精益化实木备料加工技术分析

赵霏越，富艳春

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037)

我国家具产业虽发展迅速，但仍面临着转型压力，且其产品加工方面仍存在诸多问题，加工成本过高是其中之一[1-2]。纵观实木木制品的整个生产加工过程，决定企业生产成本的最关键工序就是备料加工。通过成本分析得出材料成本占总成本的50%以上，而实木成本又占整个材料成本的50%以上[3]。实木家具企业如何在竞争激烈的市场中赢得一席之地，成本控制至关重要，而通过对备料工段的精细化管理，应用合适的工艺和设备，进而提高木材加工出材率，可以在很大程度上降低生产成本。

如今大多数实木家具厂使用的原材料均为进口材，备料工段的加工过程一般可概括为纵切定宽、横截定长、指接接长以及拼板加工。本文以德国威力集团的实木加工技术为例，通过对实木家具备料工段的加工拆解，阐述如何通过工艺和设备的配合，达到提高出材率的目的。

1 精益化纵切加工工序、横截加工技术

1.1 精益化纵切加工工序

目前市面上用量较大的木材多为从美国、非洲、欧洲等地进口的木材，而且原材料木材以不等宽木材为主。在加工该类木材时，如果采用传统固定多片锯进行定宽加工，就不可避免地产生大量的边条，导致木材的浪费。德国威力集团生产的优选纵切锯能很好地解决上述问题，该优选纵切锯具有锯片调节装置，可根据原材料的特性调整锯片位置，实现材料经济合理利用并获得最大出材率的目的。不仅如此，通过优选功能还可尽量避免从裂纹、节子等缺陷中间下锯，进而提高后续横截锯的出材率。该锯机锯切可以有效减少加工过程中的废料，使因天然因素导致对木材的消耗降低，实现材料的更大化利用[4]。优选纵切锯与固定多片锯锯切示意图如图1所示。

图1 锯切示意图

此外，根据笔者对设备优选多片锯设备性能的了解，在确保木材干燥性能优良而且木材在使用多片锯锯切之前经过双面刨刨光过，有良好锯切加工基准面的前提下，通过性能优良的优选多片锯锯切出来的板条具有很好的直角度，该锯切板条可以直接进行拼板加工。在我国绝大多数实木家具企业中，拼板料在拼板前要经过四面刨进行刨光加工，用于保证拼板面和上下面的直角度，通过优选多片锯加工后的板条，可以直接去做拼板，节省了四面刨的工序。这样不仅节省了设备、缩减了工艺流程，还大大提高了木材的出材率。在国内已经有多家家具厂的前端备料工段在使用此种工艺，但此种工艺是否适用所有家具厂，需要统筹考虑企业所用木材、使用的设备性能和刀具情况。

综上所述，通过使用高精度的优选多片锯代替传统的固定多片锯，可以通过宽度套裁优选提高木材加工出材率，而且通过选择合适的设备和刀具，可以实现直拼的锯切质量，进而又进一步提高了木材的出材率。当下大径级木材资源逐年锐减[5]，提高木材利用效率有着更加重要的意义。根据客户实际使用经验，使用优选多片锯代替传统固定多片锯，出材率可提高5%～10%。

1.2 精益化横截加工技术

在横截加工工序方面，要求将板材上的缺陷截除并且按照家具部件的长度要求进行定长加工。传统的加工方式是由工人测量板材长度，然后根据所需板材的长度和板材表面缺陷情况进行锯切。这种加工方式对操作人员的经验和责任心都有很高的要求，并且在锯切过程中无法全面考虑长度、价值和数量等因素，不能进行最为合理的横向锯切，降低了出材率，浪费木材。利用优选横截锯便可较好地处理该问题。在整个锯切过程中工人只需划线、放料和捡料，剩下的工作全部由机器完成：测量站自动测量板材长度和缺陷位置，需要的木材长度、数量、产品价值录入到设备控制系统中，由设备控制系统自动计算出最佳出材率和最高利润的优化方案，指导横截锯进行锯切。在整个加工过程中减少了人为干预，降低对操作人员的要求，并发挥设备计算能力优于人类的特点，最终实现高效和高出材率的横截加工。

2 精益化指接接长和木材拼板技术

2.1 精益化指接接长技术

为了更大限度地利用木材，实现短料长用，减少浪费，劣材优用，可将木材在长度方向上胶接起来。大多在木材端部加工出榫，经涂胶和加压拼接而成[6]。由其加工方式可知，在保证指接材强度的前提下，榫头的长度越短，节省的木料就越多。传统的指接机由于加工精度不高，指榫之间接合不够紧密，因此只能通过加工较长的指榫来满足强度要求，故一般指榫榫头的长度为10/11 mm。可见想减少木材在指接过程中的浪费，必须提高铣齿精度，减小齿榫长度。由德国威力集团生产的铣齿机精度非常高，在铣齿齿长为4 mm的情况下即可满足家具用材的强度要求，这样每根指接料就可节省10 mm左右的板材，很大程度上提高了木材的利用率，减少材料浪费。

2.2 精益化木材拼板技术

实木拼板是实木家具很重要的零件组成[7]。在木材加工利用中，木材拼板是非常重要的加工环节，该工艺是避免木材各向异性和干缩湿涨天然缺陷的有效方法，也是改进木材材质、节约天然资源、拓展木材使用范围和设计领域最直接的途径。随着当前木材资源日益匮乏，尤其是珍贵木材和大径级木材的急速减少，拼板工艺成为家具企业普遍使用的方法。为满足零部件的不同需求，使用不同拼板工艺制得在厚度与幅面上均可变化和延伸的板方材[8]，如桧木拼接可用作面板[9]。

拼板过程中要提高木材的利用率，减少废品量和后续的砂光量，就必须保证拼板前木板有很好的直角度，拼板时最大限度地减少纵向和横向错位，并同时保证持久耐用的胶合质量。传统的拼板压机主要有星型压机和风车式压机两种，但这两种压机制得产品在垂直方向错位较大，拼板质量受人为因素影响严重。且其施胶量无法得到控制，用量过大将增加生产成本。胶黏剂在固化过程中形成与胶合力相反的内应力，会降低拼板的胶合强度[10]。经过改良的拼板机通过在设备上方和侧向配置独立施压元件的方法，保证板材垂直方向的错位被减到最小，从而减少了后续板材所需的砂光量，提高木材利用率；用高频加热法固化胶液，减少耗时，提高了生产效率。此外，该拼板机带自动涂胶功能，在板材侧面涂成几条胶线，涂胶量可控制，根据客户使用结果可知，与传统拼板机相比该拼板机可节省约40%的胶用量。涂胶、胶线展示如图所示2。

图2 拼板机自动涂胶装置

3 小结

利用新技术、新设备备料，提高生产效率的同时较大程度上减少了因木材缺陷导致的材料浪费，可有效从原材料使用方面降低消耗。与此同时采用先进合理的加工方案，结合锯片优选调节、高精度加工、精益化接长与拼接等工序达到既减少加工工序又提高木材出材率的目的。并在一定程度上减少家具制造中的人力投入，节省人工、降耗增效。最终使企业成本降低，实现精益化备料加工。