Производство строганого шпона. Лекция №4

1 – строгальный нож; 2 – строганый шпон;
3 – заготовка
Рисунок 1 - Схема строгания шпона:

1. По текстуре шпон классифицируют на виды:
радиальный (Р) – годичные слои параллельны по всей поверхности;
полурадиальный (ПР) – годичные слои параллельны не менее ¾ площади;
тангенциальный (Т) – годичные слои в виде конуса или кривых линий;
тангенциально-торцовый (ТТ) – годичные слои замкнуты.

а) – радиальный шпон;
б) – полурадиальный шпон;
в) – тангенциальный шпон; г) – тангенциально-торцовый шпон

2. По согласованию с потребителем выпускается :
- обрезной шпон (обрезанный с 4-х сторон);
- прирезной шпон (раскроенный на заготовки).

Таблица 1– Размеры строганого шпона

Основные требования к качеству шпона:
1. Окраска от металла несквозная во 2-м сорте не более 10 % по длине листа, в 1-м сорте не допускается.
2. Шероховатость:
для дуба, ясеня, ильма, лиственницы, сосны и крупнорассеянно-сосудистых пород не более 200 мкм;
для остальных пород древесины не более 100 мкм.

Условное обозначение:
Ясень ПР2 – 0.8 ГОСТ 2977-82
где ПР – полурадиальный;
2 – второй сорт;
0,8 – толщина, мм.

Характеристика сырья
Породы древесины для строганого шпона:
- лиственные:
мелкорассеянно-сосудистые – береза, бук, граб, груша, клен, красное дерево (дибету, макоре, моаби, сапели), липа, ольха, орех, осина, тополь, ива;

крупнорассеянно-сосудистые – красное дерево (аиле, боссе, лимба, махагони, акажу, окуме, сипо, тиама, фрамире);
кольцесосудистые – бархатное дерево, вяз, дуб, ильм, карагач, каштан,
ясень.
- хвойные:
лиственница, сосна, кедр.

2. Размеры круглых лесоматериалов:
Лиственные породы:
- диаметр бревен 24 см и более;
- длина бревен 1,5 м и более через 0,1 м.
Хвойные породы:
- диаметр бревен 32 см и более;
- длина бревен 2,5 м и более через 0,1 м.
Припуски по длине – 3-5 см.
Сорт сырья - 1 и 2 сорт.

Основные допустимые пороки древесины:
сучки, сросшиеся до 5 см;
трещины не более ⅓ диаметра вершинного торца.

4 Основные свойства древесины для строгания:
Лучший возраст для строгания –
дуб - 80-120 лет (диаметр - 36-42 см);
ясен - 70-90 лет (диаметр 32-40 см);
бук любых размеров и возраста, если он не поражен гнилью;
клен, береза - диаметр 26-40 см;
лиственница - 70 - 150 лет и более;
сосна – от 70 до 130-140 лет;
кедр - 80-120 лет.

Подготовка сырья к строганию
К подготовке сырья к строганию относятся следующие технологические операции:
- хранение сырья для строгания;
- поперечная распиловка бревен;
- продольная распиловка кряжей на заготовки (ванчесы);
- гидротермическая обработка заготовок;
- окорка, очистка заготовок перед строганием.

1. Хранение сырья
Сырье зимней заготовки хранят с применением:
затемнения торцов (зашивка плотными материалами);
влагозащитных торцовых замазок;
дождевания штабелей сырья;
затопления бревен в бассейнах (водное хранение);
замораживания или снегования.

2. Поперечная распиловка бревен
Поперечный раскрой применяется при длине бревен более 3 м.
Перед раскроем выполняется предварительная разметка сырья.
Минимальная длина кряжей для хвойных пород - 2,5 м, для лиственных пород - 1,5 м.
Выбор оборудования для поперечного раскроя зависит от места технологической операции в техпроцессе и вида торцуемого материала.

