Часть 1. Проблемы раскроя плит и выбор оборудования
для раскроя плит
Древесно-стружечные (ДСП) и древесно-волокнистые плиты (ДВП) давно уже стали основным материалом для изготовления мебели. И получение из этих плит деталей нужного размера невозможно без использования специализированных станков для раскроя. Понятно, что такое оборудование уже давно применяется на каждом мебельном предприятии.
К сожалению, многие вновь организованные предприятия, стесненные, как и все, в инвестиционных ресурсах, стараются приобрести чуть ли не первый попавшийся станок, лишь бы подешевле. В дальнейшем, когда производительность механизма становится недостаточной, по привычке приобретается второй такой же станок, хотя проблему нужно было сразу решать по-другому. Но, чтобы понять это, следует знать, какие существуют типы станков для раскроя, в чем их отличия.
Но ни в одном учебнике - ни для бывших ПТУ, ни для вузов - таких сведений нет. Все учебные пособия устарели, а новые написать сегодня просто некому. И мебельщику уже давно негде получить хоть как-то упорядоченные знания не только об этих станках, но и о большинстве других, используемых при современных технологиях. Но, планируя приобретение оборудования для раскроя, следует начинать не с выбора типа и конструкции конкретных станков, а с определения их назначения и требуемой производительности. Ошибки стоят слишком дорого. В буквальном смысле.
Прежде всего следует определиться с тем, мебель каких видов предполагается производить, из номенклатуры каких деталей она будет составлена, каковы будут их размеры. Понятно, что определить размеры щитовых заготовок на длительный период невозможно. Поэтому для начала выбирается какое-то наиболее характерное изделие, которое будет выпускаться часто и в наибольших объемах, - так называемое расчетное.
а - простая;
б - смешанная;
в - сложная смешанная;
г - с отрезанием головной части плиты.
Затем, исходя из требуемой производительности и количества заготовок, делается попытка составить для этого расчетного изделия так называемые карты раскроя - схемы расположения заготовок на раскраиваемых плитах, обеспечивающие образование наименьшего количества отходов. Необходимо также задаться и размерами исходных плит. Так, в СССР их существовало всего два: 1830х3660 и 1750х3500мм. Сегодня их значительно больше: 1750х3500мм, 2440х1830мм, 2440х1220мм, 2440х2070мм и т.д.
Карты раскроя полноформатных плит составляются по четырем основным схемам (рис. 1): простой - когда деталь раскраивается сквозными параллельными пропилами в одном направлении (вдоль или поперек); смешанной - продольно-поперечный раскрой, когда выполняются только сквозные пропилы, проходящие вдоль и поперек плиты; сложной смешанной - когда сквозные пропилы выполняются только в одном направлении (раскрой на полосы), а поперечные к ним делаются отдельно, на уже выпиленных заготовках (полосах). Еще более сложной считается схема с отрезанием головной части плиты, при которой плита сначала разрезается поперек на две заготовки, каждая из которых затем раскраивается по отдельной схеме. Существует также и пятая схема, которая может быть вообще без сквозных резов и составлена из заготовок разного размера, в том числе и непрямоугольной формы. Способ раскроя по этой схеме получил название «нестинг» (от англ. nesting).
Составление карт раскроя осуществляется с использованием компьютерных программ - отдельных или входящих в программные пакеты типа «Базис-конструктор мебельщик», «К3‑мебель», bCAD и т.п. При этом, уже создав начальные карты на расчетное изделие, многие с удивлением обнаруживают, что для его производства в заданном объеме, определяющем количество заготовок, выкраиваемых из плит, необходимо довольно много различных карт, что при малой серии позволит производить раскрой по нескольку плит в пакете. Эта ситуация еще более обостряется, когда изделия производятся из плит разных цветов или по заказу, с отличающимися размерами. При составлении карт раскроя облицованных плит обязательно учитывается направление текстуры в каждой детали, что обуславливает меньший полезный выход в сравнении с необлицованными плитами. Чем больше размер исходных полноформатных плит, тем больше возможных вариантов раскладки деталей при составлении карт раскроя и тем больше полезный выход.
Другая проблема - оценка производительности, необходимая для выбора будущего станка. В каких единицах рассчитывать производительность? Ведь при увеличении толщины плиты изменяется ее кубатура, а затраты времени на пропилы при той же карте раскроя остаются прежними. Поэтому оценка производительности в кубических метрах раскроенных плит интересна только снабженцам, а для технолога она практически не имеет значения.
Расчет производительности станков для раскроя в квадратных метрах тоже не может дать однозначных результатов. Здесь опять все зависит от толщины плиты. Например, если раскраивать плиты толщиной 25мм в пакете по три, толщиной 19мм - по четыре и толщиной 16мм - по пять, то разница в производительности, измеренной в квадратных метрах, при одинаковых картах раскроя будет больше чем в полтора раза!
В результате, когда нет всех конкретных и однозначных параметров, заранее оценить нужную предприятию производительность и ту, которую фактически обеспечит тот или иной станок, даже весьма приблизительно, оказывается просто невозможно. Слишком много неизвестных!
Конечно, определенную помощь здесь могут оказать компьютерные программы, в особенности входящие в программное обеспечение некоторых станков для раскроя плит с программным управлением, но что делать, например, если предполагается использование обычного круглопильного станка с кареткой, имеющего ручную подачу и требующего значительно большего вспомогательного времени для обработки материала?
К сожалению, и фотографий рабочего времени, которые могли бы помочь при определении фактической производительности при раскрое плит, не делал у нас никто. Вот поэтому-то так часты ошибки наших производственников, приобретающих оборудование, оказывающееся на поверку значительно менее мощным, чем было объявлено продавцом.
Производительность является основным параметром при выборе оборудования для раскроя древесных плит на заготовки и детали (ДСП, MDF, фанера клееная и т.д.).
