Способ бесстружечного деления древесины вдоль волокон Советский патент 1982 года по МПК B27B1/00 B27M1/00 

(5) СПОСОБ БЕССТРУЖЕЧНОГО ДЕЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ ВДОЛЬ ВОЛОКОН

1

Изобретение относится к технологии обработки древесины и касается способа ее бесстружечного деления вдоль волокон.

Известен способ бесстружечного деления древесины вдоль волокон путем разрушения клеток древесины под воздействием сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного излучения 1 .

Недостатком известного способа деления является невозможность получения высокого качества поверхности из-за отсутствия фокусировки излучения и неоптимальных ее параметров.

Цель изобретения - осуществление процесса деления древесины, обеспечивающего качество поверхности реза, соответствующее 5-7 классу шероховатости поверхности древесины.

Эта цель достигается тем, что согласно способу деление древесины осуществляют при частоте сверхаысокочастотного электромагнитного излучения частотой ГГц и удельной мощности в фокальном объеме 0,1 250 Вт/мм, причем вектор поля электрической напряженности ориентируют под углом к волокнам древесины, а сверхвысокочастотное электромагнитное излучение фокусируют по поверхности деления. Угол ориентации вектора поля электрической напряжен10ности от перпендикулярного по отношению к направлению tf волокнам древесины составляет . Резание осуществляют при качании сфокусированного луча сверхвысокочастотного элекг

15 тромагнитного излучения.

На фиг.1 схематично изображено устройство для осуществления процесс са резания на фиг.2 и 3 - сечения поверхности резания; на фиг. t и 5 уст20ройства для резания с механическим и электрическим качанием луча.

