Тема 1.3 Структура изделий из древесины. Правила конструирования

1 Основные конструктивные элементы изделий: брусок, щит, рамка, коробка и их типовые конструкторские решения в производстве мебели, столярно-строительных изделий, мягкой мебели и других.

2 Основные правила конструирования изделий из древесины, обусловленные особенностями строения и свойств древесины и древесных материалов, особенностями эксплуатации, технико-экономическими требованиями.

Основные конструктивные элементы изделий из древесины могут быть в виде деталей и сборочных еди­ниц, которые в свою очередь могут иметь форму брусков, щитов, рамок, коробок.

Брусок представляет собой простейший конструктивный эле­мент изделия, может быть разнообразной формы и конструкции. Принято считать, что ширина бруска должна быть не более его удвоенной толщины.

Бруски из цельного куска древесины больше подвержены растрескиванию и короблению, чем клееные. Поэтому существуют ограничения размеров: в сечении—100*50 мм, по длине— 2000 мм. Детали больших размеров следует изготавливать клеены­ми, так как они более прочные и формоустойчивые. Рекомендуется даже небольшие по сечению и длине бруски делать составными — путем склеивания отдельных малых заготовок.

При склеивании заготовок по ширине и толщине применяются соединения по пласти и кромке, а по толщине и длине наиболее простое долевое склеивание отдельных заготовок может выполнять­ся впритык. Расстояние между такими соединениями в соседних делянках должно быть не менее 300 мм. Склеивание мо­жет быть также на ус или зубчатые шипы длиной 5 мм с располо­жением соединений в разбежку. При склеивании заготовок по дли­не применяют зубчатый шип. Для малонагруженных деталей зуб­чатые шипы следует применять длиной 10...20 мм, для деталей, работающих в напряженных конструкциях,— 32 или 50 мм. Разме­ры сечений деталей назначают с учетом стандартных размеров заготовок и припусков на обработку.

По форме бруски в продольном направлении могут быть прямо­угольными и криволинейными, в сечении — прямоугольными и профильными, в зависимости от способа изготовления — выпиленными, прессованными, гнутыми, гнуто-клееными, гнуто-пропилен­ными. Выпиленные и гнутые бруски получают из цельной древесины. Конструкция гнутых брусков зависит от их назначения. Прессован­ные и гнуто-клееные бруски изготавливают из пластин древесины, фанеры, шпона. В гнуто-клееных брусках из шпона направления во­локон могут быть взаимно перпендикулярными или продольными во всех слоях. В последнем случае жесткость брусков значитель­но выше. Такие бруски применяют для изготовления ножек стуль­ев, кресел, столов и т. п. Гнуто-пропиленные бруски представляют собой разновидность гнуто-клееных. В брусках предварительно де­лают продольные пропилы, в которые вставляют на клею конструк­тивные элементы, обычно из лущеного шпона. Пропиленную часть бруска с вложенными элементами подвергают гнутью и склеива­нию. После склеивания заготовка сохраняет свою форму. Такие бруски используются, когда необходимо иметь детали с кривизной только одного конца.

Из брусков путем склеивания и сборки можно получить раз­личные конструктивные элементы — щиты, рамки, коробки, кар­касы изделий, т. е. бруски являются простейшим исходным элемен­том при конструировании изделий.

Рамки бывают различные по конструкции и форме. Они могут изготавливаться из брусков, соединенных между собой угловыми и серединными вязками или скобами, а также из плитных мате­риалов, например методом фрезерования.

При конструировании брусковых рамок с облицованными кром­ками соединения применяют такие, чтобы торцы шипов не выходи­ли на облицованную поверхность, иначе со временем они станут заметными. Изготовление рамок с шиповыми соединениями брусков трудоемко, поэтому, когда рамки не воспринимают больших усилий, детали их можно соединять скобами. Такое соединение является промежуточным, и прочность его должна обеспечить выполнение технологической операции (например, склеивание в прес­се).

Щитовые рамки получают, например, из облицованных древесностружечных плит. Просвет рамки может быть образован фрезе­рованием. Такие рамки изготавливают также цельнопрессованными из измельченной древесины, из кусковых отходов древесностружечных плит или столярных плит методом предварительной сборки их и облицовывания.

Проем рамки закрывают стеклом или филенкой (в мебели — из фанеры или древесностружечной плиты, обычно облицованной). Филенки и стекла вставляют в четверть или крепят с двух сторон штапиками. Филенки могут также вставляться в паз. В таких случаях их нельзя вынуть из рамки.