а) с вырезкой больших дефектов; б) при сбежестости бревен более 3 %; в) с закомелистостью более 0,4 диаметра; г) с кривизной более 6 %
Рисунок2 - Схемы поперечного раскроя бревен

3. Продольная распиловка кряжей на ванчесы
Основные требования к выпиливаемым ванчесам (заготовкам):
- заготовка должна иметь как минимум две взаимно параллельные прямолинейные плоскости: одна для базирования на шпонострогальном станке, другая на начальной поверхности строгания;

пример выпиловки ванчеса с двумя взаимно
параллельными поверхностями

- заболони при выпиловке не должно быть в заготовке;
- сечение заготовки формировать таким образом, чтобы при строгании получать максимально шпон требуемого вида (направления волокон);
- пороки, влияющие на сортность шпона (гниль, трещины, цветные окраски, сучки, червоточины и др.), по возможности исключать из заготовок при выпиловке.

ванчесы с радиальным и тангенциальным видом шпона

Способы и схемы раскроя
Выбор способов и схем раскроя кряжей на ванчесы определяется исходя из размеров сырья, параметров лесопильного и шпонострогального оборудования, а также основных требований к заготовкам.
Основными критериями оценки выбранной схемы раскроя кряжей является объемный и качественный выход шпона заданного вида.

Согласно ГОСТ 2977-82 при выборе схем и способов раскроя должны соблюдаться следующие условия:
толщина ванчеса должна быть в пределах
S = 120 – 300 мм;
ширина опорной плоскости и начальной плоскости строгания должна быть не менее 80 мм;
высота ванчеса должна быть в пределах 120 – 700 мм;
ванчесный четырехсторонний способ применим для кряжей диаметром до 80 см без значительных дефектов;

распиловка на четверти рациональна для кряжей диаметром 80 – 100 см;
способ троения целесообразен для кряжей диаметром 100 см и более;
ванчесный способ с выпиливанием сердцевинной доски целесообразен при распиловке бревен с внутренними пороками;
первый рез необходимо выполнять параллельно образующей бревна.

1. Кряжевый
Диаметр кряжа - 24-30 см
Хвойные, береза, груша, клен, липа,
орех , ольха, осина, тополь, ясень.

2. Тупокантно- брусовый
Диаметр кряжа - 24-40 см
Хвойные, береза, груша, клен, липа, орех , ольха, осина, тополь, ясень.

3.Четырехсторонний ванчесный
Диаметр кряжа - 32-80 см
Все породы

4.Четырехсторонний ванчесный с выпиловкой доски
Диаметр кряжа - 40-80 см
с внутренними пороками
Все породы

5. Раскрой на четверти
Диаметр кряжа – 80 - 100 см
Дуб, бук, ясень, бархатное дерево, вяз, граб, ильм, красное дерево, лиственница

6. Троение с делением центрального бруса
Диаметр кряжа - 60-100 см
Дуб, бук, ясень, бархатное дерево, вяз, граб, ильм, красное дерево, орех, тополь, сосна, кедр

7. Троение с выпиловкой сердцевинной доски
Диаметр кряжа - 80 см и более с внутренними пороками
Дуб, бук, ясень, бархатное дерево, вяз, граб, ильм, красное дерево

8. Секторно-радиальный
Диаметр кряжа - 70 см и более
Дуб, бук, ясень, бархатное дерево, вяз, граб, ильм, красное дерево

Оборудование для продольной распиловки кряжей
однопильные ленточнопильные станки с тележкой или кареткой (ЛПС) - марки ЛБ100 – 3, ЛБЛ150 - наиболее распространрены;
горизонтальные лесопильные рамы – для распиловки особенно ценных пород - РГ-130;
круглопильные станки – достоинство – большая производительность, недостаток – низкое качество - ЦДТ 6 .

