Гнутые изделия из дерева. Технологические особенности процесса склеивания и гнутья древесины. Изготовление паровой камеры

Если возникла необходимость в создании изогнутого деревянного элемента, то скорее всего вы столкнетесь с рядом трудностей. Может показаться, что выпилить требуемый компонент в изогнутом виде будет проще, но в этом случае волокна древесины будут перерезаны и ослабят прочность детали. Помимо этого, при выполнении получается довольно большой перерасход материала.

Этапы выполнения работ по сгибанию доски в домашних условиях:

	Подготовка. Выбор подходящего сорта дерева и ознакомление с общими принципами работы с ним.
	Варианты сгибания древесины. Нагрев в паровой коробке, химическая пропитка, расслоение, пропил.

Древесина – это волокна целлюлозы, которые связаны между собой лигнином. Расположение волокон на прямую влияет на гибкость древесного материала.

Совет: надежный и долговечный древесный материал для создания различных изделий может получиться только при условии, что дерево будет хорошо просушенным. Однако перемена в форме сухой деревянной заготовки – довольно сложный процесс, так как сухое дерево может легко сломаться.

Изучив технологию сгибания дерева, включая и его главные физические свойства древесины, позволяющие изменять ее форму, вполне реально выполнить изгибание деревянного материала в домашних условиях.

Особенности работы с деревом

Гнутье деревянного материала сопровождается ее деформацией, растяжением внешних слоев и сжатием внутренних. Бывает так, что сила растяжения приводит к разрыву внешних волокон. Это можно предупредить, если провести предварительную гидротермическую обработку.

Можно согнуть заготовки бруса, выполненного из клееной древесины и массива. Помимо этого, для придания необходимой формы применяют лущеный и строганный шпон. Наиболее пластичными является лиственная порода. В число которой входят бук, береза, граб, ясень, клен, дуб, липа, тополь и ольха. Клееные гнутые заготовки лучше всего выполнить из шпона березы. Следует заметить, что в общем объеме таких заготовок около 60% припадает на березовый шпон.

Согласно технологии изготовления гнутой древесины, при пропаривании заготовки значительно увеличивается ее способность к сжатию, а именно на треть, тогда как возможность растяжения увеличивается всего на несколько процентов. Поэтому нельзя даже думать о том, чтобы согнуть дерево толще 2 см.

Как согнуть доску в домашних условиях: нагрев в паровой коробке

Сначала нужно подготовить паровую коробку, которая может быть выполненной своими руками. Ее главная задача - удерживать дерево, которое требуется согнуть. В ней должно присутствовать отверстие, предназначенное для выхода пара. А иначе под давлением может произойти взрыв.

Это отверстие должно находиться в дне коробки. Помимо этого, в коробке необходимо предусмотреть съемную крышку, через которую можно будет изымать гнутую древесину, после того как она получит нужную форму. Для того чтобы удержать деревянную гнутую заготовку в требуемой форме, необходимо использовать специальные зажимы. Их можно выполнить самостоятельно из дерева или приобрести в строительном магазине.

Из дерева делаются несколько круглых обрезков. В них просверливаются отверстия, смещенные от центра. После чего следует просунуть болты сквозь них, а затем просверлить еще одно через стороны, дабы задвинуть их намертво. Подобные нехитрые поделки могут отлично выполнять функцию зажимов.

Теперь можно начинать пропарку дерева. Для этого необходимо закрыть деревянную заготовку в паровой коробке и позаботиться об источнике тепла. На каждые 2,5 см толщины изделия время, затрачиваемое на пропарку, составляет около часа. По его истечении, дерево следует изъять из коробки и придать ему требуемой формы путем загибания. Процесс должен осуществляться очень быстро, а само сгибание – мягко и аккуратно.

Совет: за счет разной степени эластичности одни виды древесины будут гнуться легче других. Разные способы нуждаются в приложении разной величины силы.

Как только желаемый результат будет достигнут, согнутую заготовку необходимо зафиксировать в таком положении. Крепление дерева возможно при процессе формирования его новой формы, за счет чего контролировать процесс станет намного легче.

Как согнуть доску в домашних условиях при помощи химической пропитки

Так как за стойкость древесины отвечает лигнин, его связи с волокнами следует разрушить. Этого можно добиться химическим способом, причем выполнить это вполне возможно в домашних условиях. Лучше всего для подобных целей подходит аммиак. Заготовку отмачивают в 25% водном растворе аммиака, что в значительной мере увеличивает ее эластичность. Таким образом появится возможность согнуть, скрутить ее или выдавить под прессом какие-либо рельефные формы.