Условно все оборудование может быть подразделено на ручной механизированный инструмент, станки для раскроя плит вертикальные, станки круглопильные с кареткой, станки для раскроя плит с прижимной балкой, станки с прижимной балкой и программным управлением (с программируемым толкателем пакета), станки для раскроя плит многопильные, полуавтоматические и автоматические линии для раскроя плит на базе станков с прижимной балкой.
Простейшим устройством для раскроя плит являются универсальные электропилы, наиболее часто используемые в деревообрабатывающих мастерских для продольного и поперечного раскроя досок, брусков и различных плитных материалов. В номенклатуре таких электропил едва ли не единственным, специально предназначенным для раскроя плит является устройство, разработанное немецкой фирмой Mafell (рис. 2). Его отличием от всех остальных является использование длинной (до 4м) линейки из алюминиевого профиля, по всей длине которой протянута пластмассовая зубчатая рейка, в зацепление с которой входит расположенная на корпусе устройства вращающаяся шестерня с приводом от электродвигателя пилы через редуктор. Линейка снабжена переставным упором, ограничивающим ход пилы, останавливающим ее вращение и движение по линейке при касании клавиши выключателя.
При работе устройства линейка с помощью струбцин закрепляется в нужном положении на верхней пласти раскраиваемой плиты, на нее устанавливается пила и производится включение. Вращающаяся шестерня, связанная с зубчатой рейкой, заставляет пилу перемещаться вдоль линейки, совершая рез. По достижении упора пила останавливается. Затем линейка переставляется в новое положение и цикл повторяется.
Это устройство позволяет распиливать плиты, уложенные на вспомогательный стол большого размера или раскраивать верхнюю плиту, лежащую в стопе. Его особое преимущество в том, что равномерная скорость подачи исключает остановки пилы, характерные для ручного перемещения электропил по линейке, как правило, приводящие к образованию прижогов на кромках раскраиваемого материала. Кроме того, при использовании электропилы фирмы Mafell для выполнения длинных резов в середине широкой плиты рабочему не приходится в неудобной позе дотягиваться до места реза, от чего обычно страдает качество пропила.
Однако производительность такой пилы недостаточна для использования на промышленных предприятиях. Она, как правило, не превышает десятка раскроенных полноформатных плит в смену. Поэтому на небольших производствах ограниченной площади получили распространение станки для раскроя плит, находящихся в вертикальном положении.
Рис. 3. Установка для раскроя плит простейшей конструкции (Safety
Speed Cut)
Одна из простейших моделей таких станков (рис. 3) включает установленную вертикально, с небольшим наклоном назад, раму-станину с расположенным в нижней части набором опорных (базирующих) роликов, вертикальные направляющие с поворотным пильным суппортом и две горизонтальные линейки с откидными упорами. Раскраиваемые плиты ставятся кромкой на опорные ролики, вкатываются по ним параллельно раме и прижимаются вплотную к ней. Суппорт поворачивается таким образом, чтобы его пила заняла горизонтальное положение и располагалась на высоте, необходимой для отпиливания полосы нужной ширины. Раскраиваемая плита вручную надвигается на пилу, отрезающую полосы. При поперечном раскрое суппорт разворачивается так, чтобы пила заняла вертикальное положение. Плита продвигается по опорным роликам вдоль рамы до одного из откинутых упоров, которые заранее устанавливаются на определенном расстоянии от места предполагаемого пропила. Суппорт с пилой вручную перемещается вниз и производит рез. Для раскроя узких деталей или полос используется вторая опорная линейка, расположенная выше, в середине рамы, и также снабженная откидными упорами. Пила закрыта кожухом с присоединяемым к нему мешком для сбора части образующихся в процессе пиления отходов.
Станки такой конструкции из-за необходимости ручного продвижения плиты при раскрое не обеспечивают высокой точности обработки, однако недороги и позволяют производить раскрой на полосы плит и заготовок практически неограниченной длины, например листов пластмассы большого формата или досок для строительства. Они могут использоваться и на малых производствах при изготовлении мебели - для чернового раскроя плит или раскроя ДВП на детали задних поликов, то есть там, где не требуется высокая точность размеров полученных элементов.
Более сложную конструкцию имеют станки с пильным суппортом, перемещаемым в горизонтальном и вертикальном направлении. Принцип их работы во многом подобен кульману с блоком линеек, передвигающихся по горизонтальным и вертикальным направляющим. Но о них - .
§ 10. Раскрой плитных и листовых материалов из дерева
Схемы раскроя. Древесностружечные, древесноволокнистые, столярные плиты, фанеру и бумажно-слоистые пластики раскраивают сквозными резами, т. е. так, чтобы каждый рез разделял материал на части. Наиболее распространены три схемы раскроя: продольный, поперечный и смешанный (рис. 15).
Продольный (рис. 15, а) как самостоятельный вид раскроя применяется довольно редко. В большинстве случаев продольный раскрой применяют для подлежащих склеиванию заготовок с последующей их обработкой или для изготовления различного рода заглушин, совпадающих по длине с раскраиваемыми плитами, к которым не предъявляется строгих требований в отношении размеров и точности углов между смежными кромками. Данный вид раскроя, как правило, предшествует последующему поперечному раскрою получаемых полос.
Поперечный раскрой (рис. 15, б), как и продольный, встречается очень редко и применяется в тех же случаях. Чаще всего он является продолжением раскроя продольных полос на форматные заготовки.
Смешанный (рис. 15, в) сочетает в себе раскрой по двум предыдущим схемам и выполняется на одном и том же станке без снятия отрезанных полос и переналадки. Раскрой производят па многопильных станках с пилами продольного и поперечного резания или на специальных однопильных станках с продольным и поперечным ходом пилы.
