Советы мастеру: как гнуть древесину. Как согнуть доску в домашних условиях Как согнуть деревянный брусок 50х50

Многих владельцев частных домов, не устраивает традиционная форма крыш и стандартные размеры построек. Дерево предоставляет очень широкие возможности строительства, и одна из них – возведение куполообразных сооружений с помощью гнутых конструкций, которые позволяют создавать самые оригинальные и необычные очертания зданий с использованием криволинейных поверхностей. Кроме этого, гнутоклееный брус обладает еще многими дополнительными преимуществами.

Сферы применения гнутых элементов из дерева в строительстве

Данный материал применяется не только в жилом строительстве, но и при возведении хозяйственных и промышленных сооружений.

Гнутый брус расширяет горизонты в сфере проектировки и воплощения конструкций, позволяя решать следующие задачи:

• Гнутый брус позволяет реализовать перекрытие больших расстояний между стенами, так как из него изготавливают балки, фермы и другие разновидности конструкций для монтажа кровли. Это позволяет возводить склады, здания для содержания животных в крупных фермерских хозяйствах и иные сооружения, которым требуется большая площадь;
• Дерево устойчиво к различным факторам воздействия, поэтому конструкции из гнутоклееной древесины применяют для строительства складов;

Важно! Поскольку дерево, пропитанное специальными составами, не гниет и совершенно не подвергается коррозии, оно становится даже более надежным, чем металл.

• Данный материал используют при возведении теплиц и парников, так как с его помощью можно создавать прочные и устойчивые конструкции удобной формы и большой площади;
• Самый распространенный способ применения: гнутый клееный брус – материал для кровель необычной формы и куполов;

• Гнутый клееный брус дает возможность строить и малые архитектурные сооружения: с купольной крышей станут отличным украшением для участка, они смотрятся оригинально и необычно.

Купольное строение кровли не только необычно и красиво с эстетической стороны, оно выгодно и по другим причинам. На такой крыше не будет скапливаться снег, она очень слабо нагревается от солнца и не создает большой нагрузки на стены. Неслучайно именно такой тип кровли применяется с древнейших времен.

Изготовление гнутых конструкций

Как согнуть брус, чтобы древесина не дала трещин, а сам материал принял необходимую геометрическую форму? Изготовлением гнутого бруса занимаются в промышленных условиях, но с другой стороны такую работу можно попробовать выполнить и своими руками.

Выгибание древесины – это достаточно сложный технологический процесс, при котором древесина подвергается воздействию сразу нескольких факторов. Эта работа требует определенного навыка и строгого соблюдения технологии, иначе изделие окажется очень непрочным.

Обычно для изготовления гнутых форм используются лиственные породы дерева, так как они более пластичны и легче подвергаются обработке. В качестве основных пород используются дуб, ольха, клен, ясень и т.д.

Хвойные породы для этого применяются крайне редко. Большую часть гнутых заготовок для мебели и для других изделий изготавливают из березового шпона, такой материал составляет около 60% всех гнутоклееных заготовок. Примерная инструкция по сгибанию древесины выглядит следующим образом:

Основы технологии изготовления гнутых элементов

Основой в сгибании древесины становится гидротермическая обработка, то есть одновременное воздействие пара и высокой температуры.

Такая обработка увеличивает пластические свойства древесины, в результате чего она приобретает повышенную гибкость, и можно менять ее форму, не вызывая при этом повреждений самой структуре материала.

Самые высокие пластические способности древесина приобретает тогда, когда ее влажность достигает 30%, а температура в сердцевине заготовки – 100 градусов. Добиться таких показателей в домашних условиях непросто, тем более что пропаривание должно быть длительным. Брус, имеющий сечение 3,5 см необходимо пропаривать не менее 1,5 часов, чтобы он стал гибким.

Схема изготовления гнутого бруса

• Заготовку помещают на шину и тщательно прикрепляют, после чего пропаривают необходимое время. Заготовки снабжают специальными коническими или прямоугольными пропилами, которые позволят древесине изогнуться;

• Подготовленный материал сгибают до достижения необходимой кривизны с помощью шины и пресса;
• Все еще прикрепленная к шине заготовка отправляется в сушку, где она приобретает влажность, подходящую для строительных работ.

