歐式鋁包木門窗木材銑型分析

劉娟飛 張司 袁向東

通常歐式鋁包木窗的木結構銑型，尤其是壓線在加工過程中，常出現因弦切紋理造成廢料的現象較多，另外在四面刨銑型、噴漆打磨中經常耗時耗力，使得歐式窗的木材在加工中出材率低、加工效率較低。經過連續多年的歐式門窗加工經驗統計，這其中，每年木質壓線因弦切紋理被廢棄的壓線約占全年壓線總量的15-20%，故工廠如果提高壓線乃至框扇梃的利用率就能節省一筆可觀的費用。

如何最大化地提高木材的出材率、如何設定設備參數提高木材深度加工的功效，這對于一個木制門窗加工企業來說至關重要。

以下我們就是通過一系列的實驗對比，以及科學的木材拼接方法來解決壓線出材率及加工時效的問題。

1.木材的紋理

木質門窗外飾面，通常要求為徑切紋理，這就對毛坯料的紋理要求較嚴格，一旦出現弦切花紋則不能使用。

我們都知道，每棵樹木都有年輪和木髓線，不同的切割方式，使年輪和木髓線呈現出不同的紋理花紋。

圖1 木材年輪線

圖2 木材木髓線

1.1 弦切

弦切是順著樹干主軸或木材紋理方向，垂直于樹干斷面的半徑鋸切。對于木材廠來說因為它是最簡單、最具成本效益的方式。我們常說的“大花紋”“木紋感很強”“山水紋理”等等就是弦切紋。

1.2 徑切

切割方式與木材年輪截面垂直，切割面紋理通直,木材相對來說不易變形。相對弦切和刻切，徑切造成的浪費最多。成本也就最高。這種加工方式出來的木材紋理更加筆直。常見的鋁包木窗、實木窗基本都是徑切紋理。

1.3 刻切

切割方式與木材年輪截面垂直,切割面紋理通直，木材相對來說不易變形。這種加工方式出來的木材紋理通直，而且會帶有獨特的木髓斑紋。但因加工成本較高，且浪費較多，一般在木窗加工業中并不采用。

圖3 弦切方式及紋理效果

圖4 徑切方式及紋理效果

圖5 刻切方式及紋理效果

2.四面刨銑型

一般六刀軸的四面刨的刀具分布如下圖，箭頭方向為進料方向。刀軸轉速為定值，進料速度一般在5-30m/min。

圖6 四面刨的刀軸分布

2.1 進料速度對銑型質量的影響

選用同一批的紅松壓線坯料，在同一臺四面刨上選用不同的進料速度銑型，出現的表面粗糙度不同。實驗證明，表面粗糙度Ra的大小與進料速度、刀軸轉速、刀齒數相關。

圖7 weinig的計算軟件

紅松選用12m/min、5m/min的進料速度刨型后的可視面表面對比圖8，可明顯用肉眼看出差距，用木材表面粗糙度測量儀檢測Ra值，分別為7.45um、12.37um。weinig的P500型四面刨在加工紅松木壓線時，最佳的進料速度為16m/min。

圖 8 Ra：7.45um Ra：12.37um

2.2 木材刀具對銑型質量的影響

選用相同的規格的紅松、白橡，在最佳進料速度下銑型，紅松對刀具磨損較小。白橡則易使刀具出現細小的崩刃。一旦交叉使用，已經加工過白橡等硬木的刀具再次加工紅松等軟木時，表面粗糙度會加大。故建議：工廠在加工木材時，盡量將刀具分為軟木型刀、硬木型刀，不宜混用。

