利用模具將木材彎曲變形並使之定型的加工過程。與切削加工相比,木材利用率高、省工、零部件強度高、工藝價值大。為此,木材彎曲普遍用於加工製造傢俱、樂器、體育用品、工藝品以及車輛、建築物的曲線形部件。發展歷史人們很早以前就用火烤法彎曲木材,但彎曲半徑較大。1830年德國索尼特(M.Thonet)發明了在彎曲木材的凸面外包鋼帶,使木材在受壓狀態下進行彎曲的方法。他還將山毛櫸木條蒸煮後直接彎曲成各種曲線形狀的椅子腿、椅背、椅座,做成實木彎曲椅子(圖1b),使木材彎曲生產技術實用化。芬蘭阿爾伏(A.Alver)在1929~1935年間設計製作了多種彎曲膠合的傢俱。瑞曲馬莎遜(B.Mathsson)於1942年設計了多種具有人體曲線的彎曲膠合傢俱。在二次世界大戰期間,彎曲膠合技術廣泛用於製造飛機和船艇等的部件。由於人們長期不斷地努力,彎曲膠合工藝與裝置日臻完善,品種也不斷增加。50年代以來丹麥、瑞典、芬蘭、挪威、美國、日本和蘇聯等國的彎曲膠合傢俱發展迅速。大量生產彎曲膠合傢俱及其他製品,暢銷國際市場。中國在1958年起生產實木彎曲傢俱並批量出口,同時還生產彎曲膠合椅座、椅背、揚穀板等產品。1979年以來上海等地先後研製生產多種新型彎曲膠合傢俱,並進入國際市場。圖1木材彎曲方法分為方材彎曲、薄板彎曲膠合、鋸口彎曲膠合和人造板彎曲。方材彎曲將方材軟化處理後,在彎曲力矩作用下彎曲成所要求的曲線形並使其乾燥定型的過程。方材彎曲原理木材彎曲時,在凸面產生拉伸應力,凹面產生壓縮應力,中間一層既不受拉伸也不受壓縮稱為中性層。氣乾材在常溫條件下,纖維方向最大的拉伸應變值約為2%,壓縮應變值約4%以上。在高溫高含水率的條件下,木材拉伸應變值不變,而壓縮應變值明顯增大,並隨樹種和處理條件不同而異,山毛櫸、榆木等硬闊葉樹材可達25~30%。當木材的拉伸面緊貼兩端有擋塊的鋼帶,將木材與鋼帶作為一個整體進行彎曲時,因為中性層轉移到拉伸區,由鋼帶承受拉伸力,木材只是在壓縮力的作用下進行彎曲,故可以將木材彎曲成較小的彎曲半徑。木材的彎曲效能通常用h/R表示。一定厚度的木材能彎曲的半徑越小,說明其彎曲效能越好。彎曲效能h/R=ε1+ε2/1-ε2,h為方材厚度,R為模具半徑,ε1、ε2分別為該木材的許用拉伸和壓縮應變值。彎曲效能良好的樹種有山毛櫸、水曲柳、榆木、白櫟、白蠟、山核桃、桑木等。針葉樹材和軟闊葉樹材的彎曲效能較差。幼齡材、邊材比老齡材、心材的彎曲效能好。方材彎曲工藝包括毛料選擇、軟化處理、加壓彎曲和乾燥定型。①毛料選擇 配製毛料時應選用具有良好彎曲效能的樹種,紋理要通直,不允許有腐朽、斜紋、夾皮、節疤等缺陷。毛料含水率以25~30%為宜,過高或過低都會影響彎曲質量和成本。為保證彎曲時鋼帶緊貼方材的凸面,在彎曲前應刨光木材表面。②軟化處理 目的是改善木材的彎曲效能。處理方法有水熱處理(蒸煮),高頻、微波加熱處理,化學藥劑處理。水熱處理用蒸煮鍋或煮沸槽進行。處理溫度通常為110~140℃。高頻、微波加熱能使毛料在幾分鐘內達到加熱軟化要求,它適用於高含水率的毛料。