8612078
Jon Johansson
Redogörelse förpraktikarbete
vid U.S. Forest Products
Laboratory, Madison,
Wisconsin, USA,
juli - december 1985
TräteknikCentrum
3on Johansson, studerande (LuTH)
REDOGÖRELSE FÖR PRAKTIKARBETE VID U.S. FOREST PRODUCTS LABORATORY, MADISON, WISCONSIN, USA, JULI - DECEMBER 1985
TräteknikCentrum, Rapport P 8612078 Nyckelord machining sawing simulation veneer drying veneer Gutting Stockholm f e b r u a r i 1987
INNEHALLSFÖRTECKNING
Sid
Förord 3 U.S. Forest Products Laboratory 4
Fanertork 5 Sågsimulator 9 Fanersvarv 10 S t u d i e r e s o r 11 S l u t o r d 12 B i l a g o r 13
FÖRORD
I min u t b i l d n i n g t i l l civilingenjör på m a s k i n l i n j e n s trätekniska a v d e l n i n g vid Tekniska Högskolan i Luleå ingår under den sjunde terminen en p r a k t i k -p e r i o d -på sex månader. Under t i d e n 5 j u l i t i l l 15 december, 1985, arbetade jag v i d U.S. Forest Products L a b o r a t o r y , Madison, WI. Jag arbetade där som f o r s k n i n g s a s s i s t e n t i arbetsgruppen för Q u a l i t y and Y i e l d Improvement i n Woodprocessing.
I huvudsak har j a g v a r i t engagerad i t r e p r o j e k t ; provkörning av nykons t r u e r a d f a n e r t o r k , p r o j e k t e r i n g av entandnykons nykonsågnykonsimulator nykonsamt f a n e r nykons v a r v -n i -n g i e-n försöksutrust-ni-ng för skärkraftmät-ni-ng m m.
Jag har också g j o r t en d e l studiebesök r u n t om i Wisconsin, samt e t t t i l l ett l a b o r a t o r i u m i Vancouver, Kanada.
I denna r a p p o r t , som är en redogörelse över min p r a k t i k , gör j a g en sam-manställning av de a r b e t s u p p g i f t e r j a g h a f t under min t i d v i d Forest Pro-ducts L a b o r a t o r y (FPL). En d e l f a k t a om FPLs h i s t o r i a och verksamhet idag presenteras också.
U.S. FOREST PRODUCTS LABORATORY
The U.S. Forest Products Laboratory (FPL) grundades i Madison, Wisconsin, 1910 som en d e l av t h e Forest S e r v i c e inom U.S. Department o f A g r i c u l -t u r e . Med s-töd från -t h e U n i v e r s i -t y o f Wisconsin började 45 unga f o r s k a r e s i t t a r b e t e v i d i n s t i t u t i o n e n , som på s i n t i d v a r den enda i s i t t s l a g i v'arlden. Måls*åttningen för i n s t i t u t i o n e n v a r a t t förbättra t e k n i k och u t n y t t j a n d e av träråvaran.
Som k u r i o s a kan här nämnas, a t t Wisconsin, som en gång i t i d e n v a r i t täckt av väldiga t a l l s k o g a r , v i d 1 9 1 0 - t a l e t v a r h e l t skövlat på dessa. Skogs-bolagen f l y t t a d e mot väster och skänkte e l l e r sålde marken b i l l i g t t i l l l a n t b r u k a r e för a t t s l i p p a ansvara för återplantering av skogen. Wisconsin är idag en av USAs största j o r d b r u k s s t a t e r .
Idag är d r y g t 300 personer anställda v i d FPL, som är en c e n t r a l knutpunkt för a l l träforskning i USA och man har i n f o r m a t i o n s u t b y t e med l i k n a n d e f o r s k n i n g s i n s t i t u t i o n e r r u n t om i världen.
F i n a n s i e r i n g e n av FPLs forskningverksamhet är e j uppknuten t i l l någon i n d u s t r i e l l e r annan verksamhet med lönsamhetskrav, d e t t a för a t t främja den fundamentala g r u n d f o r s k n i n g e n och skapa en miljövänlig p r o d u k t i o n med e t t o p t i m a l t u t n y t t j a n d e av stockråvaran.