4 Гидротермическая обработка сырья
ГТО выполняется с целью выравнивания влажности по сечению ванчесов и придания пластичности и упругости древесине перед строганием.
ГТО выполняется в два этапа:
а) нагрев и увлажнение ванчесов;
б) охлаждение ванчесов в течение 0,5-2,0 часа.
Прогрев древесины в процессе ГТО нужно вести до температуры оптимальной для данной породы.

Выбор режимов ГТО зависит от типа применяемого оборудования.
Для тепловой обработки применяют:
автоклавы (пропарочные цилиндры),
парильные камеры и ямы,
проварочные бассейны.

Автоклав

Устройства для тепловой обработки ванчесов.
Пропарочная камера

Проварочная яма

5 Выдержка (охлаждение) ванчесов
- производится на тележках или подстопных местах вне рабочей зоны шпонострогального станка, предохраняя от чрезмерного охлаждения и высыхания.
Оптимальная температура при строгании твердолиственных пород:
- на поверхности ванчесов 45-50 оС,
- в центральной части и ванчесов 55 – 65оС.

Определение температуры внутри ванчеса производится термометром, вставляемым в отверстие торца на глубину половины толщины ванчеса.
Отверстие высверливается электродрелью.
Продолжительность выдержки ванчесов перед строганием не должна превышать 1,5 – 2,0 часов в зависимости от их толщины.

6. Окорка ванчесов
осуществляется непосредственно перед строганием:
топорами или ручными стругами,
фрезами, работающими по принципу ручного электрорубанка, с направляющими подпружинными роликами.
Параллельно с окоркой ванчесы очищаются от мусора и металлических включений.

Строгание шпона
Строгание – это резания древесины инструментом при поступательном движении инструмента относительно заготовки или наоборот.
Строгание шпона производится на шпонострогальных станках.

В зависимости от направления движения суппорта станки подразделяются на:
- горизонтальные FMM-3100, FMM-4000; DKV-3000,
вертикальные SM/40
наклонные TN-35,
роторные с вращательным движением инструмента или балок с брусьями.

1- суппорт; 2- ванчес; 3- подъёмный стол; 4- винтовой подъёмник;
5- храповой механизм; 6- реечная передача; 7- строгальный нож
Рисунок 1 – Принципиальная схема горизонтального шпонострогального станка

1- ванчес; 2- ножевой суппорт; 3- ползун
Рисунок 2 - Принципиальная схема вертикального
шпонострогального станка

Основные параметры строгания
1-нож; 2- лезвие ножа; 3- срезаемый слой древесины; 4- заготовка
Рисунок 3 – Схема строгания:

- передний угол; δ - угол резания; β - угол заострения ножа; α- задний угол;
υ - вектор скорости резания
Рисунок 3 – Основные параметры

Сумма главных углов резания
- угол заострения (заточки) ножа β=16-170.
задний угол α = 1-20.
Величина обжима шпона зависит от толщины шпона и породы древесины:
для дуба – 5-8 %,
для березы - 15 – 20 %.

В процессе строгания срезаемый шпон изгибается относительно плоскости заготовки, а при внедрении ножа впереди лезвия возникает опережающая трещина, которая направляется по годичным слоям и, следовательно, получаемый шпон будет иметь трещины на внутренней растянутой поверхности шпона (со стороны ножа).
Во избежание этих дефектов в процессе строгания производится обжим шпона прижимной линейкой.

Рисунок 5 – Схема установки прижимной линейки

1-заготовка; 2-прижимная линейка;
3- шпон; 4- нож.
S0- толщина шпона в точке обжима;
Sш- номинальная толщина шпона;
с- расстояние между прижимной линейкой и лезвием ножа по горизонтали;
σ- угол установки прижимной линейки относительно ножа =700;
к- возможная опережающая трещина;
δ′- угол обжима шпона; в - расстояние между кромками ножа и линейки по вертикали

Строгальный нож
имеет форму пластины с заточенной на клин с одной стороны режущей гранью и прорезями для крепления на суппорте.
Толщина ножа от 3 до 22 мм.
Различают ножи:
стандартные (а);
с фаской по передней грани (б) шириной от 0,16 до 2,0 мм;
с фаской по задней грани ножа (в)с уголом заточки по задней грани от 10 до 150.
Фаска необходима для повышения стойкости режущей кромки.

