减少木材加工企业粉尘污染的切削技术【批木网】
发布时间: 2016年01月12日 09:51:00
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各种木材加工企业，如制材厂、家具厂或人造板生产车间，厂区室内外空气中都悬浮着大量的粉尘。
粉尘主要来源于木材机械加工，尤其是锯切、刨铣和镂铣加工，机械和手工砂光；此外，在喷漆或清洁木制品时，压缩空气也可扬起大量的粉尘。当木屑微粒直径小于10m时，散发在空气中，成悬浮状，这些飞溅飘移的粉尘不仅是发生火灾、爆炸等事故的隐患，而且严重污染了环境，危害劳动者的身心降。因此，粉尘污染一直被认为是木材加工的三大公害之一。随着环保意识的增强，木粉尘污染已成为木材加工企业不可忽视的问题。
传统的除尘方法是采用旋风分离器收集和清除设备上的粉尘，我国目前主要采用该类型除尘系统。
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由于旋风分离器污染大气环境，能量消耗大，近年来，西欧、加拿大和美国已用捕尘器或过滤器取代旋风分离器，取得较好的效果。除尘器虽然是防止粉尘污染或减少粉尘的重要手段，但却不能解决根本性问题。木粉尘是木材切削加工的产物，其产生与散发量与木材切削方式、切削条件和刀具的结构密切相关。因此，从切削技术的角度研究木粉尘污染问题，对减少木粉尘的产生和木材加工企业的粉尘污染具有积极的、重要的意义。
木材加工发达国家，如日本、德国、俄罗斯等，对切削技术与木粉尘之间的关系十分重视，积极研究先进的切削技术，改进刀具结构，已取得一些突破性的进展，相比之下，国内在该领域的研究水平与国际的先进水平存在较大的差距。
鉴于上述情况，笔者综合论述了减少木粉尘污染的先进切削技术，旨在为国内木材切削技术和刀具技术研究提供一个极具实用价值的方向，希望该问题能引起广泛重视，将木粉尘的危害降到最低限度。
减少粉尘污染的木材切削技术2.1木材的无屑切削木材无屑切削技术是防止木粉尘污染的根本途径，采用传统的金属刀具切削的方法很难实现无屑无尘，因此，人们把目光集中在激光切削和高压水喷射技术等特种切削技术方面。
激光切削激光细束能够作为切削工具，是因为激光方向性好，它的光束可以聚集到很小的面积上，焦点光斑面积直径小于1mm，输出功率密度可达105~1013W/cm2.应用激光切削木材的研究起始于20世纪60年代，例如：美国于1963年采用最大输出能量为3.0的红宝石激光发生器在木材上进行打孔试验，得到直径为0.8mm，深度为16mm的孔穴，由此证明用连续的高能量激光锯解木材是可行的。此后，激光切割木材的研究层出不穷，其原理如所示。
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激光切削木材属于一种热加工，不产生切屑，被激光照射的木材，燃烧后气化和炭化形成切缝，将木材分开。用激光切削木材除无切屑外，还具有切口小、节约木材、精确度高、无噪音的优点。激光木材切削技术的研究是木材加工领域的一个重要课题，一旦取得突破，木材加工技术将产生巨大变革。激光加工木材分为两大类，一类是切削加工，另一类是表面装饰加工。木材的激光表面装饰加工主要是制作图案和雕刻。将脉冲振荡或连续振荡的激光束与数控机床联合起来使用，可以在木材表面加工出精美的图案或加工橱柜门线型及一些装饰件，激光技术在该领域的应用已有20多年的历史，迄今已相当成熟。
激光切削加工主要指木材锯解、钻孔等，研究工作集中在木材激光切割特性和激光切割设备方面。到目前为止有关木材特性，例如：纤维方向、含水率、树种等因素对切割深度、切缝宽度等方面的影响已进行了大量的。
120世纪80碟末天然林资源全球范围如百叶窗，5一阀6~监宝石喷嘴7―射流8~工件9~排水口10-喷射距离11-液压机构12-增压器当射流压力为103MPa射流速度为1300m/s时，功率密度可达1108WAm2，属于高能束射流加工范畴。高压水喷射切削的主要加工方式为切割加工。当含有添加剂的高压水以高达3倍音速的速度冲击工件时，其能量级密度可与激光相媲美。
高压水喷射切削木材，切口窄，仅有0075~0400mm；无论是软材还是硬材都能达到较高的表面质量；没有刀具磨损问题，喷咀使用寿命长，可代替硬质合金刀具加工，节省了磨刀时间和费用；容易控制切削条件，没有飞尘污染，有利于环保和人体降；可以任意选择加工起点，通过数控装置，可自动加工形状复杂的工件。
