23-24 24-25
Ель………………………………. 25 25
На рис. 13,а Показана схема положения лущильного ножа по отношению к чураку.
|
Рис. 13 Схема лущильного ножа по отношению к чураку
1 – чурак; 2 – лущильный нож без фаски; 3 -лущильный нож с фаской
Для увеличения стойкости ножей (особенно при лущении хвойной древесины) рекомендуется производить микрозаточку ножей - снятие микрограни (С) шириной 1 мм под углом 24-25° со стороны задней грани ножа. Основной угол заточки b в этом случае находится в пределах 18-20° (рис.13, б).
Значение заднего угла α зависит от кривизны поверхности чураков, подвергаемых лущению. Рекомендуемые значения изменений заднего угла при лущении всех пород древесины:
Для чураков диаметром до 300 мм
α = 0 º30 ¢ - 2º00 ¢;
для чураков диаметром 300-800 мм
α = 2º00 ¢ - 3º00 ¢;
Величина заднего угла определяется из равенства
α = σ – (± ε ),
где α - задний угол;
σ – угол, образуемый задней гранью ножа и вертикалью (измеряется на станке);
ε – дополнительный угол.
В настоящее время при лущении чураков на отечественных станках пользуются приближенными рекомендациями в отношении установки ножа по высоте, приведенными в табл. 9
Таблица 9
Рекомендуемая установка ножа по высоте, мм
| Тип станка | Высота установки ножа h при диаметре чурака | |
| До 300 | 300-800 | |
| Без дополнительных направляющих С дополнительными наклонными направляющими | От 0 до +0,5 От 0 до -0,5 | От 0 до +1,0 От 0 до -1,0 |
Обжим шпона
При срезании с поверхности вращающегося цилиндрического тела слоя древесины и выпрямлении последнего в нем возникают внутренние напряжения: сжатия – на лицевой стороне и растяжения – на оборотной стороне. Величина этих напряжений тем больше, чем больше угол резания. Так как прочность древесины на растяжение поперек волокон относительно невелика, результатом свободного резания ее было образование на оборотной стороне шпона значительных трещин. Поскольку при свободном резании перед режущей кромкой ножа образуется опережающая трещина, направление распространения которой произвольно, на поверхности шпона неизбежно появятся еще и большие микронеровности (выступы на оборотной стороне, углубления – на лицевой).
Следовательно, если лущить древесину только с применением одного ножа, получить качественный шпон невозможно (рис.14).
Рис. 14. Лущение древесины:
а – без обжима; б – с обжимом
Выходом из положения является сжатие древесины в зоне внедрения в нее ножа, что достигается специальным прижимным органом, устанавливаемым около ножа на расстоянии, меньшем, чем толщина шпона (т.е. подача суппорта на один оборот чурака). Данный орган (рис.14) создает зону сжатия, простирающуюся по радиусу в глубь чурака. Уплотнение древесины в непосредственной близости от прижимного органа достигает 30 - 40% при срезании ножем слоя древесины и прохождении его между передней гранью ножа и прижимным органом происходит сжатие слоя в радиальном направлении.
Возникающие между шпоном, лущильным ножом и прижимным органом силы трения являются причиной сжатия шпона в тангентальном направлении: заметно возрастают сжимающие напряжения на его лицевой стороне и уменьшаются опасные растягивающие напряжения на оборотной стороне.
Обжим шпона при лущении древесины осуществляется специальным прижимным органом (прижимной линейкой). Положение прижимной линейки относительно ножа определяется двумя параметрами S 0 и h 0. (рис. 15) и степенью обжима шпона по формулам 11, 12.
Рис. 15. Параметры обжима шпона
При известном значении степени обжима, величина S 0 находится из выражения:
S 0 = S (100 - ∆)/100 , (10)
где ∆ - степень обжима, %;
S – толщина шпона, устанавливаемая величиной подачи суппорта на один оборот шпинделя лущильного станка.
Оптимальную степень обжима шпона в зависимости от его толщины S определяют из выражений:
для древесины березы, бука, ели, сосны, лиственницы
∆ = 7 S + 9 % ; (11)
для древесины ольхи, осины, липы
∆ = 7 S + 14 % . (12)
Степень обжима шпона ∆, выше которой начинается заметное разрушение поверхностных волокон, лежит в следующих пределах: для древесины березы, липы, кедра, ели и лиственницы 35; для древесины ольхи и осины 45-50%.