化學藥劑處理分氨塑化、尿素塑化和鹼液處理法,而氨塑化法又包括無水液氨(-33℃)、氣體氨和氨水處理3種。水熱處理軟化法成本低、操作簡便,在實際生產中應用最普遍。③加壓彎曲 採用兩端設有端面擋塊的鋼帶和模具進行。鋼帶厚0.2~2.5毫米。通常硬闊葉樹材彎曲時端面壓力為2~3兆帕。形狀複雜的零件或生產數量少時常用手工彎曲(圖2),成批生產時,常用U型曲木機(圖3)、環形曲木機(圖4)或成型模熱壓法。圖2④乾燥定型 毛料在彎曲後如立即解除壓力,就會在彈性恢復下伸直。因此已彎曲毛料必須在彎曲狀態下乾燥到含水率10%左右,使其彎曲形狀固定。常用的定型方法有3種:將毛料從模具鋼帶上卸下來後,即插入與毛料彎曲形狀相同的架上乾燥。此法廢品率高。將彎曲好的毛料連同模具鋼帶一起在60~70℃的窯中乾燥定型。該法需要大量模具鋼帶,但質量較好,成品率高。用高頻或蒸汽加熱的方式使毛料直接在曲木機上定型。該法在保證質量的同時使曲木機達到較高利用率,只需用一副模具。圖3圖4薄板彎曲膠合將一摞塗過膠的薄板,按要求配成一定厚度的板坯,然後在壓模中彎曲、膠合和定型製得曲線形零件的一系列加工過程。又稱成型膠合。彎曲膠合件的形狀有U型、L型、O型,還有帶填塊的h(圖1a)、X、H型等,甚至呈三維空間彎曲的形狀。薄板可以是單板、刨切薄木、竹片或膠合板、纖維板等。在一定條件下,某樹種薄板的彎曲效能h/R一定,當厚度減小時,可彎曲半徑也隨之減小。故該法可以獲得彎曲半徑小、曲線形狀較複雜、厚度較大的彎曲零件,並且不受樹種限制。彎曲膠合工藝過程包括薄板準備、塗膠配坯、彎曲膠合、定型。薄板準備首先根據製品所要求的形狀尺寸及強度合理地選用樹種,確定薄板厚度。薄板含水率通常為6~12%。將薄板加工成要求的長度和寬度。薄板厚度越小,可彎曲的半徑也越小,彎曲越方便,但用膠量也越大。塗膠配坯膠粘劑應根據產品使用環境等確定。室內用傢俱彎曲膠合件宜用無色透明、具有中等耐水性的脲醛膠,也可用三聚氰胺膠。車船或建築用構件則宜用酚醛膠。單面塗膠量為100~130克/平方米。薄板層數根據彎曲部件的厚度、薄板厚度以及彎曲膠合時的壓縮率等確定。壓縮率通常為8~30%。根據彎曲膠合部件使用時的受力情況確定薄板纖維的配置方向。各層薄板的纖維方向一致的平行配置法適用於順纖維方向受力的部件,如椅腿、桌腿等。相鄰層單板的纖維方向相互垂直的交叉配置法適用於製造承受垂直板面壓力的部件如椅座、椅背等。混合配置法兼有上兩種纖維配置方向,用於形狀複雜的部件。彎曲膠合定型用模具和加壓裝置進行。按彎曲膠合加壓方式分為用一副硬模加壓(圖5)和用硬模與軟模(鋼帶、橡皮袋或軟管)組合加壓(圖6)。按模具構成可分為整體模和分段加壓模。模具可以是木質的或金屬的。硬模結構簡單,加壓方便,壽命較長,缺點是加壓不均。軟模加壓時壓力大小易調節,各部位壓力較均勻。木質模具常用於高頻介質加熱、低電壓加熱和小批次多品種生產,它的成本低,易製造,但使用期較短,易變形,需及時修正。金屬模用鋁合金或鋼製成,適於蒸汽加熱,產品形狀精度較高,模具使用期長,宜大批次生產。加壓裝置為單向或多向壓機,呈立式或臥式,以立式居多。