Главные конструктивные элементы изделий из древесины
Общие правила конструирования изделий из древесины и единство используемых материалов обусловливают необходимость применения единых конструктивных элементов. Любое изделие из древесины формируется из деталей и сборочных единиц. Детали отличаются от сборочных единиц тем, что они изготавливаются из исходного материала в процессе осуществления технологических операций по достижению требуемой формы и размера без сборки (механическая обработка, штампование, литье и т. п.). Форма и обоснованные расчетами размеры детали приведены на чертеже и предопределяются форматом полуфабриката исходного материала.
Детали изделий из древесины могут иметь форму бруска, щита или рамки, если эти формы получены из одного цельного куска полуфабриката. Сборочные единицы также могут иметь эти формы, но они образуются соединением отдельных деталей. Таким образом, основные конструктивные элементы изделий из древесины могут быть в виде деталей или сборочных единиц. Эти же элементы могут представлять собой готовое изделие (лекало, вырезанное из тонкой пластины древесины бука).
Брусок представляет собой простейший конструктивный элемент изделия. Бруски различают по размерам сечения, форме и конструкции. Характерным и определяющим признаком бруска является соотношение его размеров сечения и длины. Бруском обычно называют такую деталь, у которой соотношение размеров сечения примерно соответствует 1:2, а длина в несколько раз превосходит размеры сечения.
Щитом принято называть такую деталь, у которой ширина во много раз превосходит толщину, а длина и ширина примерно равны или в соотношении 1 :3. Промежуточной между щитом и бруском является доска, у которой соотношение размеров сечения соответствует соотношению у щита, а соотношение длины и ширины, как у брусков. Доска используется в качестве конструктивных элементов в производстве клееных строительных конструкций и строительстве (подоконные и паркетные доски). Бруски из цельной древесины, как детали изделий, изготавливают ограниченных размеров: сечение не более 100 мм, длина до 2000 мм. Ограничение размеров детали в форме бруска обусловлено по сечению правилами конструирования изделий, а по длине - особенностью исходного пиломатериала. Природные пороки древесины, которые ограничены техническими условиями на изделия, часто располагаются в пиломатериалах ближе 2000 мм. Поэтому при выпиливании заготовок для брусков длиной свыше 2000 мм потребуются пиломатериалы высших сортов, количество которых в сырьевых ресурсах ограничено. По этой причине длинные бруски целесообразно изготавливать как сборочные единицы путем склеивания из заготовок небольших длин, выпиливаемых из низких сортов пиломатериалов. При этом склеенные бруски более устойчивые по форме и стабильнее по прочности.
При долевом склеивании заготовок используют клеевое соединение на зубчатый шип. Если брусок изготавливают склеенным по пласти и кромке, то в долевом направлении целесообразно использовать клеевое соединение впритык. Такое соединение возможно при условии смещения мест соединения впритык в отдельных слоях по длине бруска. В клееных конструкциях, представляющих собой форму бруска значительных размеров, торцовые клеевые соединения впритык должны располагаться по длине не ближе 300 мм друг к другу.
По форме бруски могут быть в долевом направлении прямолинейными и криволинейными, по сечению - прямоугольными или сложного профиля; по характеру поверхности - облицованными и необлицованными. По технологии изготовления бруски могут быть выпиленными, гнутыми, гнутоклееными, прессованными и гнутопропиленными. Выпиленные, гнутые и гнутопропиленные бруски могут быть таких размеров, которые вписываются в стандартные размеры пиломатериалов. Гнутоклееные бруски изготавливают любых размеров. Несущие клееные конструкции в настоящее время изготавливают длиной свыше 80 м и толщиной до 2 м.
Размеры сечения брусков из цельной древесины должны быть увязаны со стандартными размерами пиломатериалов и заготовок с учетом необходимых припусков на обработку. Для оперативного решения этой задачи создают системы унификации брусковых деталей для определенных изделий. Имеется отраслевая система унификации брусков для производства мебели, в которой даны нормализованные размеры сечений брусков из хвойных и лиственных пород. В таблицах этой системы указаны конкретные размеры сечения прямоугольных брусков. Применение таких сечений в конструкции изделия позволяет рационально использовать пиломатериалы.