Совет: следует обратить внимание на то, что аммиак опасен! Поэтому в процессе работы с ним нужно строго додерживаться всех правил техники безопасности. Вымачивание древесины должно проводиться в глухо закрывающейся емкости, которая находится в хорошо проветриваемом помещении.

Чем дольше древесина будет вымачиваться в аммиачном растворе, тем пластичнее она станет в последствии. После отмачивания заготовки и формирования ее новой формы, следует оставить ее в подобном изогнутом виде. Это необходимо не только для фиксации формы, но и для испарения аммиака. Однако оставлять гнутое дерево нужно в проветриваемом помещении. Интересно, что когда аммиак испарился, волокна древесины обретут такую же прочность, как и раньше, что позволит заготовке удержать свою форму!

Как согнуть доску в домашних условиях: способ расслоения

Вначале необходимо выполнить заготовку древесины, которая будет в последствии подвержена изгибу. Крайне важно чтобы доски были немного длиннее, чем длина требуемой детали. Это объясняется тем, что изгиб укрощает ламели. Прежде чем начинать резку, понадобится нарисовать диагональную прямую карандашом. Это нужно сделать поперек нижней стороны заготовки, что даст возможность после перемещения ламелей сохранить их последовательность.

Доски нужно отрезать прямослойным краем, и никак не лицевой стороной. Таким образом, их можно будет положить вместе с наименьшим изменением. Пробковый слой наносится в форму, что поможет избежать каких-либо неровностей в форме пилы и даст возможность сделать более ровный изгиб. Помимо этого, пробка будет удерживать расслоение в форме. После этого на верхнюю сторону одной из ламелей валиком наносится клей.

Лучше всего воспользоваться карбамидоформальдегидным клеем, состоящим из двух частей. Он имеет высокий уровень сцепления, однако долго сохнет.

Также можно использовать эпоксидную смолу, но подобный состав обойдется очень дорого, и позволить его себе может далеко не каждый. Стандартный вариант клея для дерева в этом случае не подойдёт. Хоть он высохнет быстро, но является очень мягким, что в этом случае никак не приветствуется.

Изделие из гнутого дерева необходимо как можно скорее поместить в форму. Так, на ламель, промазанную клеем, укладывается еще одна. Процесс нужно повторять до тех пор, пока гнутая заготовка не получит нужную толщину. Доски крепятся вместе. После полного высыхания клея, следует укоротить ее до требуемой длины.

Как согнуть доску в домашних условиях: пропил

Подготовленный деревянный отрезок необходимо пропилить. Пропилы рассчитываются на 2/3 от толщины заготовки. Они должны располагаться с внутренней стороны изгиба. Нужно быть предельно внимательным, так как грубые пропилы могут непросто деформировать дерево, а полностью сломать.

Совет: ключ к успеху при резке заключается в том, чтобы между надрезами расстояние было максимально ровным. Идеальный вариант 1,25 см.

Надрезы выполняются поперек узора дерева. Затем необходимо сжать края заготовки, что позволит соединить получившиеся зазоры в одно целое. Подобную форму и получает изгиб по окончании работы. После этого его исправляют.

В большинстве случаев внешняя сторона обрабатывается шпоном, реже – ламинатом. Это действие дает возможность исправить изгиб и скрыть практически любые допущенные в процессе изготовления дефекты. Пробелы в согнутом дереве скрываются очень просто – для этого смешиваются опилки и клей, после чего смесью заполняются пробелы.

В независимости от варианта сгиба, после того как заготовка будет вынута из формы, изгиб немного расслабится. Ввиду этого его следует сделать чуть большим, дабы впоследствии компенсировать данный эффект. Метод пропиливания используется при сгибе металлического уголка или части коробки.

Итак, применяя подобные рекомендации можно без особенных проблем согнуть дерево своими руками. *информация размещена в ознакомительных целях, чтобы поблагодарить нас, поделитесь ссылкой на страницу с друзьями. Вы можете прислать интересный нашим читателям материал. Мы будем рады ответить на все ваши вопросы и предложения, а также услышать критику и пожелания по адресу [email protected]

Одним из способов обработки заготовок столярных изделий является гнутье. Обработанные горячим паром деревянные заготовки способны изгибаться и после высыхания сохранять полученную форму. Такой технологический процесс не представляет особых сложностей, но некоторые особенности того, как гнуть древесину, следует учитывать. Также вас могут заинтересовать лестницы из сосны , заказать которые вы сможете на сайте http://mirdereva.ru/.

