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一组直观动图带你了解各种机械加工的,论三种技术在木材加工中的应用林业

  木材是当今世界常用的四大材料(钢材、木材、水泥、塑料)中唯一既可再生、又可多次再用和循环回用的资源,加之性能优异、对环境友善、能耗亦低,是世界公认的绿色材料。木材工业系以木材和木质材料为原材料,经机械或化学方法加工后,其产品仍保留木材基本特性的产业。产品主要包括锯材、人造板和木制品,与经济建设和人民生活休戚相关,也是国民经济中的基础产业。

随着消费类产品更新换代速度的加快,模具技术也在不断的发展,对模具的生产效率和制造品质提出了越来越高的要求,因此电火花加工模具的低生产效率和品质不稳定等缺点逐渐暴露出来。

上到航天器,下到咖啡壶,你知道它们的零件是怎么做出来的吗?一组动图,带你了解机械加工的“加减法”。

  木材加工是联结资源与市场的纽带,其技术水平的高低是市场产品竞争的决定因素。现在世界上木材加工技术仍以开发实用技术为主,但高新技术亦不同程度地逐渐引人至各个领域。开展木材科学和加工技术应用基础的研究,以改造传统技术,使木材加工的技术水平,无论在产品产量、质量和节约原材料等方面均有质的飞跃,已成为提高木材加工技术的关键。

为实现模具型腔及其相关部位的高速加工,机床需要具备以下特点:

车削加工

  因此,及时了解并科学、合理、熟练地掌握各种技术在木材加工中的运用,对于木材的高效利用和今后木材加工业的发展有着极为重要的意义。下面对三种技术在木材加工中的应用给予简要的介绍。

1.由于模具正在向大型化方向发展,几吨到几十吨的模具非常普遍,因此要求机床工作台面能承受大重量,这就要求设备必须具有大承重和高刚性的特性,还必须有足够大的台面尺寸和工作行程与之相适应。另外,模具材料的强度和硬度都很高,加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔,因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量,用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度,以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。

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  一、数显技术

2.高转速和大功率高速加工是发展方向,高速铣削在模具加工中已显示了极大地优越性。为了适应模具型腔曲面的加工,刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径,以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小,因此要求主轴转速非常高,国外高速加工机床主轴转速已达到4万~10万r/min,快速进给速度可达3万~6万min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次装夹中完成,故主轴功率要大,中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为10~40kW,有的甚至更高。

一言不合就车珠子?这“车”指的就是车削加工了。车削的关键在于,要让需要加工的工件旋转起来,然后再让直线移动的刀具靠近它们,对工件表面进行雕琢。

  在木材加工中的应用先进的数显技术,已应用于国防、计算机、电器、精密机床等行业的产品中。但由于木材加工机床多年形成的结构简单,允许公差大、精度要求不高,安全系数小,噪音大,外观造型粗糙的“傻大粗笨”传统结构。加上多年来对木材综合利用重视不够,投人较少等诸困,数显技术在国内木材加工中的应用还不多见。

3.能多轴联动及良好的深孔腔综合切削能力模具型腔多为复杂的空间六曲面及沟槽所构成,且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工,机床需要多轴联动,且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心,除了三个坐标的直线运动外,还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给,从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。

首先,工件被卡盘固定在机床上,接下来,工件在电机的带动下进行高速转动,转速可以按照我们对加工的要求人为控制。然后,就可以开始控制刀具在工件表面进行雕琢,这被称为“走刀”。

  1、性能特点

可以说,复合加工是模具加工的发展方向之一。虽然加工中心已能将许多机加工工序复合在一台机床上实现,但这仍不能完全适应模具加工,将机械加工与电、化学、超声波等不同原理加工方法进行复合,兼备两种以上工艺特点的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。

常见的车刀往往是用高速钢或硬质合金制成,近几年市面上陶瓷刀具和人造金刚石刀具也用的很广泛。

  数显木材加工机床,是将先进的数显装置安装于术工机床的关键部位的明显位置,如刨、车剖、锯剖、榫眼、切削等。以数显仪数字显示,控制加工、切削、刨削量的精度。其显示清晰醒目,操作者能一目了然,减少了目测视觉误差,能减轻操作目视疲劳和劳动强。数显仪精确,结构紧凑,有良好的自锁性,数字显示直观,读数准确,能保证加工质量,安全可靠,操作方便,有利于提高生产效率。