При раскрое пиломатериалов стандартных размеров на заготовки для брусков с нормализованными размерами достигается максимальный процент использования исходного сырья. При этом не ограничивается необходимое варьирование размерами, обусловленными расчетами на прочность изделия. Кроме унификации размеров имеются рекомендации по нормализации профилей сечения брусков для изделий мебели, оконных блоков и т. д. Из брусков могут получить остальные конструктивные элементы и изготовить любые изделия из древесины.
Брусок является исходным простейшим элементом при конструировании изделия. Склеиванием брусков по кромке получают щиты. Соединяя бруски под углом, получают рамки. Так же можно получить коробку и каркас изделия.
Рамки имеют широкое применение при изготовлении строительных и мебельных изделий. Их различают по конструкции и форме. Рамки могут быть собраны из брусков либо изготовлены монолитными из плитных материалов или из измельченной древесины прессованием. При изготовлении рамки из брусков необходимо их соединение при сборке. В таком конструктивном решении рамка представляет собой сборочную единицу изделия или самостоятельное изделие. В зависимости от формы брусков и конструкции рамки выбирается способ соединения брусков, формирующих рамку.
По положению рамки в изделии при его эксплуатации образующие рамку бруски обычно называют соответственно вертикальные - стоемными, горизонтальные - поперечными, средние- средниками. Если рамка образуется из брусков профильного сечения, то необходимо учитывать это при изготовлении шиповых соединений. Форма шипов, их размеры при этом усложняются. В изделиях часто проем рамки закрывается щитом, вставляемым вовнутрь рамки с соответствующим закреплением его. Такой щит называют филенкой, а рамку - обвязкой, или фризом (фриз - выступ, кайма). Полученную таким образом конструкцию называют филенчатой. В изделиях массового производства чаще всего используют рамки прямоугольной формы. Современные строительные детали, изделия и конструкции формируются на основе прямоугольных рамок (окна). Рамки часто используют при конструировании изделий мебели и тары. Разновидностью рамок являются коробки, которые могут получаться соединением брусков так, что их пласти располагаются в различных плоскостях под углом друг к другу, а кромки соответственно в двух параллельных плоскостях. В рамках пласти брусков лежат в двух параллельных плоскостях. Коробки широко применяют в строительных изделиях, для крепления дверей и оконных створок. В мебельных изделиях коробки также используют для формирования корпуса изделия как опору и основу.
Изготовление рамок и коробок из брусков трудоемко. Для устранения этого недостатка предложены новые конструктивные решения рамок и коробок с применением металла и пластических масс. В производстве оконных блоков применяются комбинированные конструкции с использованием брусков из древесины и деталей из алюминия и сложных литых профилей из ударовязкого поливинилхлорида. Такое решение позволяет повысить качество оконных створок и коробок, их долговечность, светопропускную способность и снизить трудоемкость изготовления их в десятки раз.
Щиты являются основным и распространенным формообразующим конструктивным элементом современных изделий. Формы и конструкции щитов совершенствуются с развитием техники и технологии. Щиты должны обеспечивать качество современным изделиям, поэтому к ним предъявляют высокие требования по формоустойчивости и прочности. Наиболее древними формами щитов являются дощатые щиты, склеенные из брусков массивной древесины по кромке. Для обеспечения устойчивости такого щита к короблению делянки обычно изготовляют с соотношением сторон сечения 1 : 1,5.
Продольное коробление предотвращается применением сравнительно коротких делянок, стыки которых располагаются по длине щита вразбежку. Для предотвращения поперечного коробления массивного щита производят подбор делянок и постановку реек, шпонок или делают обвязку щита рамкой. Если щиты из цельной древесины облицовывают шпоном или фанерой, то склеивание делянок между собой производить не следует. Это уменьшит возможное коробление щита и упрощает его технологию. Для формирования срединной части такого щита используют соединение делянок с помощью шпагата, впрессованного в поперечные пропилы. Такое соединение осуществляется специальным устройством. Часто щиты делают переклеенной конструкции, путем склеивания нескольких тонких щитов пластями с перекрестным расположением волокон древесины в смежных слоях. Такие щиты наиболее устойчивы и прочны, но сложны в изготовлении. Широкое применение имеют щиты, изготовленные из полуфабриката - столярной плиты, выполненной в соответствии с действующим ГОСТом по формату и видам облицовок.
Для массового производства в настоящее время все щитовые детали в преобладающем большинстве изготавливают из древесностружечных плит. Размеры, физико-механические показатели древесностружечных плит стандартизованы.