В результате, заготовка приобретает нужный радиус кривизны, и ее можно использовать и для строительства, и для изготовления деревянных элементов внутреннего интерьера. Гнутоклееный брус изготавливают, совмещая два процесса: ламели изгибаются и тут же склеиваются в единый блок.

В конечном итоге, материал сохраняет все положительные , приобретая при этом особую форму. Технология позволяет создавать самые разнообразные формы с различным радиусом изгиба.

Если возникла необходимость в изготовлении изогнутого деревянного элемента, то на первый взгляд может показаться, что проще выпилить нужный элемент в изогнутом виде, но в таком случае волокна древесного материала будут перерезаны, ослабляя, таким образом, прочность детали, а как следствие, и всего изделия. Кроме того, при выпиливании получается большой перерасход материала, что нельзя сказать о способе, когда деревянную заготовку попросту изгибают.

Древесина - это волокна целлюлозы, связанные между собой химическим веществом, называемым лигнин. От расположения волокон зависит гибкость дерева.

Только хорошо просушенное дерево будет надежным и долговечным исходным материалом для производства различных изделий. Однако изменение формы сухой деревянной заготовки процесс сложный, ведь сухое дерево может сломаться, что очень нежелательно.

Изучив технологию, как согнуть дерево, а также основные физические свойства древесины, которые позволяют изменять ее форму и впоследствии ее сохранить, вполне реально заняться изгибанием древесины в домашних условиях.

Некоторые особенности работы с деревом

Гнутье древесины сопровождается ее деформацией, а также сжатием внутренних слоев и растяжением внешних. Бывает так, что силы растяжения приводят к разрыву внешних волокон. Предупредить это можно при проведении предварительной гидротермической обработки.

Итак, согнуть можно заготовки бруса, сделанного из массива и клееной древесины. Кроме того, для гнутья применяют строганный и лущеный шпон. Самыми пластичными являются лиственные породы. В их числе бук, ясень, береза, граб, клен, дуб, тополь, липа и ольха. Гнутые клееные заготовки лучше всего делать из шпона березы. Стоит отметить, что в общем объеме гнуто-клееных заготовок березовый шпон занимает примерно 60%.

При пропаривании заготовки способность к сжатию значительно увеличивается, а именно на треть, в то время как способность к растяжению повышается всего на несколько процентов. А, значит, думать о том, можно ли гнуть дерево толще 2 см, не стоит априори.

Нагрев в паровой коробке

Вначале следует подготовить паровую коробку. Она может быть собственноручно сделанной. Ее главная задача - держать дерево, которое необходимо согнуть. В ней должно быть отверстие, предназначенное для выхода давления пара. В противном случае она взорвется.

Отверстие для выхода пара должно располагаться в дне коробки. Кроме того, в коробке должна быть предусмотрена съемная крышка, через которую можно будет вытащить гнутое дерево, после того как оно приобретет нужную форму. Чтобы удержать деревянную гнутую деталь в нужной форме, следует использовать зажимы. Их можно сделать самостоятельно из дерева или купить в специализированном магазине.

Из дерева следует сделать круглые обрезки - несколько штук. В них просверливаются смещенные от центра отверстия. После этого необходимо просунуть болты через них, а затем просверлить еще одно отверстие через стороны, чтобы задвинуть их намертво. Такие нехитрые поделки могут стать отменными зажимами.

Теперь настало время пропарить дерево, для этого следует позаботиться об источнике тепла и закрыть заготовку из дерева в паровой коробке. На каждые 2,5 см толщины заготовки пропаривать изделие нужно около часа. По истечении времени, дерево нужно вынуть из коробки и придать ему необходимую форму. Процесс должен выполняться очень быстро. Сгибается заготовка аккуратно и мягко.

Одни виды древесины гнутся легче других за счет разной эластичности. Разные способы требуют приложения силы разной величины.

Как только желаемый результат достигнут, гнутое дерево нужно зафиксировать в таком положении. Можно закреплять дерево при его формировании. Благодаря этому легче контролировать процесс.

При помощи химической пропитки

Чтобы разрушить связи лигнина между волокнами можно воздействовать на дерево химическими веществами, причем осуществить это вполне реально в домашних условиях. Идеально для этого подходит аммиак. Заготовка отмачивается в 25% водном растворе аммиака. После чего она становится весьма послушной и эластичной, что позволяет согнуть, скрутить ее и выдавить в ней под прессом рельефные формы.

