CN103341890A - 一种利用小径木制备大幅面薄板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用小径木制备大幅面薄板的方法，将直径为6～11cm的小径木截成1m长的木段，按小头直径和10mm级差分成五组，并干燥到12％的含水率；将木段锯切成底面内切圆直径为46mm、56mm、66mm、76mm、86mm的粗制正六棱柱，通过指接榫接长和规格截断，再铣削成底面内切圆直径为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm的精制正六棱柱；通过最大对角面将六棱柱对称剖成四棱柱；通过与六棱柱侧面垂直的平面将六棱柱对称剖成五棱柱；选配好精制正六棱柱、五棱柱、四棱柱的数量，经涂胶、组坯、双向加压，获得矩形大断面胶合木方，再锯切成厚度为5～20mm的大幅面薄板。提高了小径木的利用率和使用价值。
Description
技术领域
本发明属于木材加工领域，涉及到小径木的利用技术，具体表现为利用小径木制备大幅面薄板的方法。
技术背景
由于我国实施了天然林保护工程，减少了对天然林的砍伐，同时增加了人工林的种植面积，例如，在我国南方地区马尾松和杉木是主要的人工林树种，它们的林地面积分别为1203.50万hm2和1126.87万hm2，面积比例分别占全国的7.74％和7.24％，分别排在第二位和第三位；而蓄积量分别达到58787.72万m3和73409.48万m3，蓄积比例分别占全国的4.40％和5.49％。使得在国内木材市场上呈现出大径级的木材逐渐减少、而小径木的数量不断增加的现象。所谓小径木是指从天然次生林或人工速生林中间伐下来的直径在60mm～160mm的木材。由于小径木存在尖削度较大、强度低、含水率纵向差异较大、应力比率高等缺陷，直接利用原木生产制品易产生翘曲变形、开裂现象。因此，如何提高马尾松和杉木等低质小径木的木材利用率和利用质量，是当前木材加工领域研究的一个热点问题。目前，对小径木的利用方式主要是先将小径木锯剖成毛边板材，再经过锯切、铣削等一系列工序加工成长方体形的小木条或木块，然后再胶合成细木工板、集成板等板材。小径木的利用率较低，生产的板材也满足不了在家具、地板、装修等领域里所需的厚度为5mm～20mm的大幅面薄板的需求。
发明内容
为了提高小径木的木材利用率，拓宽小径木的应用领域与增加产品附加值，达到小材大用、劣材优用、高效增值与低耗利用的目的，本发明提供了一种利用直径为60mm～110mm的小径木制备厚度为5mm～20mm的大幅面薄板的方法，具体包括以下几个步骤：
步骤1：木段准备：先将直径为60mm～110mm的小径木截断成长度为1000mm的木段，对截断后的木段按小头直径为60mm～69mm、70mm～79mm、80mm～89mm、90mm～99mm、100mm～110mm的尺寸等级分成五种规格，然后将木段干燥到12％的含水率。
步骤2：加工粗制正六棱柱：分别将所述五种直径规格的木段采用带自动定心功能的数控分度双锯片圆锯机将木段锯切成粗制正六棱柱，开始时两圆锯片处于初始位置，两圆锯片对称布置，木段送至圆锯机上经过定心机构定心后，由夹紧机构将木段从两端夹紧，两端夹紧点的连线为木段最大内接圆柱体的中心线，然后两圆锯片进入到锯切位置，并沿木段中心线方向进给，对木段进行锯切，完成第一次锯切后，获得六棱柱的两个相互平行的侧面；两圆锯片后退，木段第一次旋转60°，同时两圆锯片返回到初始位置后再进入锯切位置进行第二次锯切，第二次锯切完成后，又获得六棱柱的另外两个相互平行的侧面；两圆锯片再次后退，木段第二次旋转60°，两圆锯片返回到初始位置后再次进入锯切位置进行第三次锯切，第三次锯切完成后，六棱柱的六个侧面全部锯切完成，获得粗制正六棱柱，两圆锯片后退并返回到初始位置，等待下一根木段的锯切；所述五种直径规格的木段分别锯切，可获得底面正六边形的内切圆直径分别为46mm、56mm、66mm、76mm、86mm五种规格的粗制正六棱柱。
