锯切用原木加工利用过程中, 实木产品是主要产品, 因此, 提高原木到实木产品成本(原木价格占总生产成本的60%以上), 增强木业企业市场竞争能力, 改善目前经济效益状况皆有重要意义。

1 吉林省原木到实木产品木材利用率概况

吉林省木业企业锯切用原木径级一般为18 cm~30 cm, 平均直径为26 cm, 平均长度4 m, 2等以下原木居多。主要实木产品有实木地板, 复合木地板, 实木门, 指接木门框, 集成材, 百叶窗等。具有一定规模的企业平均木材利用率为实木地板23.4% (13个厂家平均值), 实木家具18% (7个厂家平均值), 复合木地板(柞木, 色木, 桦木) 10.5% (7个厂家平均值), 实木门(红松) 20% (10个厂家平均值), 指接木门框(杨木, 红白松, 椴木) 17.7% (1个厂家), 集成材:硬材12% (6个厂家), 软材17.7% (3个厂家平均值), 百叶窗(椴木) 18% (3个厂家平均值)。上述数据表明:实木产品生产过程中, 仅有10.5%~23.4%的原木木质部转变成了主要产品而木质部的大部分却变成了副产品和加工剩余物, 在现有木材工业基础(设备, 人员, 原料等)上, 为了大幅度降低实木产品生产过程中的木材损失, 有必要弄清楚产生木材损失的原因。

2 木材损失 2.1 原木降等损失

森工局制材厂的原木楞场一般从冬季开始贮存大量原木以备木材采伐淡季加工, 原木以密堆方式储存, 这种原木储存方式带来了两个后果: (1)楞垛的密堆结构不利于楞垛内空气循环, 原木中部水分蒸发较慢而原木两端暴露于干燥条件较好的空气中水分蒸发较快, 加大了原木中部和端部干燥速度差异, 经过春季后, 硬材原木端都普遍发生裂纹, 裂纹深度一般在数厘米以上。有端裂的原木锯剖成锯材后, 在干燥过程中锯材端部裂纹进一步扩展, 增加了锯材损失。为防止硬材锯材端裂扩展, 许多厂家将锯材端裂截掉后进行沾腊处理, 然而这并非上策, 因为:增加了沾腊成本约50元/m³; 沾腊后因封住了水分移动通路, 干燥过程中锯材端部含水率始终较高, 干燥生产中常发生端部内裂。(2)木腐菌最适宜生长的木材含水率为30%~60%。为防止和减少变色、腐朽和虫害引起的木材损失, 东北地区只能采取迅速降低原木含水率的方法来保管原木, 而密堆原木后, 由于水分蒸发缓慢, 木材含水率不可能迅速下降, 因而延长了木腐菌在原木中的生长时间, 尤其夏季温度(木腐菌最适宜生长温度为25 ℃~40 ℃), 木腐菌更容易繁殖和生长, 大量原木损失便不可避免。

2.2 原木材长损失

森工局贮木场一直按国家标准进行造材生产, 原木长度规格少; 锯材、刨光材、实木产品长度规格多, 所以, 生产中原木与锯材长度, 锯材与刨光材、实木产品长度不相匹配情况常见, 因而制材和深加工过程中产生了大量的各种截头, 平均长度(敦化林业局制材厂实测) 4 cm以上, 其木材损失率(锯材平均长度按1 m计) 4%以上。

2.3 锯材规格质量

具有吉林省一般制材水平的敦化林业局制材厂第3工组和较高制材水平的白河林业局先威木制品公司制材车间生产的40 mm厚度白松板材厚度锯解误差(表 1)数据表明:吉林省一般制材水平厂家锯解误差以40%概率分布在之间, 较高制材水平厂家则以71%概率分布在之内。一般制材水平厂家若通过努力(见3.3)达到较高制材水平, 则可节省锯材损失0.93% (大于43 mm和小于40 mm的误差各取1 mm)。

锯材规格质量差不仅增加刨光量, 而且对干燥质量和干燥时间有重要影响(李成元, 1993)。为分析锯解误差产生原因起见, 将锯解误差分为若干种类是必要的。表 2显示:总锯解误差S_t中板间误差S_b最大, 其次为板内误差S_w, 而板内误差中板长度方向板内误差S_wl又大于板宽度方向板内误差S_ww。S_b是摇尺误差所致; S_wl主要与锯条稳定性差有关, 锯条稳定性与修锯质量尤其是适张度大小、锯卡间隙、张紧力大小等诸多因素有关; S_ww主要由小带锯进料机构结构与精度决定的, 因此, 导致锯解误差大的主要因素是摇尺误差, 其次为锯条稳定性, 再次为小带锯进料机构。