При лущении используют линейки с закругленной нажимной кромкой или нажимной микрогранью (рис. 16).
|
|
а б
Рис. 16. Профили прижимных линеек лущильных станков:
а – с закругленной нажимной кромкой; б – с нажимной фаской
Угол γ определяется конструкцией лущильного станка и лежит в пределах 77-90º. Угол наклона линейки δ1 слагается из двух углов α1+β1; для приближенных расчетов
δ1=180º-( δ+ γ). (13)
К параметрам обжима относятся также (рис. 15): угол обжима α1 между передней гранью и касательной к кривой лущения, проходящей через нажимную кромку линейки; угол наклона линейки δ1 между задней гранью линейки и касательной к кривой лущения; угол между линейкой и ножом γ, образуемый нижней гранью линейки и передней гранью ножа.
Обжим шпона можно выполнить прижимными органами, выполненными в виде вращающегося ролика. При обжиме древесины роликом напряжения сжатия в срезаемом слое на выходе его из-под ролика плавно уменьшаются, что предотвращает появление трещин на оборотной поверхности шпона. Использование для обжима ролика оправдано при изготовлении толстого шпона, особенно из древесины со значительной разницей в плотности поздней и ранней частей ствола, при лущении мягкой, а также склонной к раскалыванию древесины.
В Японии предприняты попытки осуществить обжим шпона струей сжатого воздуха, которые дали обнадеживающие результаты. На рис. 17 показаны схемы обжима шпона роликом и струей сжатого воздуха.
Рис. 17. Схемы обжима шпона роликом и струей сжатого воздуха
1 – ролик; 2 – струя сжатого воздуха
Влияние факторов режима лущения сказывается на шероховатости поверхности шпона, колебании толщины, его прочностных показателях. С уменьшением угла резания δ становятся меньше напряжения, возникающие в срезаемом слое древесины и, следовательно, уменьшаются количество и величина образующихся трещин, но применение лущильных ножей с малым углом заточки ограничено их низкой износостойкостью.
Величина заднего угла α оказывает влияние на шероховатость поверхности шпона и колебания его толщины. Минимальная шероховатость поверхности шпона наблюдается при 30¢< α <2º. Колебания толщины шпона тем меньше, чем меньше угол α.
Вместе с тем при слишком малых углах α между ножом и поверхностью чурака образуется контактная площадка и, следовательно, возрастает давление суппорта на чурак, что может привести к его проворотам и раскалыванию.
Увеличение заднего угла α приводит к появлению вибраций и образованию на поверхности шпона вибрационных неровностей.
Высота установки ножа относительно оси шпинделей, как указывалось, влияет на изменение угла α. Чем больше h, тем резче изменяется угол α к концу лущения. Уменьшение диаметра чурака приводит к значительному снижению жесткости и, значит, к неизбежной деформации.
Процесс лущения чурака неправильной формы влечет за собой увеличение разнотолщинности шпона. При отрицательных значениях угла α чурак приобретает бочкообразную форму, а поверхность листов шпона будет двояковыпуклой, что приведет к неизбежному появлению краевых трещин после его сушки. При h < 0 (угол α > 2-3º) чурак приобретает корсетную форму и шпон будет иметь большую толщину в середине ленты, вследствие чего на кромках листов образуется гофр.
Большое влияние на качество получаемого шпона оказывают параметры обжима. Обжим шпона улучшает его качество, а разница в шероховатости поверхности лицевой и оборотной не превышает 10%.
Увеличение до определенного предела степени обжима для березовой древесины приводит к увеличению прочности на растяжение поперек волокон, уменьшению шероховатости и уменьшению колебаний толщины шпона.
Для шпона, получаемого из древесины хвойных пород и особенно из лиственницы, увеличение колебаний его толщины при обжиме менее 20% может быть связано с заметным ухудшением качества поверхности, а при большем обжиме – с неодинаковой величиной остаточных деформаций ранней и поздней древесины.
С увеличением степени обжима изменяется глубина и количество трещин, образующихся в шпоне: количество трещин растет, но уменьшается их глубина. Этим объясняется рост прочности шпона на растяжение поперек волокон. Степень обжима ∆ =17% фактически может изменяться в пределах от 7 до 30%.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 385.
