Природа не любит прямые линии и нужно потратить немало времени и усилий, чтобы сделать деревянные изделия прямыми. Однако гибка древесины - это также довольно трудоемкий процесс. Гнутые деревянные элементы часто используются в скандинавской мебели в виде красивых, легких и прочных изделий с единством структуры и формы. В этой статье мы рассмотрим несколько способов гибки древесины: простое силовое сгибание, сгибание с использованием пропилов, сгибание на пару и сгибание слоями.
Это самый простой метод, который состоит в ручном сгибании древесины и прикрепление ее к форме для фиксации изгиба. Чем меньше толщина древесины - тем легче ее гнуть. Из этого следует, чем больше изгиб, тем тоньше должна быть древесина. Шпон может приобретать практически любые изгибы, в то время как дубовую заготовку толщиной 2 см практически невозможно согнуть. Также следует учитывать, что разные породы древесины имеют разную степень гибкости. Так соотношение толщины заготовки и минимального радиуса изгиба по некоторым породам будет составлять: бук - 1/2,5; дуб - 1/4; береза - 1/5,7; ольха - 1/8; ель - 1/10; сосна - 1/11. То есть при толщине буковой заготовки в 10 мм, минимальный радиус изгиба будет составлять 25 мм.
Как правило, заготовка фиксируется с помощью клея, поскольку использование гвоздей или шурупов в местах изгиба может привести к образованию трещин и разломов. Есть негласное правило - то, что можно зафиксировать вручную, можно также зафиксировать с помощью клея. При склеивании для уменьшения зазоров нужно двигаться от центра к краям, или от одного края к другому.
Этот метод гибки древесины наименее прочный, поскольку древесина пропиливается почти по всей толщине и в ней остается совсем немного прочности. Поэтому этот способ гибки древесины используется только там, где нет большой нагрузки, например закругленные уголки и т.п.
Основным материалом для изготовления гнуто-пропиленных деталей является фанера. Для достижения наилучших результатов пропилы лучше производить на круглопильном станке с использованием ограничительного стопора. Пропилы нужно делать поперек волокон на расстоянии около 5-10 мм. друг от друга. Глубина пропила должна быть около 1/5 толщины заготовки.
Чтобы зафиксировать изгиб, можно использовать клей или древесный порозаполнитель. Склеивая и фиксируя две изогнутые рейки пропилами внутрь, можно создавать интересные элементы в некоторых конструкциях, хотя и с ограниченной прочностью.
По своим физическим свойствам такая древесина близка к древесине гнутой гидротермическим способом, а по некоторым показателям динамических нагрузок, она обладает даже лучшими механическими свойствами, нежели цельный древесный массив.
Первым шагом является подготовка ламелей. Толщина ламелей во многом определяется величиной изгиба. Чем больше изгиб, тем тоньше должны быть ламели и наоборот. Как правило, толщина ламелей не должна превышать 3,2мм.
Затем нарезанные слои древесины намазывают клеем и сжимают в шаблоне с помощью захватов. Для соединения ламелей нельзя использовать обычный столярный клей. Для этих целей лучше всего подходит клеи на основе карбамидоформальдегидных или эпоксидных смол.
Прежде чем вынуть деталь из шаблона, клей должен схватиться в течение суток. Нужно также учитывать, что после разжатия формы заготовка может немного распрямиться. Минимизировать этот эффект можно путем уменьшения толщины ламелей или создания формы с небольшим перегибом.
Гидротермическая гибка древесины дает наиболее качественный результат, однако требует больших трудозатрат и технического оснащения.
Пред началом процесса гибки следует уделить должное внимание выбору древесины. Практически любую породу древесины можно согнуть, но наилучшей гибкостью обладают твердые породы, такие как дуб, бук, вяз, береза, вишня, клен, орех, ясень. Не рекомендуется использовать хвойные и мягкие породы, такие как ель, сосна, кедр, ольха. Также важно, чтобы древесина была без трещин и сучков в месте предполагаемого изгиба.
