К ним относятся термодинамические способы деления древесины) отличающихся сверхвысоким онцентрации энергии в зоне резания.
Это приводит к тому) что в объеме проема может происходить механическое разрушение структуры древесины до уровня мицеллярных волокон) изменение физических) химических и механических свойств частиц древесины) полный или частичный расписание молекул древесной вещества к атомарного состояния. Перспективными способами такого деления является резка с помощью лазерного луча) водяной струи высокого давления и другие) получившие в последнее время заметное развитие.
Первый лазер (оптический квантовый генератор) появился в 1960 году. 3 того времени лазеры нашли самое широкое применение. Сейчас в мире насчитывается более 2300 фирм и компаний по производству и сбыту лазеров и их компонентов, а также организаций) предоставляющих специальные услуги. Из этого количества около 700 фирм занимаются разработкой и выпуском лазеров. Впервые устройство для лазерной резки древесины был продемонстрирован Фирмой Мс Milli and Harry / США / в 1971 году. 3 тех пор начал развиваться новое направление по лазерному резке древесины и материалов на ее основе.
Необычность режущего инструмента - лазерного луча - привела к созданию нового оборудования) отличающееся от традиционных деревообрабатывающих станков. К положительным качествам лазерного луча можно отнести его гостронаправленисть) большой удельный мощность. Сейчас разработано большое количество лазерных устройств, отличающихся состоянием рабочего вещества (твердое тело, газы и т. д.), методом его возбуждения (поток света) электрический разряд и конструктивными особенностями (продольное или поперечное прокачки) Для условий резания древесины и древесных материалов наиболее перспективны газовые и газодинамические лазеры, работающие в непрерывном режиме излучения. В технологическом отношении лазерный луч, как инструмент, характеризующие энергией излучения и геометрическими параметрами: диаметром луча, углом расхождения луча и длительностью импульса луча. Средний угол расхождения луча составляет 0,70) диаметр - в пределах 1 мм. Современные лазеры способны генерировать световые потоки до 1017 Вт/см2 плотностью мощности и даже выше. Для технологической цели в основном применяют световые потоки от 105 до 109 Вт/см2.
Проведенные в ряде стран исследования показали, что механические свойства материалов (прочность, твердость и др.) не проявляют существенного влияния на процесс резки лазером. Однако материалы с лучшей теплопроводностью и лучшими виддзеркалювальнимы свойствами требуют большей энергии, излучаемой лазером. Поскольку теплопроводность древесины в 100-150 раз меньшая стали, то и удельные затраты на ее лазерная резка меньше.
Скорость резания, точность и качество обработки повышаются с использованием поддува инертным газом. Это позволяет использовать лазер при раскрое заготовок сложной формы из фанеры, древесных плит и других материалов из древесины без дополнительной обработки для повышения качества. Установлены оптимальные режимные параметры лазерной резки древесины. Как оптимальная принята скорость, при которой ширина пропила на входе луча в материал на 0,1 мм. менее, чем на выходе. Качество пропила лучом лазера выше, чем при механическом резании. Покраска и обугливания древесины, наблюдается при лазерном резке, определяется мощностью лазерного излучения и длительностью его действия на материалы, поверхностной плотностью и породой древесины. Интенсивность их уменьшается по мере увеличения скорости резания.
Сейчас уже имеем целый ряд примеров успешного применения лазеров в деревообработке. Так, например, фирма "Baker` s Mocksville "(США) на своей мебельной фабрике внедрила лазерную систему стоимостью 350 тыс. долл. Лазер работает на газе С02 имеет мощность 700 Вт и предназначен для нанесения декоративных рисунков на поверхности деталей, облючковани натуральным шпоном. Специалисты из Ганновера (Германия) для изготовления сидений и спинок стульев применили лазерный резак с управлением рабочим процессом системой ЧПУ. В результате достигнута большая экономия времени, точное изготовление деталей, минимальное количество отходов, исключено образование древесной пыли и полученная высокая степень экономичности процесса.
Некоторыми фирмами, в частности "Carter Products Co" (Великобритания) производится широкая гамма лазеров для разметки, например, при прямолинейном пиления. Луч лазера образует прямую линию по которой проводится распыление досок или других деталей из древесины. Фирмами "Raute OY" (Финляндия) и "Selecon" (Швеция) разработано лазерное центрирование чуракив на шелушильных станках, что повышает выход продукции на 5-15%.
В нашей стране мощные СО2 лазеры МТЛ-2, ТЛ-I, 5, ТЛ-5, "Иглан", "Комета" и другие, способные работать в производственных условиях, были созданы в конце 80-х годов.