封閉形彎曲部件如椅座圈、桌子望板等可用連續捲纏法或內外模加壓法。彎曲膠合時對板坯所加壓力除用於彎曲板坯外,還用於克服單板層之間的摩擦力和厚度方向的壓縮。壓力的方向原則上要垂直板坯表面,要防止由於受力不當引起板坯在模具內位移,所以往往根據彎曲件形狀設計成分段模,多向加壓。應透過計算確定板坯在壓模中的合理位置。膠合後的板坯要待膠固化後才能卸模。卸模後的彎曲件必須陳放一段時間,以求部件內的含水率均勻,內應力平衡,這樣加工好的彎曲零件才能保證一定的形狀、尺寸精度。圖5圖6鋸口彎曲膠合在毛料的縱向或橫向鋸出鋸口,然後彎曲成型。當鋸口順毛料纖維方向鋸割,並插入塗過膠的單板後,再彎曲加壓的方法稱縱向鋸口彎曲。可用於製造桌腿等。鋸口垂直於纖維方向鋸割並加壓彎曲的方法稱橫向鋸口彎曲。可製造圓弧形曲面零件。鋸口的寬度、深度和鋸口的間距根據板材厚度及彎曲半徑來確定。鋸口呈長方形或楔形。人造板彎曲纖維板可在常溫下常態或溼潤態彎曲,也可在加熱溼潤狀態彎曲。特別在加熱潤溼狀態下,由於在纖維間起膠粘作用的木質素及半纖維素本身的軟化,使纖維板具有較大的可塑性,能加工成很小的彎曲半徑。彎曲時凸面要覆貼一層厚0.2~0.4毫米的金屬板,以免凸面產生龜裂。加壓成型時間隨曲率半徑、纖維板厚度不同而異。彎曲後必須使纖維板充分乾燥,才能保持彎曲形狀。加壓彎曲方法有沿型模移動加壓輥、陰模加壓和陽模加壓3種。刨花板的彎曲加工一般採用背面開槽法。用於傢俱時,槽的間距約10毫米,槽深達到離表面1~2毫米處。為保證表面的平滑度,常在開槽的背面貼兩層單板。
利用模具將木材彎曲變形並使之定型的加工過程。與切削加工相比,木材利用率高、省工、零部件強度高、工藝價值大。為此,木材彎曲普遍用於加工製造傢俱、樂器、體育用品、工藝品以及車輛、建築物的曲線形部件。發展歷史人們很早以前就用火烤法彎曲木材,但彎曲半徑較大。1830年德國索尼特(M.Thonet)發明了在彎曲木材的凸面外包鋼帶,使木材在受壓狀態下進行彎曲的方法。他還將山毛櫸木條蒸煮後直接彎曲成各種曲線形狀的椅子腿、椅背、椅座,做成實木彎曲椅子(圖1b),使木材彎曲生產技術實用化。芬蘭阿爾伏(A.Alver)在1929~1935年間設計製作了多種彎曲膠合的傢俱。瑞曲馬莎遜(B.Mathsson)於1942年設計了多種具有人體曲線的彎曲膠合傢俱。在二次世界大戰期間,彎曲膠合技術廣泛用於製造飛機和船艇等的部件。由於人們長期不斷地努力,彎曲膠合工藝與裝置日臻完善,品種也不斷增加。50年代以來丹麥、瑞典、芬蘭、挪威、美國、日本和蘇聯等國的彎曲膠合傢俱發展迅速。大量生產彎曲膠合傢俱及其他製品,暢銷國際市場。中國在1958年起生產實木彎曲傢俱並批量出口,同時還生產彎曲膠合椅座、椅背、揚穀板等產品。1979年以來上海等地先後研製生產多種新型彎曲膠合傢俱,並進入國際市場。圖1木材彎曲方法分為方材彎曲、薄板彎曲膠合、鋸口彎曲膠合和人造板彎曲。方材彎曲將方材軟化處理後,在彎曲力矩作用下彎曲成所要求的曲線形並使其乾燥定型的過程。方材彎曲原理木材彎曲時,在凸面產生拉伸應力,凹面產生壓縮應力,中間一層既不受拉伸也不受壓縮稱為中性層。