2.4 最优原木条件

研究证明:在一定的生产条件(设备, 工艺, 技术, 管理)下, 生产一定的主产品时, 肯定存在径级和长度最适合该主产品的一批原木, 这些原木被称为最优条件原木。因此, 生产某种主产品前应借助计算机软件进行模拟制材生产, 定量分析加工各种原木的生产成本以确定利润多少, 确定最优条件原木后进行制材生产。如加工最优条件原木则可以降低原木消耗10.63% (见3.5)。

2.5 优化下锯法

我国木材工业尚处于初级阶段, 其特征之一是从造材、制材、干燥到深加工, 生产整体性不佳。换言之, 从造材到深加工生产过程中的前生产影响后生产; 各生产过程中的前工序影响后工序, 因此, 必须以实木产品的最终效果(成本和质量)统一考虑和要求, 实施各生产和各工序才能获取理想的最终效果。例如, 我国一直强调和沿用4面和3面下锯法, 这些下锯法的主要优点是可以实现原木翻转下锯, 对原木材质的选择性好, 因而可提高锯材材质质量, 然而这些下锯法在某些条件下对实木产品最终效果产生不良影响: (1)这些下锯法锯割出来的许多板材不能平衡板材两侧内应力, 干燥过程中产生大量侧(横)弯(crook), 生产实践证明:干燥变形中侧弯所占比例相当大, 而且所有变形中损失木材最多; (2)生产较小规格刨光材时, 与两面下锯法相比, 这些下锯法出材率低, 这是因为①两次裁边(制材过程中裁边, 干燥后纵剖时仍产生侧边废料)未能充分利用原木尖削部分, ②总锯割面积大, 故锯路损失多; ③制材生产效率低下; ④与两面下锯法相比, 小带锯和裁边锯对锯材规格质量的影响大, 在我国现有国产制设备精度条件下, 不利于提高锯材规格质量。

2.6 干燥损失

干缩率  吉林省柞木、水曲柳、榆木、色木、落叶松新材干燥后弦向干缩率均在10%以上, 原因是干燥初期热湿处理时间(龚仁海, 1997)过长和最终含水率过低。若将弦向干缩率减少到7% (见3.6), 则可减少锯材损失3%。

干燥变形  吉林省难干材一二级不足70%, 干燥变形大的主要原因为(1)锯材厚度误差大, 白河林业局生产实践证明:材堆内同一层板材之间厚度差超过3 mm时, 有的板材就夹持不住, 干燥变形增加; (2)板材两侧内应力不平衡; (3)锯材的纹理倾斜程度大; (4)干燥基准过硬等。若将1、2级材提高到85% (见3.6), 则可减少干燥材损失2.75% (国标中限定侧弯:2级材0.5%, 3级材为1.0%, 干燥材平均厚度取30 mm, 宽度100 mm, 长度1000 mm, 2级材刨光损失为5/100×100%=5%, 3级材为10/100×100%=10%, 1、2级材由70%提高到85%时, 减少干燥材损失70%×10%~85%×5%=2.75%)。

2.7 加工余量

企业一般根据经验值或小批量试生产来确定湿锯材的加工余量, 所留加工余量往往偏大。敦化某厂32 mm厚度指接材实际加工余量为10 mm。企业技术人员不清楚怎样正确确定加工余量, 包括方法、步骤和公式。当然干燥变形大, 锯解误差大, 机床制造和调整精度低也是原因。

3 改进措施 3.1 造材

将现在的原木贮存改为原条贮存, 这种作法可以减少原木端裂损失。根据实木产品长度要求和用户对原木材长需要进行造材, 以减少材长截头损失。松江河林业局采用这种造材方式取得了较好的效果。

