Лабораторная работа №1
Способы соединения деревянных частей
В ходе работы:
1. изучить основные способы соединений деревянных частей;
2. ознакомиться с соединениями, представленными в учебном наборе;
3. заполнить контрольную таблицу, предложенную в конце работы;
4. изготовить самостоятельно соединение не представленное в учебном наборе;
5. ответить на контрольные вопросы.
Целью окончательной обработки чистовых заготовок является превращение их в детали, из которых в дальнейшем можно будет формировать сборочные узлы и соединения.
Механическая обработка чистовых заготовок включает в себя нарезание шипов и проушин, выборку гнёзд и отверстий, фрезерование плоских и криволинейных кромок, а также шлифование.
Окончательная обработка щитовых материалов состоит из форматной обрезки с целью удаления припусков, фрезерования и облицовывания кромок, сверления пазов и отверстий. Отдельная операция – нанесение лакокрасочных покрытий – образует самостоятельный технологический процесс.
Формирование шипов и проушин
Шипы и проушины являются элементами сборочных единиц и обеспечивают их соединения при формировании в узлы. Точность шипового соединения обеспечивает надежность сборки и качество самого изделия.
В ходе обработки шипы могут выполнять роль базовых поверхностей, поэтому операция их нарезки и формирования проушин всегда выполняется первой, если она предусмотрена технологическим процессом.
В зависимости от вида изделия различают рамные, ящичные шипы или шипы типа «ласточкин хвост». Рамные шипы нарезают на концах брусковых заготовок для их последующей сборки в рамочные конструкции (рис. 2–I). Формы проушины должны соответствовать форме шипа, для того чтобы детали можно было соединять друг с другом.
Шипы и проушины на заготовках нарезают как с одной стороны, так и с двух сторон. В связи с этим используются односторонние и двусторонние шипорезные станки.
Формирование элементов шипового соединения на одностороннем шипорезном станке осуществляется блоком, состоящим из четырёх режущих инструментов: торцовочной пилы, двух шипорезных головок для нарезки шипов и подрезки заплечиков, головки для выработки проушин. Одновременно обработке подвергается сразу несколько заготовок.
Двусторонние станки имеют два таких блока, находящихся по разные стороны цепей, по которым осуществляется подача заготовок. Один из блоков подвижный и настраивается на длину заготовок. При нарезании наклонных шипов режущие блоки могут наклоняться (угол наклона составляет до 20°). Производительность (измеряется в шт./смену) двусторонних станков значительно выше, чем односторонних, но на них нельзя нарезать шипы со скошенными заплечиками и проушины со скошенным дном. Такие операции проводятся только на односторонних станках. К двусторонним станкам относится станок ШД10-8, в котором скорость резания изменяется бесступенчато от 1.5 до 16 м/мин.
Рис. 1. Виды рамных шипов: а – одинарный шип; б – двойной шип; в – одинарная проушина; г – двойная проушина; д – шип со скошенными заплечиками; е – проушина со скошенным дном; ж, з – наклонные шипы; и – шип со скругленными кромками.
Рис. 2. Схема выработки шипов: I – нарезание рамных шипов (а – торцевание, б – нарезание шипов, в – нарезание проушин), II – нарезание ящичных прямых шипов (а – вид нарезаемых шипов, б – схема нарезания шипов), III – нарезание шипов типа «ласточкин хвост» (а – вид шипов, б – положение заготовок во время нарезания); 1, 2 – соответственно передняя и задняя стенки ящика.
Качество формирования шипов и проушин на шипорезных станках зависит от настройки станка и базирования заготовок на каретке. При ручной подаче заготовок требуются дополнительные базирующие приспособления.
Нарезание рамных шипов также может осуществляться на фрезерных станках с нижним расположением шпинделя. Шипы в данном случае могут формироваться конической или цилиндрической фрезерной головкой, либо шипорезной, которая устанавливается в качестве дополнительной оснастки.