Аммиак опасен! Поэтому при работе с ним следует соблюдать все правила техники безопасности. Вымачивание заготовки следует проводить в глухо закрывающейся емкости, находящейся в помещении, которое хорошо проветривается.

Чем дольше древесина находится в аммиачном растворе, тем пластичнее она становится. После отмачивания заготовки и придания ей формы, нужно оставить ее в таком изогнутом виде. Это нужно для фиксации формы, ну и для того, чтобы аммиак испарился. Опять же оставлять гнутое дерево следует в проветриваемом помещении. Интересно, что после испарения аммиака, волокна древесины обретут былую прочность, а это позволит заготовке удерживать свою форму!

Способ расслоения

Вначале нужно сделать заготовку дерева, которая будет подвергаться изгибу. Доски должны быть чуть длиннее, чем длина готовой детали. Это объясняется тем, что изгиб укоротит ламели. Прежде чем начать резку, следует нарисовать карандашом диагональную прямую. Сделать это нужно поперек нижней стороны доски. Это позволит сохранить последовательность ламелей после их перемещения.

Доски отрезаются прямослойным краем, ни в коем случае не лицевой стороной. Так, их можно будет сложить вместе с наименьшим изменением. В форму наносится пробковый слой. Это поможет избежать неровностей в форме пилы, что позволит сделать более четкий изгиб. Кроме того, пробка удержит расслоение в форме. Теперь наносится клей на верхнюю сторону одной из деревянных ламелей.

Клей наносится на ламели валиком. Лучше всего использовать карбамидоформальдегидный клей, состоящий из 2 частей. Он обладает высоким уровнем сцепления, но долго сохнет. Можно также использовать эпоксидную смолу, но такой состав стоит очень дорого, и позволить его себе может не каждый. Стандартный клей для дерева в этом случае нельзя применять. Он быстро сохнет, но является очень мягким, что в данной ситуации никак не приветствуется.

Заготовку из гнутого дерева следует как можно быстрее поместить в форму. Так, на промазанную клеем ламель укладывается еще одна. Процесс повторяется, пока гнутая заготовка не приобретет нужную толщину. Доски скрепляются вместе. После того как клей полностью высохнет, следует укоротить ее до нужной длины.

Пропил, как метод

Подготовленный деревянный отрезок нужно пропилить. Пропилы делаются на 2/3 от толщины заготовки. Они должны находиться с внутренней стороны изгиба. Следует быть предельно внимательным, ведь грубые пропилы могут сломать дерево.

Ключ к успеху при резке пропилов заключается в том, чтобы расстояние между надрезами было максимально ровным. В идеале 1,25 см.

Надрезы делаются поперек узора дерева. Далее следует сжать края заготовки так, чтобы соединить получившиеся зазоры вместе. Такую форму и приобретет изгиб по окончании работы. Затем изгиб исправляют. Чаще всего внешнюю сторону обрабатывают шпоном, в некоторых случаях ламинатом. Это действие позволяет исправить изгиб и скрыть любые допущенные в процессе производства дефекты. Пробелы между согнутым деревом скрываются элементарно – для этого смешивается клей и опилки, а после этой смесью заполняются пробелы.

В независимости от метода сгиба, после того как дерево будет вынуто из формы, изгиб слегка расслабится. Ввиду этого его нужно сделать чуть больше, чтобы впоследствии компенсировать этот эффект. Метод пропиливания можно применить при сгибе части коробки или металлического уголка.

Гибка древесины при помощи пара.Или как изогнуть прочный, несгибаемый дуб по нужной вам форме без особых проблем.

Гибкой древесины я занимаюсь вот уже как 13 лет и за это время построил множество пропарочных камер и испытал в действии разные системы генерации пара. То, что вы сейчас читаете, основано на чтении литературы и личном практическом опыте. Даже в основном на опыте. Работал я как правило с дубом и махогани (красным деревом). Немного имел дело с тонким березовым шпоном. Прочие породы не пробовал, поскольку занимаюсь постройкой и ремонтом лодок. Стало быть я не могу автотитетно судить о работе с другими породами типа кедра, сосны, тополя и т.п. А раз я сам этим не занимался, то и судить об этом не могу. Я пишу здесь только о том, что испытал лично, а не просто вычитал в книжке.

