CN102756414B - 一种木纤维异形模压件的制造设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木纤维模压制造木质异形件的设备，该设备包括传输机构、投料装置、预压装置、微波预热装置、模具转换装置以及热压成型装置，分别实现了木纤维的传输、装料、预压、微波预热、模具转换以及热压成型，最终一体化制造得到木纤维模压异形件。利用该设备能够制造形状多样的木纤维异形件，尤其适用于家具行业。因此，本发明有效解决了目前实木家具等行业中存在的木材资源匮乏、成本高、制造效率低的问题，以及木纤维仅限于制造木纤维板等形状规则单一的问题，并且大幅度降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种木纤维异形模压件的制造设备及制造方法

技术领域

本发明属于木质材料深加工技术领域，尤其涉及一种木纤维异形模压件的制造设备及利用该设备制造木纤维异形模压件的方法。 

背景技术

随着社会的进步，人们的生活水平不断提高，对高档木质家具的消费需求不断增多。实木家具以其优美的视觉、舒适的触感，在高端家居消费中占有绝对优势。但是，实木家具存在如下问题：（1）木材资源匮乏，实木家具需要耗费大量木材，目前面临木材资源短缺现象，例如2011年我国木质家具行业工业总产值4600亿元，木材资源缺口巨大，原木进口4233万立方；（2）原木利用率低，实木家具的原木利用率仅约35%，进一步加剧了木材资源的消耗；（3）生产效率低，实木家具生产工艺较复杂，目前的生产设备不能满足高效率生产的需求，尤其是高端的欧式家具的制造，需要进行人工雕刻，  一方面大大增加了人工成本，另一方面导致制造效率低下。因此，上述实木家具行业中存在的木材资源匮乏、技术落后、效益低下、劳动成本高的问题，使实木家具难以普遍进入寻常百姓家。 

木纤维是采用伐剩小径级枝桠材、木材加工剩余物或其他非木质植物纤维原料，按照纤维分离工艺和设备的要求，通过剥皮、削片、筛选和清洗处理，经热磨解纤制得。目前木纤维在应用领域上仅限于生产中密度纤维板，一般是通过纤维干燥、施胶、成型等系列工序，将木纤维热压成型得到中密度纤维板。但是，以木纤维代替实木制造异形件的技术在国内外仍然处于空白。 

发明内容

本发明的技术目的是针对上述实木家具行业中存在的木材资源匮乏、成本高、制造效率低的问题，提供一种采用木纤维制造木质异形件的设备，利用该设备能够低成本、高效率地制造出形状各异的木质家具。 

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：  一种木纤维异形模压件的制造设备，包括用于输送木纤维的木纤维传输机构、用于传输模具沿给定速度行进的模具传输机构，以及沿模具行进方向依次设置的如下装置，所述的模具包括预压装料模、成型装料模与成型模： 

投料装置，用于将木纤维传输机构输送的木纤维投料至预压装料模内； 

预压装置，用于对预压装料模内的木纤维进行预压排气处理；包括对预压装料模内的木纤维预压排气的顶部气缸，以及推动预压装料模的顶部封盖板以防止木纤维反弹的侧向气缸； 

微波预热装置，用于对预压装料模内的木纤维进行微波预热处理；包括将预压装料模内经预压排气后的木纤维进行微波预热处理的微波箱体、待预压装料模进入该工业微波箱后使其处于屏蔽状态的防微波辐射金属门，以及排湿系统与温控部件； 

模具转换装置，用于将微波预热处理后的木纤维从预压装料模中取出，置入成型装料模中；包括将预压装料模提升至一定高度的链条齿轮机构，推动预压装料模顶部封盖板、底部挡料板的侧向气缸，以及推动预压装料模内的木纤维向下运动的顶部垂直气缸； 

