傳統(tǒng)模樣材料替代的研究

李鵬，邱麗蕓，裴琳，張浩，徐衛(wèi)紅

模樣生產(chǎn)是鑄造生產(chǎn)的第一道工序，其制作質(zhì)量直接影響到最終鑄件質(zhì)量，而模樣制作原材料更是決定模樣質(zhì)量的重要因素。

目前，由于紅松資源短缺以及材料價(jià)格上漲，其原材料的性能逐漸變差，而且發(fā)生了因?yàn)椴少彶坏皆蠈?dǎo)致數(shù)次停產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)進(jìn)度，以至于影響到我公司鑄件的生產(chǎn)工期，且大幅增加了模樣制作成本。因此，尋找一種新型材料，替代目前模樣所用的傳統(tǒng)紅松實(shí)木是亟待解決的問題。

1. 存在的問題

由于傳統(tǒng)紅松實(shí)木板材表面存在較多節(jié)疤與毛刺，且表面不平整，每次使用前必須首先將每張紅松板材雙面進(jìn)行平刨后再進(jìn)行雙面壓刨，最終才能達(dá)到板材雙面平整光潔的使用要求，這樣加工后，紅松板材厚度方向至少要加工掉10mm。存在的主要問題可以概括如下：

（1）紅松實(shí)木板材資源緊張，已經(jīng)較嚴(yán)重影響到我公司的正常生產(chǎn)。

（2）隨著紅松實(shí)木資源逐漸短缺，其原材料的性能逐漸變差。

（3）紅松實(shí)木板材結(jié)疤較多，影響模樣表面質(zhì)量及整體力學(xué)性能。

（4）紅松實(shí)木板材表面不平整，需要兩序壓刨進(jìn)行平整光滑，這樣會(huì)增大工作量，浪費(fèi)較多工時(shí)進(jìn)行原材料的修整。

（5）紅松實(shí)木板材利用率低，加工后浪費(fèi)嚴(yán)重，每張板材在厚度方向浪費(fèi)達(dá)到1/4～1/3。

（6）紅松實(shí)木板材要使用大量原子灰修補(bǔ)，由于紅松實(shí)木板材表面較多節(jié)疤加工后發(fā)生脫落，則表面出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，這時(shí)需要大量的原子灰進(jìn)行修補(bǔ)，增加模樣加工成本與工時(shí)，而且原子灰會(huì)散發(fā)刺鼻的苯乙烯，造成環(huán)境污染。

2. 解決措施

如圖1所示，指接集成材主要是以小徑材為生產(chǎn)原料，經(jīng)過板方料制備、干燥、指接、膠接、后期處理等一系列工序而制成的具有一定寬度、厚度、長度的板材，其是建筑、家具、裝飾裝修等行業(yè)廣泛使用的一種新型基材，可以將材質(zhì)優(yōu)良的部分拼接在一起，從而實(shí)現(xiàn)板材性能的最優(yōu)化。其主要特點(diǎn)如下：

（1）力學(xué)性能良好，指接集成材性能穩(wěn)定，強(qiáng)度為天然實(shí)木的1～1.5倍，強(qiáng)重比大。

（2）集成材由實(shí)體木材的短小料制造成要求的規(guī)格尺寸和形狀，做到小材大用。

（3）集成材的原料經(jīng)過充分干燥，即使大截面、長尺寸材，其各部分的含水率仍均一，因此開裂少，變形小。

圖1 指接集成材

（4）集成材用料在膠合前剔除節(jié)疤、腐朽等木材缺陷，這樣可制造出缺陷少的材料。配板時(shí)，即使仍有木材缺陷也可將木材缺陷分散。

圖2為試驗(yàn)采用指接集成材制作的外壓圈模樣內(nèi)腔，其整體拼接性及粘接性良好，尺寸準(zhǔn)確，表面平整光滑，加工性良好，并且單板無任何節(jié)疤。

圖3為采用指接集成材制作的外壓圈模樣，由于雙面無結(jié)疤，表面非常光滑平整。并且由于其是以小徑材為原料指接而成，整體材性及加工性能十分接近實(shí)木性能，非常適合我公司模樣車間的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