Раскрой ведут сквозными пропилами, но получение разноформатных заготовок в процессе раскроя производят смещением отрезанных полос относительно друг друга или включением пил, находящихся на разных расстояниях одна от другой. Наиболее рационален раскрой, позволяющий получить наибольший процент полезного выхода.
Карты раскроя. Карты раскроя - это графически представленное расположение заготовок на стандартном формате раскраиваемого материала. В масштабе на формате раскраивае-мого материала располагают все выкраиваемые из него заготовки.
Карты раскроя составляются с учетом следующих факторов: максимального выхода; комплектности деталей разных размеров и назначения при раскрое партии плит в соответствии с объемом производства; минимального количества типоразмеров деталей при раскрое одной плиты или листа; минимального повторения одних и тех же деталей в разных картах раскроя.
Разработка оптимальных карт (планов) раскроя плитных и листовых материалов предусмотрена двумя способами - без применения ЭВМ и с помощью ЭВМ.
Установлено, что при составлении оптимальных карт раскроя и их реализации значительное влияние оказывают технологические и конструктивные факторы.
К технологическим факторам относятся в основном: размеры исходного материала и деталей мебели; величина припусков на дальнейшую обработку; величина припуска на опиливание для создания базовых кромок; количество типоразмеров заготовок, выпиливаемых из одной плиты (листа) материала.
В мебельной промышленности раскраивают ДВП, ДСтП не-облицованные и облицованные (ламинированные), ДВП с лакокрасочным покрытием, фанеру. Размеры указанных материалов и их предельные отклонения предусмотрены соответствующими ГОСТами, однако для оптимального плана раскроя необходимо выбирать размеры исходного материала, предпочтительные для данных деталей.
Эффективное использование материалов определяется кратностью размеров заготовок, которая устанавливается в соответствии с конструкторской документацией на изделие. При раскрое ДВП с печатным рисунком и фанеры необходимо соблюдение заданного направления рисунка или волокон в заготовках. Для деталей из ДСтП припуски на дальнейшую обработку устанавливают по длине и ширине. Размеры припусков зависят от вида раскраиваемого материала. Для заготовок, которые в дальнейшем подлежат облицовыванию, устанавливаются припуски на опиливание и фрезерование (в зависимости от оборудования). Детали мебели, используемые без облн-цовывания, например изготовленные из ДВП или фанеры, выпиливаются без припусков на обработку.
Для получения заготовок (деталей) точных размеров, правильной геометрической формы (с учетом допускаемой ГОСТом косоугольности плит и листовых материалов) необходимо создание чистовых базовых кромок (величиной 12... 15 мм), которых в зависимости от типа станка может быть одна или две. Величина пропила составляет 4... 5 мм и зависит от толщины пил.
Учитывая конструктивные особенности разгрузочных устройств оборудования и необходимость обеспечения рациональной организации труда рабочих на разгрузке и сортировке заготовок, количество типоразмеров заготовок, выпиливаемых из одного листа исходного материала, принимается не более 3.
К конструктивным факторам относятся: максимальные размеры обрабатываемого материала; количество пильных агрегатов у станка; размеры максимальной ширины полосы, отрезаемой продольной пилой; размеры минимальной ширины полосы, обрезаемой продольной пилой; минимальное расстояние между поперечными пилами; минимальное расстояние между продольными пилами; максимальная высота пропила; производительность оборудования; время на переналадку; режим работы. Эти факторы определяют особенности оборудования для раскроя и определяются его технической характеристикой.
Методика составления карт раскроя вручную. Эта методика предусматривает определенную систему правил составления плана раскроя плит на заготовки или детали, требуемые на планируемый период. Для этого необходимо произвести следующие действия.
1. Составить спецификацию, содержащую наименование заготовок (деталей), их размеры, площадь, количество на планируемый период, размеры исходного материала и его площадь.
2. Спецификацию заготовок записать в порядке убывания площадей.
3. Вычертить на листе карту раскроя, лучше в масштабе 1: 20.
4. Выполнить раскладку деталей (заготовок) на поле карты, учитывающую возможности оборудования, следующим образом: найти расположение продольных резов путем наилучшей укладки заготовки с большей площадью, затем подобрать остальные заготовки из спецификации и заполнить оставшуюся площадь.
5. Сведения по каждой карте занести в таблицу (форма 1), цель заполнения которой - достигнуть комплектности по всем типам заготовок и определить общее количество листов на планируемый период.
Как видно, оптимизация процесса раскроя - сложная задача и решается с помощью ЭВМ. Это возможно при наличии математической модели задачи, описывающей условия раскроя.
При наличии большого числа типоразмеров заготовок решение задачи с помощью ЭВМ может дать значительный эффект. При решении задачи по оптимизации раскроя плит используется алгоритм двойственного симплекс-метода на множестве карт, разрабатываемых ЭВМ при неявно заданной матрице ограничений. Такие задачи на ЭВМ решаются в три этапа.
1. Ввод информации о потребных заготовках, получение полос при различных вариантах сочетания с учетом возможных поворотов заготовок и применяемого оборудования.
2. Решение задач линейного программирования с выявлением базисного варианта допустимых решений уравнений по комплектности, нахождение оптимального варианта.
3. Печать выходной информации в форме оптимальных черт раскроя.
Применение ЭВМ при разработке раскройных карт позволяет повысить выход заготовок на 3 % и сократить сроки разработки карт раскроя. Широкое использование отраслевой системы, унификация щитовых элементов упрощают решение задач по оптимизации раскроя и дают возможность довести полезный выход заготовок до 95... 96 %
При разработке карт раскроя полезный выход (по данным ВПК.ТИМ) должен быть не менее, %: ДСтП 92, плит столярных 85, твердых ДВП с лакокрасочным покрытием 88...90, фанеры 85.
Технология и оборудование раскроя. При небольших объемах производства раскрой производится на обычных круглопильных станках, оснащенных специальными столами для размещения раскраиваемых плит. Однако эти станки малопроизводительны, неудобны в эксплуатации и не обеспечивают требуемой точности раскроя.
