一种用小径木制作的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱的制作方法

1.本实用新型属于木材加工领域，涉及小径木加工利用技术，具体地说是一种用小径木制作的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱。


背景技术：

2.目前国内生产的大径木产量较小，而小径木产量较大。小径木是指从天然次生林或人工速生林中间伐下来的直径在60mm～160mm的木材。近几年，随着木材加工利用技术的发展，小径木利用领域得到了拓展，利用率和利用价值也得到了提高。但是，小径木的利用率和利用价值仍然有进一步提高的空间，仍将是今后木材加工领域研究的一个热点问题。木柱作为重要的建筑构件之一，应能承受拉力、压力、剪力、弯矩、扭矩的作用，通常需要采用大径木制作，对原木的质量要求较高，通常为实心结构。但是，根据力学分析研究，木柱中间的材料对力学强度的贡献并不大，因此实心木柱不但重量大、而且造成木材资源的浪费。空心木柱可以减小木结构的自重，提高结构自身的刚度，抗震性能好。如果能将小径木用来制造空心木棱柱，则能节省大量优质木材，并能提高小径级原木的利用率和利用价值。但是，在利用小径木制作内切圆柱直径大于400mm的大断面空心木棱柱时，存在组坯操作困难、组坯精度差的问题，因而影响到大断面空心木棱柱的质量。