不同形状的车刀可以满足各种加工要求:

  2、适用范圈

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  数显术材加工机床,顾名思义,是以木材和木材制品加工利用为原料基础的加工机床。该类机床主要适用于林业、轻工、国防、建筑建材、机械、家具、交通运输、乡镇企业诸行业中。

除了外表面,车削中使用镗刀还可以在工件已经有孔的地方,对内表面进行精加工。

  用于专门对本材、木材综合利用,人造板和竹材等非木质工件、方料、板材的表面刨削、车旋,开榫打眼、切锯、砂磨加工,能达到规定要求的厚度、光洁度、加工精度,以保证竹木材加工利用产品如家具、木模、门窗、车厢、精密仪器包装、缝纫机台板等产品的精度和质量,提高原材料利用率。特别是大幅面工件加工,如板材、方料和各类人造板,其效果更佳,是板式家具、建筑门窗、车厢板生产的理想木工机械。

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  3、应用举例

铣削加工

  数显术材加工机械,现已从刨床,车旋系列产品在木材加工中的应用,逐步推广扩展,范围日趋宽广。现仅以孙文碧和李集成工程师等科技人员研制的、先后获得四川省行业和省政府科技进步二、三等奖和中国机床工具博览会优秀造型二等奖的数显单面木工压刨床为例,浅析如下。

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  主要技术参数刨削宽度500mm刨削深度7mm刨削厚度10-200mm切削速度25m/s刨件长度矣250mm送料速度l、2m/min刀轴转速4500r/min电机功率5.5kW工作台规格1020x520mm外型尺寸数显刨床是在引进意大利样机基础上,结合国内木材加工利用实情而研制的。由机身、工作台、数显装置、送料机构诸部分组成。

说完了“车”,“铣”又是啥?其实,它还是利用旋转的加工方式,只不过这回轮到铣刀来旋转了。

  机身改变了以铸件结构为主,较多采用了钢板焊接件,左右支座分段组成,电器和传动装置均安装于支座内,机座用钢板轧制焊接而成。外观造型采用大平面、小圆孤过渡,线条清晰统一,新颖美观,富有柔和惑。

传统的铣削加工有两种相对运动方式,一种就是像上图这样,被加工的工件固定不动,完全依靠铣刀坐上来自己动旋转和平移;而另一种如下图所示,铣刀单纯做旋转运动,工件可以沿着前后、左右、上下三个方向移动。

  数显装置采用“位移数显仪”,安装于机身上方的明显位置。结构紧凑,显示清晰,直观醒目,操作者能一目了然,减少了视觉误差,读数准确,明晰刨削量,有利于提高刨削件精度,避免产生废品,可提篼加工利用率。

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  工作台由四根圆柱丝杆支承,其升降是由升降手轮带动链条链轮,使四个螺母同步转动,实现升降。该系统有良好的自锁性,升降平稳,工作可靠。变速箱采用变速比大,体积小、结构简单的行星减速机构。行星齿轮采照特种尼龙制成,重量轻,耐磨损,噪音小。

铣刀是一种多刃刀具,在每一转的铣削加工中,铣刀每个刀刃只参与一次切削,其余时间停歇有利于散热。这样一来,比起单刃的车刀,铣刀的切削效率也更高。不同形状的铣刀可以完成各种平面、台阶面、凹槽、腔体的加工。

  送料机构采用水平向力式送料系统,可进行二级变速。工件由两个夹辊送出,对工作台垂直压力很小,减小了摩擦力,送料轻松平稳,用浮动式压辊较好地解决了啃头现象。

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  在刀轴的护罩内,设置了吸尘器附件和吸音材料;在出屑处增加了消声孔板,减少了车闻尘屑和噪音污染,青莉于职工身体健康。

数控机床

  5kW电动机带动传动系统运行,刀具作圆周运动,工件直线前进,完成刨削。

数控机床这个词似乎总会和“汽车维修”、“挖掘机”之类的东西并列出现,它到底是什么玩意儿?

