СТОЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель работы - изучение различных видов столярных соединений и их обозначение. Требования, предъявляемые к соединениям. Изучение условий, при которых применяются те или иные виды столярных соединений.

При изготовлении деревянных изделий используют самые разнообразные соединения. Различают столярные соединения угловые шиповые (концевые, серединные, ящичные), соединения по длине и кромке (ширине), клеевые соединения, соедине­ния шурупами (саморезами), стяжками, шпильками и скобами.

Угловые соединения

Широкое применение находят угловые шиповые соединения, в кото­рых на конце одной детали делают шип, а на другой – присоединя­емой детали – проушину или гнездо. Гнездом называют отверстие в заготовке, в которое входит шип. Гнездо, находящееся на торце заго­товки и открытое с двух сторон, называется проушиной. Соединяя эти детали под углом 90°, получают рамки, коробки, ящики и другие час­ти мебельных изделий.

Чаще всего используют цельные шипы, которые составляют единое целое с деталью. Однако помимо них применяют вставные плоские и круглые шипы, а также трапециевидные и зубчатые. При качествен­ном склеивании плоских вставных шипов прочность соединения сни­жается незначительно.

Типы, условные обозначения и расчет основных соединений деревянных деталей определяет ГОСТ 9330-76 (угловые концевые – УК, угловые се­рединные – УС, угловые ящичные – УЯ, по длине – Д, по кромке – К).

По форме различают шипы плоские, трапециевидные и круглые, по конструкции – цельные, выполненные как единое целое с деталью, и вставные – изготовленные отдельно. Вставные круглые шипы назы­ваются шкантами, вставные плоские шипы, проходящие по всей длине соединяемых деталей, – рейками, или шпонками.

Угловые концевые соединения показаны на рис.3.1. Большую проч­ность имеют соединения на шип открытый сквозной одинарный пря­мой. Еще более прочными являются соединения на двойной и трой­ной открытый сквозной шип вследствие большой площади склеива­ния. Оптимальная толщина одинарного шипа составляет 0,4 толщины соединяемых деталей.

Соединения на шип с полупотемком несквозной и сквозной приме­няют в тех случаях, когда необходимо уберечь эти соединения от де­формации брусков при сборке. Соединения с несквозным шипом ис­пользуют в мебельных конструкциях, где желательно скрыть его то­рец (в табуретах, банкетках, столах различных конструкций). Ширина шипов принимается равной 0,6-0,7 ширины бруска, длина несквоз­ных шипов – 0,5-0,8 ширины бруска, длина полупотемка – 0,3-0,5 длины шипа.

Рис. 3.1 Угловые концевые соединения: а – на шип открытый сквозной одинарный;

б – на шип открытый сквозной двойной; в – на шип с полупотемком несквозной; г – на шип с потемком несквозной; д – на шканты несквозные; е – на «ус» с несквозными шкантами;

ж – вставным плоским шипом несквозным; з – вставным сквозным плоским шипом

Соединения на шканты несквозные и сквозные под прямым углом и на шканты несквозные на «ус» уступают по прочности соединениям на прямой открытый шип примерно на 35 %. Диаметр шканта прини­мают равным 0,4 толщины бруска, а длину – 2,5-6,0 его диаметрам.

Расстояние между шкантами, а также расстояние от края бруска до шканта должно быть не менее 2d, где d – диаметр шканта.

Соединения на «ус» вставным плоским шипом несквозным позволя­ют скрыть торцы соединяемых деталей.

Более прочные соединения на двойные вставные шипы. Толщина вставного одинарного шипа составляет 0,4 толщины бруска, а двой­ного – 0,2 толщины бруска.

Угловые серединные соединения (рис.3.2) используют для увеличения прочности столярно-мебельных конструкций. Угловое серединное соединение на шип одинарный сквозной и несквозной в проушину или несквозной в паз формируют на кромке бруска по всей его длине или отдельно под каждый шип.

Паз – углубление на заготовке прямоугольной формы, служащее для соединения с гребнем или рейкой. Гребень – выступ на кромке заго­товки, соответствующий по размеру и профилю пазу.

Соединение может выполняться одинарным или двойным шипом. Длина шипов при соединении в проушину – 0,3-0,8 ширины брус­ка с проушиной. Длина шипов при соединении в паз – 0,2-0,3 ши­рины бруска с пазом.