После такого вот вступления давайте приступим к делу...

Для начала существует несколько основных правил, которые всегда соблюдаются.

Пропаривая древесину для ее гибки, вы тем самым размягчаете гемицеллюлозу. Целлюлоза же является полимером, который ведет себя подобно смолам - термопластам. (Спасибо Джону МакКензи за два последних предложения).

Для этого вам одновременно необходимы тепло и пар. Я в курсе, что в Азии люди гнут древесину и просто над огнем, но та древесина однозначно довольно влажная - обычно свежесрубленная. Судостроители в древней Скандинавии заготавливали материалы для обшивки своих кораблей и клали их в болото с соленой водой, чтобы те сохраняли свою гибкость до той поры, когда нужно будет пустить их в дело. Нам, однако, не всегда удается достать для этих целей свежезаготовленную древесину и отличных результатов можно добиться и применяя древесину обычной воздушной сушки. Весьма неплохо будет, если за несколько дней до самой операции вы погрузите заготовки в воду, чтобы они набрались влаги - те викинги знали, что делали. Вам нужно тепло и нужна влага.

Главное правило касается времени пропаривания: один час на каждый дюйм толщины древесины.

Как я обнаружил, вместе с вероятностью недопарить заготовку существует и вероятность ее перепарить. Если вы в течение часа парили дюймовую доску и при попытке ее согнуть она треснула - не надо делать вывод, что время было недостаточно. Есть и другие влияющие факторы, объясняющие это, но к ним мы вернемся позднее. Более продолжительное пропаривание такой же заготовки не даст положительного результата. Неплохо в такой ситуации иметь заготовку той же толщины, что и предполагаемой для загиба и которую не жалко. Желательно от одной и той же доски. Пропаривать их надо вместе и спустя предположительно необходимое время достать пробный образец и попытаться изогнуть его по форме. Если он трещит, то дайте основной заготовке попариться еще минут десять. Но никак не больше.

Древесина:

Как правило, лучшим вариантом будет, если вы сможете найти свежесрубленную древесину. Понимаю, что столяры-краснодеравщики при этих словах вздрогнут. Но факт остается фактом - свежая древесина гнется лучше, чем сухая. Я могу взять двухметровую дюймовую доску из белого дуба, зажать один ее конец в верстаке и согнуть по любой необходимой мне кривизне - настолько податлива свежая древесина. Однако, естественно, она не останется в таком состоянии и парить ее все равно придется.

В судостроении основным злом является гниль. Если вас волнует этот вопрос, то примите к сведению, что сам факт пропаривания свежей древесины устраняет ее склонность к гниению. Поэтому можете не беспокоиться - шпангоуты у лодок обычно делаются из свежего гнутого под паром дуба и не загнивают в случае ухода за ней. Также это означает, что таким способом можно изготовить хоть заготовки для Виндзорского кресла. Однако я много работал и с дубом воздушной сушки и результат также был прекрасный.

При отборе древесины для гибки следует избегать одного - косослоя. При попытке изгиба такая заготовка может лопнуть.

Поэтому в отношении влажности древесины правила такие:

• Свежая древесина лучше всего.
• Древесина воздушной сушки - второй неплохой вариант.
• Древесина после сушилки - третий и весьма далекий от первых двух вариант.

Если все что у вас имеется - после сушилки и ничего другого не достать - ну, тогда выбора у вас нет. Я справлялся и с таким. Но все же если удастся достать древесину воздушной сушки, это будет гораздо лучше. Буквально на той неделе я гнул доски из ореха толщиной 20 мм для транца своей яхты. Заготовки сушились на протяжении нескольких лет и их гибка прошла совершенно гладко.

Пропарочные камеры.

Совершенно никчему, и даже вредно для результата гибки стремиться изготовить абсолютно герметичную камеру. Пар должен покидать ее. Если не обеспечить ток пара через камеру, согнуть заготовку не удастся и результат будет таков, как будто вы парили ее всего пять минут. Мне после всех своих опытов это знакомо.

