способ обработки древесного материала нагретым инструментом

Формула изобретения

1. Способ обработки древесного материала нагретым инструментом, включающий обеспечение контакта древесного материала с нагретым инструментом, отличающийся тем, что древесное вещество в зоне контакта древесного материала с нагретым инструментом расплавляют, причем нагретому инструменту сообщают колебания вдоль его оси и в поперечном направлении, при этом время контакта нагретого инструмента с древесным материалом поддерживают в зависимости от температуры нагрева инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, например, при нагреве инструмента до температуры более 850°С контакт нагретого инструмента с древесным материалом составляет менее 0,02 с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагретый инструмент подвергают механическим колебаниям вдоль его оси, а в поперечном направлении на него воздействуют акустическим полем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при обработке древесных материалов нагретыми инструментами.

Известно технического решение (Патент RU N 2034698, B 27 M 1/06, 1995), в котором осуществляют взаимодействие древесины с нагреваемым инструментом, при этом происходит разогрев древесины в зоне контакта ее с нагреваемым инструментом до температуры, обеспечивающей образование в указанной зоне слоя, в котором происходит разрушение высокомолекулярных составляющих, т.е. лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, которые составляют каркас клеточной структуры. Происходит процесс разрушения молекулярных цепей - термодеструкция, что обеспечивает эффективность процесса резания за счет его безотходности. В результате неоднородности структуры древесины сложно обеспечить стабильность деструкции древесного материала и надежность используемого инструмента.

Недостатками известного технического решения являются низкая стабильность процесса деструкции обрабатываемого материала, плохое качество реза с наличием обугливания, требующее дополнительной обработки поверхностей реза, быстрый износ инструмента, а также ограниченное применение способа, т.е. только для (разделения) разрезания древесных материалов.

Известно также техническое решение (Патент RU N 2045394, B 27 M 1/06, 1995 - прототип), в котором с помощью нагретого инструмента при взаимодействии его с древесным материалом осуществляют образование разрушающего слоя в зоне контакта древесного материала с нагретым инструментом, обеспечивающего состояние термодеструкции.

Недостатками известного технического решения также являются низкая стабильность процесса деструкции обрабатываемого материала, плохое качество реза с наличием обугливания, требующее дополнительной обработки поверхностей реза, быстрый износ инструмента, а также ограниченное применение способа, т. е. только для (разделения по образовавшемуся разрушающему слою) разрезания древесных материалов.

Цель изобретения - повышение качества обработки древесного материала нагретым инструментом, интенсификация процесса, повышение срока службы инструмента и расширение технологической возможности использования обработанной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки древесного материала нагретым инструментом, включающем обеспечение контакта древесного материала с нагретым инструментом, разрушающий слой в зоне обработки древесного материала нагретым инструментом создают в виде расплава древесного вещества путем механотермоплавления; нагретый инструмент подвергают механическим колебаниям вдоль его оси, а в поперечном направлении на него воздействуют акустическим полем: расплавленный древесный слой образуют внутри древесной заготовки или между двумя древесными заготовками.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:

- разрушающий слой в зоне обработки древесного материала нагретым инструментом создают в виде расплава древесного вещества путем механотермоплавления;

- нагретый инструмент подвергают механическим колебаниям вдоль его оси, а в поперечном направлении на него воздействуют акустическим полем;

- расплавленный древесный слой образуют внутри древесной заготовки или между двумя древесными заготовками.

Это позволит повысить качество обработки древесного материала нагретым инструментом, интенсифицировать процесс, повысить срок службы инструмента и расширить технологическую возможность использования обработанной поверхности.

В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений с указанными отличиями.

Заявленное техническое решение применимо и будет внедрено на предприятиях отрасли в 1999-2000 г.г.

На фиг. 1 изображена схема устройства для выполнения способа;

на фиг. 2 - схема выполнения способа в случае, когда расплавленный древесный слой создают внутри древесного материала (заготовки), вид со стороны подачи материала;

на фиг. 3 - схема выполнения способа в случае, когда расплавленный древесный слой создают между двумя древесными заготовками, вид сверху.

Устройство для образования разрушающего слоя 1 в зоне обработки древесного материала 2 нагретым инструментом 3 включает нагреваемый инструмент 3, который выполнен, например, в виде замкнутой проволоки 4 (или полосы), надетой на обечайки двух шкивов 5 и 6, выполненных из электроизоляционного материала. Обечайки (не показаны) выполнены из материала, обладающего малым электрическим сопротивлением. К ободам двух шкивов 5 и 6 подведено безопасное напряжение от электрического источника (не показано), в котором предусмотрена регулировка величины тока. Регулирование температуры нагрева инструмента 3 осуществляется путем изменения сопротивления, введенного в электрическую схему, реостата. Шкивы 5 и 6 установлены соответственно на валах 7 и 8. В устройстве предусмотрено приспособление 9 для натяжения инструмента 3 в продольном направлении.