Några av de områden man idag a r b e t a r inom är: materialegenskaper och kons t r u k t i o n , träkonskydd, träkemi och e n e r g i , b i o t e k n i k , anatomi och i d e n t i f i e -r i n g , pappe-rsmassa, pappe-r och fö-rpackningsteknik, kompositp-rodukte-r och l i m , virkesförbrukning och ekonomi, sågteknik och v i r k e s t o r k n i n g .
Under hela min p r a k t i k t i d arbetade j a g inom p r o j e k t g r u p p e n för Q u a l i t y and Y i e l d Improvement i n Woodprocessing på avdelningen för E n g i n e e r i n g and Economics Research. Chef för gruppen är Dr. R. Maeglin och övriga med-a r b e t med-a r e är R. P med-a t z e r , 3. D med-a n i e l s o n , 3. Murrmed-ay smed-amt Stehpen Lonerthz som också v a r i t min handledare.
FPLs o r g a n i s a t i o n i l e d n i n g , a v d e l n i n g a r och grupper framgår av b i l a g a 1. Andra personer j a g h a f t äran a t t träffa är:
D i r e c t o r John E r i c s s o n och A s s i s t a n t D i r e c t o r s L i n d e l l , Bohanan och Noordwier.
Deltagare i några av våra s t u d i e r e s o r var R. M i l l e r , D. Jörgensen och T. Quirk i gruppen för Wood and Anatomy Research.
I vårt försökslaboratorium hade v i som grannar gruppen för S t r u c t u r a l Composit Products med b l a Younggvist, Laufenberg och Geimer. Jag f i c k där se en h e l d e l av Bob Geimers a r b e t e med ånginjektion v i d p r e s s n i n g av
f l a k e b o a r d s .
På " f i k e t " sprang j a g o f t a ihop med en i v r i g påhejare av Sverige, Kent K i r k .
FANERTORKNING
Under mina första två månader f i c k j a g hjälpa min handledare Stehpen Lonerthz med de avslutande t e s t e r n a på hans nykonstruerade maskin för f a n e r t o r k n i n g , se b i l a g a 2. Bakgrunden t i l l skapandet av maskinen var a t t man v i l l e få en k o n t i n u e r l i g t o r k p r o c e s s med e t t g o t t t o r k r e s u l t a t .
Man använder idag torkugnar där h e t l u f t blåses på faneren medan de kon-t i n u e r l i g kon-t makon-tas genom ugnen. Torkmekon-toden ger e kon-t kon-t b u c k l i g kon-t faner med s kon-t o r krympning, o f t a f i n n s också en f u k t k v o t s g r a d i e n t i f a n e r e t . En annan tork-metod är a t t p l a c e r a faneren mellan uppvärmda m e t a l l p l a t t o r , v i l k a sedan sammanpressas. Metoden ger e t t slätt och f i n t faner med minimal krympning och f u k t k v o t s g r a d i e n t . Nackdelen är dock a t t metoden är d i s k o n t i n u e r l i g och därmed kräver mycket h a n t e r i n g .
Fanertorken består i v a r j e s k enhet som v i s a s i f i g u r e n ovan av en o l j e -uppvärmd, c y l i n d r i s k trumma 1 x 1 meter (A) samt en V-ram (B) i v i l k e n t r e r u l l a r (C) är monterade. På dessa r u l l a r är sedan en r o s t f r i , vävd m e t a l l -matta upplagd ( D ) .
Figuren ovan v i s a r två s k enheter monterade i huvudramen ( E ) . Sträckning av mattan sker v i a den bakre r u l l e n vars a x e l t a p p a r är monterade i en s l i d
( F ) . På v a r j e a x e l t a p p verkar sedan en h y d r a u l c y l i n d e r (G) som då sträcker mattan mot trumman som omsluts t i l l en v i n k e l på ca 210".