Каждая клетка волокон древесины покрыта лигнином - клееподобным химическим веществом, которое при обычной температуре прочно связывает волокна. Передающееся паром тепло размягчает лигнин, позволяя волокнам сжиматься и растягиваться. Охлаждаясь, лигнин затвердевает и снова прочно связывает волокна вместе.
Лучше всего для гибки подходит свежесрубленная древесина. Оптимальным вариантом также является древесина атмосферной сушки, так как при камерной сушке лигнин заметно упрочняется, затрудняя изгиб. Перед пропаркой древесину камерной сушки можно замочить на ночь в воде. Для обработки древесины атмосферной сушки и предварительно замоченной древесины камерной сушки требуется одинаковое время.
Наилучшие пластические свойства древесина приобретает при влажности 25-30% и при температуре около 100°С. Время пропаривания зависит от толщины древесина. Так, например, для пропаривания заготовки с начальной влажностью 30% и толщиной 25 мм с достижением температуры в центре заготовки до 100°С необходим 1 час, а толщиной 35 мм - около 2 часов.
Перед изъятием заготовки проверьте, чтобы все инструменты были под рукой, так как древесина остывает и затвердевает очень быстро. Обязательно наденьте плотные перчатки, чтобы не обжечься паром. Извлеките деталь и сразу зафиксируйте ее захватами.
Изъятие изделия из формы обычно сопровождается небольшим разгибом. Поэтому форма должна иметь изгиб немного больше, нежели требуется, чтобы сохранить искомую кривизну изделия. Чтобы минимизировать разгиб, оставьте деталь закрепленной в форме, по крайней мере, на несколько дней.
Не смотря на всю свои крепость и прочность, деревянные детали можно легко и просто согнуть, если вдруг в процессе строительства потребуется какая-то особенная, и оригинальная детали овальной или круглой формы. Дерево при правильной обработке легко поддается изменению своей формы, и провести данную процедуру можно своими собственными силами, не прибегая к помощи профессионалов.
Виды работы
Различают два основных способа согнуть дерево до нужной формы, и один из них холодных, другой горячий. Как видно из названия, способы различаются лишь использование горячих температур, по эффективности оба эти способа совершено одинаковые, просто горячий способ фиксации дерева проходит гораздо быстрее. Для каждого способа потребуется клей, пва или обойный, смотря, что будет под рукой, ничего специально покупать не нужно. И с помощью металлических деталей можно создать своеобразный пресс или каркас, который будет удерживать дерево в нужной форме. Для того чтобы согнуть брус необходимо смазать его клеем, сильно и тщательно, не боясь, что дерево от этого станет влажным. На самом деле, под воздействием клеевого раствора вся лишняя влага уйдет из дерева, и оно станет еще более прочным и крепким,
что крайне важно. После того, как брус был смазан клеем, его нужно закрепить с помощью инструментов в нужной форме, и в случае холодного процесса работы просто оставить сушиться закрепленным. Если вы выбираете горячий, то брус стоит накрыть обычной пленкой, чтобы он быстрее высушился, и испарилась вся влага.
Долговечность
Какой бы способ не был выбран, оба они эффективные и действуют одинаково. Брус полностью фиксируется в своей новой форме, и больше не вернется в старую. Гнуть мокрый брус от клея можно максимально, не боясь, что он сломается. И в результате вы получите оригинальный и красивый предмет интерьера или деталь для создания еще более привлекательного интерьера дома или его фасада. Согнутый клеем брус даже не нужно будет ничем обрабатывать для долговечности, что крайне удобно. Влага не будет пропитываться сквозь клеевой раствор, а насекомые не станут покушаться на такое дерево, в котором клея будет гораздо больше. Именно поэтому такой способ самый оптимальный и практичный, если срочно нужно согнуть деревянный брус.
Инструкция
Для изготовления криволинейных деталей из древесины применяют два основных способа: выпиливание по шаблону и гнутьё предварительно распаренной древесины с помощью шаблона на специальном станке. Первый способ ведет к разрезанию волокон и снижению прочности деталей. Гнутьё же обеспечивает высокий процент полезного выхода деталей и значительную прочность. Гнутые детали можно отделывать с высоким качеством и подвергать различной механической обработке (профилировать, формировать шипы, проушины и т.д.).