Прижимная линейка
имеет форму пластины и отличается от ножа размерами и формой заточки рабочей грани.
Угол заточки βп линеек:
- тип I - 600,
тип II - 700.
Радиус закругления нажимной кромки
от 100 до 200 мкм.

а) - тип I; б) - тип II
Рисунок 6 – Типы и параметры прижимных линеек

Цикл работы шпоностроганного станка:
загрузка ванчесов на стол, установка и крепление;
строгание;
вынос срезков и листов полноформатного шпона;
раскладка листов в кноли (кноль – пачка шпона из одного бруса);
перекантовка ванчесов (переворот ванчесов на 1800 – укладка строганой поверхностью на стол - после сострагивания до их половины);
строгание;
удаление отструга.

а) первичная установка; б) установка после поворота на 1800;
Рисунок 8 – Схема установки ванчесов
на столе

Cушка строганого шпона
После строгания влажность шпона - от 90 до 140%.
Конечная влажность строганого шпона - 8±2 %.
Загрузка и выгрузка шпона при сушке осуществляется с сохранением кноля.
Не допускается одновременная сушка шпона различной толщины или различных пород.

Способы сушки: контактный, конвективный и комбинированный.
После сушки производится выдержка шпона в плотных стопах в помещении цеха в течение 5-6 ч с целью выравнивания влажности и снятия напряжений.

Прирезка шпона
Листы шпона, уложенные в кноли в порядке их выхода при строгании из каждого ванчеса отдельно прирезаются с четырех сторон на гильотинных ножницах моделей:
СН – 3500, НГ 18, НГ 28, RS – 38, TiA (Италия); AFRM, AS13, BS (Германия).

Укладка шпона в пачки
производится с подбором по породам, текстуре, кнолю и сортам.
Количество листов в пачке – не менее 10.
Каждая пачка маркируется (мелом или карандашом) по верхнему листу с указанием: размера, вида текстуры, сорта, количества листов шпона.
Каждая пачка перевязывается шпагатом в зависимости от длины в одном или двух местах.

Упаковка шпона в пакеты
Пачки укладываются в пакеты массой
0,5 т и более.
Каждый пакет обертывают в два слоя полиэтиленовой пленки с закреплением концов клейкой лентой.
Сверху и снизу пакета укладываются щиты из досок, фанеры или ДВП толщиной 13-19 мм.

Щиты должны иметь поперечные планки толщиной 25-35 мм и шириной 50-70 мм.
Ширина и длина листов должны соответствовать ширине и длине пакетов.
Пакеты обвязывают стальной лентой в направлении перпендикулярном листам шпона по планкам щитов.
Количество обвязок:
при длине до 2,5 м – 3;
при длине более 2,5 м – 4.

Использование отходов производства строганого шпона
Кусковые листы шпона измельчаются и могут использоваться в гидролизном или плитном производстве, на топливо.
Отструги используют для получения дополнительно строганого шпона:
в зависимости от технологических особенностей оборудования толщина отструга составляет от 20 до 50 мм, а их объём - до 10% от объёма сырья.
до 70% отстругов пригодны для получения строганого шпона.

Способы формирования блоков для изготовления шпона
Первый способ.
Отструги выдерживают при влажности воздуха до 65% при температуре 18 – 230С в течение 10 – 15 минут.
На склеиваемые поверхности наносится водостойкий клей, заготовка выдерживается в течение 30 минут и складывается в блок.
Выдерживается под давлением 0,5 – 0,6 МПа в течение суток.
Прочность склеивания на скалывание 0,2 – 0,3 МПа.

Второй способ.
Отструги укладывают в блоки
(по 6 – 8 шт.), просверливают отверстия диаметром 18 – 20 мм и скрепляют деревянными нагелями.