  数显仪数显控制刨削量,自锁性好,加工精度高。开机前,先将刀片压紧,接通电源,空转半钟左右,转速正常后,方可送料。更换刀片时,用对刀器对刀,使刀刃保持在同一圆柱面上。装卸刀片要注意防止刀片弹出发生事故。快慢二级送料速度调整时,先转动手轮,调到所需速度位置,压下操作手柄,即可送料。托料辊调整,先松开工作台下面两个M8螺母,取出花键导板,转动花键母套,即可调妥。但要特别拄意托辊上母线与工作台的平行。工作毕,要将操作轮抬起。

我们说的普通机床,在加工操作时很大程度要依靠手动,比如调整工件的转速,就需要手动挂挡主轴箱上的推杆。而数控机床就是把这些操作全都变成了“自动挡”。数控机床在实际加工前,会先通过
CAD 软件进行计算机辅助设计的制图,再通过 CAM
软件模拟整个加工过程。一切确认无误后,把编制好的加工程序导入到数控机床中,安装好工件,闭合好保护舱门,之后只要等待数控机床自动进行加工,就可以得到想要的零件啦。

  4、数显技术应用于木材加工中的前景

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  数显技术在国外迅速应用于术材加工中,国内目前还不多见。投放市场以来,国内外用户在木材加工、家具、木模、门窗、人造板、车厢、包装箱等生产中已广泛使用。从信息反馈来看,一是在设计制造、原材料、配件质量等方面还存在一些问题,仍需不断完善提篼;二是在用户方面,由于技术不熟练,使用不当,影响产品质量,仍需加强技术培训,熟悉数显木工机床性能。

传说中的数控机床

  但实践证明,数显技术的独特性能和先进性在生产中已充分显示出来,这是应予肯定的。我国木材加机械的传统结构将随着数显数控等先进技术的使用而迅速得到改变。

而光是自动加工还不算什么,数控机床还可以加上刀库,升级成“加工中心”。加工中心可以让我们在几十种刀具之间进行切换,一会儿车削,一会儿铣削,一会儿再磨削……全都能搞定!工件一直都固定在夹具上,基点不需要转移,因此更换加工方式也不会影响到加工的精度。

  二、2CNC技术

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  1、概述

要什么刀?随便选!加工中心的刀库与换刀过程。

  计算机用数字化信号对工件或刀具的运动和加工过程进行控制的机床。CNC加工中心是在CNC机床基础上发展而来,一般有多套加工装置、刀具库和自动换刀装置等,能在工件一次装夹情况下将多道工序(铣削、锯切、钻削等)集中于其上进行。加工工件时刀具和工件要作相对运动,二者的运动关系取决于被加工工件的复杂程度。现在一般借助于机床的坐标系统以及刀具或工件沿坐标轴的直线运动和绕坐标轴的摆动来确定这种关系。CNC机床的数控轴数(或简称轴数)是指刀具或工件沿机床坐标轴作直线运动和绕机床坐标轴线作摆动方式的数目。一般三轴式CNC机床的刀具或工件可沿X、Y、Z轴作直线运动,五轴式CNC机床的刀具和工件除了上述直线运动外,还可绕A和B轴摆动。

看了半天全是简单造型,感觉不过瘾?下面就来个更高级的:

  2、2CNC技术设备在木材加工中的应用

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  迄今为止人们把CNC木材加工设备与CNC镂铣机、CNC钻床、CNC加工中心等固定加工式CNC机床等量齐观,这种看法不够全面。事实上CNC固定加工式机床上具有代表性的部件如:CNC控制轴、HSK电动主轴、刀具库和自动换刀装置等也越来越多地引用到连续CNC技术设备上,以大大减少非生产性装调时间和提篼生产率。因此,不能将CNC技术设备简单理解为CNC固定加工式机床,还包括CNC连续式加工设备。CNC技术应看作是提高木材加工机械加工灵便性、自动化程度和操纵简便性的手段。

头盔也能做哦。

  CNC固定加工式机床适用于加工品种更换频繁、形状复杂、精度要求高、生产批量不大而生产周期短的产品,因此在木材加工手工业、中小型企业以至大型企业(如:家具制造企业)都能找到用武之地。连续式CNC技术设备主要用于加工品种不常更换、批量大的产品如:建筑构件、门、窗等。

这个头盔的加工用到了“5轴铣削加工”,这一次,工件和铣刀的运动方式都更加灵活了。

  3、高速切削(HSC)技术

5轴加工是机械切削方式中最先进的加工方式。在数控机床中,共有6条坐标轴:3
个方向的直线轴 XYZ, 以及相应的3个旋转轴
ABC(如下图)。“3轴”的机床机床只能让工件和刀具在三个方向上平移,它用来处理一些基础形状的表面;“4轴”则是在XYZ的基础上增加了一个方向的旋转轴,这样可以切削一些不太复杂的曲面;而到了“5轴”,就有两个方向的旋转轴可以进行联动,这就可以处理相当复杂的曲面了。

