Склеивание в щиты и брусья
При изготовлении щитов применяют кромочное клеевое соединение заготовок, а при изготовлении брусьев, в зависимости от их размеров, используют торцовые и боковые клеевые соединений заготовок по толщине и ширине. Для получения качественного склеивания, соответствующего условиям эксплуатации изделия, к заготовкам, используемым при склеивании в щиты и брусья, предъявляют определенные требования к эстетическим и физико-механическим свойствам, допускаемым порокам, влажности, точности обработки и шероховатости поверхности. Эстетические требования предъявляются в том случае, если клееный щит или брус не облицовывается, а отделывается покрытием прозрачным лакокрасочным материалом с сохранением текстуры.
Особенно высокие требования предъявляются к заготовкам, используемым для изготовления клееных несущих строительных конструкций согласно СНиП П-В.4-71 <Деревянные конструкции. Нормы проектирования>. Требования к качеству древесины в различных слоях клееных конструкций изложены в ГОСТ 20850-75. Предусмотрено три категории качества древесины, которые различаются по количеству и размерам допускаемых пороков древесины. В растянутой зоне клееной конструкции (не менее 17% высоты поперечного сечения) располагают слои из древесины первой категории качества. Слои из древесины второй категории качества помещают в сжатую зону, занимающую такую же долю высоты поперечного сечения клееной конструкции. Среднюю зону изгибаемых и сжато-изгибаемых клееных конструкций можно изготовлять из древесины третьей категории.
Такое разграничение древесины на три категории усложняет технологию, но целесообразно, поскольку позволяет использовать низкосортную древесину при изготовлении ответственных изделий. Предел прочности древесины, применяемой при изготовлении клееных несущих строительных конструкций, должен быть не ниже, МПа: на растяжение 55; изгиб 50; сжатие 30; скалывание 4. Стабильная прочность клееной конструкции обеспечивается в том случае, если влажность склеиваемых заготовок соответствует равновесной влажности древесины при эксплуатации. При этом незначительное увеличение влажности древесины в процессе эксплуатации клееной конструкции более желательно, чем усушка. Целесообразно склеивать заготовки влажностью, соответствующей нижнему пределу равновесной влажности древесины в условиях ее эксплуатации. Допустимый перепад влажности в склеиваемых заготовках должен быть в пределах 1,5-3% в зависимости от размеров заготовок и конечной их влажности. Меньший - для тонких с низкой конечной влажностью, больший - для более толстых (60 мм) с более высокой влажностью (10%).
При изготовлении изделий, имеющих значительный запас прочности деталей, превышающий расчетные нормы, можно склеивать их поверхности, полученные пилением. Шероховатость таких поверхностей должна быть Rm, а не более 300 мкм, а плоскостность такая же, как и у фрезерованных поверхностей. Склеивание пиленых поверхностей экономически целесообразно, поскольку исключает необходимость фрезерования и припуск на эту операцию, хотя требует увеличения расхода клея.
При склеивании деталей из различных пород древесины, отличающихся плотностью и различными коэффициентами усушки, необходима специальная механическая подготовка их поверхностей, исключающая возможность возникновения в клеевом слое значительных внутренних напряжений. Поверхность более плотной древесины делается более шероховатой путем цанубления (обработкой зубчатыми резцами) или шлифования шкуркой крупных номеров зернистости.
Таким образом, увеличивается фактическая поверхность у твердых пород древесины, что снижает величину внутренних напряжений; клеевой слой становится гофрированным, более эластичным и податливым действию внутренних напряжений. Такую же обработку делают при склеивании полуторцовых поверхностей, а также при склеивании древесины с пластиком, металлами, шлифуют пластик и металл, материал, обладающий большей жесткостью.
Щиты из массивной древесины в виде столярных плит изготавливаются на специализированных предприятиях. В производстве изделий такие щиты, используют сравнительно в небольших количествах, в случаях если невозможно использовать стандартную столярную плиту: для музыкальных инструментов, дверных блоков и т. д. Массивный щит получается склеиванием заготовок по ширине. Для предотвращения возможного изменения формы щитов их изготовляют из заготовок ограниченных ширин в пределах 15-70 мм в зависимости от назначения щита.
Технологический процесс изготовления щитов из заготовок состоит из подготовки заготовок к склеиванию, склеивания их по ширине, фрезерования щита в размер по толщине, облицовывания его, если это необходимо, обработки щита по периметру, облицовывания кромок или приклеивания обкладок. Подготовка заготовок к склеиванию заключается в фуговании пласти и продольном фрезеровании их кромок. В некоторых случаях достаточно обрабатывать только кромки.
При склеивании таких заготовок из-за отсутствия чистовых установочных баз при сборке щита относительное смещение их в обе стороны (провесы) будет значительным. Для изготовления резонансных щитов деки музыкальных инструментов необходим подбор заготовок по ширине годичных слоев, цвету и направлению волокон. При склеивании щитов из заготовок цельной древесины применяется оборудование непрерывного и периодического действия. При небольших объемах производства, когда требуется подбор заготовок, используют щитосборочные станки периодического действия. Для значительных объемов - станки непрерывного действия.
