Тема 3.7. Види і конструкції столярних з’єднань
Види і конструкції столярних з’єднань
Вироби із деревини можуть складатися з деталей, складальних одиниць і груп. До деталей належать бруски різної форми, розкладки, планки, дошки і щити. Складальною одиницею називають декілька зібраних деталей, які є елементарною частиною виробу. Група – це частина виробу, яка складається з деталей і складальних одиниць.
Деталі можуть мати різні розміри, переріз і форми. Виготовляють деталі з одного суцільного відрізка, склеюють по ширині і товщині або з'єднують по довжині.
Усі столярні з'єднання можна поділити на розбірні і нерозбірні До розбірних, наприклад, належать з'єднання на болтах за допомогою спеціальної фурнітури (стяжки) та за допомогою комформатів. Нерозбірні з'єднання роблять звичайно на цвяхах або шурупах, на клею. Багато спеціальних з'єднань додатково посилюють клеєм. У столярно-меблевому виробництві застосовуються обидва види з'єднань залежно від призначення виробів та виду експлуатації.
Розбірні з’єднання – самостійно.
З'єднання цвяхами
З'єднання елементів дерев'яних конструкцій може здійснюватись цвяхами з допомогою дерев'яних накладок.
Кількість цвяхів визначають розрахунком, а в окремих випадках вибирають конструктивно, наприклад при настелянні підлоги, встановленні вбудованого обладнання, влаштуванні перегородок тощо (рис.).
Рис. Схема розміщення цвяхів при з'єднанні дощатих елементів
У цвяхових з'єднаннях конструкцій, які виготовляються з деревини модрини і твердих листяних порід, цвяхи діаметром більшим ніж 6 мм забивають у попередньо просвердлені гнізда, причому діаметр гнізда повинен дорівнювати 0,9 діаметра цвяха, що забивається, а глибина — 0,6 довжини цвяха. У з'єднанні елементів із дошок хвойних і м'яких листяних порід цвяхи, незалежно від діаметра, забивають без попереднього розсвердлювання гнізд.
Між осями цвяхів (уздовж волокон) для збивання дерев'яних елементів (дошок) повинні бути такі проміжки: S = 15 d, якщо товщина елемента, що пробивається, С > 10 d, і S1 = 25 d при С = 4 d, де d – діаметр цвяха. Відстань S для елементів, які не пробиваються наскрізь цвяхами, повинна дорівнювати або бути більшою ніж п'ятнадцять діаметрів цвяха (S1 > 15 d).
Проміжок між осями цвяхів (упоперек волокон) за умови прямого розміщення цвяхів S2 = 4 d, а у разі забивання цвяхів у шаховому порядку чи під кутом а > 45° відстань між поздовжніми рядами цвяхів зменшують до 3 d.
Від поздовжньої кромки елемента до крайнього цвяха S3 має бути відстань не менша ніж 4 d. Діаметр цвяхів не повинен бути більшим ніж 0,25 товщини найтоншої дошки, що прибивається.
При зустрічному забиванні цвяхи не повинні пробивати наскрізь усі дошки, а при наскрізному – кінці цвяхів загинають упоперек волокон. Якщо під час забивання цвях загнувся, то його витягують і замінюють прямим. Забивати цвяхи у мерзлу та сиру деревину не рекомендується, оскільки вони іржавіють, що призводить до зниження міцності з'єднання. Не можна забивати цвяхи у сучки і тріщини.
Використання електрифікованого або пневматичного інструменту має значні переваги при з'єднанні деталей цвяхами, зокрема при виготовленні дерев'яних піддонів, монтажі дерев'яних конструкцій (стін, перегородок, даху), виготовленні підлоги, настиланні паркету та ін. (рис.). Це передовсім підвищення продуктивності роботи, завдяки швидкості забивання цвяхів.
Рис. Цвяхові молотки: а - електричний; б - пневматичний
З'єднання скобами
З'єднання скобами застосовують при збиванні щитів, які в подальшому будуть піддаватися зміцненню ламінуванням (каркас щитових дверей), або при з’єднанні тонких елементів (рейок, ДВП) до основи. Для забивання скоб використовують степлери механічні і пневматичні.
З'єднання шурупами
Шуруп - це металевий стержень циліндричної форми з головкою та гвинтовою нарізкою у нижній частині. Шурупи бувають з півкруглою, потайною або напівпотайною головками. У столярних виробах шурупи з потайною головкою переважно застосовують для кріплення завіс, дверних ручок, замків тощо. З'єднання на шурупах також використовується при складанні меблів, коли окремі деталі, що підлягають з'єднанню, важко склеїти, а також коли окремі елементи мають бути розбірними, бо передбачають періодичний ремонт.
У деревину шуруп загвинчують коловоротом з викруткою або електричним шуруповертом.
Якщо шуруп забивати у деревину молотком, то утворюється послаблене з'єднання, адже зминається гвинтова нарізка та руйнується деревина у місці проходження шурупа. При цьому з'єднання втрачає до 40% зусилля, яке утримує шуруп у деревині. Міцність з'єднання шурупами залежить від щільності деревини, розмірів і кількості шурупів, глибини їх загвинчування, напряму волокон.
