Гнутьё древесины

Детали изогнутой формы из не измельченной древесины можно получить двумя способами, которые широко используются в мебельной промышленности. Это фигурное выпиливание из цельного бруска и его изгибание на шаблоне. Оба способа имеют свои плюсы и минусы.

Так, выпиливание – простой способ как технологически, так и по требованиям к оборудованию, в большинстве случаев достаточно электролобзика. Но распиловка, по своему определению, рассекает волокна древесины, что приводит к многократному снижению прочности. Эта проблема настолько существенна, что пиленые детали склеивают из нескольких фрагментов. Значительная часть материала списывается в отходы, а само изделие имеет много торцевых и полуторцевых срезов, что усложняет отделку и фрезеровку, снижает эстетические качества.

Метод гнутья, по сравнению с выпиливанием, требует существенных вложений в оборудование, квалификации столяра для соблюдения норм технологического процесса, который может занимать значительное время. Но плюсы гнутья очевидны: прочность деталей может даже стать выше, в зависимости от метода обработки, изделие получается цельным, без клеевых швов, и в дальнейшем может обрабатываться так же, как и прямолинейные детали.

Именно гнутье древесины и будет темой рассмотрения в нашей статье.

Теория гнутья

При изгибании древесного бруска (в пределах упругой деформации) происходит нарастание напряжения к поперечному сечению: на выпуклой стороне на растяжение, и на сжатие на вогнутой стороне. В некоторой части сердцевины бруска эти напряжения отсутствуют. Разность напряжений формирует скалывающий эффект, стремящийся сдвинуть слои по отношению друг к другу.

Величина этих напряжений пропорциональна толщине бруска (увеличивается на толстых заготовках) и радиусу изгиба (увеличивается с уменьшением радиуса). Обычный предел изгиба древесины составляет 1/3. В случае с мягкими лиственными и хвойными породами, при малых радиусах изгиба, существенная часть изделий может уходить в брак из-за появления складок на внутренней поверхности, обусловленного неравномерностью сопротивления сжатию вдоль и поперек волокон. Чтобы избежать этого, применяют внутренний шаблон с насечкой, которая подпрессовывает внутренний радиус бруска в процессе гнутья. Сверху брусок прокатывается роликом, который уплотняет структуру древесины, уменьшая толщину заготовки и понижая тем самым напряжение на внешней стороне. Внутренняя сторона, благодаря насечкам на шаблоне, принимают волнообразную форму, что нормализует напряжение сжатия и предотвращает образование складок. Несмотря на нормализацию деформации сжатия, изгиб имеет свои пределы, так как граничный предел деформации растяжения на внешней поверхности для древесины составляет всего 1-2% до появления разрывов.

Гидротермическая обработка древесины перед гнутьём

В условиях комнатной температуры и влажности заготовки 6-10% древесина обладает незначительной пластичность и не допускает значительной деформации. Кроме того, деформация получается упругой, после прекращения воздействия изделие приобретает первоначальную форму.

Повысить пластичность можно путем нагревания древесины с увлажнением. При этом некоторый процент веществ, из которых состоят клетки, переходит в состояние коллоидного раствора, клетка, как и весь брусок, таким образом, теряет свою жёсткость. При последующей сушке вещества твердеют, и заготовка сохраняет приданную ей форму.

Оптимальным считается влажность в пределах 25-30%. При недостаточном увлажнении древесина не приобретает дополнительной пластичности, а при его избытке возможно появление ворсистости материала, так как избыток влаги в клетках при механическом воздействии может разрывать их стенки. Кроме того, переувлажнение невыгодно с точки зрения производительности – неоправданно увеличивается время сушки.

Гидротермическая обработка имеет две разновидности: пропаривание и проваривание.

Проваривание – самый простой метод, но он имеет ряд недостатков. Древесина увлажняется неравномерно, верхний слой напитывается влагой и имеет более высокую тепературу, нежели сердцевина бруска. Поэтому проварку применяют на тонких заготовках, когда обработка целиком изделия невозможно или нецелесообразна – отличным примером может служить обработка мысков лыж перед загибанием.

Бак для проварки греют змеевиком с паром, поддерживая температуру 90-95°С, чтобы вода не закипела, образуя пар. Время проварки зависит от сорта древесины, толщины бруска, в среднем обработка занимает 1,5-2 часа.

Пропаривание – более качественный способ гидротермообработки, благодаря тому, что влажность древесины при обработке насыщенным паром нормализуется, излишне влажный материал подсушивается до требуемых значений. Пропарка происходит при температуре пара 102-105°С, который образуется при сравнительно невысоком давлении в 0,02-0,05 МПа. Повышение давления и температуры пара несущественно сокращает сроки обработки, но при этом повышает стоимость оборудования и повышает опасность для оператора.

Пропаренная древесина хорошо сохраняет деформацию сжатия, поэтому возможно её прессование. Для этого на выпуклую поверхность накладывают стальной лист, шину, имеющую загнутые края, в которые упирается заготовка. Расширение металла при нагревании незначительно, в то время как древесина, увеличиваясь в ограниченном упорами пространстве, спрессовывается. Это приводит к повышению прочности и гладкости внешней поверхности изгиба, получению более тонкой детали.

При гнутье без гидротермической обработки, в материале не допускается наличие сучков, которые при деформации выпадут. Обработанные кипячением или паром заготовки, особенно при значительном прессовании, могут содержать значительное количество сучков.

Завершающие операции

После гнуться заготовки отправляют в сушильную камеру, где они достигают показателей влажности ниже 15%. Далее заготовки медленно остужают, во избежание появления трещин.

Готовое гнутое изделие можно полировать, вскрывать лаком, наносить краску или обрабатывать иными способами, наравне с не гнутыми, линейными деталями, главное, чтобы технология не предполагала значительный нагрев и увлажнение.