薄板胶合弯曲工艺是指涂过胶的薄板按要求配成一定厚度的板坯,放到模具中后通过加压弯曲、胶合和定型制得弯曲零部件的加工工艺,如图5-15。
该工艺可以制作不同曲率半径、形状各异的零部件,其线条流畅,简洁明快;结构上可以拆装、折叠,制造工艺简单;与实木弯曲工艺相比,其形状稳定性更好,同时可节约木材。
薄板胶合弯曲件的生产工艺可以分为:薄板准备、涂胶与配坯、胶合弯曲成型、部件陈放、部件加工等工序。
一、薄板准备
薄板的树种一般不受限制,选择应根据制品的尺寸、形状、使用要求等来确定。用作旋切单板的树种一般有水曲柳、桦木、柞木、椴木、柳桉、马尾松、杨木等;用作刨切单板的树种有水曲柳、柚木等优质、花纹美观的较珍贵的树种;将毛竹削成一定规格的竹片,胶合弯曲后用在家具上也很受欢迎。家具中的悬臂椅要求强度高、弹性好,可以选用桦木、水曲柳等树种;对建筑构件来说,一般尺寸较大、零部件厚度大,可以用松木、柳桉等树种。
单板胶合弯曲件的表层和芯层树种可相同或不同。在保证弯曲件的强度和弹性的前提下,其板坯表面可以配置纹理美丽的刨切薄木,芯层用普通树种的旋切单板。
旋切薄板和刨切薄板在切削前均需进行蒸煮软化处理,加工厚度应均匀,表面平整光洁。一般情况下,刨切薄木的厚度为0.3~1mm,旋切单板厚度为1~3mm,旋切单板也可利用干燥好的碎小单板裁截成要求的规格尺寸,边缘剪切整齐。作为芯层的旋切单板,可以先拼接后涂胶组坯,也可在排坯同时对齐拼接。刨切单板可剪切成要求的尺寸,再用拼缝机或胶纸带将其连接成整张板,以便于排坯胶压。两种单板的含水率一般都控制在6%~12%。
二、涂胶与配坯
(1)涂胶
胶合弯曲的胶黏剂主要有三聚氰胺改性脲醛树脂胶、有脲醛树脂胶、酚醛树脂胶等,选择胶种时要考虑使用要求和工艺条件。如室内用家具胶合弯曲件用胶从装饰性和耐湿性出发,要求无色透明,且具有中等耐水性能,因而宜采用三聚氰胺改性脲醛树、脂胶脲醛树脂胶;如果是室外使用的家具,需用耐水、耐气候的酚醛树脂胶。涂胶量取决于树种、厚度及胶粘剂,一般为~g/m2(单面),常用双辊、四辊涂胶机涂胶。
(2)配坯
配制板坯方式与弯曲件的受力情况、使用要求有关。厚度一致的板坯,按单板的厚度和弯曲件厚度以及胶合弯曲板坯的压缩率y来确定。
y=(1-h1/h2)×%
式中h1为胶合弯曲后板坏厚度;h2为胶合弯曲前板坯厚度。
胶合弯曲的板坯压缩率要比平面胶压时大,通常y=8%~30%。
对于厚度不一致的板坏,则需配置不同长度(或宽度)的薄板,见表5-2。
各层单板纤维的配置方向与胶合弯曲零件使用时受力方向有关,有以下三种方法。
平行配置:各层单板的纤维方向一致,顺纹抗压强度大,适用于承受垂直反面压力的部件,如桌椅腿、扶手等。
交叉配置:相邻层单板纤维方向互相垂直,具有较高的强度,适用于承受垂直板面压力的部件,如椅背及大面积的部件。
混合配置:一个部件中既有平行配置又有交叉配置,适合于形状复杂的部件,如椅背、座、椅腿一体的部件。
胶合弯曲件的厚度根据用途确定,如家具的弯曲骨架部件厚度通常为22mm、21mm、26mm、28mm、30mm,而起支撑作用的薄件厚度为9mm,12mm、15mm。
三、胶合弯曲成型
胶合弯曲成型是使放在模具中的板坯在外力用下产生弯曲变形,并使胶黏剂在单版变形状态固化,制成所需的胶合弯曲件。胶合弯曲件的形状有很多种,比如U形、L形、半圆形、圆弧形、梯形等各种不规则弯曲形状。形状不同,所用的胶合弯曲设备必须有相应形状的模具和加压机构,同时还需加热以加速胶黏剂的固化。
(1)胶合弯曲方法
目前,常用胶合弯曲方式主要有硬模胶合弯曲、软模胶合弯曲两种。根据部件的形状不同,又有一次加压和分段加压之分。
①硬模胶合弯曲硬模胶合弯曲是由一个阳模和一个阴模组成的一对硬模进行加压弯曲,如图5-16。阳模的表面形状与零件的凹面相吻合,阴模的表面形状和零件的凸面相配合,阴阳模之间的距离应等于零件的厚度。硬模可用金属模、木材或水泥制成,成批大量生产时采用金属模,内通蒸汽;木材硬模及水泥硬模则用于小批生产,可用低压电或高频加热。
硬模一次加压胶合弯曲加压方便、结构简单、使用寿俞长。但由于硬模加压全靠上下两模子挤压作用,压力作用方向与受压面不垂直,压力不够均匀。因此,对深度较大的凹型部件最好采用分段加压方式,其阳模仍为整体、阴模则由底板、右压板和左压板三部分组成。