高压水切削木材也是在20世纪60年代开始研究的，到目前为止已进行的研究有木材因素，类似于激光切削，如纤维方向、含水率和树种等；切割条件方面的因素，如切割速度、喷射压力、添加剂的添力口率等。20世纪70年代后由于高压水发生装置的性能和可靠性得到改善，开始在生产实际中用于切削比较软的木材和人造板坯。
目前，水射流切削技术存在的主要问题是能量效率低，切割深度小，进给速度慢。此外，工件的湿润及加工现场潮湿问题，也较为突出。因此，用于原木制材加工还需要进一步的研究。
木工刀具的结构木工刀具的结构直接影响切屑形状，数量和流动方向，是无粉尘切削技术的关键问题，也是木材力口工领域专家、工程技术人员所关注的问题。目前，有关刀具切削时的粉尘污染问题，已成为评价刀具结构合理性的重要指标之一。
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金刚石内吸式地板铣刀的减少，各种木质人造材料大量涌现，其中最具代表性的是强化复合地板材料。在强化复合地板加工过程中，遇到的最大挑战就是刀具问题，用钢质或硬质合金刀具无法加工，为解决加工难题，高硬度、高耐磨性的金刚石木工刀具技术得到了迅速发展。金刚石木工刀具采用了很多新结构，其中最具代表性的是内吸式地板铣刀。由欧洲数家刀具公司和大学联合开发的内吸式（ISystem）PCD地板铣刀具有独特的排屑方式，排屑率可达到98%.强化复合地板加工经过预铣、成型和精修等工序，加工时产生的木屑沿切削方向四处飞溅，不仅污染环境，而且刀具、设备磨损严重，特别是无胶拼接地板，成型深度相对比较大，芯层的密度板及面板粉碎量显著增加，传统的吸尘设备只能吸走50%的切屑，余下的切屑需要经过多次循环才能抽走。内吸式地板刀齿槽设计时，考虑了切屑的形状、流屑方向、刀具的角度参数和前刀面对切屑的作用等因素。通过新型导屑槽将木屑导离，排屑流畅，若其与专用吸尘罩结合使用，基本可实现无屑切削。家具封边机上的金刚石修圆刀也采用了该结构原理据介绍；内吸式地板铣刀可以提高产品质量；避免刀具的重复磨损，刀具寿命延长30%；除尘设备投入减少，设备维护间隔期增长，效率提高，降低产品成本。该铣刀的结构设计体现了环保和企业经济效益的一致性，内吸式地板铣刀被称为是成型铣刀技术的一次重大革命。
超薄圆锯片传统的木材加工生产中使用的圆锯片都比较厚，尤其是硬质合金圆锯片的厚度更大，主要是为了增加刚度，减小振动，提高锯切质量。由于锯身厚度大，增加了锯路宽度，产生的锯屑、木粉尘量大。
日本庄田（SHODA）公司推出的超薄硬质合金圆锯片，代表了锯切刀具的最新技术。该锯片在制造时采用了加强肩及其他的处理工艺，克服了锯片薄、刚性差的缺点，有效地保证了锯片的刚度和强度，保证了在加工过程中，稳定性好，不变形，加工精度高。外径305mm的超薄硬质合金锯片锯身厚度仅145mm，而与其直径相同）的普通硬质合金锯片锯身厚度在220mm，齿厚320mm，这意味着锯路面积相同时，普通圆锯片产生的锯屑量是超薄圆锯片的22倍。超薄圆锯片用于珍贵树种加工，满足一些特殊需求，仅减少了粉尘污染，而且减小了锯路损失、动力消耗，有效地提高了企业的经济效益。目前，超薄圆锯片的最大直径为305mm大直径的超薄圆锯片还有待进一步的研究开发。
此外，很早就提出的少齿圆锯片和组齿圆锯片，采用了增加锯屑长度、减少粉尘量的结构设计原理。
在此基础上，进一步的研究是用圆盘式切刀代替圆锯片，以剪代锯，其目的是实现无屑切削，该技术目前尚未用于生产中。上述刀具结构设计技术及理念，是值得借鉴的。
木材的切削因素木材锯切或刨铣削时如果切削条件不合适，将增加木粉尘的散发量。改变切削条件（如刀具角度参数、切屑厚度、含水率、进给速度等）可以减少木粉尘的生成14.2.3.1切屑厚度的影响根据瑞典科学家Palnqvist的实验结果，表明平均切屑厚度对木粉尘散发量影响最大。生产中常用的平均切屑厚度在003~030mm之间，当平均切屑厚度小于010mm时，木粉尘散发量急剧增大，而且由于单位切削力的尺寸效应，使刀刃受力大、磨损迅速，因此，铣削时平均切屑厚度低于010mm对环保及刀具寿命都是十分不利的。