Разновидностью рамок являются коробки (широкие пласти брусков расположены перпендикулярно к плоскости самой коробки. В зависимости от назначения коробки могут иметь различные соединения деталей. Их широко применяют в изделиях мебели для формирования корпуса, при изготовлении ящиков. Детали коробок изготавливают из древесины, плитных материа­лов, пластмасс, металла. Установку в коробках заглушин, дверных полотен, переплетов производят в пазы или четверти.

Щиты являются одним из основных формообразующих конст­руктивных элементов изделий из древесины. Они изготавливаются из различных материалов и разными по конструкции. Наиболее широкое распространение получили щиты из древесностружечных плит, облицованных различными материалами — строганым или лущеным шпоном, пленками.

Находят применение щиты дощатые в виде оклеенных рамок с различным заполнением. Их склеивают из массивных делянок на гладкую фугу, в паз и гребень, на рейку. Для уменьшения короб­ления таких щитов применяют разного рода наконечники, обвязку их рамками, а делянки делают малой ширины. При склеивании основы щитов из древесины лущеным шпоном получают нестан­дартные столярные плиты. Если используется основа из не склеен­ных между собой реек, толщина слоев облицовки должна быть не менее 3 мм, а плит со склеенными рейками—не менее 1,5 мм.

Щиты со сплошным заполнением делаются в виде рамки с за­полнением стружечно-клеевой смесью, пенопластом или другим материалом.

Находят применение пустотелые щиты, которые представляют собой рамку, оклеенную шпоном, фанерой или древесноволокнистой плитой. Для обеспечения жесткости между облицовками кла­дут реечный или сотовый заполнитель. Такие щиты легче, достаточ­но прочные, имеют низкую звуко- и теплопроводность, однако они подвержены большему короблению, чем щиты из древесностружечных плит, имеют меньшую жесткость в плоскости, перпендику­лярной к пласти, а также волнистость поверхности из-за втягивания облицовок в промежутки между рейками. В качестве заполни­телей пустотелых щитов могут использоваться отходы фанеры, древесноволокнистой, столярной и древесностружечной плит. Рам­ки таких щитов также могут изготавливаться из отходов древесностружечных плит, так как для мебели они могут быть шириной 35...50 мм. Для того чтобы втягивание облицовок было небольшим, заполнители располагают перпендикулярно к направлению воло­кон облицовки. В пу­стотелых щитах с сотовым заполнением ширина ячеек не должна превышать 20 мм при облицовывании двумя слоями шпона, 30 мм — фанерой толщиной 3...4 мм с одновремен­ным облицовыванием строганым шпоном. Такие щиты имеют ма­лое втягивание облицовок и могут применяться в ряде случаев при производстве мебели.

Пустотелые щиты могут быть односторонними, т. е. несиммет­ричной конструкции. Такие щиты в изделии устанавливают на­глухо, иначе они будут коробиться.

Кромки щитовых деталей конструктивно оформляются по-раз­ному в зависимости от вида и назначения щитов. Кромки древесностружечных плит в большинстве случаев облицовыва­ют строганым шпоном или кромочным пластиков. На торцовые кромки столярных плит должны быть приклеены обкладки, соеди­няемые в паз и гребень. Долевые кромки с серединками из склеен­ных реек можно облицовывать без предварительного наклеивания обкладок. Кромки пустотелых и других рамочных щитов можно облицовывать без обкладок, если на наружную поверхность не вы­ступают торцы шипов и брусков. Кромки всех видов щитов могут закрываться профильными металлическими или пластмассовыми обкладками. В настоящее время кромки щитовых деталей делают не только прямыми, но и профильными. Так оформляют и кромки деталей из древесностружечных плит. Для этого их предваритель­но профилируют, при необходимости шлифуют и облицовывают специальным кромочным материалом.

Необходимость снижения материалоемкости изделий требует разработки новых ресурсосберегающих конструктивных элементов мебели.

В деталях оптимальной конструкции нагруженные участки должны иметь сечения большей площади или повышенную проч­ность. Например, полки, работающие на изгиб, должны иметь вы­сокую жесткость облицовочных слоев. Для таких деталей целе­сообразно применять плиты с ориентированной стружкой, а также профилированные сечения.

Для придания жесткости и возмож­ности крепления фурнитуры по периметру двери должны иметь утолщенный пояс или борт, а средняя часть может быть в виде филенки или мем­бранного типа. В качестве фи­ленок могут использоваться тонкие плиты, фанера, ДВП, стекло, листовой полистирол, которому методом вакуумного формования можно придать любую форму, а также листовое стекло, облицованное строганым шпоном. Такие элементы при малой толщине (4...6 мм) обладают высокими проч­ностью на изгиб и формоустойчивостью.