Для повышения стойкости инструмента 3 на свободные от резания древесины части инструмента 3 подают сжатый воздух. Подача воздуха регулируется заслонками на соплах 10 и 11. Узел подачи древесного материала 2 выполнен в виде подвижного стола 12 с регулируемой скоростью, величина которой определяется температурой инструмента 3, давлением, определяемым сопротивлением резанию и влажностью древесного материала 2.

Устройство снабжено механизмами 13 и 14 колебания нагреваемого инструмента 3. Механизм 13 колебания нагреваемого инструмента 3 вдоль его оси выполнен в виде размещенного на валу 15 привода 16 кривошипно-шатунного механизма 17, кинематически связанного посредством контура 18 с нагреваемым инструментом 3. Контур 18 выполнен в виде охваченных тросиком 19 ведущего 20 и двух ведомых колес 21 и 22, имеющих диаметр одинаковой с диаметром ведущего колеса 20. Имеется натяжитель 23 для натяжения тросика 19, а механизм 14 колебания нагреваемого инструмента 3 в поперечном направлении выполнен в виде источника акустических колебаний 24, создающего поперечные ультразвуковые вибрации.

Для реализации способа создания древесного расплавленного слоя между двумя заготовками 25 и 26 используют устройство с этим же приводом, но узел подачи заготовки выполнен в виде подающих вальцов 27 и 28. Кроме того, использование прижимных вальцов 29, 30, 31 и 32 позволит одновременно соединять обрабатываемые заготовки.

Способ выполняли следующим образом.

Пример 1. Древесный материал 2 укладывали на подвижный стол 12. Подавали напряжение на инструмент 3 и обеспечивали температуру более 850^oC. Включали привод 15 и приводили в контакт древесный материал 2 с нагреваемым инструментом 3 путем перемещения стола 12 с древесным материалом 2 на двигающийся инструмент 3. Контакт инструмента 3 с древесным материалом 2 осуществляли в течение времени менее 0,02 с. При этом инструмент 3 от механизма 13 совершал колебания вдоль своей оси с частотой не менее 50 Гц при амплитуде не менее 0,01 м. Кроме того, инструмент 3 совершал колебания в поперечном направлении от источника 24 акустических колебаний механизма 14 с частотой не менее 10 кГц и амплитудой до 5...10 мкм. Путем механотермоплавления получали разрушающий слой 1 внутри древесной заготовки в зоне обработки древесного материала 2 нагретым инструментом 3 в виде расплава древесного вещества, что позволило разделить (разрезать) древесный материал 2, получив при этом поверхности реза высокого качества без изменения их цвета и малой шероховатости (см. фиг. 2).

Пример 2. Древесный материал в виде заготовки 25 и 26 с предварительно нанесенным на их внутренние поверхности 33 и 34 слоя древесной пыли (муки) 35 размещают между подающими вальцами 27 и 28 и осуществляют их подачу со скоростью 0,2-0,4 м/с на нагретый двигающийся инструмент 3 (плоского или круглого сечения). Инструмент совершает продольные и поперечные колебания (как и в примере). В результате в зоне обработки нагретым инструментом 3 между древесными заготовками 25 и 26 образуется расплавленный слой 1 древесного вещества (толщиной не более 50 мкм), который при дальнейшем продвижении заготовок 25 и 26 при попадании в зону прижимных валков 29, 30, 31 и 32 позволяет прочно соединить обработанные таким образом заготовки. Величина прижимного усилия должна быть таковой, чтобы обеспечить давление контактирующих поверхностей около 5,8 МПа. Время нахождения в контакте деталей после их соединения должно быть таким, чтобы обеспечивалось понижение температуры в расплавленном слое до 100^oC.

Таким образом, изобретение позволяет повысить качество обработки древесного материала нагретым инструментом за счет создания в зоне контакта инструмента и древесного материала разрушающего слоя в виде расплавленного древесного вещества, что позволяет расширить технологические возможности путем использования этого способа не только для разделения древесного материала, но и качественного соединения обработанных таким образом древесных заготовок.

Использование необходимой для проведения процесса высокой температуры нагрева более 850^oC возможно лишь при резком сокращении времени контакта древесного материала с нагретым инструментом, что обеспечивает интенсификацию процесса. При этом необходимое для обеспечения процесса и качества разрушающего слоя давление инструмента создают частично за счет того, что осуществляют дополнительно его колебания (продольные и поперечные), что исключает высокие нагрузки на инструмент, обеспечивает стабильность условий его работы и способствует повышению срока его службы.