  为了提高生产率,CNC木材加工设备采用高速切削(HSC)技术,即提高主轴转速。切削速度和进给速度。现在有的机器主轴转速已提高到30000
-40000r/min,同时刀具直径出现变小的趋势。因大直径刀具由于其不平衡度在高转速时离心力太大可能达到其物理极限。

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  应当指出随着刀具转速的提高,机器的生产率不会按相同比例提高。因纯切削加工时间仅占整个加工过程时间的小部分,其余大部分时间用于更换刀具以及刀具主轴的升降、定位和制动等。另外,加工时在工件拐角处刀具进给速度要大大降低,每经一拐角处都要经历减速一加速过程,这也要影响生产率。因此,当刀具转速加倍时,机器生产率并不会加倍。而是随结构和功能不同仅能提高10%-90%.有的学者认为,从经济性观点出发主轴转速30000
r/min.进给速度24m/min已达到了其界限。若主轴转速超过3r/min再提高会产生一系列负面后果,如:主轴及其转动装置成本提高,刀具磨损增加,常规的排切屑设备和刀具夹紧装置可能不再适用,由刀具断裂或装夹不当引起的安全问题更加突出,现有加工中心保护屏仅能抵挡质量20g速度为70m/s的飞行物。

数控机床坐标系,在三个方向的直线运动之外,还加入了不同方向的旋转。

  4、CNC加工中心的结构

刨削加工

  CNC加工中心有两种基本结构型式:悬臂式加工装置安装于悬臂上并可在其上直线运动或摆动,工作台也可移动。悬臂式的优点是结构较简单,占地面积小,价格较便宜。可接近性好,对工件长度限制小。缺点是:刚度小。加工宽度受限制,不太适于加工大工件。

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  门架式加工装置安装于门架上并可在其上直线运动或摆动,门架或工作台可作直线运动。其优点是:刚度大。适合于加工长度大的工件,适应性好,可采用大功率加工装置。缺点:切削力和加速度大时在导向装置作用大的弯曲力矩。人工供料时可接近性不好。

刨削加工的工作原理一目了然,简单的往返运动,与车削、铣削相比生产效率极低,但是也因为设备和工具结构简单使用方便,目前还在用于粗糙处理工件的表面。

  为了提高机器的动力性(加速性)和加工精确度,要求各组成部分刚度要大,运动质量要小。在CNC加工中心用作驱动或传动装置的有:带AC伺服电动机的驱动装置、滚珠丝杠传动装置、齿条一小齿轮转动装置等。技术上领先的组件有:线性电动机、扭矩电动机、并联式运动机构等。上世纪90年代在加工中心开始采用并联式运动机构,其一般为杆件系统(2杆件、3杆件、6杆件)。用来支承和移动主轴和加工装置等。与传统的串联式运动机构相比,并联式运动机构的优点:运动质量小,运动加速度可大,由多个杆件起支承作用刚度大,由于机构的组合元件少或结构相同降低制造成本。可以预计并联式运动机构将会逐渐在木材加工中心,特别是高生产率大批量生产的加工中心上得到采用。

磨削加工

  5、刀具及其夹紧装置

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  在CNC木材加工中心上采用高速切削(HSC)技术。由此对刀具及其夹紧装置提出更高要求。为适应高速、高功效切削要求,刀具几何形状要优化设计以减小切削刃上受的力和有利于接纳和排出切屑。为提高刀具耐磨性和延长其使用寿命,采用硬质合金、多晶金刚石(PKD)、单晶金刚石(MKD)等作切削刃材料或镀覆在切削刃上。在高速、高功效切削时采用力收缩式或热收缩式夹头较好。这两种刀具夹头刚度大,平衡度好,径向振摆误差小(2
-3pm),夹紧力大。因此,与普通的刀具夹紧装置相比,其允许的转速很高,转动平稳,振动小、噪声小、寿命长、加工质量好。

磨削加工是利用砂轮、砂带之类的磨具对工件表面进行切削加工。在现今的加工中,磨削头已经可以很成熟地集成到数控铣床的加工中心内。

  可以采用智能化刀具,即在刀具或其接合装置中安装传感器(如:薄膜传感器)再配合相应的监控和显示装置,当出现异常运行状态(如:刀具断裂、装错刀具、转速过高等)时发出信号,以避免事故保证安全。也可以利用传感器技术在刀具夹紧装置直接测量作用力和力矩,及早判断刀具磨损情况以及危险的夹紧和不平衡状态。

