傳統模樣材料替代的研究

李鵬，邱麗蕓，裴琳，張浩，徐衛紅

模樣生產是鑄造生產的第一道工序，其制作質量直接影響到最終鑄件質量，而模樣制作原材料更是決定模樣質量的重要因素。

目前，由于紅松資源短缺以及材料價格上漲，其原材料的性能逐漸變差，而且發生了因為采購不到原料導致數次停產的現象發生，嚴重影響了正常生產進度，以至于影響到我公司鑄件的生產工期，且大幅增加了模樣制作成本。因此，尋找一種新型材料，替代目前模樣所用的傳統紅松實木是亟待解決的問題。

1. 存在的問題

由于傳統紅松實木板材表面存在較多節疤與毛刺，且表面不平整，每次使用前必須首先將每張紅松板材雙面進行平刨后再進行雙面壓刨，最終才能達到板材雙面平整光潔的使用要求，這樣加工后，紅松板材厚度方向至少要加工掉10mm。存在的主要問題可以概括如下：

（1）紅松實木板材資源緊張，已經較嚴重影響到我公司的正常生產。

（2）隨著紅松實木資源逐漸短缺，其原材料的性能逐漸變差。

（3）紅松實木板材結疤較多，影響模樣表面質量及整體力學性能。

（4）紅松實木板材表面不平整，需要兩序壓刨進行平整光滑，這樣會增大工作量，浪費較多工時進行原材料的修整。

（5）紅松實木板材利用率低，加工后浪費嚴重，每張板材在厚度方向浪費達到1/4～1/3。

（6）紅松實木板材要使用大量原子灰修補，由于紅松實木板材表面較多節疤加工后發生脫落，則表面出現凹凸不平的現象，這時需要大量的原子灰進行修補，增加模樣加工成本與工時，而且原子灰會散發刺鼻的苯乙烯，造成環境污染。

2. 解決措施

如圖1所示，指接集成材主要是以小徑材為生產原料，經過板方料制備、干燥、指接、膠接、后期處理等一系列工序而制成的具有一定寬度、厚度、長度的板材，其是建筑、家具、裝飾裝修等行業廣泛使用的一種新型基材，可以將材質優良的部分拼接在一起，從而實現板材性能的最優化。其主要特點如下：

（1）力學性能良好，指接集成材性能穩定，強度為天然實木的1～1.5倍，強重比大。

（2）集成材由實體木材的短小料制造成要求的規格尺寸和形狀，做到小材大用。

（3）集成材的原料經過充分干燥，即使大截面、長尺寸材，其各部分的含水率仍均一，因此開裂少，變形小。

圖1 指接集成材

（4）集成材用料在膠合前剔除節疤、腐朽等木材缺陷，這樣可制造出缺陷少的材料。配板時，即使仍有木材缺陷也可將木材缺陷分散。

圖2為試驗采用指接集成材制作的外壓圈模樣內腔，其整體拼接性及粘接性良好，尺寸準確，表面平整光滑，加工性良好，并且單板無任何節疤。

圖3為采用指接集成材制作的外壓圈模樣，由于雙面無結疤，表面非常光滑平整。并且由于其是以小徑材為原料指接而成，整體材性及加工性能十分接近實木性能，非常適合我公司模樣車間的生產現狀。

3. 結果與討論

與傳統紅松實木對比，傳統紅松實木單板表面粗糙，毛刺很多，平整度較差，并且結疤較多。制作模樣時首先需要經過兩次平刨工序，然后再進行大面積表面打磨才能滿足使用要求，且表面節疤需要使用大量原子灰進行填補。

指接集成材制作模樣所達成的效果如下：

（1）材料利用率大幅提高 由于指接集成材具有尺寸準確，表面平整無節疤，以及光滑度高等特點，無需進行壓刨處理，可以直接使用，所以材料利用率可大幅度提高，其在厚度方向的利用率可達100%。而傳統紅松實木板材在使用時，厚度方向浪費達到1/4～1/3。例如三峽葉片模樣總共使用24m3紅松實木，經統計單純刨削工序就浪費木料6～8m3。由此可以看出紅松實木利用率是比較低的。

（2）減少加工工序與能耗 由于指接集成材表面粗糙度值低，無需進一步處理，所以使用指接集成材可以減少壓刨工序，降低模樣制作能耗，大幅度減少模樣制作時間，提高生產效率，降低模型整體制作的綜合成本。

（3）增加模樣使用壽命 指接集成材在力學性能及材料質量均勻化方面均優于實體木材，并且可按層板的強弱配置，提高其強度性能，同種材料下其強度性能為實體木材的1.5倍，從而可大幅度增加模樣的使用壽命。

（4）提高模樣整體尺寸穩定性 指接集成材的原料經過充分干燥，即使大截面、長尺寸材，其各部分的含水率仍均一，與實體木材相比，開裂、變形小，模樣整體尺寸穩定性可大幅度提升。

（5）模樣表面質量大幅度提高 由于指接集成材可以做到雙面無節，所以模樣表面可以做到零缺陷，這樣可大幅度提高模樣表面質量，同時大幅度減少原子灰的使用量，較少苯乙烯釋放，減少環境污染。

（6）提高模樣制作安全性 紅松實木板材存在大量結疤，在鋸割與平刨過程中板材很容易跳動，節疤容易飛出，極易造成人身傷害。而指接集成材雙面無節，不存在安全隱患。

4. 經濟效益分析

（1）經濟效益 目前，紅松實木價格約為4250元/m3，按上述寬度與厚度方向浪費率來算，實際折算紅松實木價格為6517元/m3，加之加工需要兩序壓刨工序，工時費，設備使用費，所以綜合成本計算約為7650元/m3。指接集成材價格約為5610元/m3，其不用壓刨，幾乎沒有材料浪費率，所以實際使用成本要低于紅松實木。

據統計，我公司2010～2012年熱加工木型車間每年木料使用量約為500m3，按照上述價格分析，使用紅松實木全年成本約為382.5萬元，使用指接集成材全年成本約為280.5萬元，全年可節約成本102萬元。

（2）社會效益 木材資源是全人類的寶貴資源，其資源是否豐富直接影響到人類生存環境的優劣，按照每年制作模樣所用木材的數量，對原木資源需求是相當大的，所以使用小徑材為生產原料的指接集成材是節約木材使用的有效措施。

5. 結語

（1）經過大量試驗，最終確定指接集成材是目前滿足生產實際要求的理想替代傳統紅松實木原料。

（2）使用指接集成材成功解決了傳統紅松實木所存在的問題，并且在生產中達到了較理想的效果。

（3）使用指接集成材可大幅降低模樣制作成本

（4）指接集成材適用于單件小批量鑄件生產用模樣。