热压成型装置，用于将成型装料模内的木纤维在成型模内热压为成型异形件；包括与成型模闭合的热压冲头、带动热压冲头上下运动的上油缸、带动成型装料模上下运动的下油缸、推动成型装料模底部挡料板的侧向气缸，以及使成型异形件脱离成型模的脱模部件。 

上述技术方案中： 

为了充分考虑异形件的形状特征，在投料过程中避免投料外漏，浪费木纤维，所述的投料装置优选为设置在模具传输机构正上方、能够沿垂直于模具行进方向运动的料斗，所述的料斗的运动轨迹可根据预压装料模的形状调控，并且其运动速度可调控，结合模具的行进速度调控，能够按照实际预压装料模的形状特征对木纤维装料进行二维调控，以达到投料无外漏或少外漏。 

在热压冲头下行过程中，将木纤维从成型装料模热压挤入成型模的过程中，为了保证成型装料模与成型模精确定位，不发生偏移，在成型模表面优选设置具有导向作用的销柱，当下油缸退回过程中该销柱伸入成型装料模下表面定位孔，在将木纤维从成型装料模热压挤入成型模的过程中，实现机械导向定位作用。 

模具传输机构中，用于传输预压装料模的部分可以选用齿轮传输或者伺服电机传输，用于传输成型装料模的部分优选采用伺服电机传输，以提高成型装料模与热压成型装置制件的精确定位。 

作为优选，所述的脱模部件包括脱模顶杆与机械手，所述的脱模顶杆将成型异形件从成型模中托起，所述的侧向机械手抓取出该成型异形件。 

采用本发明一种木纤维异形模压件的制造设备制造木质家具时，随着模具传输机构的输送，预压装料模行进至投料装置下方位置时，经木纤维传输机构输送至投料装置的木纤维由投料装置下料至该预压装料模，然后经过预压装置预压排气，再进入微波预热装置进行预热处理，同时开启屏蔽保护装置和排湿系统，接着在模具转换装置将木纤维从预压装料模中取出，置入成型装料模中，最后在热压成型装置中装模、热压、成型、脱模，完成整个木纤维异形模压件的生产流程。整个过程使用程序自动化控制。 

由于设置微波预热装置，将预压后的木纤维首先经过微波预热处理，然后再进行热压成型工艺，具有如下预料不到的效果： 

a、由于微波加热技术的特点，将预压后的木纤维整体加热，一方面能够使木纤维内外同时均匀受热，即表面木纤维与内部木纤维同时受热升温，从而降低表面木纤维与内部木纤维的温度梯度；另一方面，能够缩短受热时间，即在相对短的时间内快速升温至目标温度，降低下一步高温高压工段产品内外塑化度的差异；因此，该微波预热工艺是对预压后的木纤维的一次“整体快速温化”的处理过程，与之相比，现有技术中采用木纤维制造纤维板时的预压后的木纤维则可以 视为“未温化”的木纤维； 

b、接着，对该“整体快速温化”的木纤维进行热压成型工艺，这时木纤维中的一部分纤维素、半纤维素及木质素发生一系列的物理化学反应，产生了天然胶粘剂物质，此类物质将未降解的木纤维原料胶合成坚硬的木质制件。相对于现有技术中的“未温化”的木纤维相比，在高温高压作用下，“整体快速温化”的木纤维由于处于一个“温化”的环境，其木纤维更易发生物理化学反应而产生天然胶粘剂，未降解的木纤维原料更易在该天然胶粘剂的作用下胶合成为更加坚硬的木质制件； 

因此，本发明的木纤维异形模压件的制造设备不仅能够用于施胶木纤维（即，干燥、施胶的木纤维原料投料至预压装料模），也可以用于无胶木纤维制造木质异形件。当采用施胶木纤维时，由于上述微波预热工艺的“整体快速温化”效果，能够有效降低热压成型工艺中的热压温度、压力等，有利于低成本制造出高密度、高厚度的木质异形件。当采用无胶木纤维时，由于上述微波预热工艺的“整体快速温化”效果，通过控制热压成型工艺的热压温度、压力等，能够低成本、无污染地制造得到高密度、高厚度的无胶木纤维异形件。 