激光“打印”

  6、三轴式和五轴式CNC木材加工中心

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  CNC木材加工中心至少有三根数控轴,数控轴数越多功能就越多,结构也越复杂。当前三轴式和五轴式是CNC木材加工中心的两种主要型式,五轴式CNC加工中心是三轴式CNC加工中心的扩展。三轴式CNC加工中心结构简单,价格便宜,一般用于加工板形工件和较简单的工件。五轴式CNC加工中心在很多情况下可以取代三轴式CNC加工中心,但不可能完全取代,因为在有些场合可能采用三轴式更合理、更合适。五轴式CNC木材加工中心的主要应用领域:成型加工、模型制造、木材或塑料成形压制件的修边、复杂工件和大尺寸工件的加工。五轴式CNC木材加工中心也可以加工三维弯曲形工件。

看完了切割削磨的减法,这次轮到做“加法”了。与传统铸造不同,图中显示的是一种适用于金属零件加工的3D打印——选择性激光熔融(SLM)。

  三、微波加热

平时经常能看到的3D打印方式主要是熔融沉积成型和光固化成型,前者将热熔塑料层层堆砌,而后者则将液态光敏树脂用特定光线逐层照射,形成所需的固化结构。

  微波是频率介于无线电波与远红外线之间的电磁波,它的特点是频率高、波长短。其频率与波长范围大约为300MHz-300kMz和1-100mm.微波技术首先应用于通信、广播、电视领域中,使用中发现微波会引起热效应,进而在世界范围内开始了对微波加热的应用研究。目前微波加热常用频率为915MHz和2450MHz.微波干燥起源于20世纪40年代,到60年代末,微波能已应用于加热、干燥、杀虫、灭菌、医疗等工业项目上。我国微波干燥技术的应用始于20世纪70年代初期。目前,微波技术已应用于轻工业、食品工业、化学工业及农产品加工等领域。以下介绍微波加热干燥在木材加工中应用。

不过,这两种方法并不适合加工金属。要想3D打印出金属零件,需要使用金属粉末,和足以让它们结合在一起的激光。如上图所示,在一个铺满金属粉末的槽内,计算机控制着一束大功率的二氧化碳激光选择性地扫过金属粉末表面。在激光所到之处,表层的金属粉末完全熔融结合在一起,而没有照到的地方依然保持着粉末状态。整个过程都需要在一个充满惰性气体的密封舱内进行。

  1、微波干燥木材

当“切片”的一层扫描完成后,下降台会带动已经固化的半成品下降一层,然后刮平器把表面刮平好让金属粉末均匀铺开。在新一层的金属粉末表面,激光器再度开始扫描照射,新固化的一层又会牢固地熔覆在上一层上。等整个零件制造完成后,下降台就带着零件从粉末堆中升起来:

  美国、日本、加拿大、德国等国的学者在20世纪60年代初开始研究利用微波干燥木材,认为微波干燥木材是一种最有效的快速干燥方法。1974年我国开始研究利用微波干燥木材的技术,1977年南京七七二厂微波所研制成功木材微波干燥机,首先在无锡家具厂使用。由于微波加热均匀、干燥速度很快,且具有干燥应力小、质量好等优点,曾一度在北京、天津、上海、南京、镇江、青岛、哈尔滨等地广泛地推广应用。后来因投资高、耗电大、干燥成本高等缺点,到20世纪80年代中期,各厂的微波干燥先后停产。进人20世纪90年代以后,由于微波干燥设备不断完善和改进,干燥工艺不断成熟,这种干燥技术在我国的应用又重新恢复。

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  1)微波干燥木材的原理和优点

选择性激光熔融技术由选择性激光烧结(SLS)衍生而来,它使用纯金属粉末,不需要粘结剂参与,而且只需要一次烧结,因此可以得到性能更优的零件。

  微波干燥木材的原理是以湿木材作电介质,在微波电磁场的作用下,引起木材中水分子极化,同时由于电磁场的频繁交变,使水分子高速频繁的摆动,摩擦生热,从而加热干燥木材。微波干燥木材具有以下优点:干燥速度快微波干燥木材的时候,由于热量不是从木材外部传人,而是在木材内部水分子和木材摩擦直接产生热能,又称“体积加热”。这种体积加热使被干燥的木材沿整个厚度几乎同时热透,而且热透所需时间与木材厚度无关。木材内部的水分迅速汽化,形成向外扩散的压力,同时由于木材表面有热损失以及水分的蒸发,故实际上木材内部温度高于表面温度,因此微波干燥温度梯度和含水率梯度方向一致,大大地加快了水分的移动速度。