Вначале заготовки торцуются на торцовочном станке для зачистки поверхности, что обеспечивает точность изготовления деталей. Резание фрезерными головками осуществляется вдоль и поперёк волокон, что может привести к скалыванию углов шипа со стороны задней кромки у крайней последней заготовки. Для предотвращения данного дефекта на каретке у направляющей линейки устанавливают подпорный брусок, изготовленный из древесины твёрдых пород.
Ящичные прямые шипы нарезаются на специальных одно - и двусторонних шипорезных станках с ручной механической подачей заготовок (рис. 2–II).
К односторонним станкам с механической подачей относится ШПА-40, в котором закрепленная пачка заготовок толщиной до 120 мм обрабатывается при вертикальном перемещении рабочего хода каретки. Затем стол возвращается в исходное положение. Для нарезания шипов с другой стороны, заготовки переворачиваются. Перед зашиповкой заготовки торцуются с обеих сторон на торцовочном станке.
Работа двусторонних станков аналогична работе станков для нарезания шипов. Станки включают в себя пильный и фрезерный суппорты, которые располагаются по обеим сторонам цепного конвейера, подающего заготовки поштучно или пачками в зону обработки. Для непрерывности процесса станки снабжены вертикальными питателями, из которых заготовки на цепи поступают под действием собственной массы. Число одновременно обрабатываемых заготовок регулируются высотой установки питателя над конвейером.
Ящичные шипы зубчатой формы обычно нарезают на односторонних шипорезных станках типа ШОС, включающих в себя торцовую пилу; на рамных шипорезных станках, а так жнее фрезерных станках с комплектом фрез соответствующей формы и кареткой. В последнем случае заготовки должны быть предварительно оторцованы под углом 45°.
Шипы «ласточкин хвост» (рис. 2–III), имеющие трапецеидальное сечение, нарезаются на станках, которые имеют до 25 шпинделей. Режущим инструментом в них являются концевые фрезы, которые за один проход формируют шипы и проушины на двух соединяемых элементах. Для этого заготовки в каретке закрепляют под углом 90° друг к другу. Скругление шипов осуществляется за счёт полукругового движения каретки во время касания фрез кромки нарезанных шипов, а необходимая глубина проушин формируется смещением суппорта во время его обратного хода.
Виды клеевых соединений
Соединение древесины и древесных материалов при помощи клея называется склеиванием и является одним из основных процессов в деревообработке. Главным условием склеивания является прочность изделия, которая должна быть больше прочности склеиваемых материалов за счёт клеевого соединения, представляющего собой взаимодействие клея и древесины. Наиболее высокие требования предъявляются к клееным соединениям несущим строительным конструкциям, испытывающим наибольшую нагрузку, которые отражены в ГОСТ «Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия». Предел прочности для данных конструкций должен быть не ниже 55 МПа при растяжении, 50 МПа при изгибе, 30 МПа при сжатии и 4 МПа при скалывании.
Различают склеивание массивной древесины; склеивание плитных и листовых древесных материалов, которые в сочетании друг с другом называется облицовыванием.
В промышленности массивную древесину склеивают по длине, ширине и толщине, в результате чего получается клееная продукция определённого назначения с различными прочностными характеристиками. Склеивание может быть как самостоятельным, так и попутным производством, позволяющим рационально использовать древесину.
Путём склеивания, или сращивания, древесины по длине получают изделия – половые доски, плинтуса, наличники, поручни. Склеивание является одним из методов рационального использования древесины, так как позволяет перерабатывать короткомерные и низкосортные материалы, а также исключать из конечной продукции пороки древесины. Соединение древесины по длине может осуществляться впритык на гладко обработанные торцы, на «ус», на зубчатый шип, в паз и гребень, в четверть, на рейку, в виде клина (клиновидное). Наиболее часто используют первые три соединения.