В ряде случаев рационально пользоваться трехпильными форматно-обрезными станками ЦТЗФ-1. Станок предназначен для форматной обрезки и раскроя пачки плитных и листовых материалов толщиной до 50 мм. Использование станка ЦТЗФ-1 возможно при продольной или поперечной схеме раскроя плитных материалов и пластиков. Однако, как правило, в этих случаях необходима установка еще круглопильного станка с кареткой для раскроя материала в окончательный размер. При этом резко возрастают трудозатраты, падает производительность труда, снижается процент полезного выхода.
Наиболее производительно раскрой плитных материалов может быть выполнен на станке с программным управлением ЦТМФ. Станок состоит из двух участков - продольного и поперечного. На продольном участке производится отпиливание продольной полосы материала, на поперечном - раскрой продольной полосы на форматы. Загрузка станка автоматизирована. Разгрузка - ручная.
Продольный участок состоит из станины с роликовым столом, продольного
пильного суппорта и прижима. На столе смонтированы пневмоцилиндры для
поперечного и продольного базирования раскраиваемого пакета. Сверху по
обеим сторонам станины смонтированы направляющие, по которым
перемещается каретка. Спереди и сзади каретки расположены два ряда
толкателей и зажимов для захвата пакета и его подачи на позицию
продольного раскроя. Поперечный участок состоит из станины, на которой
смонтирована на консолях траверса с поперечными пильными суппортами. За
поперечным участком
установлены штанги для приема раскроенных заготовок.
Принципиальная схема раскроя плитных материалов на многопильном станке дана на рис. 16. Вначале продольная пила 1, расположенная под рабочим столом, отпиливает полосу пакета заданной ширины. После произведенного продольного реза ложение. Расположенный за пилой перемещаемый стол приподнимается и принимает на себя отрезанные полосы. Затем стол движется в поперечном направлении и плита группой пил
2 делится на заготовки заданной длины. Количество поперечных пил в зависимости от конструкции станка может быть разным. Однако в процессе раскроя не всегда участвуют одновре-менно все поперечные плиты. Это, как правило, диктуется необходимыми размерами заготовок.
Станок модели ЦТМФ с загрузчиком и укладчиком входит в состав линии раскроя листовых и плитных материалов МРП-1, схема которой дана на рис. 17. Процесс раскроя материала, загрузка и выгрузка его автоматизированы. Программное управление может быстро изменить схему раскроя, которая даег максимальный выход. Раскрой осуществляется одной продольной и десятью поперечными пилами. На этой линии можно вести раскрой по пяти программам. Станок ЦТМФ, входящий в линию, имеет высоту пропила 60 мм, и в зависимости от толщины раскраиваемого материала количество плит в закладке меняется.
Принцип работы линии заключается в следующем. Стопа плит высотой до 800 мм устанавливается автопогрузчиком на напольный конвейер 1, который перемещает ее на платформу подъемного стола 2. Каретка 3 многопильного станка ЦТМФ, перемещаясь над стопой, своими упорами сталкивает пакет из нескольких плит на позицию базирования, где он базируется и фиксируется зажимами каретки. В зажатом состоянии пакет перемещается кареткой в станок 7 на позицию продольного раскроя.
После остановки каретки включается продольный прижим, приводы вращения, подъема и подачи продольного пильного суппорта. По окончании распиливания полоса остается на поддерживающих кронштейнах. Продольный прижим поднимается, включая подъем направляющих, и стол снимает с поддерживающих кронштейнов отрезанную продольную полосу материала.
В начале движения стола поднимаются секционные упоры и базируется материал. Одновременно включаются и опускаются поперечные пильные суппорты, что запрограммировано на штекерной панели. После того как стол переместится в крайнее заднее положение, поперечные пилы поднимаются, стол опускается, оставляя раскроенные полосы на штангах, и возвращается в исходное положение.
Последующим ходом стола раскроенная полоса переталкивается па приемный роликовый конвейер 6 укладчика и передается на роликовый конвейер сталкивателя 5. Отсюда стрелой сталкивателя раскроенный материал сдвигается на подъемный стол 4 до упорной базирующей линейки. Доталкива-тели и стрела выравнивают пакет в продольном и поперечном направлениях. После этого подъемный стол опускается на шаг равный толщине уложенного пакета.
Раскроенные заготовки в зависимости от транспортабельности пакета складируются в стопы высотой до 1000 мм. Наличие двух подъемных столов позволяет укладывать раскроенные заготовки в две разные стопы, при этом в каждой стопе складируются заготовки одинаковых размеров по ширине и длине. Раскроенные заготовки автоматически подаются в соответствии с нх размерами на тот или другой подъемный стол с помощью программного устройства укладчика.
С подъемных столов уложенный материал поступает на внутрицеховые конвейеры, на которых стопы раскроенных заготовок разделяются на отдельные стопы. Разделение стоп происходит в результате более высокой скорости цеховых конвейеров по сравнению со скоростью подачи подъемных столов. Для того чтобы можно было подобрать необходимую разность скоростей, приводные ролики платформы подъемных столов имеют бесступенчатое регулирование частоты вращения.
Линия МРП-1 может работать как в автоматическом, так и в полуавтоматическом режиме. При работе линии в полуавтоматическом режиме раскроенный материал можно укладывать вручную. В этом случае каждую поступающую из станка полосу материала вручную снимают с остановленного приемного конвейера укладчика или с нее вручную удаляют крупные деловые отходы. После этого оператор включает приемный конвейер укладчика. Оставшаяся часть материала или последующие полосы раскроенного материала, не требующие вмешательства оператора, переходят на сталкиватель, где процесс передачи и укладки осуществляется автоматически. Снятые вручную заготовки укладываются на траверсную тележку или другое транспортное внутрицеховое устройство.