步骤3：采用具有专用定位挡块和压紧机构工作台的开榫机，将粗制正六棱柱的一个侧面与工作台面接触，相邻的一个侧面与两个定位挡块接触，并由压紧机构压紧，定位挡块和压紧机构保证指接榫的结构形状和尺寸符合要求，随着工作台的进给，粗制正六棱柱的一端依次经过截头圆锯、指接榫铣刀加工出指接榫，然后再将粗制正六棱柱调头，在另一端也加工出指接榫，指接榫的榫槽长度方向与粗制正六棱柱的两个相对侧面平行。
步骤4：将粗制正六棱柱接长：在粗制正六棱柱端部指接榫上涂胶，再采用具有120°角的V型导向定位槽的专用接长机进行接长，V型导向定位槽可有效防止相邻两六棱柱错位和接长后六棱柱的弯曲，接长后按需要由截断圆锯截成规格长度。
步骤5：加工精制正六棱柱：采用由一个下水平圆柱刀轴、一个上水平圆柱刀轴、一个右立V型(120°)刀轴、一个左立V型(120°)刀轴构成的专用六棱柱成型铣削机床将接长后的粗制六棱柱进行精加工，获得底面正六边形的内切圆直径D分别为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm的五种规格的精制正六棱柱。
步骤6：加工用于半剖的精制非正六棱柱：先调整专用六棱柱体成型铣削机床，与加工精制正六棱柱时相比，将上水平圆柱刀轴向上调高δ(剖切锯片的锯路宽度)、右立V型刀轴和左立V型刀轴同时向上调高0.5δ，并将左立V型刀轴再水平向左调整0.57734δ，使加工出的六棱柱的一对平行的侧面之间的距离为D+δ，比正六棱柱的平行侧面之间的距离(内切圆直径D)大δ，同时保持前述一对平行的侧面在六棱柱底面非正六边形的边长为0.57735D不变，底面非正六边形的其余四个边长按三角函数规律增大，机床调整完成后，即可加工出所述用于半剖的精制非正六棱柱。
步骤7：加工四棱柱：采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制非正六棱柱的最大对角面(即底面六边形最长对角线及两个相对侧棱所在的平面)进行对称锯剖，获得两个相同的底面为等腰梯形的四棱柱，四棱柱刚好为精制正六棱柱的一半。
步骤8：加工五棱柱：采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制正六棱柱底面正六边形最长对角线中点并与两相对平行的侧面垂直的平面进行对称锯剖，获得两个相同的底面为有两个内角为90°、三个内角为120°的五边形的五棱柱。
步骤9：矩形大断面胶合木方的结构设计：设计矩形大断面胶合木方外形为长方体，由正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3组合胶压而成，矩形大断面胶合木方的断面为蜂窝结构；在矩形大断面胶合木方的四个侧面中，有两个平行的侧面采用五棱柱2拼合，另外两个相互平行的侧面采用四棱柱3和正六棱柱1拼合；根据矩形大断面胶合木方的断面尺寸要求和所用正六棱柱的底面尺寸，确定正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3的数量和组合方式；矩形大断面胶合木方中相邻两个棱柱(正六棱柱与正六棱柱、正六棱柱与五棱柱、正六棱柱与四棱柱、五棱柱与四棱柱)的指接榫接头位置相互错开。