Угловое серединное соединение брусков на шип типа ласточкина хво­ста может быть несквозным, проходящим на половину толщины брус­ка, и сквозным. Длина шипа – 0,3-0,5 ширины присоединяемого бруска, угол наклона шипа – 10°.

Рис. 3.2. Угловые серединные соединения:

а – на шип одинарный сквозной и несквозной; б – на шип открытый типа лас­точкина хвоста; в – в паз и гребень несквозной с одним и двумя заплечиками

Угловое соединение в паз и гребень несквозной обеспечивает правиль­ное расположение деталей при сборке столярных изделий. Длина греб­ня должна составлять 0,3-0,5 толщины бруска. Соединение рекомен­дуется располагать от торца бруска с пазом на расстоянии не менее 10 мм.

Угловые ящичные соединения на шип прямой открытый и на шип типа ласточкина хвоста открытый и полупотайной имеют высокую прочность, но они трудоемкие при выполнении ручным способом. Толщина прямых шипов 6-16 мм с градацией 2 мм. Толщина ши­пов типа ласточкина хвоста в широкой части – 0,85 толщины бруска, угол наклона – 10°. Шипы должны располагаться от кромки бруска на расстоянии не менее 0,75 его толщины.

Угловые ящичные соединения на шкант открытый и шкант несквоз­ной (рис.3.3) имеют небольшую площадь склеивания, поэтому их сле­дует применять в тех случаях, когда основные нагрузки на шканты работают на срез, а не на растяжение. Диаметр шкантов – 8 и 10 мм, длина – 30-40 мм.

а б в г

Рис. 3.3. Угловые ящичные соединения: а – на открытый шкант; б – на несквозной шкант;

в – на «ус» с рейкой; г – на шурупах (саморезах)

Соединения на «ус» с рейкой применяются редко (в штучных издели­ях).

Шканты изготавливают из квадратных заготовок твердых лиственных пород на специальном станке. Чтобы при установке клей не сходил с поверхности шканта, его делают рифленым, а на торцах по окружно­сти снимают фаски. Шканты устанавливают в отверстия специальным пневмоинструментом с одновременным впрыскиванием клея.

В несквозных соединениях шип не должен доходить до дна гнезда или проушины на 2-3 мм.

В настоящее время вместо шкантов при изготовлении ящиков исполь­зуют шурупы (саморезы).

Соединения по длине и кромке

Соединения по длине применяют для увеличения полезного выхода заготовок при использовании отходов древесины. Основным видом шипового соединения по длине является зубчатое клеевое соединение (рис.3.4, а) с высокими показателями прочности на растяжение и из­гиб. Зубчатое клеевое соединение может быть вертикальным, горизон­тальным и диагональным с выходом профиля шипов на пласть и кром­ку заготовки. Длина зубчатого шипа – 50, 32, 20 и 10 мм.

Соединения по кромке применяют для получения заготовок требуемой ширины. Соединение в паз и прямоугольный гребень (рис.3.4, б) по прочности несколько уступает соединению на гладкую фугу – кле­евому соединению двух гладко выстроганных поверхностей под уголь­ник. Толщина гребня – 4, 6, 8, 10 и 12 мм, длина – 4, 6, 8, 10 и 12 мм для заготовок соответственно толщиной 10-12 мм, свыше 12 до 19 мм, свыше 19 до 25 мм, свыше 25 до 29 мм, свыше 29 до 40 мм.

Соединение на вставную рейку (рис.3.4, в) достаточно прочное, если рейки применять из древесины с поперечным направлением волокон или из фанеры. Ширина реек – 20-30 мм, толщина реек из древе­сины – 0,4 толщины заготовки, а из фанеры – 4, 5 и 6 мм.

а б

в г

Рис. 3.4. Соединения по длине и кромке:

а – зубчатое; б – в паз и гребень; в – на вставную рейку; г – на шкантах

Соединение на шкантах (рис.3.4, г) применяют в основном при обра­ботке древесины ручным инструментом. Диаметр шкантов 8 и 10 мм, а длина – 30-40 мм. Допустимое число шкантов на одно соедине­ние не более четырех.