Отходы, получаемые при выравнивании продольных кромок, распиливаются одновременно с поперечным раскроем первой полосы. В виде относительно коротких обрезков они сталкиваются на склиз за пределы приемных штанг и поступают на конвейер уборки отходов, который размещается внизу под направляющими стола раскроечного станка. Отходы от боковых кромок проваливаются в проемы между штангами непосредственно на конвейер отходов. Крупные деловые отходы, как правило, используются для изготовления изделий ширпотреба, как вторичное сырье или как топливо.
Особое значение приобретает вопрос полного использования отходов плитных материалов, и в этой связи весьма эффективно склеивание кусковых отходов. Сращенные кусковые отходы вновь раскраиваются и калибруются. Применяются для сращивания отходов нетиповые вертикальные ваймы с гидравлическим или ручным зажимом. Склеивание холодное или с помощью токов высокой частоты (ТВЧ). Наиболее прогрессивная технология использования отходов предусматривает создание комплекса оборудования для раскроя плит с промежуточным сращиванием на автоматизированном оборудовании. Конструкция такой линии (рис. 18) предусматривает склеивание полноформатных плит по длинной стороне в непрерывную ленту, раскрой на полосы необходимой ширины, склеивание полос в непрерывную ленту и окончательный раскрой на детали заданного размера. Внедрение такой технологии позволит добиться почти 100%-ного выхода ДСтП, а также достичь полной автоматизации процесса раскроя.
Древесностружечные и твердые древесноволокнистые плиты вызывают быстрый износ режущего инструмента, поэтому для раскроя их желательно применять пилы с пластинками из твердых сплавов. Особое внимание следует уделять чистоте и точности раскроя и прямолинейности кромок щитов.
На поверхностях щитовых деталей не допускаются дефекты механической обработки: сколы, задиры, выщербины, если они не устраняются последующей обработкой.
Рис. 18. Схема линии раскроя ДСтП с промежуточным
сращиванием:
1 - автоматический загрузчик; 2 - станок для фрезерования кромок плит с
устройством для нанесення клея; 3 - пресс для продольного сращивания
плит (по длинной стороне); 4 - однопильный станок для продольного
раскроя на полосы; 5 - станок для фрезерования кромок с устройством для
нанесения клея; 6 - пресс для поперечного сращивания; 7 - слой
продольного сращивания; 8 - станок для поперечного раскроя на детали
заданного формата; 9 - автоматический укладчик
Режим раскроя плитных и листовых древесных материалов
Скорость резания, м/с......................................50 ... 60
Диаметр пил, мм..................... 360 . . . 400
Число зубьев дисковых пил, оснащенных пластинками из твердого сплава (тип I), шт......................................56 ... 72
Число зубьев круглых плоских пил, шт........................72 . . . 120
Подача на зуб для пил дисковых, оснащенных пластинками
Из твердого сплава, мм...................0,06 . . . 0,04
Подача на зуб для пил круглых плоских, мм.......0,04 . . . 0,02
Раскрой отделанных и облицованных древесных плит является новым прогрессивным направлением в механической обработке древесины и древесных материалов. Применение этого метода по сравнению с технологией раскроя неотделанных плит с последующим облицовыванием и отделкой в щитах дает большой экономический эффект. В настоящее время разработаны различные способы раскроя облицованных и отделанных древесных плит, конструкции инструментов и станков.
Применяемое оборудование не обеспечивает высокой производительности и высокого качества раскроя отделанных плит. На обработанных кромках щитов наблюдаются сколы, трещины и отслаивание отделочного покрытия. Только в отдельных случаях, при пониженных требованиях к качеству обработки, можно сразу после раскроя облицовывать кромки щитовых деталей.
Поэтому раскрой отделанных и облицованных большефор-матных плит еще мало отличается от аналогичной обработки необлицованных плит. Он часто производится на том же оборудовании, тем же инструментом, при тех же режимах. Но для улучшения качества раскроя смену пил производят в 3...10 раз чаще и пакет плит берут в 1,5...2 раза меньшей толщины. При этом обычно оставляют определенный припуск для последующей чистовой обработки на линиях для обработки кромок, где она выполняется в основном методом цилиндрического фрезерования и шлифования посредством комбинации рабочих головок.
Производительность многопильных станков для раскроя листовых и плитных материалов определяется по формуле (15).
Пример. Определить производительность в смену станка ЦТЗФ при раскрое ДСтП размером 3660x1830x16 мм на заготовки размером 1617Х Х388Х16 мм. Одновременно раскраиваются три плиты.
Решение. Определяем время Тст, необходимое для раскроя ДСтП на заготовки. При площади заготовки 0,627 м2 ориентировочное время на 100 заготовок 0,834 ч .
Раскрой древесных материалов
К атегория:
Технология деревообрабатывающего производства
Раскрой древесных материалов
Раскрой древесных материалов (пиломатериалов, фанеры, столярных, древесностружечных и древесноволокнистых плит) на заготовки- одна из первых стадий технологического процесса деревообрабатывающего производства.
Древесные материалы на крупных предприятиях раскраивают в раскройных цехах. На средних и небольших предприятиях раскройный участок (отделение) входит в состав укрупненного деревообрабатывающего цеха.
Понятие о заготовках. Заготовками называют отрезки древесных материалов определенных размеров и формы, из которых при дальнейшей механической обработке получают детали.
Заготовки, получаемые в раскройном цехе при раскрое материала пилами, будут называться черновыми заготовками. По размерам черновые заготовки могут быть одинарными и кратными. Одинарная заготовка имеет размеры, позволяющие получить из нее только одну деталь. Из’кратной заготовки можно получить несколько деталей по толщине, ширине или длине.