步骤10：压制矩形大断面胶合木方：根据所需压制的矩形截面胶合木方的设计尺寸和所用正六棱柱的尺寸选配好对应的所述精制正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3的数量，然后在各棱柱的侧面采用滚筒涂胶机涂胶，在专用框中进行组坯，组坯结束后送入双向冷压机或双向高频热压机进行压制，待胶黏剂固化后即可获得矩形大断面胶合木方。
步骤11：锯切薄板：将压制好的矩形大断面胶合木方采用数控精密薄锯条带锯机或薄锯条框锯机进行锯切，锯切成厚度为5mm～20mm的大幅面薄板。
本发明具有如下优点：
(1)可以提高小径木的木材利用率。其原因主要有三个方面：第一，对小径木进行截断处理，减少了木段的弯曲度以及木段大小头的直径之差，减少了加工损失；第二，对小径木段按小头直径进行60mm～69mm、70mm～79mm、80mm～89mm、90mm～99mm、100mm～110mm进行分组加工，尽可能加工出最大体积的六棱柱；第三，采用双轴薄锯片圆锯机剖分六棱柱，制成胶合木方后，也是采用薄锯条锯切，锯路损失小。
(2)简化了小径木制备薄板的工艺。将小径木首先制备成大断面的矩形大断面胶合木方，然后再锯切，方便了薄板的锯切，提高了锯切时的稳定性，制备的薄板表面光洁，平整度好，无裂纹，厚度误差小，无需再次进行定厚和表面加工，可直接应用。
(3)拓宽了小径木的应用领域、提高了小径木的使用价值。制备的厚度为5mm～20mm的大幅面薄板可以用于木家具、木地板以及室内装修等领域，压制的矩形截面胶合木方还可用直接用作木结构建筑中的木梁或木柱。
附图说明
图1采用带自动定心功能的数控分度双锯片圆锯机加工粗制正六棱柱的原理图
图2粗制正六棱柱端部指接榫加工原理图
图3粗制正六棱柱接长与规格截断原理图
图4加工精制六棱柱的原理图
图5加工的精制正六棱柱底面尺寸图
图6加工的用于半剖的精制非正六棱柱底面尺寸图
图7加工四棱柱的原理图
图8加工五棱柱的原理图
图9矩形大断面胶合木方的断面结构图
图10采用双向压机压制矩形大断面胶合木方示意图
图11压制完成的矩形大断面胶合木方
图12采用带锯机将矩形大断面胶合木方锯切成薄板的示意图
图13采用框锯机将矩形大断面胶合木方锯切成薄板的示意图
在图5和图6中，D——正六棱柱底面正六边形内切圆直径、δ——锯路宽度
在图9中，B——矩形大断面胶合木方的断面宽度、H——矩形大断面胶合木方的断面高度、1——正六棱柱、2——五棱柱、3——四棱柱
在图10中，4——水平方向固定压板、5——垂直方向活动压板、6——垂直方向加压油缸、7——水平方向加压油缸、8——水平方向活动压板、9——垂直方向固定压板
具体实施方式
下面结合附图1至附图13，对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
利用直径为60mm～110mm的小径木制备厚度为5mm～20mm的大幅面薄板，包括以下几个步骤：
步骤1：木段准备：先将直径为60mm～110mm的小径木截断成1000mm的长度规格，对截断后的木段按小头直径为60mm～69mm、70mm～79mm、80mm～89mm、90mm～99mm、100mm～110mm的尺寸等级分成五种直径规格，然后将木段干燥到12％的含水率。