技术实现要素：

3.为进一步拓宽小径木的利用领域和提高小径木的木材利用率和利用价值，方便空心木棱柱在组坯时的操作、提高组坯精度，从而保证空心木棱柱的质量，同时也为了减小加工过程中木材的损耗，本实用新型提供了一种用小头直径为150mm～160mm的小径木制作的长度为3100mm、内切圆柱直径大于400mm的燕尾榫连接的空心木棱柱。要解决的技术问题是燕尾榫连接的空心木棱柱的结构及其制作方法。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
5.(1)一种用小径木制作的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱，其特征在于：所述的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱的截面外轮廓为正多边形，由若干个结构相同的带有燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体经倾斜侧面和燕尾榫槽内表面施胶后，利用双燕尾榫形木销连接组坯、冷压胶合而成；所述的带有燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体的长度为3100mm、底面宽度为120mm，厚度为60mm，倾斜侧面与顶面之间可保留部分圆柱面；所述的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱的内切圆柱直径d取决于所需的带有燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体的数量n，所述的带有燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体的两个倾斜侧面之间的夹角α取决于所述的大断面空心木棱柱所需等腰梯形截面单元体的数量n，
6.(2)所述的燕尾榫槽位于等腰梯形截面单元体的两倾斜侧面之上，共有4个，分别紧靠等腰梯形截面单元体的两端，燕尾榫槽的一端在等腰梯形截面单元体的端面上开口，另一端为半圆弧封闭端，燕尾榫槽的底面与倾斜侧面平行，每个燕尾榫槽的开口端到圆弧封闭段圆心的距离为300mm、燕尾榫槽的底面长度为309.5mm、底面宽度为19mm，燕尾榫槽深度为10mm，燕尾榫槽两侧面之间的夹角为28
°
，燕尾榫槽口中心线与等腰梯形截面单元体的底面棱边平行且距离为30mm。
7.(3)所述的双燕尾榫形木销一端为平端、另一端为半圆弧端，平端到半圆弧端圆心的距离为300mm，双燕尾榫形木销总长度为309.5mm、厚度为20mm、宽度为19mm、两侧为对称的v形槽，v形槽两侧面之间的夹角为152
°
。
8.本实用新型具有如下优点：
9.(1)可以提高小径木的木材利用率。将一根小径木对称加工成二块等腰梯形截面单元体的方法，其出材率明显高于加工成矩形截面单元体的方法，利用小径木制作大断面空心木棱柱的木材利用率达到70％以上。
10.(2)进一步拓宽了小径级原木应用的领域，提高了小径级原木的使用价值。
11.(3)采用燕尾榫连接方式制作内切圆柱直径大于400mm的空心木棱柱，组坯方便快捷、组坯精度高，质量好。
12.(4)只需在等腰梯形截面单元体的两端加工加工出一小段燕尾榫槽，采用燕尾榫形木销连接，无需在等腰梯形截面单元体上加工出贯通的榫槽和榫头，木材损耗小。
附图说明
13.图1小径级木段锯剖原理图
14.图2毛边板齐边原理图
15.图3干燥齐边板材定厚精加工原理图
16.图4等腰梯形截面单元体制备原理图
17.图5带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体制备原理图
18.图6带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体结构图
19.图7双燕尾榫形长木条的加工原理图
20.图8双燕尾榫形木销的加工原理图
21.图9双燕尾榫形木销结构图
22.图10燕尾榫连接的大断面空心木棱柱组坯原理图
23.图11燕尾榫连接的大断面空心木棱柱坯
24.图12燕尾榫连接的大断面空心木棱柱冷压胶合原理图
25.在图4、图5、图6、图11中，α——等腰梯形截面单元体的两个倾斜侧面之间的夹角、d——大断面空心木棱柱的内切圆柱直径
具体实施方式
26.下面结合附图1至附图12，对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。
27.一种用直径为150mm～160mm的小径木制作长度为3100mm、内切圆柱直径大于400mm的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱，具体包括以下几个步骤：
28.步骤1：小径级木段准备：选择外形圆度较好、长度方向较直、直径为150mm～160mm的小径级原木，将其截断成长度为3100mm的小径级木段。
29.步骤2：小径级木段锯剖：采用多锯片圆锯机按左右对称原则一次性将小径级木段加工成两块厚度为66mm、侧面保留圆柱面的毛边板。
30.步骤3：毛边板齐边：采用双锯片裁边圆锯机对毛边板的两侧进行齐边，加工出垂直于底面的侧面，齐边后的板材底面宽度为132mm，侧面可残留部分圆柱面。
31.步骤4：齐边板材干燥：对齐边后的板材先进行自然干燥，然后再进行强制干燥，将齐边板材干燥到12％～15％的含水率。
32.步骤5：干燥齐边板材定厚精加工：采用双面木工刨床对干燥后的齐边板材的底面与顶面进行精加工，使其成为厚度为60mm的等厚板材，垂直侧面与顶面之间可残留部分圆柱面。