具体制造过程如下： 

步骤1：装料 

木纤维传输机构输送木纤维，称重传感器称取干燥、施胶的木纤维原料或者无胶木纤维原料至投料装置，待模具传输机构传送预压装料模进入投料装置下方位置时，投料装置开始下料至预压装料模内，当预压装料模离开投料装置下方位置时，投料装置停止下料； 

作为优选，所述的投料装置是设置在模具传输装置正上方、能够沿垂直于模具行进方向运动的料斗，按照实际预压装料模的模具形状设计该料斗的运动轨迹，并且可以根据预压装料模的模具形状优选设定该料斗的运动速度，以使预压装料模沿一定速度经过料斗下方时，实现木纤维少外漏或无外漏的装料过程； 

步骤2、预压 

预压装料模行进至预压装置，顶部气缸对木纤维进行预压排气，侧向气缸将预压装料模顶部封盖板封住，防止木纤维反弹； 

步骤3、微波预热 

预压装料模行进至微波预热装置的微波箱体内，并由高精度行程接近开关定位，防微波辐射金属门自动下行，使预压装料模位于微波箱体内部处于屏蔽状态，设定阳极电流、加热温度与加热时间，排湿系统与温控部件自动开启；待加热时间结束，防微波辐射金属门自动上行，预热装料模随传输机构的传输离开微波预热装置； 

步骤4、模具转换 

预压装料模行进至模具转换装置，链条齿轮机构将预压装料模提升一个模具高度，成型装料模位于预压装料模正下方，顶部侧向气缸推开预压装料模顶部封盖板，底部侧向气缸推开预压装料模底部挡料板，顶部垂直气缸将预压装料模内 的木纤维推入正下方的成型装料模内，完成成型装料模的加料动作； 

步骤5、热压成型 

成型装料模行进至热压成型装置，下油缸上行，将成型装料模托起，位于成型装料模底部挡料板处的侧向气缸打开，抽走底部挡料板，下油缸退回；上油缸带动热压冲头下行，从成型装料模内侧穿过，将木纤维全部热压挤入位于其正下方的成型模内并与热压冲头内部形成闭合状态，设定热压时间、热压压力、热压温度；热压完成后，下油缸上行，脱模部件将成型异形件脱离成型模。 

作为优选，所述的成型装料模由伺服电机传送至热压成型装置； 

作为优选，所述的成型模表面设置具有导向作用的销柱，当下油缸退回过程中该销柱伸入装料模下表面定位孔，在将木纤维从成型装料模热压挤入成型模的过程中，实现机械导向定位作用。 

作为优选，所述的脱模部件包括脱模顶杆与机械手，脱模顶杆将成型异形件从成型模中托起，然后由侧向机械手抓取出该成型异形件。 

综上所述，本发明提供了一种采用木纤维模压制造木质异形件的设备，该设备包括传输机构、投料装置、预压装置、微波预热装置、模具转换装置以及热压成型装置，分别实现了木纤维的传输、装料、预压、微波预热、模具转换以及热压成型，最终一体化制造得到了木质异形件，与现有技术相比，具有如下有益效果： 

（1）采用木纤维为原料，制造木制异形件，大幅度降低了制造成本，其成本仅为实木制造的约20%～30%，木材资源利用率高达95%； 

（2）制造过程自动化，大幅度提高了生产效率，其生产效率是手工雕刻作业的数百倍，节省人工费用约90%； 

（3）设置微波预热装置，将预压后的木纤维首先经过微波预热处理，然后再进行热压成型工艺，充分利用了微波加热技术的特点，有效降低了施胶木纤维的热压温度、热压压力等，能够实现木质异形件的低成本、高密度与高厚度；同时，能够采用无胶木纤维制造异形木质件，得到低成本、无污染、高密度与高厚度的木质异形件； 