步骤2：加工粗制正六棱柱：如附图1所示，分别将所述五种直径规格的木段采用带自动定心功能的数控分度双锯片圆锯机将木段锯切成粗制正六棱柱，开始时两圆锯片处于初始位置，两圆锯片对称布置，木段送至圆锯机上经过定心机构定心后，由夹紧机构将木段从两端夹紧，两端夹紧点的连线为木段最大内接圆柱体的中心线，然后两圆锯片进入到锯切位置，并沿木段中心线方向进给，对木段进行锯切，完成第一次锯切后，获得六棱柱的两个相互平行的侧面；两圆锯片后退，木段第一次旋转60°，同时两圆锯片返回到初始位置后再进入锯切位置进行第二次锯切，第二次锯切完成后，又获得六棱柱的另外两个相互平行的侧面；两圆锯片再次后退，木段第二次旋转60°，两圆锯片返回到初始位置后再次进入锯切位置进行第三次锯切，第三次锯切完成后，六棱柱的六个侧面全部锯切完成，获得粗制正六棱柱，两圆锯片后退并返回到初始位置，等待下一根木段的锯切；所述五种直径规格的木段分别锯切，可获得底面正六边形的内切圆直径分别为46mm、56mm、66mm、76mm、86mm五种规格的粗制正六棱柱。
步骤3：将粗制正六棱柱端部加工出指接榫：如附图2所示，采用具有专用定位挡块和压紧机构工作台的开榫机，将粗制正六棱柱的一个侧面与工作台面接触，相邻的一个侧面与两个定位挡块接触，并由压紧机构压紧，通过定位挡块和压紧机构保证指接榫的结构形状和尺寸符合要求，随着工作台的进给，粗制正六棱柱的一端依次经过截头圆锯、指接榫铣刀加工出指接榫，然后再将粗制正六棱柱调头，在另一端也加工出指接榫，指接榫的榫槽长度方向与粗制正六棱柱的两个相对侧面平行。
步骤4：将粗制正六棱柱接长：如附图3所示，在粗制正六棱柱端部指接榫上涂胶，再采用具有120°角的V型导向定位槽的专用接长机进行接长，V型导向定位槽可有效防止相邻两六棱柱错位和接长后六棱柱的弯曲，接长后按需要由截断圆锯截成规格长度。
步骤5：加工精制正六棱柱：如附图4所示，采用由一个下水平圆柱刀轴、一个上水平圆柱刀轴、一个右立V型(120°)刀轴、一个左立V型(120°)刀轴构成的专用六棱柱成型铣削机床将接长后的粗制六棱柱进行精加工，获得底面正六边形的内切圆直径D分别为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm五种规格的精制正六棱柱。
步骤6：加工用于半剖的精制非正六棱柱：参照附图5和附图6，先调整专用六棱柱成型铣削机床，与加工精制正六棱柱时相比，将上水平圆柱刀轴向上调高δ(剖切锯片的锯路宽度)、右立V型刀轴和左立V型刀轴同时向上调高0.5δ，并将左立V型刀轴水平向左调整0.57734δ，使加工出的六棱柱的一对平行的侧面之间的距离为D+5，比正六棱柱的平行侧面之间的距离(内切圆直径D)大δ，同时保持前述一对平行的侧面在六棱柱底面非正六边形的边长为0.57735D不变，底面非正六边形的其余四个边长按三角函数规律增大，机床调整完成后，即可加工出用于半剖的精制非正六棱柱，用于制作底面为等腰梯形的四棱柱，即正六棱柱的一半，如取剖切锯片的锯路宽度δ＝2mm，则上水平圆柱刀轴向上调高2mm，右立V型刀轴和左立V型刀轴同时向上调高1mm，左立V型刀轴水平向左调整1.1547mm。
步骤7：加工四棱柱：如附图7所示，采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制非正六棱柱的最大对角面(即底面六边形最长对角线及两个相对侧棱所在的平面)进行对称锯剖，获得两个相同的底面为等腰梯形的四棱柱，四棱柱刚好为精制正六棱柱的一半。
步骤8：加工五棱柱：如附图8所示，采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制正六棱柱底面正六边形最长对角线中点并与两相对平行的侧面垂直的平面对称锯剖，获得两个相同的底面为有两个内角为90°、三个内角为120°的五边形的五棱柱。
