Правила конструирования изделий из древесины
Одним из важнейших разделов технического задания является раздел <Технические требования>, в котором формулируются требования к изделию с учетом действующих стандартов и норм. В этом разделе обычно указывают: состав, показатели и назначение, требования к надежности, требования к технологичности, уровню унификации и стандартизации, эстетические и эргономические требования, патентную чистоту, требования к составным частям изделия, сырью, исходным материалам, условия эксплуатации, маркировку, упаковку, транспортирование и специальные требования. Техническое задание согласовывается с заинтересованными организациями и заказчиком. Включаемые в техническое задание требования к изделию основываются на современных достижениях науки и техники с учетом необходимости обеспечения опережающего техниче ского уровни Продукции. Изделие должно полностью соответствовать техническому заданию, содержащему требования к продукции высшей категории качества. Поскольку в условиях научно-технического прогресса требования к продукции меняются сравнительно быстро, при конструировании изделий необходимо прогнозировать технический уровень его на весь период разработки и постановки продукции на производство.
При разработке конструкции изделия разработчик вносит предложения по унификации, стандартизации элементов изделия, используемых материалов, методов изготовления, испытания, хранения и транспортирования. Выявляет новые оригинальные технические решения, составляет заявки на предполагаемые изобретения, которые подтверждают новизну решений и высокий технический уровень конструируемого изделия. Разрабатывается техническая документация и организуется изготовление опытного образца и его испытание. Изготовитель анализирует и согласовывает техническое задание и техническую документацию, обеспечивает своевременное освоение нового изделия в заданных параметрах качества. Потребитель обеспечивает надлежащее применение изделий с максимальным использованием его технической возможности, информирует о результатах наблюдений и имеющихся рекламаций по качеству в начальный период реализации. Порядок построения и оформления документации на конструируемое изделие должен соответствовать требованиям государственных стандартов, Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП).
При конструировании изделий из древесины необходимо учитывать физико-механические свойства древесины как исходного конструкционного материала, ее анизотропию и гигроскопичность, а также условия современного производства. Надлежащее качество изделия обеспечивается соблюдением элементарных правил конструирования. Древесина является гигроскопичным материалом. Изделие из нее эксплуатируется в условиях изменяющейся относительной влажности воздуха. Отдельные детали изделия будут в процессе эксплуатации изменять свою влажность, как показывают наблюдения, примерно на 4-8%. По этой причине детали изделия из древесины будут изменять свои размеры в зависимости от коэффициентов усушки и разбухания. При разбухании и усушке древесина способна развить напряжения, превосходящие ее предел прочности на сжатие и растяжение поперек волокон. Этой особенностью древесины пользовались еще в Древнем Египте для раскалывания скальных пород при сооружении пирамид.
В скале долбили отверстия на определенном расстоянии друг от друга. В эти отверстия забивали клинья из высушенной древесины. На эти клинья поливали водой. Древесина впитывала воду, клинья разбухали и создавали внутренние напряжения в скале выше ее предела прочности. Происходило разрушение скальной породы между сделанными в ней отверстиями. Если в изделии закрепить детали между собой таким образом, что неизбежное при эксплуатации разбухание их и усушка будут ограничены этим закреплением, то непременно произойдет разрушение либо изделия в местах закрепления, либо самой детали. Учитывая эту особенность древесины, необходимо конструировать изделие из нее таким образом, чтобы эти неизбежные изменения размеров и формы деталей в процессе их возможного увлажнения и усушки происходили свободно, без разрушения целостности изделия и изменения его формы. Вставленный в пазы рамки / щит 2 в процессе эксплуатации при увлажнении будет изменять свой размер от / до (l + а), когда его влажность будет максимальной. Для того чтобы эта конструкция оставалась цельной, необходимо пазы в рамке делать с учетом возможного изменения размера щита на величину а. При этом склеивать такой щит в пазах рамки нельзя.
Для обеспечения прочности конструкции шип должен входить в эти пазы достаточно глубоко и относительно плотно. При значительных размерах деталей из древесины поперек неизбежные изменений их размеров и формы при эксплуатации изделия будут велики. В таком случае это правило при конструировании изделия практически будет трудно выполнить. Кроме того, детали изделий из древесины следует конструировать так, чтобы неизбежные изменения их размеров и формы при эксплуатации были минимальными. Это условие достигается применением клееных древесных материалов, у которых значительно уменьшены анизотропия свойств и коэффициенты усушки и разбухания. Широкое использование в конструкции изделия плитных материалов, фанеры, гнуто-клееных деталей и пластмасс полностью соответствует требованиям этого правила.