Прочность влажной древесины (осины, сосны, ели и др. пород) при растяжении поперек волокон при температу ре ТЗО-ТЗО С и абсолютной влажности более предела гигроскопичности (т.е более 20-30% в зависимости от породы) снижается до кгс/см. Для разрушения древесной клетки необходимо создать в ней избыточное давление 3- атм, что соответ-ствует температуре водяного пара . Нагрев влаги в клетке и парообразование должны происходить с такой скоростью, чтобы обеспечить повышение давления внутри клетки до разрушающего за время менее 0,02 с, компенсируя при этом паром объем вы тесняемой через стенки клетки влаги Вода обладает аномально высокой поглощаемостью энергии электромагнитного поля в СВЧ диапазоне.Максимум поглощаемости наблюдается при длине волны 1, 9 см.Диспазон используемых для резания длин волн находится в пределах от 10 до 0,1 см, т.е. 3-300 ГГц. Выбор наиболее выгодной для резания частоты определяется требуемой глубиной, на которой производится резание, и влажностью древесины. С увеличением частоты необходимая удельная мощность снижается со 250 до 0,1 Вт/мм. древесина разрушалась е заданной пл кости необходимо сфокусировать энер гию в линию с помощью линзовой или зеркальной параболической антенны. Минимальная абсолютная влажность при которой может происходить проце резания (разрушение клеток в поперечном направлении) составляет приблизительно 20. Верхний предел влахлности не ограничен и может составлять 2001 и более. Оптимальная для осуществления процесса влажност находится в пределах от 20 до 60. В процессе резания разрушается 1-3 слоя клеток, что соответствует 50-200 мкм, поэтому поверхность получается гладкой, соответствующей по шероховатости строганой. При ориентации поля электрической напряженности Е перпендикулярно волокнам поглощаемость древесиной СВЧ энергии наименьшая, примерно в 2 раза ниже, чем при ориентации поля Е параллельно волокнам. Чтобы уменьшить потери энергии в древесине при прохождении луча от ее поверхности до поверхности резания, необходимо ориентировать поле Е 64 перпендикулярно i: волокнам или под небольшим углом к перпендикуляру. Устройство для резания (фиг.1) включает в себя излучатель 1 с линзовой антенной в виде параболического цилиндру к которому подвоится СВЧ энергия по фидеру 2. Изучатель 1 фокусирует СВЧ электромагнитное излучение в фокальном объеме в виде линии АВ, в древесине 3. Плоскость ABCD представляет собой поверхность резания , Стрелка с буквой Е показывает ориентацию поля электрической напряженности поперек волокон. Стрелка с V показывает направление движения древесины, h - расстояние от поверхности древесины до поверхности резания , На фиг.2 и 3 представлены фигур-, ные фокальные линии 5 и 6, образующие сечения АВ поверхностей резания. На фиг. изображен линзовый излучатель 7 в виде цилиндрического параболоида, к которому по фидеру 8 подается СВЧ энергия. Излучатель 7 имеет возможность поворачиваться на оси 9 на угол Г . При этом фокальная линия (объем) 10 совершает колебательные движения, образуя поверхность резания ABCD. Такое устройство, в котором качается вся антенно-линзовая система, называют устройством с механическим качанием луча. На фиг.5 изображена система с электрическим качанием луча, состоящая из параболического зеркала 11 с двойной кривизной и облучателя 12. Здесь перемещение фокальной линии АВ в направлении точки D осуществляется без механического качания всей системы. Пример 1. В излучатель 1 (фиг.З) через фидер 2 подается СВЧ энергии с частотой 30 ГГц. Антеннолинзовая система в виде цилиндрического параболоида фокусирует излучение в фокальном объеме в виде линии АВ с ориентацией поля Е перпендикулярно волокнам. Удельная мощность в фокальнрм объеме составляет 10-20 Вт/мм. Брусок древесины 3 влажностью 40-60% надвигается в направлении стрелки V со скоростью 0,1-0,3 м/с. На глубине происходят нагрев и вскипание влаги в клетках, попадающих в фокальный объем. Давление пара в них.. повышается до i кгс/см, клеточные оболочки разрушаются в поперечном направлении, образуя поверхность I деления ABCD. Чтобы получить криволинейную поверхность резания, необходимо иметь излучатель, формирующий соответствующую фокальную линию, например 5 или 6 (фиг. и 5) Пример 2. Процесс резания с помощью линзового излучателя в виде цилиндрического параболоида с механическим качанием луча происходит следующим образом. СВЧ энер .гия частотой 20 ГГц подается в излучатель 7 (фиг.) по фидеру 8 и фокусируется в линию 10. Излучатель имеет возможность поворачиваться на оси 9 и в процессе резания он совер шает колебательные движения на угол Г. При этом фокальная линия 10 описывает поверхность резания ABCD в бруске древесины 3 влажностью 50%. Удельная мощность в фокальном объеме составляет 5-10 Вт/мм. В клетках, попадающих в фокальный объем 10, происходит нагрев и вскипание влаги. В результате чего клетки раз рушаются и древесина делится по поверхности ABCD вдоль волокон. Механическое качание всей антенНС-линзовой системы затруднено, если требуется очень быстрое качание луча. В этом случае можно использовать излучатель с электрическим качанием луча в виде параболического зеркала 11 (фиг.5) с двойной кривизной. В этом случае поверхность реза ABCD образуется за счет сдвига облучателя 12. А процесс резания осуществляется аналогично описанному выше. Фигурный рез вдоль волокон может быть получен соответствующим перемещением образца древесины относи64тельно линии деления. Возможно одновременное качание луча и перемещение образца древесины для получения требуемой формы поверхности резания. Формула изобретения 1.Способ бесстружечного деления древесины вдоль волокон путем разрушения клеток древесины под воздействием всерхвысокочастотного электромагнитного излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых поверхностей древесины, деление осуществляют при частоте сверхвысо- кочастотного электромагнитного излучения 3-300 ГГц, и удельной мощности в фокальном объеме от 0,1-250 Вт/мм, причем вектор поля электрической напряженности ориентируют под углом к волокнам древесины, а сверхвысокочастотное электромагнитное излучение фокусируют по поверхности деления. 2.Способ по п.1, отличающий с я тем, что угол op leнтaции вектора поля электрической напряженности от перпендикулярного по отношению к направлению волокон древесины составляет . 3.Способ по п.1, от ли чающий с я тем, что резание осуществляют при качании сфокусированного луча сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР « 392193, кл. 21 В 1/02, 1971.