氣乾材在常溫條件下,纖維方向最大的拉伸應變值約為2%,壓縮應變值約4%以上。在高溫高含水率的條件下,木材拉伸應變值不變,而壓縮應變值明顯增大,並隨樹種和處理條件不同而異,山毛櫸、榆木等硬闊葉樹材可達25~30%。當木材的拉伸面緊貼兩端有擋塊的鋼帶,將木材與鋼帶作為一個整體進行彎曲時,因為中性層轉移到拉伸區,由鋼帶承受拉伸力,木材只是在壓縮力的作用下進行彎曲,故可以將木材彎曲成較小的彎曲半徑。木材的彎曲效能通常用h/R表示。一定厚度的木材能彎曲的半徑越小,說明其彎曲效能越好。彎曲效能h/R=ε1+ε2/1-ε2,h為方材厚度,R為模具半徑,ε1、ε2分別為該木材的許用拉伸和壓縮應變值。彎曲效能良好的樹種有山毛櫸、水曲柳、榆木、白櫟、白蠟、山核桃、桑木等。針葉樹材和軟闊葉樹材的彎曲效能較差。幼齡材、邊材比老齡材、心材的彎曲效能好。方材彎曲工藝包括毛料選擇、軟化處理、加壓彎曲和乾燥定型。①毛料選擇 配製毛料時應選用具有良好彎曲效能的樹種,紋理要通直,不允許有腐朽、斜紋、夾皮、節疤等缺陷。毛料含水率以25~30%為宜,過高或過低都會影響彎曲質量和成本。為保證彎曲時鋼帶緊貼方材的凸面,在彎曲前應刨光木材表面。②軟化處理 目的是改善木材的彎曲效能。處理方法有水熱處理(蒸煮),高頻、微波加熱處理,化學藥劑處理。水熱處理用蒸煮鍋或煮沸槽進行。處理溫度通常為110~140℃。高頻、微波加熱能使毛料在幾分鐘內達到加熱軟化要求,它適用於高含水率的毛料。化學藥劑處理分氨塑化、尿素塑化和鹼液處理法,而氨塑化法又包括無水液氨(-33℃)、氣體氨和氨水處理3種。水熱處理軟化法成本低、操作簡便,在實際生產中應用最普遍。③加壓彎曲 採用兩端設有端面擋塊的鋼帶和模具進行。鋼帶厚0.2~2.5毫米。通常硬闊葉樹材彎曲時端面壓力為2~3兆帕。形狀複雜的零件或生產數量少時常用手工彎曲(圖2),成批生產時,常用U型曲木機(圖3)、環形曲木機(圖4)或成型模熱壓法。圖2④乾燥定型 毛料在彎曲後如立即解除壓力,就會在彈性恢復下伸直。因此已彎曲毛料必須在彎曲狀態下乾燥到含水率10%左右,使其彎曲形狀固定。常用的定型方法有3種:將毛料從模具鋼帶上卸下來後,即插入與毛料彎曲形狀相同的架上乾燥。此法廢品率高。將彎曲好的毛料連同模具鋼帶一起在60~70℃的窯中乾燥定型。該法需要大量模具鋼帶,但質量較好,成品率高。用高頻或蒸汽加熱的方式使毛料直接在曲木機上定型。該法在保證質量的同時使曲木機達到較高利用率,只需用一副模具。圖3圖4薄板彎曲膠合將一摞塗過膠的薄板,按要求配成一定厚度的板坯,然後在壓模中彎曲、膠合和定型製得曲線形零件的一系列加工過程。又稱成型膠合。彎曲膠合件的形狀有U型、L型、O型,還有帶填塊的h(圖1a)、X、H型等,甚至呈三維空間彎曲的形狀。薄板可以是單板、刨切薄木、竹片或膠合板、纖維板等。在一定條件下,某樹種薄板的彎曲效能h/R一定,當厚度減小時,可彎曲半徑也隨之減小。故該法可以獲得彎曲半徑小、曲線形狀較複雜、厚度較大的彎曲零件,並且不受樹種限制。彎曲膠合工藝過程包括薄板準備、塗膠配坯、彎曲膠合、定型。