木材质家具生产上最常见的问题

king.wang

有效地控制木材含水率的确是木制品生产厂家的一件大事。我们知道木质开裂和木材的含水率有着很密切的关系，但只是盯住含水率是不够的，要知道木材干燥的质量指标不仅仅是含水率一项，其他指标例如含水率的均匀度、内应力同样不可忽视。否则很容易忽略了真正的原因。认为木材是越干越好，只要够干就不会裂，不但白白加大干燥成本而且会带来更多的质量事故。是很无知和荒谬的错误。
       应该循应力—应变的思路来分析具体现象，寻找答案，解决问题。
       经验告诉我们，单一块干燥到8%含水率的木板，放在仓库里几经寒暑反复干湿它不会开裂，因为它的膨胀收缩没有约束。
       用多块干燥到8%含水率的木板按合理的工艺胶合成一批板件做以下的试验观察：全部砂光好，分成三份；将其中二份，一面按家具表面作完好的油漆另一面不做认真的油漆；把经过油漆的板件，再拿其中的一半，在没有经过认真油漆的那一面上，垂直于胶合线安上（胶合加圆木榫）两到三条强劲的木枋。然后让工件上下两个表面在基本相同的条件与大气接触，那么我们可以观察到：A组砂光，B组砂光+油漆，C组砂光+油漆+木枋增强，在几经冷热反复干湿之后，A表面失去平整，几何尺寸变化很大，木板的端面有裂纹，整体仍然保持形状。B全部出现弯曲，油漆的一面凹下没油漆的一面有裂缝，C情况最严重，虽然弯曲的情况略好于B，但是相当多的工件在油漆的一面出现裂纹。
       对于上述的试验大致上可以得出以下结论，本试验中引起木材变形开裂的不是木材含水率过高，吸湿胀裂是主要的，油漆封闭很重要，在尺寸变化不受到约束的情况下如A，应力—应变可以顺其自然；当应力不均匀如B，应变又被约束着的时候如C，就会出现应力集中并且找到薄弱的地方以其最容易的实现方式— 裂开—把应变表达出来。看看变形的B就可以想象得到C忍受着多大的应力。
      木板在纵剖时都会出现顺锯的弯曲，锯开后摆上24小时，弯曲会更明显，如果在干燥的末期没有做消除内应力的处理，则弯曲会非常严重，我们把一些木板直接用单片锯纵剖，放上几天之后观察和测量它的变形量，再把几块这些木板并合起来，那么施加的夹紧力会等于克服全部弯曲变形使所有木板变直的力加上胶合压力，因为首先要使木板变直然后才会在胶合面形成胶合压力，于是一连串问题随之而来，木板在宽度方向上弯曲要费很大的力量，多块木板在宽度方向上弯曲例如并合桌面板或椅坐板，所需的力更大，并板机提供的夹紧力能满足吗？—不能，就造成并板胶合不良甚至失败。—能，那么虽然胶合成功，但是迫使木板变形的力将作为预应力留在了木板里面，它在以后的日子里说不定什么时候会让木板裂开。现在大多数工厂都会以最短的生产周期来安排生产，纵剖—修边面—胶合一气呵成，当时胶合会成功，但应力却没有释放，存在着木板开裂的隐患，或者当时虽然胶合好象是成功的，卸去夹紧器后，在养生期内胶合还没有达到预定的强度，而木板的变形却开始破坏胶合，使并板在胶缝处裂开。我处理过几家工厂，他们长时间出现上述的情况，不幸的是他们老是在含水率上找原因，多次更换胶粘剂，而买方验货又把重点定在含水率上，验货员拿着测湿计对成品和在制品实行严格的测控，结果木材成本搞得高高的，尽管木材已经很干，问题还是不断出现，外商总在抱怨，索赔了一次又一次。后来给工厂整顿工艺调整生产节奏，问题就解决了，接着又适度地放宽含水率的要求，制造过程中锯、铣、车、雕刻、装配、运输时的崩损、折断大大减少，而制品的表面加工质量却有了明显的改善，成本下降生产畅顺。

      我国木材市场供应是有季节性的，一些使用国产木材的工厂常常在冬春季时会遇到材料供应不足的情况，到了四、五月新锯的板材进厂，就立即把它放入干燥窑里烘干，其后又把刚刚干燥好的木材，还在暖乎乎的时候就锯解、并接，车铣……造成家具，整个制造过程都问题不断，买出去的产品投诉多多；集中在变形，开裂两项。以后的几个月情况逐步好转，八、九月趋于平静，到了第二年又来闹腾一次。企业的质量报表统计显示，不同年度相同月份会有相似的质量波动，（出口产品信息会滞后一到两个月）。有几个我很熟悉的工厂都遇到了上述的困扰，在和他们一起分析研究原因时，我看了他们的干燥质量检验记录，几乎都是只测查含水率一项，而真正存在着的主要干燥质量问题是：普遍含水率不均匀，同一块木板上不同点的含水率偏差很大，有些点上含水率略偏高。干燥结束前的平衡热湿处理时间不够。也没有做内应力叉齿试验。对这些木板做内应力叉齿试验会立即表现出很大的内应力，把那些开裂的工件（如椅子的坐板）顺着裂纹方向每隔15MM 剖锯一条，大多数锯下来的木条条都会马上变弯。后来这些工厂严格按照国家标准来控制干燥质量，问题也就自然解决了。
       在南方有一种情况每年都会出现多次，生产工厂对它既头疼又无奈，下面我们来讨论一下，冬季大气中的相对湿度是比较低的，但是在寒流到来时，北风一吹，昼夜之间气温下降七八度或十多度，不管寒流带来的天气是阴湿还是干晴，工厂里都会有一些产成品出现端裂；胚料，在制品，无论涂装与否概莫能免。
       是干、冷收缩裂吗？不能简单下这个结论，因为这样形态的端裂也同时出现在吸湿情况下的木材。这里冷收缩是肯定的，干缩却是或然的。出问题的零件的外尺寸大都没有缩小，含水率并不一定是下降，也有上升的，变化大约在 ±1-2% 之间,假如木材的含水率下降了的话，按干、冷收缩系数来计算，其总收缩量远远小于裂缝的宽度。大多数情况下当按干、冷收缩系数来计算，其总收缩量小于（各条）裂缝宽度的总和时，基本上可以判定这（些）裂缝产生的原因不一定完全是干、冷收缩引起的，必须小心地寻找和排除其他可能引起开裂的因素。
        我在不同地点，不同的木工厂观察过许多个冬季，特别集中观察在制的零件，我有以下的观点：这种缺陷的产生与原质木材的含水率关系不大，也不是吸湿和解吸引起的，撇开温度下降的因素，对木材来说在相同的时间里，有着同样含水率变化的别的时候，例如吸湿和解吸都很强烈的夏天，就不会产生这种缺陷。缺陷产生的部位在端面和其他一些约束条件比较弱的地方。产生缺陷的零件几乎都是新近加工的在线产品，如果产品所用的木材是干燥后贮存时间不长或者木材制造前因含水率过高经过返烘的，那么产生这种缺陷的几率会高许多。