Широкие детали следует склеивать из мелких заготовок с соответствующим подбором расположения годичных слоев. При этом следует помнить, что полная усушка древесины в тангентальном направлении 6-12%, а в радиальном только 3-5%. По этой причине при эксплуатации изделий форма детали будет изменяться из-за усушки или разбухания. При склеивании заготовок необходимо, чтобы склеивались одноименные поверхности по расположению годичных слоев, а смежные поверхности, образующие пласти заготовок после склеивания, были различными.
Исходя из требования этого правила, детали из цельной древесины размером сечения свыше 100 мм следует делать всегда склеенными из заготовок меньших сечений. Максимально допустимый размер сечения брусков из цельной древесины у качественных изделий мебели менее 100 мм. При эксплуатации некоторые изделия из древесины являются несущими и подвергаются значительным нагрузкам (клееные несущие конструкции, лыжи, хоккейные клюшки и т. п.). Поскольку прочность древесины в различных направлениях действия сил относительно ориентации волокон различна, то при конструировании изделий необходимо это учитывать. При сжатии и растяжении древесина имеет максимальные значения пределов прочности при действии силы вдоль волокон, а при изгибе - перпендикулярно волокнам. Поэтому все детали изделия, воспринимающие усилия растяжения и сжатия, должны иметь направление волокон, совпадающее с действием этих сил. Детали, воспринимающие изгибающие усилия, должны иметь направления волокон древесины перпендикулярно к действующей изгибающей их силы. Направление годичных слоев в сечении детали из хвойных пород относительно сжимающих усилий оказывает влияние на предел прочности древесины. Если угол наклона годичных слоев равен 45°, предел прочности древесины хвойных пород на сжатие составляет только 75% предела прочности при перпендикулярном или параллельном на правлении силы сжатия к направлению годичных слоев. Это правило согласования действия сил и направления волокон соблюдается при конструировании изделия из древесины тем, что длина детали и направление волокон в ней должны почти всегда совпадать.
Изделие должно быть технологичным для существующих условий производства. Это значит, что проектируемое изделие при изготовлении потребует минимальных материальных и трудовых затрат, может быть легко освоено действующим производством без коренной ломки технологии и необходимости приобретения дополнительного дорогого оборудования и оснастки.
При изготовлении изделия не потребуются дефицитные мате риалы и опасные приемы работ. Гарантируется планируемый рост производительности труда и рентабельность производства.
При конструировании необходимо предусмотреть и обеспечить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц в пре делах минимальной точности их изготовления. Количество со единений, требующих высокой степени точности обработки, должно быть минимальным. Широко использовать унифицированные и стандартные элементы. Следует избегать оригинальных крепежных деталей, сложных профилей и трудноосуществимых сопряжений. Целесообразно использовать в новых изделиях детали и узлы, которые уже освоены производством. При конструировании необходимо постоянно учитывать функциональные и эстетические требования. У многих изделий из древесины функциональные требования основываются на данных антропометрии, физиологии, инженерной психологии и гигиены.
Функциональные размеры изделий мебели, музыкальных инструментов и спортивного инвентаря должны быть увязаны с размерами тела человека, его физиологическими и психологическими особенностями. Эстетические требования обусловливаются необходимостью гармонического сочетания нового изделия с окружающей средой. Функциональные размеры изделий мебели, например, определены государственными стандартами.
Исходя из этих положений, проектируемое изделие должно отвечать своему назначению в соответствии с требованиями стандартов и норм по всем показателям качества и техническому уровню. Оно должно пользоваться спросом, обладать патент ной чистотой и быть конкурентоспособным на внешнем рынке.
Проектируемые изделия должны превосходить по некоторым показателям качества аналогичные изделия высшей категории, аттестованные государственным Знаком качества. Для установления соблюдения этих условий конструируемое изделие согласуется с художественным советом министерства, где оно тщательно анализируется на соответствие современным требованиям. Составляется карта технического уровня, в которой дается оценка новому изделию по всем основным характеристикам качества, и решается вопрос о целесообразности освоения выпуска изделия производством.