（4）作为优选，设计投料装置为设置在模具传输装置正上方、能够沿垂直于模具行进方向运动的料斗，所述的料斗的运动轨迹、运动速度可调控，因而能够根据实际预压装料模的形状特征，在二维方向控制投料，实现按照模具形状轨迹投料，克服投料外漏、浪费木纤维的问题。 

附图说明

图1是本发明木纤维异形模压件的制造设备结构示意图； 

图2是利用本发明提供的设备制造木纤维异形模压件的流程示意图。 

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。 

图1中的附图标记是：1、木纤维传输机构，2、模具传输机构，3、投料装 置，4、预压装置，5、微波预热装置，6模具转换装置，7、热压成型装置，8、预压装料模，9、成型装料模，10、成型模。 

实施例1： 

本实施例中，木纤维异形模压件的制造设备如图1所示，包括用于输送原料的木纤维传输机构1，用于传输预压装料模具8、成型装料模具9沿给定速度行进的模具传输机构2，以及沿模具行进方向依次设置的投料装置3、预压装置4、微波预热装置5、模具转换装置6、热压成型装置7以及成型模10。 

干燥后的木纤维经木纤维传输机构2输送至投料装置3，该投料装置3是设置在模具传输机构2正上方、能够沿垂直于模具行进方向运动的料斗，按照实际预压装料模8的模具形状设计该料斗的运动轨迹，并且可以根据预压装料模8的模具形状优选设定该料斗的运动速度，以使预压装料模8沿一定速度经过料斗下方时，实现木纤维少外漏或无外漏的装料过程。 

预压装置4用于对预压装料模8内的木纤维进行预压排气处理。预压装置4包括对预压装料模8内的木纤维预压排气的顶部气缸，以及推动预压装料模的顶部封盖板以防止木纤维反弹的侧向气缸。 

微波预热装置5用于对预压装料模8内的木纤维进行微波预热处理。微波预热装置5包括微波箱体、防微波辐射金属门，以及排湿系统与温控部件。微波箱体将预压装料模8内经预压排气后的木纤维进行微波预热处理。待预压装料模8进入该微波箱体后，防微波辐射金属门关闭使其处于屏蔽状态。 

模具转换装置6用于将微波预热处理后的木纤维从预压装料模8中取出，置入成型装料模9中。该模具转换装置6包括将预压装料模8提升至一定高度的链条齿轮机构，推动预压装料模8顶部封盖板、底部挡料板的侧向气缸，以及推动预压装料模8内的木纤维向下运动的顶部垂直气缸。 

热压成型装置7，用于将成型装料模9内的木纤维在成型模10内热压为成型异形件；包括成型模、与成型模闭合的热压冲头、带动热压冲头上下运动的上油缸、带动成型装料模上下运动的下油缸、推动成型装料模底部挡料板的侧向气缸、将成型异形件从成型模中托起的脱模顶杆，以及抓取出该成型异形件的侧向机械手。 

在热压冲头下行，将木纤维从成型装料模9热压挤入成型模10的过程中，为了保证成型装料模9与成型模10精确定位，不发生偏移，在成型模10表面设置具有导向作用的销柱，当下油缸退回过程中该销柱伸入成型装料模10下表面定位孔，在将木纤维从成型装料模9热压挤入成型模10的过程中，实现机械导向定位作用。 

上述模具传输机构2中，用于传输预压装料模8的部分可以选用齿轮传输或者伺服电机传输，用于传输成型装料模9的部分优选采用伺服电机传输，以提高成型装料模9与热压成型装置制件的精确定位。 