33.步骤6：等腰梯形截面单元体制备：采用刀轴可倾斜调节的双面木工铣床对定厚精加工后的等厚板材的左右两侧进行精加工，加工出左右对称的两个倾斜侧面，获得等腰梯形截面单元体，等腰梯形截面单元体的底面宽度为120mm，厚度为60mm，倾斜侧面与顶面之间仍可残留部分圆柱面，等腰梯形截面单元体的两个倾斜侧面之间的夹角α根据由等腰梯形截面单元体所构成的空心正多边形木棱柱的内切圆柱直径d确定，α与d之间存在的数学关系为d＞400mm；如：
34.d＝447.85mm，α＝30
°
；
35.d＝564.56mm，α＝24
°
；
36.d＝603.28mm，α＝22.5
°
；
37.d＝680.55mm，α＝20
°
；
38.d＝757.65mm，α＝18
°
；
39.d＝911.49mm，α＝15
°
；
40.d＝1141.72mm，α＝12
°
。
41.步骤7：带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体制备：采用和燕尾形铣刀和刀轴可倾斜调节的专用双端燕尾榫槽机在等腰梯形截面单元体的两个倾斜侧面上加工出燕尾榫槽，燕尾形铣刀从等腰梯形截面单元体的两端沿平行于等腰梯形截面单元体的长度方向向中间运动，燕尾形铣刀的轴线垂直于等腰梯形截面单元体的倾斜侧面，燕尾榫槽底面平行于等腰梯形截面单元体的倾斜侧面，在每个等腰梯形截面单元体上共加工出4个燕尾榫槽，每个燕尾榫槽的开口端到圆弧封闭段圆心的距离为300mm、燕尾榫槽底面长度为309.5mm、底面宽度为19mm、燕尾榫槽深度为10mm，燕尾榫槽两侧面之间的夹角为28
°
，燕尾榫槽口中心线与等腰梯形截面单元体的底面棱边平行且距离为30mm。
42.步骤8：双燕尾榫形长木条的加工：采用双面卧式铣床和水平布置的锥形柄铣刀在宽度为19mm、高度为20mm、长度大于950mm的矩形截面木条的两个垂直侧面上同时加工出对称的v形槽，每个v形槽的两个倾斜侧面分别通过矩形截面木条的上下两个棱边，v形槽的两个倾斜侧面之间的夹角为152
°
，获得双燕尾榫形长木条。
43.步骤9：双燕尾榫形短木条的制备：采用圆锯机将双燕尾榫形长木条截断成长度为309.5mm的双燕尾榫形短木条。
44.步骤10：双燕尾榫形木销的制备：采用立式铣床和v形铣刀，v形铣刀刀刃的夹角为152
°
，v形铣刀的轴线在双燕尾榫形短木条的一端做半圆弧运动，半圆弧运动的圆心位于双燕尾榫形短木条长度方向的中心线上、并与双燕尾榫形短木条另一端之间的距离为300mm，v形铣刀的截面轮廓与双燕尾榫形短木条两侧的v形槽重合，将双燕尾榫形短木条的一端加工成半圆弧，半圆弧端的截面形状与侧面的v形槽一致，获得双燕尾榫形木销，双燕尾榫形木销的长度为309.5mm。
45.步骤11：带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体施胶：采用辊涂的方法对梯形截面单元体的一个侧面施加三聚氰胺胶黏剂，单面施胶量为150g/m2～170g/m2；同时采用毛刷对燕尾榫槽的内表面进行施胶。
46.步骤12：燕尾榫连接的大断面空心木棱柱组坯：根据公式计算构成一个内切圆柱直径为d的空心木棱柱所需的带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体的数量n，如：
47.d＝447.85mm，α＝30
°
，n＝12；
48.d＝564.56mm，α＝24
°
，n＝15；
49.d＝603.28mm，α＝22.5
°
，n＝16；
50.d＝680.55mm，α＝20
°
，n＝18；
51.d＝757.65mm，α＝18
°
，n＝20；
52.d＝911.49mm，α＝15
°
，n＝24；
53.d＝1141.72mm，α＝12
°
，n＝30；
54.然后根据空心正多边形木棱柱的结构要求进行排列组坯；组坯时先将第1个和第2个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体的相对倾斜侧面拼在一起，使相应的两个倾斜侧面上的燕尾榫槽对齐，形成双燕尾榫槽，然后从两端分别将双燕尾榫形木销的圆弧端插入对齐后的双燕尾榫槽口，并将整个双燕尾榫形木销插入到双燕尾榫槽中，从而将两个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体连接在一起；再用双燕尾榫形木销将第3个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体连接在第2个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体上；以此类推，将第(n
‑
1)个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体用双燕尾榫形木销连接到第(n
‑
2)个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体上；最后，采用双燕尾榫形木销将第n个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体分别与第(n
‑
1)个和第1个带燕尾榫槽的等腰梯形截面单元体连接，组坯完毕，获得燕尾榫连接的大断面空心木棱柱坯。
55.步骤13：大断面空心木棱柱冷压胶合：将采用燕尾榫连接方式组坯好的大断面空心木棱柱坯采用扎紧带进行捆扎，并收紧加压，进行冷压胶合，放置24小时后冷压结束，拆除扎紧带，获得长度为3100mm、内切圆柱直径大于400mm的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱。
56.经过试生产验证，采用本实用新型所述的方法制作的燕尾榫连接的大断面空心木棱柱组坯方便快捷、组坯精度高、木材损耗小、胶合性能好、承载能力强，能够满足使用要求。