Волокна древесины скреплены особым веществом - лигнином, который под воздействием высокой температуры размягчается, а после остывания опять скрепляет волокна. На этом и основан процесс гнутья заготовок. Следует учитывать, что древесина разных пород поддается гнутью по-своему. Для гнутых изделий лучше всего использовать дуб, бук, березу, тис, вишню, вяз. А вот сосну, ель, кедр, ольху не следует применять для этих целей.

Работа над гнутыми деталями начинается с выбора материала. Заготовки должны быть прямослойными, не допускается использование древесины с искривленными волокнами. Подготовленный материал сушат в естественных условиях, под навесами, до влажности не более 20%. А вот древесину, высушенную искусственно, использовать для гнутья не следует, так как она хуже поддается такой обработке. Если же приходится использовать такой материал, то перед гнутьем его необходимо замочить в воде (не менее недели). Замачивание необходимо и для древесины твердых пород деревьев таких как дуб, ясень, бук.

Для нагревания заготовок перед гнутьем лучше всего использовать паровую камеру. Такую камеру несложно изготовить в домашних условиях, применив пластиковую трубу подходящих размеров и обычный чайник. Детали помещают в трубу, а пар подают от чайника. Время выдержки в камере зависит от размеров детали и определяется опытным путем. При этом можно ориентироваться на то, что на 1 см толщины заготовки необходимо 30-40 минут пропаривания древесины.

В места изгиба на деталях, если это позволяет конструкция изделия, можно слегка уменьшить толщину материала, снять фаски. Это облегчит процесс гнутья. Тонкие заготовки, при отсутствии паровой камеры, можно нагревать над электро- или газовой плитой.

Перед началом того, как гнуть древесину, необходимо подготовить форму, на которой будет закрепляться деталь, и зажимы для фиксации. Следует учитывать, что после прогрева древесины времени на то, чтобы зафиксировать заготовку, будет очень мало, не более 5 минут. Поэтому все нужно делать быстро, если же деталь начала остывать, то следует еще раз ее нагреть. Иначе можно сломать заготовку.

Поэтому важно предусмотреть такую конструкцию форм и зажимов, которая позволяла бы быстро фиксировать заготовку в нужном положении. Если формы изготовлены из древесины, то их не следует покрывать какими-то защитными составами, красить, лакировать. Во-первых, они портятся от нагревания, а во-вторых, будут мешать высыханию заготовок.

Короткие заготовки изгибают на оправках большего радиуса, а потом уже крепят в форме. Такой предварительный изгиб уменьшает вероятность того, что деталь сломается при формировании изгиба. Выдерживать детали в форме нужно до полного высыхания, чтобы они не разогнулись обратно. Обычно на это требуется от 6 до 9 дней, и определяется опытным путем.

После освобождения заготовки от зажимов ее необходимо отложить на сутки, и только потом приступать к обработке и отделке. Это нужно для того, чтобы снять остаточные разгибающие напряжения. Советы несложные, но они позволят без проблем освоить процесс, как гнуть древесину.

При изготовлении мебели не обойтись без криволинейных деталей. Получить их можно двумя способами - выпиливанием и гнутьем. Технологически, казалось бы, легче выпилить криволинейную деталь, чем отпаривать, гнуть а затем в течении определенного времени выдерживать ее до полной готовности. Но у выпиливания есть ряд негативных последствий.

Первое - существует большая вероятность перерезания волокон при работе с выкружной пилой (именно она применяется при такой технологии). Следствием перерезания волокон будет потеря прочности детали, и, как следствие, всего изделия в целом. Второе - технология выпиливания предполагает больший расход материала, чем технология гнутья. Это очевидно и комментариев не требуется. Третье - все криволинейные поверхности выпиленных деталей имеют торцовые и полуторцовые поверхности срезов. Это существенно влияет на условия дальнейшей их обработки и отделки.

Гнутье позволяет избежать всех этих недостатков. Конечно, гнутье предполагает наличие специального оборудования и приспособлений, а это не всегда возможно. Тем не менее, гнутье возможно и в домашней мастерской. Итак, какова же технология процесса гнутья?

