真空在木材加工中的应用 - 第 1 部分

真空技术在木材加工行业无处不在。真空的应用也非常多样。 但是，对于许多木材加工商和木业工人来说，真空并不是一个熟悉的词汇。我们希望在本期和接下来的三个期刊中分享一些有用的信息，以解释不同的真空产生方式、它们的优势和劣势，尤其是强调经济效益问题。今天，我们将首先介绍有关真空的一些基本知识。

真空——它到底是什么？

在木材加工中，真空主要用于：


在木业加工过程中，真空用于：

固定和举升木制部件

在数控镂铣机和其他加工设备上，真空最常用于真空夹持。进行此操作时，真空被用于在木材加工时安全快速地固定多种面板材料或实木部件，而不留下压痕。送料系统和装配机器人也经常使用真空。
在纯物理学上，真空（也称为负压）是指压力低于大气压的压力范围。海平面的大气压为 1,013 毫巴（mbar），但会随着海拔不断下降（图 1）。天气条件也会影响大气压力。在真空技术背景下，我们通过将大气或环境压力四舍五入到 1,000 mbar 来计算。低于 1,000 mbar 的压力称为真空或负压。

最常用的真空压力单位是毫巴（mbar）——尽管根据标准，该压力范围应以帕斯卡（Pa）表示。在真空技术中，我们假设绝对压力理论上从 0 mbar 开始，到 1,000 mbar（= 大气压）结束。尤其是木材加工行业，仍然经常使用 bar、负巴（-bar）或压力百分比（%）规定（图 2）。

使用真空夹持时的作用力

被夹持的工件是否能够固定？真空度是否足够，或者真空泵的性能是否足够强劲？这些是每个人都会提出的问题——最迟是在旋转刀具接近被夹持的工件时。 从纯粹的理论角度来看，在通过抽出空气并产生真空而夹持的过程中，工件与加工台、支承面或吸盘之间的压力减小。此时大气压力更大，将工件压到加工台上，从而将其“夹紧”。物理压力被定义为影响特定区域的力。因此，压力是力和面积的函数（图 3）。

在实践中，这意味着：被支撑的工件越大，保持力越大。这可以通过一个示例来解释：
将实木板放在数控镂铣机网格台上进行加工，并用适合板尺寸的橡胶密封圈密封（图 4）。真空泵抽吸密封区域内木板和网格台之间的空气。

计算： 大气压力： 1,000 mbar 真空泵负压（工作压力）：200 mbar 木板尺寸： 1,000 x 500 mm

压差： 1,000 mbar - 200 mbar = 800 mbar = 80,000 Pa [N/m²]

支承面 = 夹紧面 1,000 x 500 mm = 500,000 mm² = 0.5 m²

保持力 F = p x A F = 80,000 N/m² x 0.5 m² =
40,000 N = 4,000 kg

这意味着表面积为 0.5 ㎡ 的实木板 由保持力 40,000 N 的真空固定，理论上相当于在加工台上的板材上压上 4 吨的重量。在相同条件下，如果夹紧 150 x 150 mm 的实木板，则保持力为 F = 80,000 N/m² x 0.0225 m² = 1,800 N = 180 kg。
现在的问题是，真空的垂直保持力必须有多大才能牢固夹紧工件。示例计算表明，与较小的木块或透气或表面不平会导致泄漏的材料相比，大表面积板材的保持力评估没有那么严苛。在实践中，由于必须考虑不同的因素，如操作或夹紧系数、切割和进给速度和方向、材料和摩擦阻力，所需的保持力难以确定，因此通常使用经验法则。

多种真空夹紧选项

三种可能的真空夹紧流程之间存在本质区别：

真空技术参数

原则上，在选择合适的真空技术时，需要考虑三个参数。

极限压力

极限压力表示真空泵可达到的最高真空度或最低真空度。

抽速

抽速指的是真空泵在一定时间段内可以抽取的空气量。抽气速率受真空泵的几何形状（体积）及其速度的影响。抽气速率越高，抽出空气的速度越快，达到的极限压力就越大。高抽气速率有助于补偿泄漏，例如使用嵌套方法时。

功耗

机械真空泵通常由电机驱动。根据结构原理和效率因子，真空泵消耗的能量不同。 为实现尽可能高的能效，务必选择能够在极限压力和抽气速率方面提供必要性能，同时具有尽可能低能量需求的真空泵。

三个参数相互依赖。首先，当真空泵接近极限压力时，抽气速率降低（图 4）。其次，真空泵在某个工作点的能量需求最低。对于非专业人士来说，很难设计完美的真空生成系统，因此我们始终建议咨询真空专家。

在“真空在木材加工的应用”系列第二部分中，我们将更详细地展示不同类型的真空产生。