采用上述实施例1中的设备可以将原材料：施胶木纤维或者无胶木纤维制造为木纤维异形模压件。 

当原材料选用施胶木纤维时，如图2所示，具体制备步骤如下： 

步骤1、装料： 

启动电源开关，称重传感器称取木纤维原料2.7kg，待模具传输机构2传送预压装料模8以一定速度进入投料装置3下方位置，预压装料模8总容积为0.022m³，投料装置3的料斗开始沿设定的轨迹与速度向预压装料模8投料，通过调节预压装料模8的行进速度、料斗的运动轨迹与速度，能够按照预压装料模8的实际形状进行投料，避免木纤维外漏；当预压装料模8离开投料装置3时，料斗停止投料； 

步骤2、预压 

当预压装料模8行进至预压装置4时，顶部气缸对木纤维进行预压排气，侧向气缸将预压装料模8的顶部封盖板封住，防止木纤维反弹； 

步骤3、微波预热 

当预压装料模8行进至微波预热装置5的微波箱体内并由高精度行程接近开关定位，防微波辐射金属门会自动下行，使预压装料模位于微波箱内部处于屏蔽状态。设定加热温度85℃、加热时间1min、阳极电流1.6A，微波箱排湿系统与温控部件自动开启，将内部湿热气体抽离； 

步骤4、模具转换 

预压装料模8行进至模具转换装置6时，链条齿轮机构将预压装料模8提升一个模具高度，成型装料模9则位于预压装料模8正下方，顶部侧向气缸推开顶部封盖板，底部侧向气缸推开预压装料模8底部挡料板，顶部垂直气缸将预压装料模8内的木纤维推入正下方成型装料模9中，完成成型装料模9的加料动作。 

步骤5、热压成型 

成型装料模9由伺服电机传送至热压成型装置7，高精度行程接近开关实现定位，伺服电机处于断路，压机下油缸顶出上行，将成型装料模9平稳托起，两侧向气缸自动打开抽走挡料板，下油缸退回，由机械导向柱完成成型装料模9与成型膜10的膜腔对接；上油缸带动热压冲头下行，从成型装料模9内侧穿过，将木纤维全部热压挤入位于其正下方的成型模10内并与热压冲头内部形成闭合状态，冲头与成型模内部容积为0.0023m³，设定热压时间15min、热压压力8MPa、热压温度165℃～180℃。热压成型装置7根据设定热压曲线具有自动排气控制，待热压成型结束，上油缸带动热压冲头上行退回初始位置，下油缸上行，由脱模顶杆将热压成型件托起，侧向机械手进入热压成型件正上方抓取出该热压成型件并平稳退回，完成从加料到脱模自动化生产。 

经过上述制备过程，能够制造出不同形状的施胶木纤维异形模压件，但是生产成本约为原来的20%～30%、生产效率是传统工艺的300倍左右。 

当原材料选用无胶木纤维时，具体制备步骤基本同上述过程，所不同的是： 

步骤1中，称取无胶木纤维原料； 

步骤3中，设定加热温度为105℃、加热时间1.5min、阳极电流2.0A； 

步骤5中，设定热压时间28min、热压压力9MPa、热压温度215℃～230℃； 

经过上述制备过程，能够制造出不同形状的无胶木纤维异形模压件，但是生产成本约为原来的20%～30%、生产效率是传统工艺的300倍左右。 

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种木纤维异形模压件的制造设备，其特征是：包括用于输送木纤维的木纤维传输机构（1）、用于传输模具沿给定速度行进的模具传输机构（2），所述的模具包括预压装料模（8）、成型装料模（9）与成型模（10），所述的制造设备还包括沿模具行进方向依次设置的如下装置：

投料装置（3），用于将木纤维传输机构（1）输送的木纤维投料至预压装料模（8）内；

预压装置（4），用于对预压装料模（8）内的木纤维进行预压排气处理；包括对预压装料模（8）内的木纤维预压排气的顶部垂直气缸，以及推动预压装料模的上部封盖板的侧向气缸；

微波预热装置（5），用于对预压装料模（8）内的木纤维进行微波预热处理；包括将预压装料模（8）内经预压排气后的木纤维进行微波预热处理的微波箱体、待预压装料模（8）进入该微波箱体后使其处于屏蔽状态的防微波辐射金属门，以及排湿系统与温控部件；