Технологический процесс изготовления гнутых деталей включает в себя гидротермическую обработку, гнутье заготовок и их сушку после гнутья.

Гидротермической обработкой достигается улучшение пластических свойств древесины. Под пластичностью понимают свойства материала изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил и сохранять ее после того, как действие сил будет устранено. Наилучшие пластические свойства древесина приобретает при влажности 25 - 30% и температуре в центре заготовки к моменту гнутья примерно 100°С.

Гидротермическую обработку древесины выполняют пропариванием в котлах насыщенным паром низкого давления 0,02 - 0,05 МПа при температуре 102 - 105°С.

Так как продолжительность пропаривания определяется временем достижения заданной температуры в центре пропариваемой заготовки, то время пропаривания увеличивается с увеличением толщины заготовки. Например, для пропаривания заготовки (с начальной влажностью 30% и начальной температурой 25°С) толщиной 25 мм с достижением температуры в центре заготовки 100°С необходим 1 ч., толщиной 35 мм - 1 ч.50 мин.

При гнутье заготовку кладут на шину с упорами (рис.1), затем в механическом или гидравлическом прессе заготовку вместе с шиной изгибают на заданный контур, в прессах, как правило, изгибают одновременно несколько заготовок. По окончании гнутья концы шин стягивают стяжкой. Согнутые заготовки поступают на сушку вместе с шинами.

Сушат заготовки 6 - 8 ч. Во время сушки стабилизируется форма заготовок. После сушки заготовки освобождают от шаблонов и шин и выдерживают не менее 24 ч. После выдержки отклонение размеров гнутых заготовок от первоначальных обычно составляет ±3 мм. Далее заготовки обрабатывают.

Для гнутых заготовок применяются лущеный шпон, карбамидоформальдегидные смолы КФ-БЖ, КФ-Ж, КФ-МГ, М-70, древесностружечные плиты П-1 и П-2. Толщина заготовки может быть от 4 до 30 мм. Заготовки могут иметь самые разнообразные профили: уголковые, дугообразные, сферические, П-образные, трапециевидные и корытообразные (см. рис.2). Такие заготовки получаются путем одновременного сгиба и склеивания между собой смазанных клеем листов шпона, которые сформированы в пакеты (рис. 3). Такая технология позволяет получить изделия самых разнообразных архитектурных форм. К тому же изготовление гнутоклееных деталей из шпона экономически целесообразно из-за малого расхода лесоматериалов и сравнительно небольших трудозатрат.

Пласты делянок намазывают клеем, закладывают в шаблон и запрессовывают (рис. 4). После выдержки под пресом до полного схватывания клея узел сохраняет приданную ему форму. Гнутоклееные узлы изготовляют из шпона, из пластин лиственных и хвойных пород, из фанеры. В гнутоклееных элементах из шпона направление волокон в слоях шпона может быть как взаимно перпендикулярным, так и одинаковым. Изгиб шпона, при котором волокна древесины остаются прямолинейными, называется изгибом поперек волокон, а при котором волокна изгибаются - изгибом вдоль волокон.

При конструировании гнутоклееных узлов из шпона, несущих при эксплуатации значительные нагрузки (ножки стульев, корпусных изделий), наиболее рациональны конструкции с изгибом вдоль волокон во всех слоях. Жесткость таких узлов значительно выше, чем узлов с взаимно перпендикулярным направлением волокон древесины. Со взаимно перпендикулярным направлением волокон шпона в слоях конструируют гнутоклееные узлы толщиной до 10 мм, не несущие больших нагрузок при эксплуатации (стенки ящиков и т. п.). В этом случае они меньше подвержены формоизменяемости. Наружный слой таких узлов должен иметь долевое направление волокон (изгиб вдоль волокон), так как при изгибе поперек волокон в местах изгиба появляются мелкие долевые трещины, которые исключают хорошую отделку изделия.

Допустимые (радиусы кривизны гнутоклееных элементов из шпона зависят от следующих конструктивных параметров: толщины шпона, количества слоев шпона в пакете, конструкции пакета, угла изгиба заготовки, конструкции пресс-формы.

При изготовлении гнутопрофильных узлов с продольными пропилами необходимо учитывать зависимость толщины изгибаемых элементов от породы древесины и толщины изгибаемой детали.