Камеры могут быть самых разных форм и размеров. Она должна быть достаточно большая, чтобы заготовка как бы находилась в подвешенном состоянии и вокруг всех сторон ее обтекал пар. Неплохой результат получится из сосновых досок сечением порядка 50 х 200. Один из способов обеспечить "подвешивание" заготовки состоит в том, чтобы просверлить сквозные отверстия в боковых стенках камеры и вбить туда круглые деревянные стержни из лиственной древесины. С их помощью заготовка не будет касаться дна и площадь закрытой древесины будет минимальна. Однако и не стоит делать камеру такого размера, чтобы количества генерируемого пара было недостаточно для заполнения ее объема. Камера должна быть такой, чтобы внутри было влажно и пар катился волнами. А значит, размеры камеры должны соответствовать возможностям парогенератора (ну или наоборот).

Когда мне нужно было согнуть пятиметровую махоганиевую доску сечением порядка 200 х 20 для новой рубки моей яхты, я изготовил камеру из сосновых досок сечением 50 х 300. В качестве парогенератора выступал 20 -литровый металлический бак. Источником энергии являлась пропановая горелка. Вещь совершенно замечательная, поскольку удобна и мобильна. Производительность 45000 BTU (1 BTU ~ 1 кДж). Это алюминиевый баллон на трех лапах и с одной горелкой диаметром 200 мм.

Недавно я обнаружил в каталоге West Marine пропановую горелку производительностью в 160 000 BTU за $50 и приобрел и ее. С ее помощью я могу гнуть шпангоуты хоть для "Constitution".

Когда я говорю "один час пропарки на дюйм толщины", то имею в виду один час СЕРЬЕЗНОГО НЕПРЕРЫВНОГО пропаривания. Поэтому котел должен быть таким, чтобы обеспечивать пар на протяжении необходимого времени. Я пользовался для этих целей новой 20-литровой емкостью для горючего. Класть заготовки в камеру можно только тогда, когда установка вышла на полную мощность и камера полностью заполнена паром. Надо абсолютно гарантировать, что вода не кончится преждевременно. Если такое случится и вам придется доливать воду, лучше бросить это дело. Доливание холодной воды затормозит генерацию пара.

Один из способов максимального использования воды состоит в том, чтобы камера стояла под небольшим наклоном и водяной конденсат внутри стекал обратно в котел. Но при этом необходимо, чтобы штуцер, по которому пар поступает внутрь, был ближе к дальней стенке. Другой способ - сделать сифонную систему, обеспечивающую пополнение его уровня по мере выкипания воды.

Вот как выглядит фото такой системы:

На снимке вы видите деревянную камеру, расположенную слегка под наклоном. Прямо под ней находится котел парогенератора. Они соединены друг с другом посредством шланга от радиатора. Если присмотреться повнимательнее, то можно заметить Г-образную трубу, выходящую у основания котла слева. На фото это плохо видно, но вертикальная ее часть на самом деле полупрозрачна и таким образом мы будем знать об уровне воды внутри котла. Слева от котла видно белое ведро, в котором находится вода для подпитки. Приглядитесь, и заметите коричневую трубку, соединяющую ведро с вертикатьной частью трубы - уровнемера. Поскольку ведро находится на возвышении, соблюдается сифонный эффект: с падением уровня воды в основном котле вода поступает в него из ведра. Его можно время от времени доливать, но делать это крайне осторожно, чтобы она не устремилась быстро в котел и слишком не охладила бы его.

Чтобы свести к минимуму необходимость долива воды в процессе пропаривания, начинать работу лучше с доверху наполненным ведром. Я сам предпочитаю оставлять в котле небольшой воздушный зазор.

У многих камер на торце имеется дверца, через которую можно при необходимости двигать заготовки и вынимать их при необходимости. К примеру, если вы занялись изготовлением гнутых шпангоутов и вам хотелось бы управиться с этим по возможности за день, вы растапливаете котел и (при выходе на полную мощность) кладете внутрь первую заготовку. Спустя 15 минут кладете вторую. Еще спустя 15 - третью и так далее. Когда пришло время первой, вы ее вынимаете и гнете. Я исхожу из того, что эта процедура займет менее 15 минут. Когда она сидит на месте, вторая уже на подходе... и т.д. Это позволяет выполнить огромную работу и избежать перепаривания.

