欧式铝包木门窗木材铣型分析

刘娟飞 张司 袁向东

通常欧式铝包木窗的木结构铣型，尤其是压线在加工过程中，常出现因弦切纹理造成废料的现象较多，另外在四面刨铣型、喷漆打磨中经常耗时耗力，使得欧式窗的木材在加工中出材率低、加工效率较低。经过连续多年的欧式门窗加工经验统计，这其中，每年木质压线因弦切纹理被废弃的压线约占全年压线总量的15-20%，故工厂如果提高压线乃至框扇梃的利用率就能节省一笔可观的费用。

如何最大化地提高木材的出材率、如何设定设备参数提高木材深度加工的功效，这对于一个木制门窗加工企业来说至关重要。

以下我们就是通过一系列的实验对比，以及科学的木材拼接方法来解决压线出材率及加工时效的问题。

1.木材的纹理

木质门窗外饰面，通常要求为径切纹理，这就对毛坯料的纹理要求较严格，一旦出现弦切花纹则不能使用。

我们都知道，每棵树木都有年轮和木髓线，不同的切割方式，使年轮和木髓线呈现出不同的纹理花纹。

图1 木材年轮线

图2 木材木髓线

1.1 弦切

弦切是顺着树干主轴或木材纹理方向，垂直于树干断面的半径锯切。对于木材厂来说因为它是最简单、最具成本效益的方式。我们常说的“大花纹”“木纹感很强”“山水纹理”等等就是弦切纹。

1.2 径切

切割方式与木材年轮截面垂直，切割面纹理通直,木材相对来说不易变形。相对弦切和刻切，径切造成的浪费最多。成本也就最高。这种加工方式出来的木材纹理更加笔直。常见的铝包木窗、实木窗基本都是径切纹理。

1.3 刻切

切割方式与木材年轮截面垂直,切割面纹理通直，木材相对来说不易变形。这种加工方式出来的木材纹理通直，而且会带有独特的木髓斑纹。但因加工成本较高，且浪费较多，一般在木窗加工业中并不采用。

图3 弦切方式及纹理效果

图4 径切方式及纹理效果

图5 刻切方式及纹理效果

2.四面刨铣型

一般六刀轴的四面刨的刀具分布如下图，箭头方向为进料方向。刀轴转速为定值，进料速度一般在5-30m/min。

图6 四面刨的刀轴分布

2.1 进料速度对铣型质量的影响

选用同一批的红松压线坯料，在同一台四面刨上选用不同的进料速度铣型，出现的表面粗糙度不同。实验证明，表面粗糙度Ra的大小与进料速度、刀轴转速、刀齿数相关。

图7 weinig的计算软件

红松选用12m/min、5m/min的进料速度刨型后的可视面表面对比图8，可明显用肉眼看出差距，用木材表面粗糙度测量仪检测Ra值，分别为7.45um、12.37um。weinig的P500型四面刨在加工红松木压线时，最佳的进料速度为16m/min。

图 8 Ra：7.45um Ra：12.37um

2.2 木材刀具对铣型质量的影响

选用相同的规格的红松、白橡，在最佳进料速度下铣型，红松对刀具磨损较小。白橡则易使刀具出现细小的崩刃。一旦交叉使用，已经加工过白橡等硬木的刀具再次加工红松等软木时，表面粗糙度会加大。故建议：工厂在加工木材时，尽量将刀具分为软木型刀、硬木型刀，不宜混用。

2.3 可视面的加工次数对铣型质量的影响

我们通过实验来验证此影响因素。实验准备：

配置1：铣型设备U318、上刀刀具（平刨+型刀）转速6000r/min、进料速度12m/min；

配置2：铣型设备U318、上刀刀具（型面预铣+型刀）转速6000r/min、进料速度12m/min；

分别采用红松、白橡两种材质铣型，结果对比明显。

采用型刀预铣+型刀的上刀组合，可明显改善铣型质量，可减少打磨量甚至免打磨。（适用于上刀出压线可视面的情况）。

图9 红松、白橡配置1铣型效果

图10 红松、白橡配置2铣型效果

2.4 木材的材质对铣型质量的影响

木材的密度差异及早晚材的差异也是影响木材铣型效果的因素。所谓密度差异是不同树种木材密度的差异原因，主要取决于木材中所含胞壁实质物质的多少。

木材密度大→空隙度小→硬度高

木材密度小→空隙度大→硬度低

图11 密度大、硬度高的细胞示意图

图12 密度小、硬度低的细胞示意图

生长轮中，在生长季节早期形成的，材质疏松轻软，细胞腔较大，胞壁薄，材色较浅即为早材。晚材则是生长轮中，在生长季节晚期形成的，材质较硬实，细胞腔小，胞壁厚，材色较深。

图13 红松横切面早晚材分布

红松的气干密度为0.35g/cm3，密度较小，属轻木，质地较软。细胞壁的空隙度大，易吸收水分，引起湿涨。因木材本身的生长特点，早材与晚材的质地不同，早材处更易湿涨，形成涨筋。这就是松木易出现涨筋的原因。

白橡密度大硬度高，表层的细胞壁被破坏，切断，且胞壁实质物质较多，密度大，湿涨较少。

而红松密度小硬度低，表层的细胞壁晚材部分被破坏，早材部分被压扁，沾水后，压扁的细胞湿涨，出现涨筋。

图15 红松切削细胞示意

当红松的径切纹理，早材与晚材的距离≤1mm，切削表面粗糙度较低时，可消除涨筋。

图16 喷水后无涨筋的红松纹理

图17 放大80倍的纹理表面

3.水性漆涂覆及打磨

木窗喷漆流程一般为白茬打磨→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，砂光机打磨居多；底漆后，人工打磨居多。

3.1 打磨砂纸目数

底漆前打磨又叫白茬打磨，分为两个阶段。铣型后擦水→1次打磨→二次擦水→2次打磨。白茬打磨的2次进阶砂纸的目数，各个厂家的技术员按照经验或木材表面质量选择，常没有一致性。但我们经过实验证明：红松材质，白茬打磨的砂纸进阶目数在30%为宜。即一次打磨为150#，二次打磨为180-200#时，打磨质量为佳。红松等软木需要白茬擦水2次，打磨2次，使其涨筋尽可能全部出现。白橡材质，白茬打磨的砂纸进阶目数在60%为宜。即一次打磨为150#，二次打磨为240#时，打磨质量为佳。

3.2 打磨表面粗糙度对喷漆的影响

将红松的喷漆结果：按正常工艺（除白茬打磨外，还有1底、2底、1面打磨）喷漆表面与无打磨工艺（只有白茬打磨）的喷漆表面相差不大。但存在局限性，因喷漆的木材径切表面较好，产生涨筋的几率较小。

图18 红松正常喷漆工艺与无打磨喷漆工艺对比

白橡的喷漆结果：按正常工艺（除白茬打磨外，还有1底、2底、1面打磨）喷漆表面与无打磨工艺（只有白茬打磨）的喷漆表面在放大80倍时有一定差距。

图19 白橡正常喷漆工艺与无打磨喷漆工艺对比

4.结束语

国内较多木窗厂家都存在以上问题，要想提高集成材的利用率，就要从各个环节把控表面质量，从设备、刀具、砂纸目数、铣型等多个方向解决，这样才能整体提高木材的利用率及加工效率，为工厂增加收益。