В таблицах оставшиеся после пропилов элементы названы крайними, остальные - промежуточными. Минимальное расстояние между пропилами, которое можно получить, составляет около 1,5 мм.

С увеличением радиуса изгиба плиты расстояние между пропилами уменьшается (рис. 5). Ширина пропила зависит от радиуса изгиба плиты и количества пропилов. Для получения закругленных узлов, в плите после ее фанерования и шлифования выбирают паз в том месте, где будет изгиб. Паз может быть прямоугольным или типа «ласточкин хвост». Толщина оставшейся фанерной перемычки (дна паза) должна быть равна толщине облицовочной фанеры с припуском 1-1,5 мм. В прямоугольный паз вставляют на клею закругленный брусок, а в паз «ласточкин хвост» - полосу шпона. Затем плиту изгибают и выдерживают в шаблоне до схватывания клея. Для придания углу большей прочности в него с внутренней стороны можно поставить деревянный угольник.

Пласты тщательно смазывают клеем, закладывают в шаблон и запрессовывают. Гнутоклееные узлы производят из шпона, из пластин лиственных и хвойных пород, из фанеры. В гнутоклееных элементах из шпона направление волокон в слоях шпона может быть как взаимно перпендикулярным, так и одинаковым.

С увеличением радиуса изгиба плиты расстояние между пропилами сокращается, как это видно на рисунке сверху. То есть ширина пропила напрямую зависит от радиуса изгиба плиты и количества пропилов.

Теперь рассмотрим теоретические аспекты гнутья

Криволиненйные детали из цельной древесины можно изготавливать двумя принципиальными способами:

выпиливанием криволинейных заготовок и приданием прямолинейному бруску изогнутой формы путем загибания его на шаблоне.Оба способа применяются на практике и имеют свои преимущества и недостатки.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается простотой технологии и не требует специального оборудования. Однако, при выпиливании неизбежно перерезают волокна древесины, и это настолько ослабляет прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура, приходится составлять из нескольких элементов склеиванием. На криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые поверхности срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на фрезерных станках и отделки. Кроме того, при раскрое получается большое количество большое количество отходов. Изготовление криволинейных деталей методом гнутья требует по сравнению с выпиливанием более сложного технологического процесса и оборудования. Однако, при гнутье полностью сохраняется и даже в некоторых случаях повышается прочность деталей; на их гранях не создаются торцовые поверхности, а режимы последующей обработки гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейнэх деталей.

Изгиб элемента
а - характер деформации заготовки при изгибе;
6 - гнутье заготовки с шиной по шаблону:
1 - шаблон; 2 - насечки; 3 - прессующий ролик; 4 - шина

При изгибе заготовки в пределах упругих деформаций возникают нормальные к поперечному сечению напряжения: растягивающие на выпуклой и сжимающие на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором невелики. Поскольку величина нормальных напряжений изменяется по сечению, возникают скалывающие напряжения, стремящиеся как бы сдвинуть одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен, изгиб сопровождается растяжением материала на выпуклой стороне детали и сжатием - на вогнутой.

Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске прямо пропорциональны напряжениям, а нейтральный слой находится в середине бруска.

Обозначим толщину бруска H , начальную длину его через Lо , радиус изгиба по нейтральной линии через R (рис. 60, а). Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оставаться неизменной и равна Lо = p R ( j /180) , (84) где p - число пи (3, 14...), j - угол загиба в градусах.
Наружный растянутый слой получит удлинение D L (дельта L) . Общая длина растянутой части бруска определится из выражения Lo + D L = p (R + H/2) j /180 (85)
Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсолютное удлинение
D L = p (H/2)(j /180). (86)
Относительное удлинение Ер будет равно D L/Lo = H/2R , т.е. относительное удлинение при изгибе D Ll/Lо зависит от отношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок H и чем меньше радиус изгиба R . Подобное отношение для величины относительного сжатия при изгибе можно получить аналогичным путем.
Предположим, что вокруг шаблона R" изогнут брусок с начальной длиной Lo и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через Е сж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через Е раст величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны
L = Lo(1 + Ераст)= p (R" + H) j /180 (87)
Отсюда R" + H = / p (j /180) .
Для сжатой (вогнутой) стороны будет L 2 = Lo (1 - Ecж) = p R" (j /180)
или R" = / p (j /180 ). (88)
Вычитая из первого выражения второе, получим
H = }