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一张曲木椅的长成 ——实木热弯成型工艺应用与设备浅析

一张曲木椅的长成 ——实木热弯成型工艺应用与设备浅析

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    一张充满艺术感的椅子,虽然重量很轻,但却十分坚固耐用。早在180年前的1840年,德国木匠Michael Thonet就在维也纳制造了第一张实木弯曲成型的椅子。从那时起,这种神奇的工艺就开始在家具制造业中得到了广泛的应用,所以这种方法也被称之为“Thonet法”木材弯曲。直到二战结束时,这种弯曲木仍在飞机制造业和高要求的建筑构件中得到应用。
 
    下面我们将进行和金田豪迈合作的欧洲生产企业的经验分享,针对其中的工艺特点,实木弯曲的机械设备进行逐一的介绍。
 
 
椅子工厂及其产品
    弯曲木实际上有很多用途,在知道木材可弯成很小曲率半径的技术以前,圆筒及船体已能使用实木弯曲成型进行制造。自1840年采用Thonet工艺以后,木材可以被弯曲成圆形,内曲率半径甚至可达到木材厚度的3倍。从这以后,类似的弯曲技术被最主要用来进行生产椅子。虽然可以运用这样创新的大胆构思,但工厂的技术人员仍然面临着新的挑战,比如说如何将设计构思转化为优美且耐用的实木产品?很多年前,弯曲成型的木材在很多领域都被广泛应用,例如用来制造滑翔机和体育器材中的雪橇和网球拍等。目前在体育器材上仅限于进行平底雪橇这类产品的制作。
 
实木雪橇
 
经典的Thonet No.14 实木座椅
 
工艺方法
 
    木材弯曲是一种无屑实木成型加工工艺,它分为三个阶段:软化、弯曲和定型(在模型框架中冷却并干燥)。
 
    在准备阶段,木材需刨成方材,然后精确地截成弯曲长度。为了达到可弯曲的性能,必须将木材(即工件)进行软化,这表现为温度和湿度的影响。一般将准备好的木材放在一定条件(压力、温度和湿度)的蒸气中进行一段时间的软化,时间的长短与初始含水率、木材的树种和木材的厚度有关。
 
 
    我们提及的工艺,在实木软化的专用设备上,可在较短的时间内以消耗极少的能量将木材转变为可以弯曲的状态。软化的时间与工件的厚度有关,在较好的设备上大约1~2min/mm,对于一个30mm厚的工件大约需要40~50min。
 
    在弯曲时,将工件自由地放在金属薄板中,以扼制弯曲过程工件外表面的拉伸,从而被弯曲成一定的形状。这里介绍可供使用的三种弯曲设备:简单的设备,它可以弯曲长度达1.2m的工件(未弯曲前长度);通用设备,它可以弯曲达2m的对称的和非对称的工件;专用设备,可以将方材弯曲成360°甚至更大(例如720°)。
 
    弯曲过程中,弯曲构件内部将形成张力,这种张力在以后的定型阶段将完全被消除。此外,还要对工件进行降温处理,并消除弯曲工艺流程中必须的水分,最好的方法是将其放在低温干燥室中进行干燥。为了使工件保持需要的形状,应将工件夹在一个干燥架上。
 
    弯曲后通过自然冷却可以明显地减少内部张力,在含水率低于12%时,弯曲成型的工件定型,它的形态在湿度增加时也不会发生明显的改变。
 
    上述这种木材弯曲的工艺是切实可行的。它克服了木材工件本身的自然差异,但对于不同的树种存在着很大的差异。总的来说,针叶材不能进行很好的弯曲,而阔叶材,如栎木、山毛榉、白蜡和胡桃木能被很好的弯曲。
 
技术与设备
    针对工艺流程,如软化、弯曲和定型,有各种不同的机器设备。这些设备是专用的,且能满足以上工艺要求。下图是木材弯曲成型的一套设备,它由软化装置(图右:蒸气锅炉、蒸气发生器)、弯曲装置(图左)和一个带有弯曲板与框的工作台。软化装置由三部分组成:一台蒸气发生器、一个蒸气调节装置和一个放置木材工件的容器。在一台精良的软化装置上,软化时间至少为1min/mm板厚。时间的长短很大程度上取决于树种和工件截面的几何形状。
 
 
    实木弯曲机有几种不同的结构,同其他机器一样,也有许多类型,比如变化参数较少的快速生产设备,即万能设备;也有用于弯曲不同几何形状的设备;除用于弯曲开口的和U型的工件外,还有用于弯曲环形或者螺旋面工件的设备。
 
 
    通用弯曲机的加工宽度可达300mm。在这种机器上可以将截面为50mm×50mm的6个工件同时弯曲成型。弯曲角度为180°的U型椅子框的弯曲时间大约为30s,连同工件的装卸时间及机器退回时间,整个工作周期约为90s。这样每小时可以弯曲40次共240个零件。弯曲角度为90°时,每小时可以加工120次。在加工宽度240mm的范围内,每小时可以弯曲240个宽度为120mm的工件。
 
    同其他先进的的机器一样,现在木材弯曲机械也是由电气控制的。在简单的机械上可以控制简单的运动过程;在复杂的机械上可以用变频调速装置调节转速,并进行电气定位,以及复杂形状的弯曲。
 
    整套的干燥装置用于弯曲成型的定型。夹紧框架、弯曲薄钢板及其他附件可以从机床制造商购得,各种不同的弯曲形状的附件通常要自己制备。
 
应用展示
    当然,在弯曲成型之后,还需要对这些材料进行成型、结构加工、并组装、砂光、涂饰,完成表面处理。在此过程中,金田豪迈整合了世界最顶级的设备供应商,如Pade,Intorex,Comec,Finiture等,将一张椅子完美地呈现给大家。
 
    中国有句俗话:好吃不过饺子,舒服不如倒着!有什么可以比一张好椅子让人在疲惫的时候有一个舒适、舒心休息的地方呢,家具人特别是做椅子的人就是为这个在不懈的创造着!
 
 
价值呈现
● 生产方面:
   木材弯曲方式可以提高原材料的利用率,浪费少,大大节省木材投入成本。而且加工速度快,高产出。
 
● 设计方面:
   产品富有简洁的美感,且耐久性良好。给您更多的曲线设计选择。
 
● 品质方面:
   力与美的完美结合由于弯曲材料在加工过程中受到的挤压,使得其在后续的成型加工中具有更加良好机械性能。产品经久耐用,质量优良,不易损坏。