Fa ner ut
/. 1, IMU o'}
m
1
'o l\Ii
'• 1 1*1 ^
'/I
F a n é r in
Vid en t o r k n i n g s p r o c e s s matas faneren i n mellan trumma och matta. Den sträckta mattan pressar då faneren mot den heta trumman, v i l k e n r o t e r a s v i a e t t transmissionssystem. Figuren ovan v i s a r fanerens väg genom en maskin med två enheter i en ram.
En närmare t i t t på trumman v i s a r , a t t den består av e t t y t t r e och e t t i n r e s k a l med m e l l a n l i g g a n d e flänsar. Flänsarnas f u n k t i o n är a t t ge en jämn fördelning av den heta o l j a n , som strömmar genom trumman v i a de rörformiga a x e l t a p p a r n a .
V a r j e enljet med trumma, matta och V-ram kan sedan kombineras ihop i önskat a n t a l . Här v i s a s en maskin med f y r a enheter.
Vi började vårt a r b e t e med a t t svarva 0,90 mm t j o c k aspfaner. Faneren k l i p p t e s sedan i b i t a r på 600 x 250 mm, märktes och vägdes för mätning av krympning och f u k t k v o t . V i studerade b l a t o r k t i d e r och t o r k k u r v o r , krymp-n i krymp-n g och hur måkrymp-nga ekrymp-nheter, med trumma och matta, som är lämpliga a t t kombinera i en maskin.
Vid jämförelse med andra torkmetoder visade s i g denna metod vara l i k a e f f e k t i v som de övriga: metoden visade s i g också ge en minimal krympning i a l l a r i k t n i n g a r hos f a n e r e n .
M i t t arbete här bestod i , utöver a t t a s s i s t e r a v i d försöken och provbe-redningen, a t t iordningställa u t r u s t n i n g e n , sköta maskinunderhåll, ändra utväxlingar m m. E f t e r o l i k a försök sammanställde j a g våra t e s t d a t a , be-räknade medelvärden m m och p l o t t a d e kurvor för v i d a r e a n a l y s .
SAGSIMULATOR
Man har n y l i g e n s t a r t a t e t t n y t t p r o j e k t inom gruppen där man s k a l l s t u dera cirkelsågning. P r o j e k t e t är i n d e l a t i t r e områden där R. Maeglin s t u -derar effektåtgång, 3. Danielsson t a n d l u c k o r n a s u t f o r m n i n g och 5. Lonhertz, min handledare, a r b e t a r med tandspetsens u t f o r m n i n g .
För s t u d i e r av skärförloppet s k a l l man nu bygga en entands sågsimulator, v i l k e n j a g v a r med om a t t p r o j e k t e r a .
Kanadensaren T. Bonac är konstruktör för maskinen, som för närvarande f i n n s i e t t exemplar v i d FGRINTEK, Vancouver B.C., (kanadensiska motsvarig-heten t i l l FPL). Bonac skickade oss r i t n i n g a r på en något m o d i f i e r a d ma-s k i n , v i l k a v i ma-studerade g r u n d l i g t , ma-se b i l a g a 3. Man bema-slutade nu a t t öppna ett reskonto för mig och låta mig följa Stehpen L. på en s t u d i e r e s a t i l l FGRINTEK för a t t studera deras sågsimulator. Tanken var a t t j a g senare s k u l l e t i l l v e r k a och montera ihop sågsimulatorn i FPLs verkstad och således behövde en god förståelse av maskinens k o n s t r u k t i o n .
Vi anlände t i l l Vancouver den 28 a u g u s t i och blev mottagna av D i r e c t o r Jim Swanson och I n g . Eb. Kurbach. Kurbach visade oss r u n t i l a b o r a t o r i e t med d i v e r s e försöksutrustning som t ex en sågrigg för mätning av v i b r a t i o n e r och effektåtgång. V i studerade och provkörde sedan sågsimulatorn med en d e l av dess u t r u s t n i n g för mätning av skärkrafter och skärtemperaturer. Följan-de dag åkte v i för a t t träffa konstruktören, Tomas Bonac, som t i d i g a r e
v a r i t anställd v i d FGRINTEK men nu a r b e t a r v i d innovationsföretaget SETEC i Vancouver. Mr Bonac visade oss deras l a b o r a t o r i u m , med b l a den s p i n d e l -lösa sågklingan, som är hans egen k o n s t r u k t i o n . V i träffades sedan hemma hos Bonac där v i granskade r i t n i n g s u n d e r l a g e t och d i s k u t e r a d e maskinens f u n k t i o n . Bonac berättade också en d e l om sina t e o r i e r och o t a l i g a försök med skärkrafter, skärtemperaturer, eggförslitning och spånavgång.