Клеевые соединения для столярных изделий

С помощью клея можно создать из маломерного материала монолит­ную конструкцию любого размера и формы. Такие конструкции ме­нее подвержены короблению, растрескиванию, чем детали, изготов­ленные из массива древесины, также они обладают высокой прочнос­тью и хорошо удерживают механические крепления.

В конструкциях столярных изделий клеевые соединения широко применяются в целях увеличения размеров заготовок по ши­рине, толщине или длине.

Прочность клеевого соединения на гладкую фугу по кромке и пласти при скалывании вдоль волокон не уступает прочности цельной древесины. Прочность соединения на «ус» зависит от его длины: чем она больше, тем соединение прочнее.

Ступенчатое клеевое соединение размером на половину толщины за­готовки выполняют на станках и ручным инструментом. При этом длина ступеньки принимается равной ширине заготовки.

Соединения шурупами, стяжками, шпильками и скобами

Прочность крепления шурупами зависит от способности древесины и древесных материалов удерживать их. В конструкциях столярно-ме­бельных изделий соединение шурупами используют и как самостоя­тельный способ крепления, и как дополнительный. В случае если проч­ность крепления одними шурупами недостаточна, соединяемые дета­ли предварительно смазывают клеем.

Способность удерживать шурупы зависит от породы и плотности дре­весины: чем выше плотность, тем выше сопротивление выдергиванию шурупов.

Сопротивление выдергиванию шурупов из пласти трехслойных древесно-стружечных плит несколько выше, чем из древесины сосны, а из кромки – ниже. Однако если шурупы, ввернутые в древесно-стружечную плиту, работают при переменных нагрузках, сопротивление выдергиванию их (особенно из кромки) значительно снижается, что обусловлено способностью древесно-стружечных плит к расслаива­нию.

С увеличением диаметра шурупа и глубины его ввинчивания сопро­тивление выдергиванию так же повышается, как, например, у само­резов, плотно завертываемых электрошуруповертами на большую глу­бину.

Для соединения деталей используются также стяжки-конфирмат с шестигранной крестовой головкой, завинчиваемые при помощи спе­циальных ключей.

Часто применяют соединения металлическими шпильками и скобами. Шпильками кре­пят различные обкладки, штапики и изделия накладного декора. Ско­бы используют как вспомогательное крепление во время выполнения различных технологических операций, например при сборке рамок, а также для крепления листовых материалов из древесно-волокнистых плит и фанеры, пружин и ткани в изделиях мягкой мебели. П-образные скобы, изготовленные из плоской проволоки, забивают скобозабивными пневмопистолетами. Высота скоб, применяемых для вспо­могательного крепления, составляет 8-10 мм, для крепления пру­жин – 16 мм, а для крепления тканей – 5 мм.

СКЛЕИВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Цель работы - изучение видов, свойств и требований, предъявляемых к клеевым столярным соединениям. Разработка технологического процесса склеивания заготовок из древесины (выбор клея, приспособлений и оборудования).

Назначение соединения деревянных заготовок склеиванием

Склеивание применяется для следующих целей:

- получения деталей большего сечения, чем сечение исходного материала (склеивание брусков пластями);

- получения деталей большей ширины, чем ширина исходного материала (склеивание брусков кромками в плиту);

- получения деталей криволинейной формы (склеивание с одно­временным гнутьем);

- получения узлов рамочной и каркасной конструкции (склеива­ние деталей в узлы с применением шиповых соединений);

- облицовывания деталей (склеивание массивной древесины и плит со шпоном);

- соединения деталей и узлов при сборке;

- получения плит (склеивание древесных частиц).

Склеивание позволяет получить изделие заданной формы и свойств или улучшить его внешний вид. Процесс со­стоит из двух основных операций: нанесения клея на древесину и запрессовки. Количеством наносимого клея определяется толщи­на клеевого слоя и прочность клеевого соединения. Запрессовка (обеспечение определенного давления на склеиваемые детали) необходима для плотного соприкосновения склеиваемых поверх­ностей и смачивания клеевым раствором всей площади склеива­ния. Применяемые в настоящее время синтетические клеи позво­ляют интенсифицировать процессы склеивания и отверждать клеи за время, исчисляемое секундами.