步骤9：矩形大断面胶合木方的结构设计：参照附图9和附图11，设计矩形大断面胶合木方外形为长方体，由正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3组合胶压而成，矩形大断面胶合木方的断面为蜂窝结构；在矩形大断面胶合木方的四个侧面中，有两个平行的侧面采用五棱柱2拼合，另外两个相互平行的侧面采用四棱柱3和正六棱柱1拼合；根据矩形大断面胶合木方的断面尺寸要求和所用正六棱柱的底面尺寸，确定正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3的数量和组合方式；例如，当压制断面宽度为B＝400mm、断面高度为H＝414mm的矩形大断面胶合木方时，如选用正六棱柱底面正六边形的内切圆直径为80mm，则需选用22根正六棱柱、10根五棱柱、6根四棱柱；当压制同样断面尺寸的矩形大断面胶合木方时，如选用正六棱柱底面正六边形的内切圆直径为40mm，则需选用104根正六棱柱、20根五棱柱、12根四棱柱；矩形大断面胶合木方中相邻两个棱柱(正六棱柱与正六棱柱、正六棱柱与五棱柱、正六棱柱与四棱柱、五棱柱与四棱柱)的指接榫接头位置相互错开。
步骤10：压制矩形大断面胶合木方：参照附图9、附图10和附图11，根据所需制作的矩形大断面胶合木方的设计尺寸和所用正六棱柱的尺寸选配好相应数量的精制正六棱柱1、五棱柱2、四棱柱3，然后在各棱柱的侧面采用滚筒涂胶机涂胶，在专用框中进行组坯，组坯结束后送入双向冷压机或双向高频热压机进行压制，待胶黏剂固化后即可获得矩形大断面胶合木方，胶合木方的外形尺寸取决于所需薄板的幅面尺寸、压机的幅面和开档等因素。
步骤11：锯切薄板：如附图12和附图13所示，将压制好的矩形大断面胶合木方采用数控精密薄锯条带锯机或薄锯条框锯机进行锯切，锯切成厚度为5mm～20mm的大幅面薄板，薄锯条的锯路宽度一般为1mm～1.2mm。
经过大量的试验和试生产验证，采用本发明所述的方法制备的薄板表面光洁，平整度好，无裂纹，厚度误差小，无需再次进行定厚和表面加工，可直接应用于木家具、木地板以及室内装修领域，小径木的木材利用率比常规方法提高了20％。
Claims (1)
1.一种利用直径为60mm～110mm的小径木制备厚度为5mm～20mm的大幅面薄板的方法，包括以下步骤：步骤1：先将直径为60mm～110mm的小径木截断成长度为1000mm的木段，对截断后的木段按小头直径为60mm～69mm、70mm～79mm、80mm～89mm、90mm～99mm、100mm～110mm的尺寸等级分成五种规格，然后将木段干燥到12％的含水率；其特征在于：还包括以下步骤：
步骤2：分别将所述五种直径规格的木段采用带自动定心功能的数控分度双锯片圆锯机将木段锯切成粗制正六棱柱，开始时两圆锯片处于初始位置，两圆锯片对称布置，木段送至圆锯机上经过定心机构定心后，由夹紧机构将木段从两端夹紧，两端夹紧点的连线为木段最大内接圆柱体的中心线，然后两圆锯片进入到锯切位置，并沿木段中心线方向进给，对木段进行锯切，完成第一次锯切后，获得六棱柱的两个相互平行的侧面；两圆锯片后退，木段第一次旋转60°，同时两圆锯片返回到初始位置后再进入锯切位置进行第二次锯切，第二次锯切完成后，又获得六棱柱的另外两个相互平行的侧面；两圆锯片再次后退，木段第二次旋转60°，两圆锯片返回到初始位置后再次进入锯切位置进行第三次锯切，第三次锯切完成后，六棱柱的六个侧面全部锯切完成，获得粗制正六棱柱，两圆锯片后退并返回到初始位置，等待下一根木段的锯切；所述五种直径规格的木段分别锯切，获得底面正六边形的内切圆直径分别为46mm、56mm、66mm、76mm、86mm五种规格的粗制正六棱柱；