Для изготовления дверей пригодны древесностружечные плиты малых толщин. С внутренней стороны двери по длине наклеены полосы из твердой древесноволокнистой плиты толщиной 3...4 мм. Это позво­ляет производить крепление дверей с помощью обычной фурнитуры.

В целях разнообразия конструкций и достижения оптимальной материалоемкости желательно в одном изделии использовать дре­весностружечные плиты разной толщины, например для малона­груженных элементов - толщиной 8...10 мм, в качестве основного конструкционного материала - 15...16 мм, а для отдельных силь­но нагруженных деталей - более 16 мм.

К элементам пониженной материалоемкости относятся различ­ные по конструкции пустотелые щиты.

Ресурсосберегающие конструктивные решения в производстве мебели может дать применение древесноволокнистых плит средней плотности (сухого способа производства) толщиной 8...35 мм вза­мен массивной древесины и древесностружечных плит.

Профильные элементы погонажного типа из древесно-клеевой массы или шпона характеризуются пониженной материалоемкостью (снижение ее оставляет 30...50%). Такие элементымогут использоваться для изготовления ножек столов, кресел, ос­нований мягких элементов, декоративных элементов и т. д.

Основные правила конструирования изделий из древесины обусловлены особенностями строения и свойств древесины, а также эксплуатации и технико-экономическими требованиями.

В процессе эксплуатации изделия мебели подвергаются меха­ническим нагрузкам, а также воздействиям переменных темпера­тур и др. В результате этого отдельные элементы изделий при не­соблюдении правил конструирования могут иметь значительные изменения размеров и формы, а возникающие при этом напряжения в соединениях могут оказаться выше критических и вызвать раз­рушение изделия. При конструировании необходимо соблюдать следующие основные правила.

Конструкция изделий долж­на быть такой, чтобы деформа­ция отдельных частей происхо­дила свободно, без нарушения формы изделия и без разруше­ния его. Примером соблюдения данного правила является кон­струкция дверного полотна с дощатой филенкой. Последняя вставляется в пазы свободно, без склеивания и в случае на­бухания может расширяться, не влияя на ширину дверей. Для свободного перемещения филенки должен быть запас глубины пазов, который может быть определен по изменению размеров элементов из древе­сины при увеличении ее влаж­ности от 0 до 30%:

где l — начальный размер элемента;

W_н, W_к — соответственно на­чальное и конечное значение влажности, %;

j — коэффициент усушки или набухания древесины.

Можно считать, что ориентировочно влажность древесины в изделиях, эксплуатируемых в отапливаемых помещениях, состав­ляет 7...13%, эксплуатируемых вне помещений без воздействия ка­пельно-жидкой влаги—10...16, а при наличии такой влаги—16... 26%.

Детали в изделии должны конструироваться так, чтобы коле­бания их размеров и формы были минимальными. Для этого ши­рокие детали следует изготавливать не из цельной древесины, а из делянок. Коробление клееных конструкций зависит от размера отдельных делянок и расположения их волокон, так как усушка и набухание древесины в радиальном и тангенциальном направле­ниях неодинаковые. Плоский щит можно получить при склеивании узких делянок. Принято, что ширина де­лянок не должна превышать их толщину более чем в 1,5 раза, при ширине детали более 100 мм она всегда должна изготавливаться клееной.

Щитовые детали рекомендуется изготавливать из нескольких слоев с перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях. Линейные размеры таких щитов практически не будут из­меняться, при этом стабильность их формы находится в прямой зависимости от количества склеенных слоев.

При конструировании изделий необходимо правильно учиты­вать волокнистое строение древесины. Направление внешних сжи­мающих и растягивающих сил должно совпадать с направлением волокон, а изгибающих — быть перпендикулярным. Так, по данным В. А, Куликова при отклонении волокон от направления сжимаю­щих сил на 3°, 5°, 10°, 15° и 45° прочность древесины при скалывании соответственно уменьшается на 2...3, 4...8, 8...15, 10...28 и 50%.

Контрольные вопросы:

1 Каковы основные конструктивные элементы изделия?

2 В чем заключаются достоинства и недостатки древесины как конструкционного материала?

3 Какие виды древесного сырья используют на мебельных предприятиях?

4 В чем заключаются основные правила конструирования изделий из древесины?