Размеры черновой заготовки, даже одинарной, всегда больше размеров детали. Разность между размерами заготовки и размерами получаемой из нее детали называется припуском заготовки на обработку. Необходимость припуска объясняется тем, что при изготовлении детали из заготовки при механической обработке часть материала будет удалена.
Заготовки из пиломатериалов должны иметь припуски по толщине, ширине и длине, потому что при выработке деталей они обрабатываются со всех сторон.
Для заготовок, вырабатываемых из плит и фанеры, припуски на обработку даются только по длине и ширине, так как плиты и фанера имеют стандартную толщину. Возможны случаи, когда припуски по длине и ширине заготовок не предусматриваются, например в заготовках для филенок, вставляемых в пазы.
Если раскраивается сырой материал, то в размеры заготовок должны быть включены не только припуски на обработку, но и припуски на усушку. В размерах кратных заготовок должны быть еще учтены дополнительные припуски на раскрой (деление) кратных заготовок на одинарные.
Правильный выбор величины припуска имеет огромное экономическое значение. Если припуски взяты больше нормы, то кроме перерасхода древесины, увеличится время обработки заготовок, расход электроэнергии, величина погрешностей обработки, ухудшится качество деталей. Явно заниженные припуски также нежелательны, так как увеличивается вероятность получения брака (непрострожка, заниженная длина), усложняются работы по наладке и настройке станков и инструментов.
Общий припуск на обработку складывается из операционных припусков. Операционных припусков будет столько, сколько операций проходит заготовка в процессе превращения ее в деталь. Припуски на механическую обработку пиломатериалов и заготовок регламентированы ГОСТ 7307-75.
Полезный выход заготовок. Раскрой древесных материалов - важная стадия технологического процесса в деревообрабатывающем производстве. От раскроя зависит, какие заготовки и в каком количестве пойдут в дальнейшую обработку. Из одной и той же доски или плиты можно получить разное количество заготовок различных размеров и качества. Раскрой необходимо производить только на заготовки нужных размеров, при этом следует стремиться получить их какtможно больше и более высокого качества. Получение наибольшего полезного выхода заготовок - главная задача раскроя. Под полезным выходом заготовок понимают отношение объема полученных заготовок к объему раскроенного материала, выраженное в процентах.
В себестоимости заготовок стоимость самой древесины составляет около 80%. Увеличение полезного выхода заготовок только на 1% равноценно увеличению производительности участка раскроя в 1,5 раза. Однако получение высокого выхода заготовок нужного качества - далеко не простая-задача, особенно при раскрое пиломатериалов или фанеры низких сортов. В них содержится много пороков, которые не допускаются в заготовках и поэтому должны быть вырезаны при раскрое. В этом случае особенно трудно получать длинные заготовки.
Существует несколько способов и схем раскроя древесных материалов на заготовки, которые дают различные результаты по выходу.
Способы и схемы раскроя. Раскрой материалов может быть групповым и индивидуальным. При групповом раскрое все доски или плиты раскраивают по одной и той же схеме без учета качества материала. Групповой раскрой можно производить на многопильных станках или одновременно по нескольку штук (пачками) на однопильных станках. Он применим тогда, когда качество раскраиваемого материала совпадает с качеством вырабатываемых заготовок и отпадает необходимость вырезать пороки древесины или когда размеры вырабатываемых заготовок небольшие. Групповым способом раскраивают пиломатериалы и листы фанеры высших сортов, а также все древесные плиты, имеющие примерно одинаковое качество по всей поверхности.
При индивидуальном раскрое для каждой доски или листа фанеры выбирают наиболее выгодную схему в зависимости от качества древесины и расположения пороков. Такой способ раскроя затрудняет механизацию и автоматизацию, повышает трудовые затраты, но при невысоком качестве раскраиваемого материала и жестких требованиях к качеству заготовок он повышает полезный выход заготовок по сравнению с групповым раскроем на 5…7%.
Рис. 4. Схемы раскроя пиломатериалов: I - продольно-поперечная, II - поперечно-продольная, III - комбинированная; а - обрезных пиломатериалов, б - необрезных пиломатериалов
Выход заготовок, особенно при раскрое материала низких сортов, во многом зависит от применяемой схемы раскроя. Различают три принципиальные схемы раскроя пиломатериалов на прямолинейные заготовки.
По первой схеме доску сначала распиливают вдоль на рейки или бруски шириной, равной ширине заготовок. Затем их торцуют на отрезки длиной, равной длине заготовок, удаляя при этом недопустимые пороки древесины. Раскрой по первой схеме называют продольно-поперечным. Эта схема дает хорошие показатели по выходу заготовок, особенно длинных. Для размещения оборудования по этой схеме требуются дополнительные площади, так как на обеих операциях (поперечный и продольный раскрой) приходится иметь дело с длинными досками.
По второй схеме доску сначала распиливают поперек на отрезки, равные длине той или иной заготовки, вырезая при этом по всей ширине доски пороки, не допустимые в заготовках. Затем отрезки распиливают вдоль на заготовки нужной ширины. Раскрой по второй схеме называют поперечно-продольным. Эта схема менее выгодна, чем первая. Выход заготовок, особенно длинных, будет меньше за счет больших отходов здоровой древесины вместе с удаляемыми пороками. Только при раскрое узких необрезных досок, имеющих, как правило, большую кривизну по кромке, второй схеме можно отдать предпочтение перед первой.
Однако вторая схема имеет пока наибольшее распространение в промышленности.
Третья схема представляет собой комбинацию первых двух. По этой схеме доску сначала распиливают поперек без вырезки пороков. При этом стремятся получить наиболее длинные отрезки. Затем отрезки распиливают вдоль на заготовки нужной ширины. Имеющиеся недопустимые пороки в некоторых заготовках вырезают при дополнительной торцовке или продольной опиловке заготовок. При этом размеры заготовок уменьшаются соответственно по длине или ширине. При правильном применений третья схема позволяет получить высокий выход заготовок. Она лишена недостатков первой и частично второй схем.