Многолетнее практика показала, что позитивный эффект от применения лазерных технологических комплексов (ЛТК), которые кроме технологического лазера имеют в своем составе программируемый манипулятор изделия и / или оптики, систему транспортировки и фокусировки лазерного излучения, а также устройства вспомогательной технологической оснастки. Сейчас в мире разработаны и внедрены десятки разнообразных по своим конструкциям автоматизированных лазерных технологических комплексов для раскроя листовых материалов. Они являются принципиально новым оборудованием для обработки материалов, в том числе и древесных.
Применение ЛТК создает принципиально новую, гибкую технологию, которая дает возможность с минимальными затратами времени переходить на выпуск новых видов изделий с осложненной формой и конфигурацией. Применение такой лазерной технологии в деревообработке сокращает на 50% количество сделок по сравнению с традиционным производством, экономит материалы.
Наиболее распространенная классификация ЛТК следующая:
- ЛТК на базе двухкоординатной столов-манипуляторов,
- ЛТК с манипуляторами оптики,
- ЛТК смешанного типа. Относятся комплексы, в процессе работы которых перемещается и производство и оптика,
- Лазерные обрабатывающие центры, имеющие в своем составе устройства для автоматической замены оптико-фокусирующих головок.
На Украине ЛТК разработанные в Украинском НИИ технологии судостроения (УкрНДИТС. Создав в свое время ЛТК "Лазурит-2, 5" для раскроя металлических листов на судостроительных заводах, специалисты УкрНДУТС впоследствии развернули на основе этой базовой модели производство двух устройств для обработки древесины "Орнамент" и "Каскад", с помощью которых можно проводить художественную обработку заготовок древесины толщиной до 40 мм на площади 2500 х 300 мм.
Изготовление ЛТК налажено на Одесском ВО "Микрон".
Внедрение и успешная эксплуатация ЛТК на Украине осуществлены на ЗАО "Фанплит" для профильного раскроя и обработки фанеры и древесноволокнистых плит, СП "Апогей" для раскроя древесных материалов при производстве высокохудожественных паркетных изделий со сложным рисунком и других изделий.
Имеющийся опыт применения лазерной резки древесины и материалов на ее основе показывает, что при определенных условиях его промышленное использование оправдано с экономической точки зрения. К преимуществам данной технологии можно отнести:
- Возможность выполнения чистового раскроя листового древесного материала с высокой точностью обработки (благодаря узкому, меньше миллиметра, реза.
- Отсутствие опилок, шума и вибрации;
- Универсальность оборудования;
- Возможность высокого уровня автоматизации процесса (за счет управления мощностью и перемещением в пространстве лазерного луча или рабочего стола с заготовкой.
К одним из недостатков данной технологии относятся сравнительно высокая стоимость такого оборудования и небольшая производительность чистой резки. Однако прогресс в развитии науки и техники дает надежду на решение и этих проблем.
К перспективным разновидностей термодинамических способов резки относится и деления струи воды высокого давления. Такое резки происходит в результате разрушения связей между частицами древесины за счет использования кинетической энергии движущейся воды. Впервые в нашей стране исследования по использованию струй высокого давления начаты в 1936 году на базе работ по гидравлическому добыче угля. С того времени проведен ряд исследований по использованию жидкостных струй для деления различных материалов как у нас в стране, так и за рубежом. Первые работы по применению струй высокого давления для деления древесины появились в 1960 году. Опыты проводились в ЦНИИ на гидрокомпрессорному устройства с давлением до 120 МПа и скоростью истечения 500 м / с. Установлено, что минимальное давление, при котором для древесины начинается резки, составляет 20 МПа. Ряд исследований проведен также в США, Японии, Англии и других странах. Результаты работы свидетельствовали о целесообразности дальнейшего изучения данного процесса. В Украинском НИИ механической обработки древесины для дальнейшего изучения образа резки древесины водяной струи на более высоком техническом уровне были проведены отдельные экспериментальные работы. Исследования проводили на устройства "Гаскет-Джет" австрийской фирмы "Економос. Она состоит из станции высокого давления, стола для резки, компьютерной системы, пульта управления, шумозащитные кабины и очистительной шкафа.