3. 結(jié)果與討論

與傳統(tǒng)紅松實(shí)木對(duì)比，傳統(tǒng)紅松實(shí)木單板表面粗糙，毛刺很多，平整度較差，并且結(jié)疤較多。制作模樣時(shí)首先需要經(jīng)過兩次平刨工序，然后再進(jìn)行大面積表面打磨才能滿足使用要求，且表面節(jié)疤需要使用大量原子灰進(jìn)行填補(bǔ)。

指接集成材制作模樣所達(dá)成的效果如下：

（1）材料利用率大幅提高 由于指接集成材具有尺寸準(zhǔn)確，表面平整無節(jié)疤，以及光滑度高等特點(diǎn)，無需進(jìn)行壓刨處理，可以直接使用，所以材料利用率可大幅度提高，其在厚度方向的利用率可達(dá)100%。而傳統(tǒng)紅松實(shí)木板材在使用時(shí)，厚度方向浪費(fèi)達(dá)到1/4～1/3。例如三峽葉片模樣總共使用24m3紅松實(shí)木，經(jīng)統(tǒng)計(jì)單純刨削工序就浪費(fèi)木料6～8m3。由此可以看出紅松實(shí)木利用率是比較低的。

（2）減少加工工序與能耗 由于指接集成材表面粗糙度值低，無需進(jìn)一步處理，所以使用指接集成材可以減少壓刨工序，降低模樣制作能耗，大幅度減少模樣制作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低模型整體制作的綜合成本。

（3）增加模樣使用壽命 指接集成材在力學(xué)性能及材料質(zhì)量均勻化方面均優(yōu)于實(shí)體木材，并且可按層板的強(qiáng)弱配置，提高其強(qiáng)度性能，同種材料下其強(qiáng)度性能為實(shí)體木材的1.5倍，從而可大幅度增加模樣的使用壽命。

（4）提高模樣整體尺寸穩(wěn)定性 指接集成材的原料經(jīng)過充分干燥，即使大截面、長尺寸材，其各部分的含水率仍均一，與實(shí)體木材相比，開裂、變形小，模樣整體尺寸穩(wěn)定性可大幅度提升。

（5）模樣表面質(zhì)量大幅度提高 由于指接集成材可以做到雙面無節(jié)，所以模樣表面可以做到零缺陷，這樣可大幅度提高模樣表面質(zhì)量，同時(shí)大幅度減少原子灰的使用量，較少苯乙烯釋放，減少環(huán)境污染。

（6）提高模樣制作安全性 紅松實(shí)木板材存在大量結(jié)疤，在鋸割與平刨過程中板材很容易跳動(dòng)，節(jié)疤容易飛出，極易造成人身傷害。而指接集成材雙面無節(jié)，不存在安全隱患。

4. 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益 目前，紅松實(shí)木價(jià)格約為4250元/m3，按上述寬度與厚度方向浪費(fèi)率來算，實(shí)際折算紅松實(shí)木價(jià)格為6517元/m3，加之加工需要兩序壓刨工序，工時(shí)費(fèi)，設(shè)備使用費(fèi)，所以綜合成本計(jì)算約為7650元/m3。指接集成材價(jià)格約為5610元/m3，其不用壓刨，幾乎沒有材料浪費(fèi)率，所以實(shí)際使用成本要低于紅松實(shí)木。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我公司2010～2012年熱加工木型車間每年木料使用量約為500m3，按照上述價(jià)格分析，使用紅松實(shí)木全年成本約為382.5萬元，使用指接集成材全年成本約為280.5萬元，全年可節(jié)約成本102萬元。

（2）社會(huì)效益 木材資源是全人類的寶貴資源，其資源是否豐富直接影響到人類生存環(huán)境的優(yōu)劣，按照每年制作模樣所用木材的數(shù)量，對(duì)原木資源需求是相當(dāng)大的，所以使用小徑材為生產(chǎn)原料的指接集成材是節(jié)約木材使用的有效措施。

5. 結(jié)語

（1）經(jīng)過大量試驗(yàn)，最終確定指接集成材是目前滿足生產(chǎn)實(shí)際要求的理想替代傳統(tǒng)紅松實(shí)木原料。

（2）使用指接集成材成功解決了傳統(tǒng)紅松實(shí)木所存在的問題，并且在生產(chǎn)中達(dá)到了較理想的效果。

（3）使用指接集成材可大幅降低模樣制作成本

（4）指接集成材適用于單件小批量鑄件生產(chǎn)用模樣。