Способность деревянной доски к гнутью определяется пластичностью древесины и зависит от породы дерева. Бук, береза, дуб, сосна и ель обладают наибольшей пластичностью. Но можно управлять пластическими свойствами заготовки, осуществляя ее гидротермическую обработку.
При температуре 100оС и влажности 30% часть веществ, входящих в состав клеток материала, переходит в состояние геля, при этом стенки клеток и волокна древесины становятся эластичными и мягкими. Такая древесина легко гнется. После высушивания согнутая доска сохраняет приданную ей форму, поскольку коллоидные вещества затвердевают.
Обработка заготовки заключается в проваривании ее в горячей воде либо пропаривании насыщенным паром низкого давления. Пропаривание более распространено, поскольку при такой обработке древесина прогревается равномернее, не происходит чрезмерного увлажнения древесины.
Когда обработанная таким образом доска изгибается на лекале или в специальном зажимном устройстве, в материале возникают внутренние напряжения. Древесина растягивается на выпуклой стороне и сжимается на вогнутой. В срединном нейтральном слое напряжения равны нулю.
Наружный слой под действием растягивающих напряжений получит удлинение, а внутренний станет короче. Величина деформации зависит от толщины доки и радиуса изгиба. Чтобы ограничить удлинение волокон древесины и предотвратить их возможный разрыв, с выпуклой стороны гнутой детали накладывают специальную шину из стали толщиной до 2,5 мм. Заготовку изгибают вместе с шиной. При этом нейтральная линия выходит в сторону растянутых волокон за пределы доски, и изгиб происходит только за счет сжатия.
Изготовляя самые разнообразные столярные изделия, мастеру нередко приходится использовать криволинейные детали. Не всегда получить требуемую форму можно выпиливанием, поскольку здесь имеет значение обеспечение прочности материала и его экономия. В подобных случаях приходится сгибать древесину под различными углами.
Вам понадобится
- - горячая вода;
- - открытый огонь;
- - шаблон;
- - стальная полоса;
- - аммиачная вода.
Инструкция
Используйте для изгибания распаривание или термическую обработку. Если выдержать древесину в течение нескольких часов под действием высокой температуры и влаги, можно добиться изменения пластичности материала и согнуть заготовку под требуемым углом.
Тщательно отберите , которые вы впоследствии будете подвергать изгибанию. Используйте для такой обработки доски, распиленные вдоль . Избегайте дефектные и свилеватые доски, а также те заготовки, которые имеют сучки. Если использовать материалы с поврежденными волокнами, то заготовка может треснуть в месте нахождения дефекта.
В деревообрабатывающем производстве в больших количествах изготовляют криволинейные детали. Изготовление криволинейных деталей производится двумя способами: выпиливанием из досок или плит и гнутьем прямолинейных брусков (цельногнутые детали) или слоев древесины с одновременным склеиванием (гнутоклееные детали).
Технологический процесс гнутья древесины. Технологический процесс гнутья брусков из массивной древесины включает в себя следующие операции: заготовку материала для гнутья, гидротермическую обработку, гнутье и сушку.
Заготовка материала для гнутья. Заготовки для гнутья получают из необрезных досок путем их раскроя на круглопильных станках. К заготовкам для гнутья предъявляются следующие требования.
Косослой не должен превышать 10°. При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки. В заготовках с одновременным прессованием сучки допускаются в больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Выкраивать заготовки следует с учетом припусков на последующую обработку деталей. При гнутье с одновременным прессованием, кроме припуска на обработку, должен предусматриваться припуск на упрессовку древесины поперек волокон и повышенный припуск по длине заготовки. В целях повышения выхода заготовок для гнутья раскраивать доски рекомендуется после предварительной разметки.
На небольших предприятиях сохранился способ получения заготовок для гнутья путем раскалывания чураков. Колотая заготовка не имеет косослоя, поэтому при изгибании дает меньший процент брака. Однако этот способ весьма трудоемок, так как выполняется вручную и дает на 20-25% ниже выход заготовок из кряжа, чем при его распиловке.