被加工材料的影响针叶及阔叶两大类天然木材在相同铣削条件下木粉尘散发量不一样，天然木材与人造板材料相比，木粉尘散发量也不一样。例如：加工中密度纤维板（MDF）所产生的粉尘量与铣削加工松木产生的直径为01~100111粉尘量相比，前者约为后者的6倍；加工山毛榉所产生的粉尘量也比加工松木的粉尘量多50%.在相同切削条件下，阔叶材产生的粉尘量多于针叶材，因此，在加工阔叶材或人造板材料时更要加强环保意识，注意排尘，保证人身安全及防止火灾。
含水率的影响在所有的切削因素中，木材含水率对木粉尘散发量的影响仅次于平均切屑厚度的影响。含水率越低的木材，切削加工时散发的粉尘量越多。原因是干燥木材韧性差，在外力作用下易形成粉未状切屑，因此木材加工厂的环境温度，相对湿度对木粉尘的产生都有影响，同时，应避免切削极干材。
刀具角度参数影响角对木粉尘散发量几乎没有什么影响。加拿大学者认为纵剖圆锯锯齿前倾角对木屑形成有影响，采用具有交变前斜角或顶斜角的圆锯齿产生的锯屑纤维长，这种锯屑可用于制浆。当斜角为15°时，锯屑具有较高的纤维质量，当锯屑纤维比较长时，直径小于10m的细微粉尘颗粒将大大减少。
木粉尘职业病及我国木材加工业职业卫生现状3.1木粉尘职业病木制品生产、加工过程中产生及散发大量的木粉尘，污染了作业环境，危害工人的身体降，长期暴露在粉尘场所或环境中，易生皮肤病、哮喘病、鼻堵塞、鼻癌、肺癌等。美国、德国、英国、法国等国家医疗组织和机构及国际癌症研究机构均证实和宣布了木质粉尘可引起癌症561.阔叶材的粉尘比针叶材的危害更大。
20世纪80年代初，一项调查显示美国有60万工人每天都接触木质粉尘，其中家具行业产生的粉尘大大超过了平均水平，木工行业患肺癌的可能性比其他行业高500倍。家具工业又是鼻腔癌和副鼻腔癌多发区。英国的一项调查显示，在20~40年工龄的木工中，每年都有几人死于鼻癌，医生认为这与长期吸入栎木和山毛榉粉尘有直接关系。
鉴于木粉尘对降的潜在影响，各国纷纷提出木粉尘的有害警戒浓度：美国限定针叶材为50mgm3阔叶材为10mgm3；芬兰、英国和荷兰限定为0mgm3；德国、丹麦和瑞典限定3.2我国木材加工业职业卫生现状我国工业企业设计卫生标准规定：车间空气中木粉尘浓度不得超过10mgm3该标准已大大超过发达国家限定值，然而，实际生产中有相当一部分企业的粉尘浓度在10~40mgm3，根据工位不同而有所变化891.家具厂生产车间内56%的作业位置超过该标准规定110，其中带锯机、铣床、开榫机、砂光机等作业位置超标尤其严重，对操作工人的呼吸道、皮肤和眼睛等器官会造成很大的危害。
的研究ca结果表明进料方向和刀刀具fcsl胁例如=摸清密度板e行业业的职业病危害及对工e人bookmark4我国大多数小型木材加工企业，生产车间无吸尘系统，空气中含有大量的木粉尘、二氧化碳和树脂等有害物质颗粒，对工人的身体降构成了极大的威降的影响，某卫生防疫站于2003年对8家密度板企业进行了调查，结果表明其主要职业病危害为木粉尘和甲醒，木粉尘以砂光工艺浓度最高，甲醛则以铺装工段超标最为严重，生产劳动者以类神经样症状、黏膜刺激症状、上呼吸道炎性症状损害为突出1111.为保护木材加工工人的身体降，国内的一些专家学者在木粉尘对人体降的影响、木材加工企业的劳动安全卫生状况以及木粉尘的控制和再利用等方面作了一定的研究1121，为逐步改善木粉尘的污染状况起到了一定的推动作用。
结论根据我国木材加工企业粉尘污染及职业病对劳动者危害严重的现状，笔者从木材切削技术的角度给出了控制粉尘产生量和散发量的途径，并提出以下结论和建议：粉尘是木材切削加工的产物，其产生量与散发量直接与木材切削方式、切削条件和刀具的结构密切相关。因此，从切削技术的角度研究木粉尘污染问题，对减少木粉尘的产生和木材加工企业的粉尘污染具有指导意义和重要作用。
提出从无屑、少屑和顺畅排屑方面研究木材切削和刀具技术是该领域的重大技术革命。综合论述激光、高压水喷射等特种木材切削技术的研究及应用现状；介绍了具有良好排屑性能的金刚石木工铣刀及超薄硬质合金圆锯片等先进刀具技术；探讨并分析了木材切削条件对木粉尘的影响。
建议国内学者、工程技术人员积极研究和开发具有环保特点的绿色切削技术和木工刀具制造技术。
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