2.3 可視面的加工次數對銑型質量的影響

我們通過實驗來驗證此影響因素。實驗準備：

配置1：銑型設備U318、上刀刀具（平刨+型刀）轉速6000r/min、進料速度12m/min；

配置2：銑型設備U318、上刀刀具（型面預銑+型刀）轉速6000r/min、進料速度12m/min；

分別采用紅松、白橡兩種材質銑型，結果對比明顯。

采用型刀預銑+型刀的上刀組合，可明顯改善銑型質量，可減少打磨量甚至免打磨。（適用于上刀出壓線可視面的情況）。

圖9 紅松、白橡配置1銑型效果

圖10 紅松、白橡配置2銑型效果

2.4 木材的材質對銑型質量的影響

木材的密度差異及早晚材的差異也是影響木材銑型效果的因素。所謂密度差異是不同樹種木材密度的差異原因，主要取決于木材中所含胞壁實質物質的多少。

木材密度大→空隙度小→硬度高

木材密度小→空隙度大→硬度低

圖11 密度大、硬度高的細胞示意圖

圖12 密度小、硬度低的細胞示意圖

生長輪中，在生長季節早期形成的，材質疏松輕軟，細胞腔較大，胞壁薄，材色較淺即為早材。晚材則是生長輪中，在生長季節晚期形成的，材質較硬實，細胞腔小，胞壁厚，材色較深。

圖13 紅松橫切面早晚材分布

紅松的氣干密度為0.35g/cm3，密度較小，屬輕木，質地較軟。細胞壁的空隙度大，易吸收水分，引起濕漲。因木材本身的生長特點，早材與晚材的質地不同，早材處更易濕漲，形成漲筋。這就是松木易出現漲筋的原因。

白橡密度大硬度高，表層的細胞壁被破壞，切斷，且胞壁實質物質較多，密度大，濕漲較少。

而紅松密度小硬度低，表層的細胞壁晚材部分被破壞，早材部分被壓扁，沾水后，壓扁的細胞濕漲，出現漲筋。

圖15 紅松切削細胞示意

當紅松的徑切紋理，早材與晚材的距離≤1mm，切削表面粗糙度較低時，可消除漲筋。

圖16 噴水后無漲筋的紅松紋理

圖17 放大80倍的紋理表面

3.水性漆涂覆及打磨

木窗噴漆流程一般為白茬打磨→1次底漆→打磨→2次底漆→打磨→1次面漆→打磨→2次面漆。底漆前，砂光機打磨居多；底漆后，人工打磨居多。

3.1 打磨砂紙目數

底漆前打磨又叫白茬打磨，分為兩個階段。銑型后擦水→1次打磨→二次擦水→2次打磨。白茬打磨的2次進階砂紙的目數，各個廠家的技術員按照經驗或木材表面質量選擇，常沒有一致性。但我們經過實驗證明：紅松材質，白茬打磨的砂紙進階目數在30%為宜。即一次打磨為150#，二次打磨為180-200#時，打磨質量為佳。紅松等軟木需要白茬擦水2次，打磨2次，使其漲筋盡可能全部出現。白橡材質，白茬打磨的砂紙進階目數在60%為宜。即一次打磨為150#，二次打磨為240#時，打磨質量為佳。

3.2 打磨表面粗糙度對噴漆的影響

將紅松的噴漆結果：按正常工藝（除白茬打磨外，還有1底、2底、1面打磨）噴漆表面與無打磨工藝（只有白茬打磨）的噴漆表面相差不大。但存在局限性，因噴漆的木材徑切表面較好，產生漲筋的幾率較小。

圖18 紅松正常噴漆工藝與無打磨噴漆工藝對比

白橡的噴漆結果：按正常工藝（除白茬打磨外，還有1底、2底、1面打磨）噴漆表面與無打磨工藝（只有白茬打磨）的噴漆表面在放大80倍時有一定差距。

圖19 白橡正常噴漆工藝與無打磨噴漆工藝對比

4.結束語

國內較多木窗廠家都存在以上問題，要想提高集成材的利用率，就要從各個環節把控表面質量，從設備、刀具、砂紙目數、銑型等多個方向解決，這樣才能整體提高木材的利用率及加工效率，為工廠增加收益。