У дверцы есть и другая важная функция. Она даже не должна быть из твердого материала - на моей маленькой камере для этих целей служит просто висящая тряпка. Я говорю "висящая", потому что пар должен исходить наружу с торца (раз необходим поток пара). Нельзя допускать того, что в камере создастся избыточное давление, затрудняющее поступление пара внутрь. А кроме того сама по себе картина деревянного ящика, из которого клубами валит пар, выглядит достаточно круто - прохожие просто столбенеют. Второе назначение дверцы - предотвратить попадание в камеру холодного воздуха снизу заготовок.

Итак, будем считать, что древесина у нас варится (с приятным запахом) и шаблоны готовы. Постарайтесь все организовать таким образом, чтобы операция по выемке заготовки из камеры и ее гибка прошли быстро и гладко. Важнее всего тут время. У вас на это есть считанные секунды. Как только древесина готова, быстро вынимаете ее и тут же гнете. Насколько быстро это позволяет человеческая ловкость. Если прижим к шаблону требует времени, гните просто руками (если это возможно). Для шпангоутов своей яхты (которые имеют двойную кривизну) я вынимал заготовки из камеры, совал один конец в зажим и гнул этот конец а затем и второй просто руками. Старайтесь обеспечить больший загиб, чем это необходимо для шаблона, но не намного. А уже потом крепите ее к шаблону.

Но еще раз повторяю - кривизну древесине необходимо придать немедленно - в течение первых пяти секунд. С каждой секундой остывания древесины она становится менее податливой.

Длина заготовок и кривизна на концах.

Практически невозможно изготовить заготовки точной длины и ожидать, что удастся обеспечить загиб в районе концов. У вас просто не хватит для этого силы. По этой причине, если вам нужна заготовка длиной в метр, а толщина ее при этом более 6 мм, вам лучше отрезать кусок метра в два и гнуть его. Я просто исхожу из предположения, что вас в мастерской нет гидравлического пресса - у меня самого его точно нет. Вырезая заготовку с запасом, помните, что чем она короче, тем труднее будет гнуться.
А ежели она будет с запасом, то у конца реальной детали будет большая кривизна - у дюймовой дубовой доски последние 150 мм получаются абсолютно прямые. В зависимости от требуемого на конце радиуса может оказаться необходимым прибегнуть в таких местах к резьбе по дереву и при выборе материала учитывать требуемую толщину.

Шаблоны.

После пропаривания заготовки и ее зажима на шаблоне необходимо выждать сутки для полного охлаждения. Когда с заготовки снимаются струбцины, она несколько распрямляется. Степень этого зависит от структуры и типа древесины - заранее сказать сложно. Если заготовка уже имеет некоторый естественный изгиб в нужном направлении, которым можно воспользоваться (я по возможности стараюсь так и делать), степень распрямления будет меньше. Поэтому если вам необходима определенная кривизна окончательного изделия, шаблон должен обладать большей кривизной.

Насколько большей?

Тут мы имеем дело с чистой черной магией и я лично не могу дать вам каких-либо цифр. Одно я знаю точно: несравнимо проще разогнуть излишне загнутую заготовку, чем догнуть холодную недогнутую (при условии что у вас нет гигантского рычага).

Предостережение. Если вы гнете заготовки для ламинирования, шаблон должен быть точно по форме заготовки в ламинате - у меня редко бывали случаи большого разгиба хорошо гнутой клееной древесины.

Существует бесконечное множество вариантов шаблонов для гибки. И совершенно не имеет значения, какой из них вы выберете, если случайно окажетесь владельцем заводика по производству струбцин - никогда их не бывает слишком много. Если гнется древесина толщиной более 12 мм, шаблон должен обладать значительной механической прочностью - нагрузки он будет испытывать довольно высокие. Как это выглядит, можно посмотреть на фото в начале статьи.
Довольно часто люди при гибке пользуются металлической полосой с наружной стороны загиба. Это помогает равномерно распределить напряжения по длине заготовки и избежать трещин. Особенно это справедливо, если снаружи волокна располагаются под углом к поверхности.

Ну вот пожалуй и все мои соображения на данный момент.

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.

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.