以下的现象和实验会有助于解释内应力在引起上述缺陷时是如何行为的。
       理论上木材的弦向收缩率大于径向收缩率，那是用20MM*20MM*20MM的小试块作实验得到的结论，这个结论无疑是正确的。但是在木材干燥的实际生产过程中，我们会发现：实木板材不管它是弦切还是径切，在完成干燥后表现出来的却是厚度方向上的收缩率大于宽度方向上的收缩率。这是因为木材干燥是由外而里逐渐变干的，伴随着干燥而产生的收缩不是均匀地同时的进行，木材内部还没有收缩的物质对已收缩的和正在收缩的物质有强烈的抗抑作用，厚度方向上参与这种对抗的物质总量小于宽度方向上参与这种对抗的物质总量；结果厚度方向上的收缩得完全一些，宽度方向上的收缩就很不完全。当积集在某些部位的收缩拉应力大到足以从内部撕裂木质时，木板就会形成内裂缺陷。而更多的时候木板并没有出现内裂，但是应力、应变却存在着，木板内部裂开的条件和趋势仍然存在着，只是木材收缩处于弹性变形，或者已经出现了许多眼睛看不见的微小的裂纹，尚未连成大的裂缝，一切处于相对平衡状态。通过长时间的自然时效，木材对水分反复的吸湿—解吸作用，可以消除内应力或者“变定”使这种平衡状态稳定下来。假如木板被截解开，截面上原来的约束条件就改变了，再遇到突然降温，收缩应力进一步增强，旧的平衡被彻底打破，木块就会出现裂缝。
       可以通过实验把上述的现象再现出来：取一块刚刚经干燥炉烘干出来干燥质量合格的国产柞木弦切板材，含水率为8%，大小为50MM*200MM*2000MM，截去两端各100MM。用窄薄的带锯把余下1800MM 横截出20MM 长的若干段，把相邻的两段做一组并在同一次锯解中分开的两个面上作标记 An—A׳n Bn—Bn׳ Cn—C׳n ,然后将两件一组装进密封袋里，这里有等量的A B C 三大组。取出全部B׳件作防裂油处理，取出全部C׳件很温和的小心地让它们反复吸湿—解吸（过程尽量模拟气候、昼夜温度湿度的变化）多次；待C׳件处理完毕，把所有试件一起暴露在相对湿度75—85%，温度25°C的环境中两三天，再把试件置于冷柜中让它们降温10°—15° C 。结果：A A′ B C绝大部分有端裂出现，同组An— A′n上裂纹的位置和形状有十分明显的对应关系，说明裂开的地方正是应力集中的地方，在这里裂开一条这个样子的裂缝，不是偶然的。由于防裂油的作用，B′ 端裂较少，但Bn—Bn׳ 仍可以隐约看出裂纹的对应关系；C′甚少端裂，而且有端裂的Cn—C׳n 已经找不到裂纹的对应关系了，因为在反复吸湿和解吸的过程木材内部的应力得到释放缓解，应力集中的位置也有了改变。
生产经验告诉我们：
1.木材窑干后期的平衡应力处理非常重要。
2.如果木材在窑干以后再有一段时间的自然时效，那么这些木材会更加稳定。国家标准上面规定的时间（2—7天，见 GB6491—99 4.14）是一个最起码的时间。
3.人工林出产的木材比自然林出产的木材质量要稳定得多。
4.同一林产地区出产的木材；经同一工厂干燥的木材比较易于实现品质控制。在木材市场上东一家西一家收购回来的木材，由于产地杂，干燥效果（窑干基准、终含水率、残留应力）不一，用这样混杂的木材去制造家具，品质控制将会很困难，而且隐患非常多。
5.太干的木材在车、铣、雕刻时很易崩损，胶合时胶粘剂不易浸润其表面，所以有些老师傅会故意用水着湿加工面，这不会带来质量问题，相反可以改善工况提高加工质量。

jknew

很专业.学习学习!

henrysun11

好文章，赞！

shmilyscr

好文章，支持一下先，顺便做个记号了

will197801

很专业，专家级了，多谢！

heibao136

可以当论文发表了

zane

太棒了！很使用

yuankai118

TKS FOR SHARING,LEARNING!

zoujianfu

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zdzi24

学习了     谢谢