После раскроя (или раскалывания) заготовки для деталей круглого сечения обрабатываются на токарно-копировальных или круглопалочных станках, а заготовки для деталей прямоугольного сечения - на продольно-фрезерных станках. Можно загибать и нестроганые заготовки, но в этом случае доски раскраивают строгальными пилами, дающими чистый и точный пропил.
Гидротермическая обработка. Гидротермическая обработка древесины перед гнутьем производится для того, чтобы повысить пластичность древесины. Оптимальная пластичность древесины достигается при ее нагреве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что при нагревании часть веществ, входящих в состав клеток, переходит в коллоидное состояние.
В результате этого повышается способность клеток и всей древесины к деформации. При сушке деформированной (гнутой) древесины коллоидные вещества затвердевают и сохраняют приданную заготовке форму.
Гидротермическая обработка древесины перед гнутьем осуществляется провариванием в горячей воде или пропариванием. Для проваривания применяют деревянные чаны или металлические ванны и баки. Вода в ваннах и чанах нагревается паром.
Температуру воды поддерживают на уровне 90-95°С, не доводя ее до кипения. Продолжительность проваривания зависит от начальной влажности, размеров и породы древесины.
При проваривании сложно получить равномерную температуру и влажность всей заготовки, наружные слои перенасыщаются водой. Поэтому проваривание в горячей воде применяют только в тех случаях, когда пропаривание технически затруднено.
Наиболее широкое применение в производстве получило пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара. Пропаривание позволяет нагревать древесину до нужной температуры (70-80°С), регулировать влажность древесины и получать ее всегда близкой к оптимальной для гнутья, т.е. около 25-30%.
Для пропаривания пользуются насыщенным паром низкого давления (0,02-0,05 МПа), что соответствует температуре 102-105°С. Пропаривание древесины осуществляется в герметически закрывающихся металлических котлах-барабанах или бетонных камерах. Емкость котлов и камер небольшая, рассчитана на закладку брусков в количестве 30-40 шт.
Котлы располагаются у каждого гнутарного станка и соединяются паропроводом между собой в батарею. Бруски в котлы и камеры укладывают на прокладках для того, чтобы обеспечивалось лучшее омывание их паром.
Продолжительность пропаривания зависит от начальной влажности и температуры древесины, размеров брусков и давления пара в котле. Время пропаривания определяется по специальной диаграмме. Например, для заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 30% и давлении пара в пропарочном котле 0,03- 0,05 МПа продолжительность пропаривания составляет 12-13 мин, а для заготовок толщиной 80 мм - 65 мин.
Фанеру в случае гнутья на малые радиусы кривизны также можно подвергать гидротермической обработке. Фанеру, склеенную синтетическими клеями, проваривают, а склеенную казеиновым или альбуминовым клеем, только пропаривают.
Вынутые из пропарочного котла или варочного бака заготовки должны подвергаться гнутью немедленно. Нельзя допускать остывания наружных слоев древесины, которые испытывают наибольшие напряжения при гнутье.
Гнутье древесины и оборудование. Станки для гнутья древесины делятся на два типа: с холодными и горячими формами.
Станки первого типа (рис. 4.13) применяют для гнутья на замкнутый контур. Бруски изгибаются вокруг съемного необогревае-мого вращающегося шаблона 6. Шаблон вместе с шиной 2 надевается на вертикальный вал 8, который приводится во вращательное движение от электродвигателя через редуктор 7.
Свободный конец шины закрепляется в каретке 4, скользящей по направляющим 3. Брусок 5 закладывается между шаблоном 6 и шиной 2 и закрепляется подвижным упором. Затем включается электродвигатель, при этом поворачивается вал 8 с надетым на него шаблоном и изгибается брусок вместе с шиной.
В месте загиба установлен ролик /, плотно прижимающий брусок к шаблону. Задний конец шины закрепляется с помощью скобы на шаблоне. Шаблон с бруском и шиной снимаются со станка и направляются в сушку, а на станок надевают новый шаблон, и операция повторяется.
Рис. 4.13.
7 - прижимный ролик; 2 - шина; 3 - направляющая; 4 - брусок; 5 - заготовка;
б -шаблон; 7 - редуктор; 8 - вал
Рис. 4.14.