薄板準備首先根據製品所要求的形狀尺寸及強度合理地選用樹種,確定薄板厚度。薄板含水率通常為6~12%。將薄板加工成要求的長度和寬度。薄板厚度越小,可彎曲的半徑也越小,彎曲越方便,但用膠量也越大。塗膠配坯膠粘劑應根據產品使用環境等確定。室內用傢俱彎曲膠合件宜用無色透明、具有中等耐水性的脲醛膠,也可用三聚氰胺膠。車船或建築用構件則宜用酚醛膠。單面塗膠量為100~130克/平方米。薄板層數根據彎曲部件的厚度、薄板厚度以及彎曲膠合時的壓縮率等確定。壓縮率通常為8~30%。根據彎曲膠合部件使用時的受力情況確定薄板纖維的配置方向。各層薄板的纖維方向一致的平行配置法適用於順纖維方向受力的部件,如椅腿、桌腿等。相鄰層單板的纖維方向相互垂直的交叉配置法適用於製造承受垂直板面壓力的部件如椅座、椅背等。混合配置法兼有上兩種纖維配置方向,用於形狀複雜的部件。彎曲膠合定型用模具和加壓裝置進行。按彎曲膠合加壓方式分為用一副硬模加壓(圖5)和用硬模與軟模(鋼帶、橡皮袋或軟管)組合加壓(圖6)。按模具構成可分為整體模和分段加壓模。模具可以是木質的或金屬的。硬模結構簡單,加壓方便,壽命較長,缺點是加壓不均。軟模加壓時壓力大小易調節,各部位壓力較均勻。木質模具常用於高頻介質加熱、低電壓加熱和小批次多品種生產,它的成本低,易製造,但使用期較短,易變形,需及時修正。金屬模用鋁合金或鋼製成,適於蒸汽加熱,產品形狀精度較高,模具使用期長,宜大批次生產。加壓裝置為單向或多向壓機,呈立式或臥式,以立式居多。封閉形彎曲部件如椅座圈、桌子望板等可用連續捲纏法或內外模加壓法。彎曲膠合時對板坯所加壓力除用於彎曲板坯外,還用於克服單板層之間的摩擦力和厚度方向的壓縮。壓力的方向原則上要垂直板坯表面,要防止由於受力不當引起板坯在模具內位移,所以往往根據彎曲件形狀設計成分段模,多向加壓。應透過計算確定板坯在壓模中的合理位置。膠合後的板坯要待膠固化後才能卸模。卸模後的彎曲件必須陳放一段時間,以求部件內的含水率均勻,內應力平衡,這樣加工好的彎曲零件才能保證一定的形狀、尺寸精度。圖5圖6鋸口彎曲膠合在毛料的縱向或橫向鋸出鋸口,然後彎曲成型。當鋸口順毛料纖維方向鋸割,並插入塗過膠的單板後,再彎曲加壓的方法稱縱向鋸口彎曲。可用於製造桌腿等。鋸口垂直於纖維方向鋸割並加壓彎曲的方法稱橫向鋸口彎曲。可製造圓弧形曲面零件。鋸口的寬度、深度和鋸口的間距根據板材厚度及彎曲半徑來確定。鋸口呈長方形或楔形。人造板彎曲纖維板可在常溫下常態或溼潤態彎曲,也可在加熱溼潤狀態彎曲。特別在加熱潤溼狀態下,由於在纖維間起膠粘作用的木質素及半纖維素本身的軟化,使纖維板具有較大的可塑性,能加工成很小的彎曲半徑。彎曲時凸面要覆貼一層厚0.2~0.4毫米的金屬板,以免凸面產生龜裂。加壓成型時間隨曲率半徑、纖維板厚度不同而異。彎曲後必須使纖維板充分乾燥,才能保持彎曲形狀。加壓彎曲方法有沿型模移動加壓輥、陰模加壓和陽模加壓3種。刨花板的彎曲加工一般採用背面開槽法。用於傢俱時,槽的間距約10毫米,槽深達到離表面1~2毫米處。為保證表面的平滑度,常在開槽的背面貼兩層單板。