步骤3：采用具有专用定位挡块和压紧机构工作台的开榫机，将粗制正六棱柱的一个侧面与工作台面接触，相邻的一个侧面与两个定位挡块接触，并由压紧机构压紧，随着工作台的进给，粗制正六棱柱的一端依次经过截头圆锯、指接榫铣刀加工出指接榫，然后再将粗制正六棱柱调头，在另一端也加工出指接榫，指接榫的榫槽长度方向与粗制正六棱柱的两个相对侧面平行；
步骤4：在粗制正六棱柱端部指接榫上涂胶，再采用具有120°角的V型导向定位槽的专用接长机进行接长，接长后按需要由截断圆锯截成规格长度；
步骤5：采用由一个下水平圆柱刀轴、一个上水平圆柱刀轴、一个右立V型(120°)刀轴、一个左立V型(120°)刀轴构成的专用六棱柱成型铣削机床将接长后的粗制六棱柱进行精加工，获得底面正六边形的内切圆直径D分别为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm的五种规格的精制正六棱柱；
步骤6：调整专用六棱柱体成型铣削机床，与加工所述精制正六棱柱时相比，将上水平圆柱刀轴向上调高δ(剖切锯片的锯路宽度)、右立V型刀轴和左立V型刀轴同时向上调高0.5δ，并将左立V型刀轴再水平向左调整0.57734δ，使加工出的六棱柱的一对平行的侧面之间的距离为D+δ，比正六棱柱的平行侧面之间的距离(内切圆直径D)大δ，同时保持前述一对平行的侧面在六棱柱底面非正六边形的边长为0.57735D不变，底面非正六边形的其余四个边长按三角函数规律增大，机床调整完成后，即可加工出所述用于半剖的精制非正六棱柱；
步骤7：采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制非正六棱柱的最大对角面(即底面六边形最长对角线及两个相对侧棱所在的平面)进行对称锯剖，获得两个相同的底面为等腰梯形的四棱柱，四棱柱为精制正六棱柱的一半；
步骤8：采用具有专用夹具和精密导轨的双轴薄型锯片(锯路宽度为δ)圆锯机，通过所述精制正六棱柱底面正六边形最长对角线中点并与两相对平行的侧面垂直的平面进行对称锯剖，获得两个相同的底面为有两个内角为90°、三个内角为120°的五边形的五棱柱；
步骤9：设计矩形大断面胶合木方外形为长方体，由正六棱柱、五棱柱、四棱柱组合胶压而成，矩形大断面胶合木方的断面为蜂窝结构；在矩形大断面胶合木方的四个侧面中，有两个平行的侧面采用五棱柱拼合，另外两个相互平行的侧面采用四棱柱和正六棱柱拼合；根据矩形大断面胶合木方的断面尺寸要求和所用正六棱柱的底面尺寸，确定正六棱柱、五棱柱、四棱柱的数量和组合方式；矩形大断面胶合木方中相邻两个棱柱(正六棱柱与正六棱柱、正六棱柱与五棱柱、正六棱柱与四棱柱、五棱柱与四棱柱)的指接榫接头位置相互错开；
步骤10：根据所需压制的矩形截面胶合木方的设计尺寸和所用正六棱柱的尺寸选配好对应的所述精制正六棱柱、五棱柱、四棱柱的数量，然后在各棱柱的侧面采用滚筒涂胶机涂胶，在专用框中进行组坯，组坯结束后送入双向冷压机或双向高频热压机进行压制，待胶黏剂固化后获得矩形大断面胶合木方；
步骤11：将压制好的矩形大断面胶合木方采用数控精密薄锯条带锯机或薄锯条框锯机进行锯切，锯切成厚度为5mm～20mm的大幅面薄板。
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