Väl t i l l b a k a i Madison g i c k j a g igenom materialförteckningar och ringde r u n t t i l l leverantörer och t i l l v e r k a r e för p r i s u p p g i f t e r på m a t e r i a l som v i behövde för maskinen. Det visade s i g e m e l l e r t i d a t t pengar t i l l maskinbyg-get e j g i c k a t t uppbringa förrän omkring den 1 november. V i lade sågpro-j e k t e t på h y l l a n t i l l s v i d a r e .
Jag s a t t e istället igång med k o m p l e t t e r i n g a r och ändringar av r i t n i n g s -u n d e r l a g e t t i l l f a n e r t o r k e n samt r i t a d e i l l -u s t r a t i o n e r för a v r a p p o r t e r i n g och patentansökan av densamma.
10
FANER5VARVNING
M i t t avslutande p r o j e k t var inom området f a n e r s v a r v n i n g .
Vid FPL f i n n s en f i x t u r försedd med en 300 mm lång f a n e r k n i v och press-l i n j a press-l , se b i press-l a g a A. F i x t u r e n är monterad på tvärspress-liden i en m o d i f i e r a d supportsvarv i v i l k e n e t t träblock kan sättas upp och faner svarvas. V i a en i b o t t e n av f i x t u r e n monterad dynamometer kan v e r t i k a l a och h o r i s o n t e l -l a k r a f t e r r e g i s t r e r a s på en p -l o t t e r . I p r e s s -l i n j a -l e n s upphängning f i n n s också trådtöjningsgivare monterade för u r s k i l j n i n g av de k r a f t e r som endast påverkar själva p r e s s l i n j a l e n . Fanerknivens upphängning i f i x t u r e n är så k o n s t r u e r a d a t t en steglös inställning av skärvinkeln s k a l l kunna göras med hjälp av en s t y r m o t o r . Tanken är a t t skärvinkeln s k a l l kunna k o n t r o l l e r a s under pågående s v a r v n i n g för a t t bibehålla en k o n t i n u e r l i g skärgeometri a l l t e f t e r s o m stockens diameter minskar. F i x t u r e n är också utformad för a t t tillåta närbildsfotografering av skärförloppet.
Från t i d i g a r e försök med u t r u s t n i n g e n har d e t e m e l l e r t i d v i s a t s i g a t t den är behäftad med v i s s a problem, b l a fungerade endast dynamometern för r e g i s t r e r i n g av skärkrafter. F i x t u r e n var e j h e l l e r u t r u s t a d med motor för s t y r n i n g av skärvinklarna, då friktionsmotståndet i knivens upphängning v i s a t s i g vara för s t o r t .
Man v i l l e därför kartlägga problemen med f i x t u r e n för a t t få e t t underlag för m o d i f i e r i n g e l l e r n y k o n s t r u k t i o n .
Vi såg också d e t t a som e t t utmärkt tillfälle för mig a t t studera f a n e r -s v a r v n i n g -s t e k n i k och lägga upp en egen -s t u d i e p l a n , -samla i n f o r m a t i o n och s k r i v a en l i t e n r a p p o r t . M i t t studiemål var a t t få en allmän kännedom om f a n e r s v a r v n i n g , o l i k a inställningars r e s u l t a t på f a n e r k v a l i t e t e n samt s t u -dera skärförloppet v i d s v a r v n i n g ner t i l l små s t o c k d i a m e t r a r . För d e t t a ändamål t i l l v e r k a d e j a g nu två mindre chuckar, 7,5 cm i diameter, för a t t ersätta de u r s p r u n g l i g a 12,5 cm chuckarna.