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  干燥质量好由于微波干燥木材时渗透性增加,在干燥过程中,加热均匀,木材中水分由内向外同时排出,使木材的膨胀收缩系数基本一致,这样可以最大限度地避免木材在干燥过程中出现的变形、开裂等缺陷,且干燥均匀,残余应力小。另外,微波干燥木材时具有选择性,含水率高的部分吸收微波能量多,得到的热量也多,这样有利于木材含水率的一致。

选择性激光熔融(SLM)成型的金属零件

  可保持木材原有的色泽木材颜色的改变与温度、作用时间及木材含水率有关,温度越篼、作用时间越长、含水率越高则木材变色越快。木材微波干燥周期与常规干燥相比要缩短)L十至上百倍,而且每次加热要经过由低温到高温的过程,因而在高温下停留的时间更短,所以用微波干燥木材几乎不改变木材的原色泽。

金属沉积

  杀虫灭菌效果好微波干燥木材过程中能彻底杀灭各种虫菌类,消除木制品虫害,利于提高制品强度和延长使用寿命。

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  设备占用场地,适于流水线生产微波干燥设备,其主机及辅助设备简单,外廓尺寸小,占地面积小。微波干燥加工能够实现自动化、连续化加工,适于流水生产线,生产率高。

这一次,铺满金属粉末的大箱子也可以省去了。这种更为先进便捷的金属3D打印技术就是直接金属沉积工艺(Direct
Metal
Deposition)。它与“挤奶油”式的熔融沉积有些相似,但喷出的是金属粉末。喷嘴在喷出金属粉末材料的同时,还会一并提供高功率激光以及惰性气体保护。这样不会受到金属粉末箱尺寸的局限,能直接制造出更大体积的零部件,而且也很适合对局部破损的精密零件进行修复。

  可直接干燥木制半成品木材微波干燥设备最大的特点是能干燥木制品的半成品。通常木制品的制作工艺都是先将木材干燥后再使用,如先下料制作成形再干燥,成型的木材在干燥过程中略有开裂、变形,就不能使用。而微波直接干燥成型的木材,不变形、不开裂、不损坏木材,因此可先将毛料根据木制品结构的需要,制成各种形状的半成品,再进人微波干燥炉干燥。一般木制品生产中毛料的利用率大约为60%左右,制成半成品后再干燥就可以节省干燥能源。

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  2)微波干燥的应用与研究

直接金属沉积加工,喷头示意图。

  20世纪70年代,美国、日本等国的学者进行微波干燥木材的研究,制造出适合木材干燥的微波干燥机,出现了木材微波干燥方法和设备方面的专利。美国的W.P.Mcalister等利用微波能和对流热空气联合干燥2.
54cm(l英寸)厚的美国松板材,实验说明用这种联合方法干燥美国松板材而没任何缺陷,在工艺上是可行的。实验发现心裂气温度的方法来消除。荒木邦夫等探讨木材微波干燥时,以椴木毛料及该种毛料雕刻的木熊为试材,对加热时间、含水率变化、形状差别及加热位置等的影响作了测定,结果是干燥速度快,可以避免开裂,加热位置和形状差别对干燥速度几乎没有影响。Barnes等人等研究成功微波干燥成材的连续装置。Anth研究影响微波干燥不同树种的硬材的某些因素,用微波干燥白蜡木、三毛榉木材和栎木,并连续测量其重量、内部蒸汽压力和温度。试验表明:白蜡木和山毛榉木材适合用微波干燥,而栎木干燥比较困难。每种试材内部温度的增加是相似的,根据试材尺寸的大小,加热变化的速度在Ot/min和3/min之间。水分扩散出的速度在0.05g/min和0.32g/min之间变化,但与试件尺寸大小无关。他还研究微波干燥松木和z;杉木材,确定了松木和云杉木从生材干燥到含水率8%时的干燥效率和能量密度。通过测量木材内部温度、内部蒸汽压力和水分蒸发的速度来控制干燥过程。木材的内部蒸汽压力可以增到大约20KPa而没有开裂。当在纤维饱和点以上干燥时最高的干燥速度可以达到每分钟降低含水率0.20%-0.45%.在纤维饱和点以下时适宜的干燥速度在每分钟降低含水率0.10%
-0.20%,云杉的干燥比松木快约1.6倍。木材没有出现开裂但一些试样的内部发生颜色的变化。