У деревину твердих порід шурупи загвинчують у попередньо просвердлені отвори. Діаметр отвору повинен дорівнювати 0,9 діаметра ненарізаної частини шурупа, а довжина отвору – від 1/2 до 3/4 довжини шурупа. У вологу деревину шурупи загвинчувати не слід, бо вони будуть швидко іржавіти. При з'єднанні будівельних елементів шурупами, відстань між осями має дорівнювати S1 = 10 d; S2 = S3 = 5d, де d – діаметр шурупа (рис.).
Споювання – це широко використовуваний спосіб збільшення ширини деталі шляхом з'єднання брусків або дошок кромками. Його застосовують при виготовленні щитів (кришки табурета, стола, фільонок та ін. деталей столярних виробів). Щити склеюють з вузьких частин, які називаються ділянками. Столярні щити склеюють саме з вузьких ділянок шириною 60-80 мм, бо широкі ділянки при висиханні сильно жолобляться.
У практиці виготовлення щитів використовуються різні способи споювання суміжних ділянок (рис.).
Рис. Способи споювання щитів:
а — на гладку фугу: б — в чверть; в — на рейку; г — в паз і гребінець; д — в паз і трикутний гребінь; е — на «ластівчин хвіст».
Найпоширеніший з них — спосіб споювання на гладку фугу, коли кромки ділянок гладко обстругують, щоб вони щільніше прилягали одне до одного. Простругані кромки змащують клеєм і затискають весь щит. Споювання на гладку фугу при якісному виконанні (щільному фугуванні та правильному склеюванні) забезпечує високу міцність з'єднання, при цьому порушення цілісності щита відбувається не в місці склеювання, а між волокнами деревини. З іншого боку, з'єднання на гладку фугу більш продуктивне, ніж інші способи з'єднання.
З'єднання за допомогою плоских або круглих вставних шипів виконують вибиранням отворів на кромках. Діаметр шипа має становити 0,5 товщини заготовки, а довжина дорівнювати 8–10 діаметрів; шипи встановлюють з кроком 100-150 мм. Цей спосіб складний для виконання і використовується здебільшого, коли треба забезпечити роз'ємні з'єднання по ширині в окремих ділянках.
Споювання в шпунт і в гребінь полягає в тому, що одна кромка однієї заготовки обробляється в поздовжньому напрямі у вигляді гребеня, а сусідня кромка у вигляді поздовжнього паза, що називається шпунтом. Гребінь по всій довжині ділянки змащують клеєм і вставляють в шпунт, а потім затискають щит. Споювання за допомогою шпунта і гребеня – більш трудомісткий спосіб з'єднання, ніж на гладку фугу. Цим способом користуються при масовому виробництві щитів, коли шпунт і гребінь вибираються на верстатах. Шпунт і гребінь потрібні при з'єднанні, щоб запобігти провисам, які можуть утворитися при з'єднанні на гладку фугу. Це знижує корисний вихід деревини при споюванні. Це з'єднання застосовують під час виготовлення щитів, столярних перегородок, підвісних стель, дощатих підлог.
Важливе значення при споюванні має правильний підбір деталей за напрямком їхніх волокон. Наприклад, склеюючи деталі в масивні щити, щоб запобігти жолобленню, однойменні праві площини брусків або дошок повинні бути повернуті в протилежні боки, а однойменні кромки – одна до одної. Найменше жолоблення виникає в щиті, де волокна спрямовані перпендикулярно до площини склеювання. Крім того, запобігати жолобленню щитів можуть вставлені нагеля, вклеєні та наклеєні рейки. Для більшої формостійкості щити виготовляють багатошаровими, склеєними із трьох або п'яти одношарових щитів із взаємно перпендикулярним напрямком волокон.
Зрощуванням називають з'єднання відрізків деревини по довжині (рис.), який дає змогу використовувати короткомірні відрізки деревини. На рис. представлено основні способи зрощування деталей по довжині.
Способи зрощування:
а - торцеве; б - на ступінчастий "вус"; в - на ступінчастий "вус" із затупленням;
г - ступінчасте; д - вертикальне зубчасте; є - горизонтальне зубчасте;
ж - зубчасте на "вус"; з - зубчасте (В - товщина заготовки; L - довжина вуса шипа; a - кут
скосу; t - крок з'єднання; b - затуплення; S - зазор; і - уклон шипа)
Вид зрощування залежить від застосування деталей. Якщо деталі не несуть навантаження (плінтуси), то їх зрощують на "вус" під кутом 45°, використовуючи при цьому стусло.
Найбільш широко застосовують зрощування на клиноподібні або зубчасті шипи, при яких утворюється велика площина склеювання кромок. Це забезпечує міцне з'єднання. Клиноподібне з'єднання можна здійснювати як по ширині деталі, так і по її товщині і довжині. Його застосовують для з'єднання меблевих і столярних деталей.
Нарощуванням з'єднують по довжині деталі, які експлуатують у вертикальному положенні. Цей вид з'єднання використовують при подовженні різноманітних стояків і стовпів. Нарощування виконують упритул з потайним шипом, торцевим гребнем, із встав ним шипом. Стовпи з'єднують впівдерева косим прирубком упритул з накладками. Нарощування іноді виконують хомутами.
Довжина стиків повинна бути не менш як дві товщини при з'єднанні брусків або два діаметри при з'єднанні колод. Нарощування деталей цими способами з'єднань в столярному і особливо в меблевому виробництвах застосовують дуже рідко.