Соединения на гладко обработанные торцы (торцовое) (рис. 3-а) обеспечивает низкую прочность и применяется для изделий, не испытывающих больших нагрузок. Данное соединение используют при изготовлении рамок щитовых дверей, щитовых деталей встроенных шкафов, кухонной мебели и изделий, в которых всю нагрузку несет облицовочный слой.
Соединение на «ус» (усовое) (рис. 3-б) обеспечивает до 100 % прочности цельной древесины (торцовое – только 10…15%). Но ток как длина уса должна быть больше толщины самого материала в 10-15 раз, такое соединение не может использоваться для коротких отрезков. Усовое соединение применяется при изготовлении деталей, не содержащих сучков и испытывающих высокие нагрузки (например, заготовки для авиа - и судостроения).
Соединение на зубчатый шип (рис. 3-в) по прочности несколько уступает усовому соединению и зависит от таких параметров как длина шипа l, шаг шипа t, затупление шипа b (рис. 4), а также марки клея. Различают вертикальное и горизонтальное шиповые соединения, первое из которых используется в деталях, испытывающих нагрузку, второе – имеет более декоративный вид и применяется в основном для щитовых изделий, не подвергающихся жесткой эксплуатации. Склеивание древесины по ширине используют в столярно-мебельном производстве для получения щитовых деталей. Щиты являются элементом корпусной мебели, кухонных и спальных гарнитуров, выпускают в качестве панелей для отделки стен и материала для покрытия полов.
Щиты получают соединением заготовок по ширине на гладкую фугу, в четверть, на рейку, в паз и гребень, в паз и треугольный гребень, на шип типа «ласточкин хвост» (рис. 5), а так же при помощи вставных шипов или шкантов, которые могут изготавливаться из древесины или полимерных материалов.
При склеивании щитов на гладкую фугу (рис. 6) их упрочняют шпонками и рейками для формоустойчивости и избежания коробления. По той же причине щиты могут изготавливаться многослойными. В них направление волокон каждого слоя взаимноперпендикулярно.
Рис. 3. Соединение древесины по длине: а – торцовое, б – на «ус», в – на зубчатый шип, г – в паз и гребень, д – в четверть, е – на рейку, ж – клиновидное.
Рис. 4. Виды зубчатых соединений (а – горизонтальное, б – вертикальное) и параметры зубчатого соединения (в), мм: l – длина шипа, t – шаг шипа, b – затупление шипа, s – зазор в стыке.
Склеиванием древесины по толщине получают клееные строительные конструкции, выполняющие несущие и ограждающие функции. К ним относятся балки и фермы, стойки, стеновой брус, брус для оконных блоков и .т. д. Склеивание древесины осуществляют в основном на гладкую фугу, в результате чего получаемые изделия отличаются достаточной прочностью, лёгкостью и декоративностью.
Рис. 5. Способы соединения щитов: а – на гладкую фугу, б – в четверть, в – на рейку, г – в паз и гребень, д – в паз и треугольный гребень, е – на шипах типа «ласточкин хвост».
Рис. 6. Виды щитов, склеенных на гладкую фугу: а – со шпунтом, б – с наконечником в паз и гребень, в – с вклеенной в торец рейкой, г – с вклеенной треугольной рейкой, е – трёхслойный.
Данный вид склеивания древесины обеспечивает восполнение недостатка пилопродукции большого сечения, а также получение материалов с повышенными прочностными характеристиками за счёт их многослойности. Многослойность позволяет использовать сочетание древесины различных пород и качества, которое, в конечном счёте, определяется технологическим назначением самого изделия.
В условиях производства склеивание древесины чаще всего является комбинированным, т. е. заготовки для сращивания по ширине могут быть цельными или клееными по длине, а для сращивания по толщине – цельными, клееными по длине и ширине.
Контрольные вопросы и задания
Таблица 1
Контрольная таблица
№ Зарисовка соединения Название, тип Характеристика
Литература
1. Рыкунин деревообработки: Учебник для нач. проф. образования / , . — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 352 с.