Полезный выход заготовок при любой схеме раскроя пиломатериалов может быть повышен включением в технологический процесс дополнительных операций: предварительной разметки и строжки-калибровки досок перед раскроем. Введение-дополнительных операций несколько удорожает стоимость раскроя за счет увеличения числа станков, рабочих и производственной площади, но получаемая экономия древесины перекрывает это удорожание. Так, при внедрении разметки досок перед раскроем выход заготовок увеличивается на 9%, а при внедрении строгания и разметки - на 12%. Внедрение в процессы раскроя предварительного строгания способствует также лучшему использованию получающихся при раскрое короткомерных отрезков, их можно сразу же пускать на склейку по длине.
Схемы раскроя материалов на криволинейные заготовки имеют свои особенности. Раскрою должна предшествовать разметка материала, которую производят шаблонами-заготовками, накладываемыми на материал и очерчиваемыми.
Применяют следующие схемы раскроя материала на криволинейные заготовки: – поперечный раскрой досок на отрезки длиной, равной длине заготовок, - разметка отрезков на заготовки - выпиливание заготовок; – разметка досок на заготовки - выпиливание заготовок; – поперечный раскрой досок на отрезки - вырезка дефектов и опиловка кромок - фугование кромок - склеивание отрезков в щиты - разметка щитов на заготовки - выпиливание заготовок.
По второй схеме раскроя выход заготовок для задних ножек столярного стула получается больше на 4…6% по сравнению с первой. Наиболее выгодной является третья схема, при которой выход заготовок увеличивается на 10% по сравнению с первой схемой.
Рис. 5. Схема получения криволинейных заготовок: а - из отдельных отрезков, б - из отрезков, склеенных в щит; 1, 2, 3 - отрезки
На рис. 5, а показано получение криволинейных заготовок по первой схеме из отдельных отрезков, а на рис. 5, б - по третьей схеме из отрезков, склеенных в щит.
Средние нормы выхода заготовок. Процент выхода заготовок из пиломатериалов зависит от многих факторов: от породы древесины, вида пиломатериалов (обрезные и необрезные), сорта пиломатериалов, схем раскроя и назначения самих заготовок.
Средняя норма выхода заготовок при раскрое фанеры и плит всех видов составляет 85%. При тщательной разработке раскройных карт полезный выход может быть и выше.
Производство клееных заготовок и деталей. Использование клееных заготовок позволяет увеличить выход основных заготовок на 8. . . 12%.
Склеивание или сращивание заготовок по длине производится в основном на зубчатый шип.
Отечественной промышленностью выпускаются механизированные поточные линии, на которых производится нарезание зубчатых шипов, склеивание и раскрой склеенной ленты на заготовки. Например, линия ОК502 предназначена для сращивания брусков по длине. На этой линии могут склеиваться отрезки длиной 250… 1200, шириной 50… 150 и толщиной 40…85 мм. Длина получаемых заготовок 560… 2300 мм.
Отрезки, подлежащие склеиванию, должны быть строгаными или калиброванными, влажность древесины не должна превышать 12%. Для ускорения отверждения клея и ликвидации выдержки заготовок после склеивания клеевые швы прогревают токами высокой частоты (ТВЧ ).
Склеивание заготовок по ширине и толщине производится на гладкую фугу и на шиповое соединение. Для этого применяют разнообразное оборудование: струбцины, сжимы, клеильно-конвейер-ные прессы и щитосборочные автоматы.
Технологические операции раскроя листовых и плитных материалов включают распиливание их вдоль и поперек с получением заготовок или деталей требуемых размеров. При этом необходимо выполнять главные требования, предъявляемые к раскрою – обеспечение максимального коэффициента раскроя, комплектности заготовок в соответствии с объемом производства и соответствующим им качеством. Максимальный процент полезного выхода деталей в чистоте может быть обеспечен при условии, если припуски будут минимальными, организационные и технологические потери сведены к нулю, а раскрой плитных и листовых материалов на заготовки будет основан на строгих математических расчетах.
На производстве заготовки из плитных и листовых материалов раскраивают по картам раскроя. При разработке карт раскроя требуется строгое соблюдение максимального выхода деталей, комплектности деталей разных размеров и назначения в соответствии с объемом производства, максимального количества типоразмеров деталей при раскрое одной плиты и минимального повторения одних и тех же деталей в разных картах раскроя. Карты раскроя составляют с учетом припусков на последующую механическую обработку. Для мебельных заготовок из плитных материалов припуски на обработку устанавливают по длине и ширине. При составлении карт раскроя, облицованных ДСтП, учитывают направление рисунка в заготовках.
Применяемое на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях оборудование для раскроя плит реализует схему поэтапного раскроя, при которой на первом этапе ДСтП раскраивают по длине на полосы, затем, на втором этапе, полосы раскраивают на заготовки. В зависимости от количества типоразмеров заготовок, входящих в карту раскроя, и соблюдения или несоблюдения комплектности заготовок в одной карте раскроя, различают индивидуальный, комбинированный и совместный способы раскроя.
При индивидуальном раскрое материалы (плиты) одного вида раскраиваются на заготовки одного вида или материалы одного вида раскраиваются на заготовки нескольких видов (нескольких типоразмеров) и, наконец, материалы нескольких видов раскраиваются на заготовки одного вида. Индивидуальный способ раскроя сопровождается большим количеством отходов.
Комбинированный раскрой предусматривает включение в каждую карту раскроя нескольких типоразмеров заготовок или деталей с обязательным соблюдением комплектности по выкраиваемым заготовкам. Этот способ раскроя является, как правило, более эффективным по сравнению с индивидуальным, но он более сложен.
Совместный раскрой может включать индивидуальный и комбинированный способы раскроя и является наиболее эффективным по сравнению с рассмотренными.