Техническая характеристика устройства
- Давление струи воды, МПа 100 ... 300
- Общая потребляемая мощность, кВт 12,5
- Максимальные размеры деталей, обрабатываемых 1000х800
- Точность позиционирования, мм 0,1
- Расход воды, л / мин и
- Абразив шлифовальное зерно из природного гранату зернистостью 16, 20, 25
- Расход абразива, г / мин 50 ... 500
- Ширина реза водой, мм 0,1 ... 0,2
- Ширина реза водой с абразивом, мм 1 ... 1,5
В опытах резки проводили как чистой водой, так и смесью воды с абразивом. При этом применяли сопла диаметром соответственно 0,2 и 1,0 мм. Струи чистой воды разрезали шпон строганый, фанеру клееную толщиной 4 мм, древесноволокнистых плит толщиной 3,2 мм, облицовочный пластик толщиной 1,5 мм, При резке образцов древесины и древесных материалов толщиной более 4 мм применяли водяную струю с абразивным материалом. Проведенные исследования показали большие возможности водяной струи при резке различных древесных материалов, что позволило бы в отдельных случаях отказаться от необходимости применения дорогостоящего инструмента для резки, сверления, фрезерования и т.д. и тем самым упростить технологический процесс, исключить из процесса резания температурную и механическую деформацию, вырезать из материала изделия какой угодно конфигурации, освободиться от пыли и вредных газов при резке.
Следует отметить, что данный тип оборудования е универсальным, т.е. его можно применять для резки не только древесных но и ряда других материалов. Так, например, фирмой "Inger-Sol-Rand" предлагает 4 модели станков, которые осуществляют обработку водяным струи давлением 350 Н/мм2. Резка осуществляется чистой водой или водой с абразивным порошком. Чистой водой обрабатываются древесные материалы, пенопласты и др. При добавлении абразивных порошков возможно
обрабатывать металлы, стекло, керамику и другие материалы. Станки комплектуются одним, двумя и восемью соплами для работы с чистой водой или со смесью с абразивным порошком. Каждое сопло оснащается устройством для повышения давления воды. Стол станка, площадью 2-8 м2 и грузоподъемностью 400 кг/м2, перемещается по двум координатам с помощью ЧПУ.
Данная техника в мире постоянно совершенствуется, разрабатываются способы интенсификации данного процесса. Принципиальная возможность интенсификации гидроризання заключается в приложении к материалу нагрузки, характер и величина которого обеспечивают наибольшую скорость распространения трещины при минимальных затратах энергии в струи и расходу рабочей жидкости. При этом предусматриваются максимальные скорости резки и подачи и наименьший объем стружки.
Считается, что наибольший интерес с точки зрения эффективности и перспектив применения, представляют следующие способы интенсификации гидроризання:
- Применение в качестве рабочей жидкости растворов полимеров;
- Жидкостно-абразивная резка;
- Применение импульсных и пульсирующих струй;
- Применение кавитационных струй.
Американскими исследователями предложено использование при водноструменевий обработке вместо абразива частиц льда, что существенно упрощает технологию. Продемонстрировано достаточно обнадеживающие результаты этого оригинального процесса обработки. В институте высоких температур (Россия) разработан пароабразивний резак, где функцию резки выполняет высокоскоростная струя из водяного пара и абразива.
В целом следует отметить, что отсутствие отечественных устройств и достаточно высокие цены на зарубежные делает использование данного способа резки в деревообработке пока достаточно проблематичным. В будущем, по мере развития отечественного машиностроения и улучшения экономической ситуации, целесообразно, очевидно, использование водной струи для выполнения работ по изготовлению уникальных высокохудожественных изделий из древесины (мебели, сувенирных изделий и т.д.). Применение данного способа смогло бы дать возможность при художественном оформлении мебели интарсией вырезать из шпона ценных пород древесины очень сложные рисунки, инкрустуваты данные изделия ценными видами камней и других материалов.
Из других термодинамических способов резки древесных материалов некоторая активность заметна в исследовании резки раскаленной проволокою.Принцип действия этого способа основан на явлении пирализу древесины. Хотя идея такого резки была выдвинута достаточно давно, в последнее время появилось ряд патентов по усовершенствованию данного способа, например патент № 685236 (Швейцария), по которому предлагается осуществление пиления в продольном направлении проволокой, что вибрировать и имеет режущее навивки; патент № 2045394 ( Россия) "Способ резки древесины раскаленной проволокой и устройство для его осуществления" и другие. Однако обвуглення древесины не поверхности реза снижает величину экономии древесины при таком резке. Заметного же развития данного способа возможно, очевидно, ожидать только в результате разработки материалов проволоки с принципиально новыми властивостями.Бильш современным сейчас будут, очевидно, термодинамические способы резки, использующих бесконтактный нагрев зоны резания, например, световыми лучами.