而且,用这种方法制造零件,也可以在“堆积”的途中方便地切换到数控铣削进行高精度的加工处理,这两者的自由切换让金属材质零件能够同时保证空间复杂度和表面高精度。

  我国关于微波干燥木材的研究:1977年上海长征木材制品厂与东北林学院合作,系统地进行了木材微波干燥的工艺试验,进行了15批试材的生产性工艺试验,认为对于容易干燥、中等或难干的松、榆、桦、栲、柞木等的中、厚木料皆可用谐振腔微波干燥设备干燥到细木工用材所要求的最终含水率。1982年朱政贤等利用工厂条件进行微波干燥的生产性工艺试验,提出部分常用树种及规格锯材的谐振腔型干燥机微波干燥基准。并对微波干燥与对流干燥的干燥质量和干燥周期进行了分析比较。佟永会对水曲柳小方材和椴木板材的含水率各阶段的工艺因素与干燥速度、含水率及干燥质量的关系进行了初步探讨。为了从理论上了解微波干燥木材的机理,王廷魁等人利用唯象理论进行研究,导出木材介电张量随频率变化的关系,并得到木材微波干燥发热量的一般表达式。提高木材干燥质量、减少木材降等、降低能耗、提高设备生产率、改善劳动环境和减少环境污染、降低干燥成本是木材干燥发展的主题。微波干燥是以清洁的电作能源,由于我国电力日趋丰富,已步人世界电力大国,电价与煤价的比相对在逐渐降低,故微波干燥等以电为能源的干燥方法在21世纪预计会有明显的增长趋势。微波干燥未来在解决厚材、珍贵材和难干材方面可能发挥重要作用。当然,微波干燥也可用于小径原木、单板、薄木及碎料的干燥。1972年吉田弥明等人研究单板的微波干燥,利用小型间歇式微波干燥装置对柳桉旋切单板进行干燥试验得出:干燥速度随输出功率增大而加大,特别是在纤维饱和点以下的干燥情况,这种影响更大。其干燥缺陷是发生斑状炭化,这和单板表面温度上升过高有关,表面温度至15摄氏度以上即会发生炭化。能量效率与微波输出功率、最终含水率、单板厚度、被干燥的单板体积有关。1977-1978年哈尔滨市第二变压器厂、哈尔滨人造板厂和东北林学院林工系共同协作,首次利用微波能对刨花进行干燥试验,取得一定效果,认为微波能干燥刨花(碎料)在技术上是可行的。1995年朱政贤曾进行过微波干燥白桦小径原木的研究,认为白桦小径原木采用微波干燥在技术上是可行的。1998年王丽宇研究了刺槐小径木圆、斜截片微波干燥技术,初步提出刺槐小径圆、斜截片采用微波干燥是可行的,斜截片的干燥基准应比圆截片的干燥基准软。

这些新型快速成型技术最大的意义在于“设计制造一体化”,不再需要繁琐的流程,在很短时间内就可以把想法变成实物。不同“加法”与“减法”工艺的结合,不仅简化了制作流程,而且更能节约材料与能源。在科幻电影《机械公敌》中,威尔史密斯的座驾奥迪RSQ轿车就是快速成型技术的体现。它的车身由德国库卡公司的一个工业机器人利用快速成型技术一次性制成。

  微波用于木材干燥有两种方法,即利用微波快速干燥木材和利用木材的介电性质均衡其含水率。1970年HResch等人利用微波一热空气干燥机来均(衡经过干燥但仍很湿的针叶树单板的含水率。由于较湿区域对微波的吸收较多,干燥是有择的。微波再干单板的胶合力等于或胜于初干或热空气再干单板,微波再干单板的胶缝试验结果,没有明显低于其他两种干燥方法的例证。微波再干可以防止过干,并使单板较为柔软,干燥后因劈裂或破坏的降等,微波再干单板少于热空气再干单板。Vasishth等研究单板微波再干,把花旗松单板试样,经过微波和常规装置的干燥,应用电子显微镜观察照相表明,用微波干燥的单板,细胞壁没有损伤。