弯曲前,底板升高,板坯已置于底板上,如图5-17(a);此时,开动液压泵或压缩空气泵,将板坯压向阴模底部,如图5-17(b);压住后,阳模,板坯和阴模一起下降,如图5-17(c);开动侧向压板并加压,把板坯弯曲成所要求的U形零件,如图5-17(d),胶液固化后,按相反顺序退回压板,卸下弯曲零件。这种方法可用冷压或热压,压力为1~1.2MPa。
在硬模加压过程中,约有70%的压力用于压缩单板坯和克服单板同摩擦力,只有30%左右的压力用于加压弯曲板坯。因此,胶合弯曲所需压力应比单压部件大得多。
②软模胶合弯曲软模胶合弯曲是用橡胶袋、橡胶管或尼龙带等柔性材料制作成软模,代替一个硬模作压模,另一个硬模作样模来进行加工。加压弯曲时,往软模中通入加热和加压介质,比如压缩空气、蒸汽、热水和热油等。在压力作用下,使板坯弯曲贴向样模。这种方法可以使各处受力均匀,但橡胶袋易磨损、设备较复杂,因此主要用于形状复杂、尺寸较大的胶合弯曲部件。
如图5-18所示,以橡胶袋作软模加压弯曲,样模放在加压筒内,板坯放在样模上面盖上橡胶袋,关闭筒盖并锁紧;然后向橡胶袋中通入压缩空气或蒸汽,使板坯贴向样模,进行胶合弯曲,在压力的作用下保持到胶层固化为止。
压模又有单囊加压和多囊加压两种方式。形状简单的部件用单囊加压方式,形状复杂或弯曲深度较大的部件用多囊加压方式。弹性囊分布在阴模表面,在加压弯曲过程中,往弹性囊中通入加压介质(压缩空气、蒸汽、油等),在弹性囊的压力作用下,使板坯贴向阳模,板坏各个部位所受压力均匀。
单囊加压压模如图5-19。首先,把涂胶的单板板坯装在阴模上;然后,下降阳模,使板坯弯曲;最后,从管道把工作气体(或液体)通到弹性囊里,使板坯贴向阳模,并在弯曲件上均匀地加压。
多囊加压压模如图5-20。首先,往水平位置的弹性囊中通入加压介质;然后,再陆续依次往其他部位通入加压介质,这样就可以把板坯中的空气赶出来,实现牢固胶合的目的。如果加压顺序不当,则会使板坯起皱。
③环形部件胶合弯曲在家具中经常遇到环形弯曲件,比如椅座圈、桌子望板等,其弯曲度为°。对于这类零部件的弯曲,常用的加压方法有以下两种。
连续缠卷法:主要用于弯曲圆筒形部件,把薄板卷缠而成,如图5-21(a)。
压模内外加压法:在胶合弯曲前,按部件的弯曲半径和厚度确定板坯的长度和层数,把板坯各层涂胶后放入内外压模间,拧紧外圈螺栓,再从内部向外加压,使板坯在压力下弯曲并紧贴在外模内表面,保持压力到定型为止,再松开外圈螺栓,取出零件,如图5-21(b)。
(2)加热方式
胶合弯曲时可采取冷压和热压两种方式,但冷压时间较长、效率低,所以通常采用热压成型的方法。热压成型时,在加压的同时加热,能加速胶液的固化,提高生产率。加热的方多种,根据需要采取合理的加热方式。
①蒸汽加热蒸汽加热采用金属压模或成型的金属压板,内有蒸汽孔道,燕汽热能通过摸具和压板传递给胶合弯曲的部件,蒸汽温度一般为~℃。模具一般采用铝合金,胶合弯曲件成品的尺寸、形状精度较高,模具使用寿命长,运行费用较低,适宜大批生产。因此,蒸汽加热应用非常普遍。
②低压电加热在模具表面的金属带上通入低压电流,使金属带发热,把热能传递给单板和胶层,加热固化,其热压温度为~℃。常用不锈钢或低碳钢作金属带,适合于宽度较小部件的胶合弯曲。
③高频介质加热热量由介质(木材、其他绝缘材料)内部产生,加热速度快、效率高且均匀,其热压温度为~℃。一般只需几分钟就可以使胶固化,胶合质量好,通常与木模配合使用。由于木模精度稍差、强度较低、易变形、因此在使用约次后就需及时修整。这种方法适用于小批量、多品种零部件的生产。
④微波加热微波穿透力强,将胶合弯曲件放在箱体内照射微波,很快就可加热胶合。它不受胶合弯曲件形状的限制,可以加热不同厚度的成型制品,不需电极板,适用于复杂形状零部件的胶合弯曲。
四、部件陈放与加工
胶压弯曲后,部件中存在内应力,当胶合弯曲部件从压机中取出时会产生伸展,使弯曲角度和形状发生改变。但随着板坯中水分的蒸发、含水率的降低,又会恢复到原来的胶压状态,甚至出现比要求的弯曲角度小的状况。因此,一般需要将弯曲板坯在室温下放置4~10天,使形状充分稳定后,在进入后续的加工工序。不同厚度的弯曲部件陈放时间也不相同。
表5-3中的数据是在常温下,相对湿度为60%的实验数据。如果温度提高到50℃,相对湿度为55%时,则陈放时间可相应缩短10%。
表5-3不同厚度的弯曲部件陈放时间
胶合弯曲部件的后期加工包括对胶合弯曲后的成型板坯进行锯剖、截头、裁边、铣槽、钻孔及磨光等,最后加工成尺寸、精度及表面粗糙度等符合要求的零部件。
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