7 - крючок; 2 - шаблон; 3 - упор; 4 - шина; 5 - заготовка
Гнутарные станки с горячими формами называются гнутарно-сушильными, они могут быть с двух- и односторонним обогревом. Станки с двухсторонним обогревом представляют собой гидравлический или пневматический пресс с обогреваемыми профильными плитами-шаблонами, между которыми зажимаются изгибаемые бруски. В этих станках бруски выдерживаются в зажатом состянии до полного закрепления формы и сушки заготовок.
В станках с односторонним обогревом (рис. 4.14) заготовки 5 закладываются между горячим шаблоном 2, обогреваемым паром, и шиной 4 и крепятся упором 3. Изогнутые заготовки 5 вместе с шинами закрепляют на шаблоне специальными крючками /. Заготовки остаются в станке до закрепления приданной им формы.
Это достигается высушиванием древесины примерно до 15%-й влажности, на что затрачивается 90-180 мин. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков заготовки перед гнутьем рекомендуется подсушивать до 20%-й влажности, выдерживать в станке до влажности 12-15%, а окончательную досушку до производственной влажности снятых со станка заготовок производить в сушильных камерах.
Гнутье фанеры осуществляют в шаблонах, состоящих из двух частей: матрицы и пуансона, между которыми закладывают и выгибают фанеру. При этом используются специальные приспособления, винты, пневматические и гидравлические прессы.
Гнутье с одновременным прессованием заключается в том, что древесину изгибают вокруг шаблона, снабженного насечкой, и в процессе гнутья с внешней стороны заготовки прижимают ее к шаблону через шину прессующим роликом.
Происходит прокатка заготовки. Толщина заготовки уменьшается, слои древесины на вогнутой стороне заготовки принимают волнообразную форму от вдавливания насечки шаблона, наружные слои уплотняются. Это способствует повышению сопротивления сжатия вогнутых слоев в древесине и растяжению наружных.
Гнутье с одновременным прессованием значительно улучшает способность древесины к гнутью, позволяет изгибать древесину с крупными сучками, расположенными на наружной стороне заготовки. Оно применяется для гнутья древесины хвойных и мягких лиственных пород.
Сушка заготовок после гнутья. Изогнутые заготовки сушат в сушильных камерах до эксплуатационной влажности, причем заготовки помещают в камеру вместе с шаблонами и охватывающими их шинами. Конструкция сушильных камер подобна тем, которые применяют для сушки пиломатериалов.
Высушенные заготовки выгружают из камер и направляют в остывочное отделение, где выдерживают не менее 48 ч для выравнивания внутренних напряжений. Только после этого заготовки освобождают от шаблонов и шин и направляют в цех механической обработки.
Последовательность и принципы механической обработки гнутых заготовок на станках, т.е. придание им окончательных размеров и чистой поверхности, принципиально не отличаются от обработки прямолинейных заготовок.
Изготовление гнутоклееных деталей. Для получения гнутоклееных деталей гидротермическая обработка древесины перед гнутьем и сушка после гнутья не требуются. Гнутоклееные детали изготовляют из лущеного шпона или фанеры. Технологический процесс получения гнутоклееных деталей состоит из подготовки сырья (шпона, фанеры или тонких планок), нанесения на склеиваемые поверхности клеевого раствора, склеивания заготовок с одновременным гнутьем в пресс-формах или в шаблонах и выдержки деталей после запрессовки для выравнивания влажности и напряжений.
Склеивание производится либо в блоках, либо отдельными деталями. Прессование ведут в гидравлических прессах с пресс-формами или шаблонами. Используют один из трех видов нагрева прессуемого пакета: электроконтактный, паровой или токами высокой частоты (ТВЧ). Наиболее прогрессивен нагрев ТВЧ. При этом способе требуется меньшее время прессования и более равномерно распределяется температура по сечению пакета.
В качестве связующего при изготовлении гнутоклееных деталей используются клеи на основе карбамидных смол большой концентрации и повышенной скорости отверждения. Расход таких клеев на 1 м 2 намазываемой поверхности составляет 110-120 г.