林业 18

  微波干燥木材今后可能用在两段干燥的第二阶段,即用于干燥低含水率阶段,可充分发挥其干燥的特长,又能适当降低能耗。如除湿与微波联合干燥,气干与微波两段干燥等联合干燥方式兼有节能和快速干燥的优势,这种不同方法的联合干燥预计在21世纪会有较好的发展前景。

电影纯属虚构,但这车身可是真实加工工艺的产物。

  2、微波测湿

机器制造零件,零件组成机器,机械加工不断改变着人类的生活。便捷的制造工艺还将产生怎样神奇的未来机器?让我们拭目以待。

  微波测湿一般采用微波加热烘干法或试样介电常数测量法。微波加热干燥法测水分最大的优点是快速,适于在线测定,所以在水分测定及生产过程在线水分测定和控制中有重要意义。另一种用微波技术测量水分的方法是通过测量材料介电常数的变化来测定水分。在微波频段,水的介电常数在50-81之间,比许多其它材料的介电常数(如植物纤维为2
-4)高得多。所以含水率稍有变化,材料的介电常数就会有一个很大的变化,故可通过测量介电常数变化的办法测定材料的含水量。云南林业科学院的尹晓兵等通过用微波炉一烘箱测量云南松木材含水率的试验研究,提出微波炉一烘箱法(WB―HX)法提高测定木材含水率效率的方法。该方法分两步使试样全干,第一步应用微波干燥原理使试样在微波炉中快速初步干燥,第二步使试样在烘箱中恒温烘至全干。该方法总测定时间为4
-6h,比常规的烘箱干燥法缩短测定时间7h,测定精度与国标法相同,操作方便。

  3、微波改性木材

  近几年来世界上出现了微波改性木材的研究,2000年在国际林联主办的专题为“桉树木制品的未来”研讨会上,澳大利亚墨尔本大学林学院的Vinden和Torgovnikov教授介绍了他们开发的微波木材改性技术,提出微波可以提高木材轴向和径向的渗透性,进而改进难处理树种的防腐处理性能,他们还利用微波处理制造一种新型木材产品,此产品可制成有多层的径切面上空隙,还可以将微波处理和未经微波(或轻度微波处理)的材料层积起来,也可以用微波照射木材的某些部位,形成不同的改性层。我国用微波改性木材的研究正处于尝试阶段,王喜明等的以加拿大杨和水曲柳为试材进行了微波改性木材的初步研究。结果表明,微波处理可使木材的某些性质得以改善,特别是硬阔叶材的改善程度更大。微波处理使木材细胞壁上的纹孔膜的薄弱环节破坏,木材的浸提物析出或重新分布,同时木材的密度降低、弦径向干缩率之比增加、木材的吸水量增加,从而使木材干燥速度加快。

  4、其他

  在整形木和压密材的部分研究中直接利用了快速、高效的微波加热方式。木材的整形技术应用的是木材可塑化原理,利用微波把木材加热到100
-120T,使木材软化,然后压缩整形,不经制材工序根据需要选择模具得到一定形状的木材,可用于建筑和装饰材料。用微波加热带树皮的原木,由于树皮几乎不软化,整形后,木材表面形成树皮凹凸不平的花纹,比过去人工方法得到的花纹更加自然,而且还能达到木材内部。

  日本学者则元京等人利用微波加热技术对东南亚等地木材进行了弯曲工艺的研究,我国南京林业大学的李军研究了水曲柳试件经氨水处理和微波加热后弯曲工艺参数及与弯曲件质量的关系,并确定了最佳工艺。,结果表明该弯曲工艺是可行的,该方法较传统生产方式的生产率有明显的提高。1日本学者井上雅文、则元京将日本柳杉浸泡在水中。浸透一定深度后,用微波加热处理,使木材表面软化,然后在热压机上热压、定性,得到表面压密材。其表面性质如硬度、耐磨性等大大提高。

  综上所述,结合我国具体国情,借鉴当今世界木材加工技术发展态势,可找到我国在木材加工领域赶超先进国家的努力方向。具体说,当代木材加工技术发展态势总的是以应用高新技术,高效利用木材资源,加强环境保护,大力发展木基复合材料,以满足经济建设和人民生活不断增长的需要。由于木材科学、加工技术以及有关应用基础研究的深人,木材加工技术在21世纪将有更大的发展。