T i l l våra försök preparerade v i e t t a n t a l träblock. Från en t i l l 300 mm i diameter rundsvarvad aspstock kapades 250 mm långa b i t a r v i l k a försågs med e t t 25 mm genomgående hål i centrum. Blocken monterades på en dorn var-e f t var-e r chuckarna prvar-essadvar-es i n i b l o c k var-e t .
Vi g j o r d e försök med o l i k a skärvinklar och inställningar av p r e s s l i n j a l -en. Försöken v i s a r a t t både v e r t i k a l och h o r i s o n t e l l k r a f t a v t a r något med minskande b l o c k d i a m e t e r . För o l i k a skärvinklar och b l o c k d i a m e t r a r svarvade v i också utan p r e s s l i n j a l ; s p e c i e l l t i n t r e s s a n t är då den h o r i s o n t e l l a k r a f t e n s karaktär.
Experimenten, som j a g u t a r b e t a d e och genomförde tillsammans med Bob Patzer, låg också t i l l grund för a t t undersöka möjlighet och behov av en d a t o r s t y r d s v a r v f i x t u r . På en sådan u t r u s t n i n g s k u l l e g i v a r e med informa-t i o n om informa-t ex skär- och f r i k informa-t i o n s k r a f informa-t e r , informa-temperainforma-tur, blockdiameinforma-ter och f a n e r t j o c k l e k s t y r a svarvens inställningsparametrar v i a en dator t i l l a t t vara o p t i m a l a under hela svarvningsförloppet av e t t b l o c k .
11 STUDIERESOR
De kvarstående pengarna från vårt studiebesök v i d FORINTEK i Kanada räckte också t i l l en d e l studiebesök r u n t om i Wisconsin.
Vi besökte då:
Schweiger, möbelfabrik i J e f f e r s o n .
Wearhouser, spånskivetillverkning i M a r s h f i e l d . C o n s i l a t e d Papers, pappersbruk i Wisconsin r a p i d . Wausau Homes, h u s t i l l v e r k a r e i Wausau.
Algoma Lumber Co., sågverk i Algoma.
12
SLUTORD
Min t i d v i d U.S. Forest Products L a b o r a t o r y var mycket lärorik och s t i -mulerande. Jag blev väl bemött överallt och kände mig hedrad över a t t vara svensk. Min handledare Stephen Lohnertz var också en mycket god ledsagare och medarbetare.
A v s l u t n i n g s v i s v i l l j a g tacka TräteknikCentrum i Stockholm för ekonomiskt stöd och för a t t man på så v i s möjliggjort min v i s t e l s e i USA.
13
i l a g a 1 1(1) cz. g <->• o u e o = I o> if i l l
.E o o o - J CQ>M: z QE Ui O. CO o flCa>
o
0) COo
S
o
n
(Q " - • iI 2
<t
c/) 0)^ o
- s i
I t :
- I521
O t'' 5 " ^-11
I f
I
§ COt i l
11
S O 5 2 ^ o TT > . COf i
I I I
w
CO •Eco <111
in •2 o T: m •* CO u c 3> M J» O o O l CO c •C «l •9 G En 12 350 6 Woo d Mood y c c* c U i5
1i
i l
I s
El i
UJ a> J L islt e 321 6 »» fO E •* C M C / ? £ c tura i Co n Product ! Youngqu i Surtac e C crt y Enh i Feis t u 2 CO OL O O. L r -L - r -T
B i l a g a 2 ] (]
15
B l 1 a g a ? ? { ? )
1
16
17
Detta digitala dokument skapades med anslag från
Stiftelsen Nils och Dorthi
Troedssons forskningsfond
TräteknikCentrum
I N S T I T U T E T F O R T R A T E K N I S K F O R S K N I N GBox 5609,114 86 STOCKHOLM
Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00
Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli
Asenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING
Telefon: 036-12 60 41 Box 354, 931 24 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18
Telefon: 0910-881 40 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-889 88