Наибольше применение для раскроя необлицованной ДСтП нашли такие станки как ЦТМФ-1, ЦТЗФ-1 (Россия) (рис. 67); для раскроя ламинированной ДСтП – форматно-раскроечные станки ITALMAC Omnia-3200R (рис. 68), CASOLIN Astra SE400 (Италия), ROBLAND (Бельгия), PANHANS (Германия) и центры по раскрою с числовым программным управлением SELCO EB 120 (рис. 69), Biesse SELCO WNAR600 (Италия), HVP 120 (рис. 70) и др.
Рис. 67. Станок форматно-обрезной ЦТ3Ф-1: 1-станина; 2-направляющая; 3-пульт управления; 4-гидростанция; 5-гидропривод поперечного суппорта; 6-траверса; 7, 12-суппорты; 8, 11-маховики; 9-пила для продольного пиления; 10-пила для поперечного пиления; 13-трос; 14-распиливаемый материал; 15-каретка
Рис. 68. Форматно-раскроечный станок ITALMAC Omnia-3200R
Рис. 69. Форматно-раскроечный с ЧПУ SELCO EB 120
Рис. 70. Вертикальный форматно-раскроечный центр с ЧПУ HVP 120
РАСКРОЙ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы:
Практическое и теоретическое изучение технологического процесса раскроя облицованных и необлицованных древесностружечных плит.
Задачи работы:
При выполнении лабораторной работы в производственных условиях студенты должны изучить процесс раскроя плит; работу и устройство оборудования; принципы организации рабочих мест на участке раскроя; способы определения производительности, специфику разработки карт раскроя для данного вида оборудования.
Общие сведения о раскрое плитных материалов
Раскрой древесностружечных плит – один из самых важных этапов производства мебели на их основе. Насколько качественно изготовлена мебель из ДСтП в значительной мере зависит от того, насколько качественно был выполнен распил плиты на заготовки.
Эффективность операции раскроя плит определяется производительностью и рациональностью использования материала.
Эффективность раскроя по рациональности использования материала определяется коэффициентом полезного выхода P , который определяется по формуле
| (1.1) |
Для организации рационального раскроя плитных материалов технологи разрабатывают карты раскроя. Карты раскроя являются графическим представлением расположения заготовок на стандартном формате раскраиваемого материала. Для составления карт раскроя необходимо знать размеры заготовок, их количество в пределах производственной программы, форматы подлежащего раскрою материала, ширину пропилов, количество пил и последовательность пропилов, соответствующую техническим данным оборудования.
Если раскраивают облицованные или ламинированные плиты, фанеру и подобные древесные материалы, то при составлении карт раскроя необходимо располагать заготовки на формате с учетом направления волокон на облицованной поверхности. В таком случае заготовки имеют определенность размера вдоль и поперек волокон, что делает полезный выход меньше, чем при раскрое необлицованных плит. Раскрой облицованных древесностружечных плит производится в точный размер.
Благодаря своим высоким потребительским качествам при доступной цене приобрели большую популярность форматно-раскроечные станки фирмы Altendorfи их многочисленные аналоги (FL-3200B, FL-3200B, FL-3200 Light и др.). Модели таких станков различаются уровнем систем управления и технологичности. На мировом рынке оборудования предлагаются различные модели форматно-раскроечных станков с подрезной пилой: Omnia 3200R (MJ3200D), KS3200 MAKA, WA6, ELMO IV (Германия), SC-32, OPTIMAL-350, ТЕМА2600, EXPRESS-3200, UNICA-500E (Италия) и др.
Ассортимент оборудования расширился также за счет появления вертикальных станков для раскроя плит фирм Reich (Holz-Her), Sonnenberger, Striebig (Швейцария), Homad-Espana (Испания). Эти станки отличаются тем, что раскрой плитных материалов производится в вертикальном положении. Это обеспечивает снижение производственной площади, необходимое для организации рабочего места.
В качестве инструмента при раскрое ДСтП применяются дисковые пилы диаметром от 320 до 400 мм с пластинками из твердых сплавов. Скорость подачи на зуб Uz = 0,05-0,12 мм. Отклонение от перпендикулярности сторон заготовок не более 0,5 мм, от прямолинейности – не более 0,3 мм. При раскрое облицованных древесностружечных плит для сохранения качества облицовки резы производятся двумя пилами: основной и подрезной (рисунок 1). Подрезной агрегат предусмотрен на станках для того, чтобы при раскрое материалов с двухсторонней облицовкой с нижней стороны не образовывалось вырывов и сколов. Линия пропила подрезателя в точности совпадает с пропилом основного диска, в том числе и при пилении под углом.
Рисунок 1 – Схема штучного и пакетного раскроя облицованных плит
Расчетная производительность станка может быть определена по формуле
,
где Т см – продолжительность рабочей смены, мин;
К р – коэффициент, учитывающий потери рабочего времени на введенные в режим работы перерывы;
К м – коэффициент, учитывающий потери машинного времени;
U – скорость подачи, м/мин;
n - количество одновременно раскраиваемых плит;
m - число заготовок по карте раскроя для одной плиты;
∑L пр – длина пропилов по карте раскроя;
L разрыв. - длина межторцовых разрывов.
В качестве базовой модели оборудования используется форматно-раскроечный станок FL-3200B фирмы Filato (рисунок 2).
Рисунок 2 – Внешний вид станка
Станок предназначен для продольного, поперечного и углового штучного и пакетного раскроя плитных материалов (МДФ, ДВП, ДСП и клееных щитов) облицованных и ламинированных, а также заготовок из массивной древесины, с предварительной подрезкой нижней кромки заготовки для исключения образования сколов. При раскрое необлицованных плит подрезная пила не используется. Подобное оборудование применяется на предприятиях по производству корпусной мебели, в столярных мастерски по производству столярно-строительных изделий.