模具转换装置（6），用于将微波预热处理后的木纤维从预压装料模（8）中取出，置入成型装料模（9）中；包括将预压装料模（8）提升至一定高度的链条齿轮机构，推动预压装料模（8）顶部封盖板、底部挡料板的侧向气缸，以及推动预压装料模（8）内的木纤维向下运动的顶部垂直气缸；

热压成型装置（7），用于将成型装料模（9）内的木纤维在成型模（10）内热压为成型异形件；包括成型模（10）、与成型模（10）闭合的热压冲头、带动热压冲头上下运动的上油缸、带动成型装料模上下运动的下油缸、推动成型装料模（9）底部挡料板的侧向气缸，以及使成型异形件脱离成型模（10）的脱模部件。

2.根据权利要求1所述的木纤维异形模压件的制造设备，其特征是：所述的投料装置（3）是设置在模具传输机构（2）正上方、能够沿垂直于模具行进方向运动的料斗，所述的料斗的运动轨迹可根据预压装料模（8）的曲线形状调控，并且其运动速度可调控。

3.根据权利要求1所述的木纤维异形模压件的制造设备，其特征是：所述的成型模（10）表面设置具有导向作用的销柱，当下油缸退回过程中该销柱伸入成型装料模（9）下表面定位孔。

4.根据权利要求1所述的木纤维异形模压件的制造设备，其特征是：所述的模具传输机构（2）中，用于传输成型装料模（9）的部分采用伺服电机传输。

5.根据权利要求1所述的木纤维异形模压件的制造设备，其特征是：所述的脱模部件包括将成型异形件从成型模中托起的脱模顶杆，以及抓取出成型异形件的机械手。

6.利用权利要求1至5中任一权利要求所述的设备制造木纤维异形模压件的方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1、装料

木纤维传输机构输送木纤维，称重传感器称取干燥、施胶的木纤维原料或者无胶木纤维原料输送至投料装置（3），待模具传输机构（2）传送预压装料模（8）进入投料装置（3）下方位置时，投料装置（3）开始下料至预压装料模（8）内，当预压装料模（8）离开投料装置（3）下方位置时，投料装置（3）停止下料；

步骤2、预压

预压装料模（8）行进至预压装置（4），顶部气缸对木纤维进行预压排气，侧向气缸将预压装料模（8）顶部封盖板封住，防止木纤维反弹；

步骤3、微波预热

预压装料模（8）行进至微波预热装置（5）的微波箱体内，并由高精度行程接近开关定位，防微波辐射金属门自动下行，使预压装料模（8）位于微波箱体内部处于屏蔽状态，设定阳极电流、加热温度与加热时间，排湿系统与温控部件自动开启；待加热时间结束，防微波辐射金属门自动上行，预压装料模（8）随模具传输机构（2）的传输离开微波预热装置（5）；

步骤4、模具转换

预压装料模（8）行进至模具转换装置（6），链条齿轮机构将预压装料模（8）提升一个模具高度，成型装料模（9）位于预压装料模（8）正下方，顶部侧向气缸推开封盖板，底部侧向气缸推开预压装料模（8）底部挡料板，顶部垂直气缸将预压装料模（8）内的木纤维推入正下方的成型装料模（9）内，完成成型装料模（9）的加料动作；

步骤5、热压成型

成型装料模（9）行进至热压成型装置（7），下油缸上行，将成型装料模（9）托起，位于成型装料模（9）底部挡料板处的侧向气缸打开，抽走底部挡料板，下油缸退回；上油缸带动热压冲头下行，从成型装料模（9）内侧穿过，将木纤维全部热压挤入位于其正下方的成型模（10）内并与热压冲头内部形成闭合状态，设定热压时间、热压压力、热压温度；热压完成后，下油缸上行，脱模部件将成型异形件脱离成型模。

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