现有贮木场独立核算和独立造材生产, 不利于提高木材利用率, 应使造材与制材、干燥、深加工形成一条龙生产。

3.2 原木保管

需较长时间保管原木时, 可考虑原木端部涂防裂剂或用帆布等遮盖原木端部, 将现在的密堆原木方式改为通风较好的有垫条的楞垛结构。

3.3 锯材规格质量

将锯材厚度公差严格限制在3 mm以内。生产实践证明:国产制材设备只要精心操作, 提高修锯质量, 经常维修设备, 则完全可以将厚度误差控制在3 mm以内。

3.4 下锯法

较小径级原木, 较小规格光材以采用两面下锯为宜; 较大径级、质量差的原木, 材质要求高的锯材以采用4面和3面下锯有利; 研究新下锯法做到不同原木不同产品采用不同下锯法。

3.5 原木条件优化设计

优化设计步骤如下: (1)收集和测取有关数据。(2)建立数学模型:

目标函数:E_dl×X_dl

约束条件:

原木约束

锯材约束

设备约束

式中:Z为利润(RMB/h); t为锯材厚度(mm); w锯材宽度(mm);

非负约束:X_dl, F_twh > 0

式中:Z为利润￥/h; t为锯材厚度m; w为锯材宽度m; h为锯材长度m; d为原木直径m; l为原木长度m; C为原木到厂价格￥/m³; CM为生产成本￥/m³; Cf_dltwh为不同直径、长度原木生产不同厚度、宽度、长度锯材的出材率; E_di为不同原木转换成锯屑的百分比; F_twh为不同厚度、宽度、长度锯材材积m³/h; G_dl为不同原木转换成废料的百分比; IX_dl为可供应的不同直径、长度原木数量m³/h; M₁为大带锯最大生产率min/h; M₂为小带锯最大生产率min/h; M₃为裁边锯最大生产率min/h; P_1twh为不同厚度、宽度、长度锯材平均价格￥/m³; P₂为废料的平均价格￥/m²; P₃为锯屑的平均价格￥/m³; T_1dl为大带锯加工不同直径、长度原木的生产率min/m³; T_2dl为大带锯加工不同直径、长度原木的生产率min/m³; T_3dl为裁边锯加工不同长度原木的生产率min/m³; X_dl为不同直径、长度原木材积m³/h; S₁为锯材销售成本(占原木价格的百分比); S₂为废料销售成本(占原木价格的百分比); S₃为锯屑销售成本(占原木价格的百分比)。(3)编制计算机程序。(4)计算各种原木加工后的利润。(5)确定最适合(盈利最多)加工的原木条件。该成果应用于指接木门框生产, 降低了原木消耗10.63%。

3.6 干燥损失

为减少干燥损失, 可采用如下措施: (1)减少干燥初期热湿处理时间或取消干燥初期热湿处理。白河林业局生产实践证实:取消干燥初期热湿处理后, 40 mm厚度柞木、水曲柳、榆木板材弦向干缩率均减少了30%以上, 降低了蒸汽消耗50%。(2)根据具体生产条件和干燥窑的性能逐步调整干燥基准, 最终确定适合本厂的合理干燥基准, 不要照搬别人的干燥基准。白河林业局柞木、水曲柳一二级材均超过了85%; (3)依据实木产品的用地平衡含水率决定干燥最终含水率, 先平衡处理后进行应力解除处理, 提高最终含水率均匀度, 防止干燥材过湿, 更不要过干。(4)减少锯材厚度公差, 提高锯材表面光洁度。(5)尽可能采用两面下锯法。(6)平行于原木中心线下锯, 减少锯材的纹理倾斜程度。

3.7 加工余量

确定加工余量(T)的步骤如下: (1)测量总锯解误差(St) :①一至两班内抽取25组锯材, 每组4块(每组内锯材连续抽取), 每块锯材两端20 cm以内每边测量3点厚度; ②计算S_w和S_b然后按计算S_t。(2)测取平均干缩率(A_s) :①选择标准的弦切板和径切板各10块, 两端20 cm以内划线测量厚度和宽度后放入窑内不同位置, 干燥后重新测量厚度和宽度; ②计算A_s。(3)测量刨光余量(P), 方法同(1)。(4)计算T:T=1.63S_t (F+P) / (1-A_s), 式中1.63为保证95%刨光材无漏刨系数; F为最终产品尺寸。应用上述方法确定指接木门框加工余量后, 保证废品率小于5%的情况下, 加工余量减少了2.23 mm。

上述措施得以实施后原木到实木产品木材利用率可提高7.2%。