Меню разделаНа главную

СОЕДИНЕНИЯ
ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ


Гнутье деревянных элементов

При гнутье древесины очень важным является такое ее свойство, как вязкость. При высокой вязкости дерево гнется по всем направлениям, не ломаясь, но и не принимая прежней прямолинейности. Таким качеством обладают клен, вяз, можжевельник, орешник, береза, ясень, лиственница, бук, молодой дуб и т. д.; хрупкими породами считаются ольха, осина, ель. В большой мере на вязкость и хрупкость древесины оказывает влияние почва, на которой растет дерево. Так, если сосна и бук росли на влажной почве, то их древесина будет иметь высокую вязкость, а если на сухой — то среднюю. Дуб имеет высокую хрупкость, если произрастает во влажной или слишком сухой среде.

Холодное гнутье древесины — один из самых распространенных способов (рис. 19) получения многослойных гнутоклееных деталей. Основан на природной гибкости древесины. Для получения детали заданной формы и сечения необходимое количество смазанных клеем сухих (влажность 8–12%) деревянных пластин (доски, планки, листы или полосы шпона или однослойной фанеры) укладывают в виде пакета в пресс-форму, зажимают и выдерживают до полного схватывания клея. Процесс затвердевания клея может быть ускорен прогревом пакета. Это способствует также удалению из древесины внесённого с клеем излишка влаги. Форма у деталей, полученных холодным гнутьём, сохраняется лучше, чем у деталей, изготовленных способом проваривания. Устойчивость формы при этом тем выше, чем больше количество входящих в склеиваемый пакет пластин и, следовательно, чем тоньше каждая из них. Малая толщина слоев пакета позволяет, кроме того, получать гнутоклееные детали крупного сечения с очень небольшим радиусом кривизны. Допустимое отношение b/r при холодном гнутье слоистых заготовок, набранных из тонких (2–5 мм) пластин, достигает 0,05 и даже 0,2. Это становится возможным потому, что отношение толщины b отдельной изгибаемой пластины к r очень мало и не превышает 0,02—0,01.

Холодноклееное гнутье древесины
рис. 19. Холодноклееное гнутье древесины

Что происходит при попытке согнуть деревянный элемент? Внутренние слои заготовки сжимаются, внешние растягиваются, а где-то в середине проходит линия с нулевым напряжением и нулевой деформацией. Таким образом, при изгибе внешняя сторона бруска получает приращение длины, а внутренняя наоборот становится короче. При напряжениях больше допустимых на внутренней стороне появляются наплывы толщины в виде гармошки, а на внешней разрывы древесины. В самом деревянном элементе возникают силы, которые пытаются сдвинуть слои древесины относительно друг друга. Напряжения сдвига достигают такой величины, что могут вызывать скалывание древесины вдоль волокон. А теперь просто задумаемся, зачем изгибать толстый брусок, не проще ли его распилить (в идеале расколоть) по длине, согнуть каждый тонкий элемент по отдельности и всё это склеить. В итоге этой нехитрой операции практически полностью исчезают внутренние напряжения направленные на сдвиг слоев древесины и значительно уменьшаются напряжения направленные на разгиб деревянного элемента, так как приращение длины растянутой поверхности и укорочение сжатой, теперь происходит ступенчато.

В качестве примера можно попытаться согнуть деревянную ученическую линейку. Опыт показывает, что тридцатисантиметровая линейка без труда сгибается почти на 90°. А если склеить несколько загнутых линеек и высушить их в таком положении? Они не разогнутся, энергия разгиба поглощается клеевыми прослойками. Важным моментом технологии изготовления древесноклееных конструкций является сушка материалов. Она определяет прочность гнутого элемента. Во избежание появления в элементах внутренних напряжений важно, чтобы склеиваемые слои имели одинаковую влажность или чтобы разница по влажности слоев не превышала 5%.

Холодное гнутье тонких деревянных пластин с последующим их склеиванием самый распространенный способ получения криволинейных тетив и поручней, необходимых для изготовления лестниц сложных конфигураций. В процессе склеивания и изгиба, когда детали только собраны в пакет, отдельные слои конструкции смещаются относительно друг друга, то есть приращение длины на внешней поверхности изгибаемого элемента происходит не за счет вытягивания древесины, а просто потому, что там деревянная пластина длиннее. Соответственно на внутренней поверхности — пластины короче. Таким образом, энергии, направленной на сдвиг слоев, которая присутствует в цельнодеревянном элементе, в склеиваемом из отдельных слоев, попросту, нет. В этом случае нет и энергии, направленной на разгиб элемента. Не то, чтобы этой энергии нет совсем, все-таки происходит изгиб тонких пластин, но она несоизмеримо меньше, чем в цельнодеревянном элементе. В склеенной из тонких планок и изогнутой строительной конструкции, каждая отдельная пластинка стремится разогнуться, но ее растянутая поверхность приклеена к сжатой поверхности другой пластины. Иными словами, внешняя поверхность одной пластины стремится сжаться, а внутренняя поверхность другой — растянуться. Получается, что энергия разгибания одной пластины гасится энергией разгибания другой пластины. А в целом, загнутая и склеенная деревянная конструкция практически не имеет сил на разгибание.