Для интенсификации процесса склеивания заготовок применяют токи высокой частоты. Щитосборочный станок периодического действия состоит из стола с пневматическим механизмом сжатия склеиваемых заготовок усилием до 20 кН. Стол является одновременно одним из электродов ТВЧ. Стол для удобства установлен с наклоном к горизонту под углом 45-50°. К столу прикрепляется крышка со вторым электродом, сблокированным с включением ТВЧ. Крышка уравновешивается противовесами или имеет механизмы автоматического подъема и опускания.
После нанесения клея на кромки заготовок рабочий на столе комплектует щит и сжимает его небольшим усилием. Далее, закрывая крышку, включает полное давление сжатия, включает ТВЧ и реле времени, автоматически отключающее после соответствующей выдержки ТВЧ. Крышка прижимает склеиваемые заготовки к столу, выравнивая их по установочной базе. После склеивания щит вынимается из станка и укладывается для охлаждения. Щитосборочные станки непрерывного действия бывают двух типов, различающиеся по характеру набора заготовок в щит и направлению перемещения их относительно склеиваемых поверхностей.
Щитосборочный станок, действующий по схеме а, применяется для склеивания сравнительно узких щитов (до 600 мм) неограниченной длины. Заготовки 1 с нанесенным на склеиваемые поверхности клеем укладываются на стол одна к другой так, чтобы торцы в смежных потоках не совмещались. Подающее устройство 2 обеспечивает необходимое сжатие и перемещение склеиваемых заготовок. Чтобы обеспечить постоянное базирование склеиваемых заготовок, на столе сверху установлены прижимные валики 3. Далее расположены электроды ТВЧ, ускоряющие склеивание. После склеивания пилой 5 производится поперечный раскрой щита. Обработка щита в размер по толщине производится на рейсмусовом станке.
Такой станок легко может быть встроен в одну линию со щитосборочным станком. При изготовлении щитов по схеме б заготовки в виде реек одинаковой ширины, проходя клеенаносящие устройства 2, подаются до упора 4, связанного с работой торцовочной пилы, которая торцует последнюю заготовку в определенном месте. Сжимающее устройство 3 проталкивает ряд заготовок, обеспечивая необходимое усилие сжатия и перемещение всего полотна щита на величину ширины заготовки.
Прижимающие шины 5 обеспечивают торможение поступивших под них заготовок и постоянное базирование их на столе. При этом поддерживают давление в склеиваемом слое. Далее расположены электроды ТВЧ 6 и пила 7 для продольного раскроя щита по ширине. Могут быть установлены также пилы для поперечного раскроя щита. Нанесение клея может быть совмещено со сжимающим устройством 3 или быть самостоятельным, утапливаемым вниз или перед подачей рейки в станок. Имеются щитосборочные станки, которые собирают щит соединением заготовок в паз и гребень. Такой метод изготовления щитов требует значительно большего расхода древесины и применяется при изготовлении щитов специального назначения.
При склеивании заготовок в производстве строительных конструкций необходимо получить изделие значительных размеров со стабильной прочностью по всем клеевым слоям и сечениям. При этом используются заготовки ограниченных размеров по длине. Технологический процесс склеивания1 при изготовлении клееных строительных конструкций состоит из двух различных операций: склеивания по длине и склеивания по толщине и ширине. Обычно склеивание по ширине применяется редко из-за возможности использования досок стандартной ширины, соответствующей ширине клееной конструкции.
При склеивании заготовок по длине могут использоваться соединение впритык, на ус и зубчатый шип. Соединение впритык может использоваться только в сжатой зоне клееной конструкции. Соединение на ус обладает высокой прочностью, но требует значительного расхода материала и трудно поддается механизации.
В современном производстве клееных конструкций широко используются зубчатые клеевые соединения по ГОСТ 19414-79. Зубчатые клеевые соединения бывают в зависимости от направления шипов к пласти вертикальные, горизонтальные и диагональные. По прочности зубчатые клеевые соединения разбивают на две категории. Соединения первой категории имеют относительную прочность не менее 75%, второй - не менее 60% прочности цельной древесины на статический изгиб.
Прочность зубчатого клеевого соединения зависит от длины шипа и уклона его пластей. Уклон пластей зубчатых шипов должен быть менее 1:8, что обеспечивает самоторможение шипов при их сборке. Необходимое время действия давления при сборке зубчатого клеевого соединения должно быть не менее 2 с. В настоящее время соединение заготовок на зубчатый шип осуществляется на специализированных линиях. При этом используют различные варианты операций формирования зубчатых шипов.
В процессе склеивания необходимо равномерное сжатие склеиваемых поверхностей под определенным давлением. Для этого используют различные прессующие устройства, действующие по принципу винта, клина, пневматических и гидравлических цилиндров и приводимые в действие ручным или механизированным способом. Выбор прессующего устройства и его расчет ведут исходя из необходимого усилия, определяемого по размеру площади склеивания и давлению, установленному технологическим режимом.
Исходя из этого усилия, устанавливают необходимое количество прессующих устройств с учетом их конструктивных и эксплуатационных возможностей. При ручном приводе усилие привода устройства не должно превышать 80-160 Н. Для пневматических устройств исходным ограничением является давление в сети сжатого воздуха, для гидравлических - давление гидронасосов и т. д. Простейшими прессующими устройствами для склеивания заготовок являются винтовые зажимы и шланговые пневмоприжимы. Винтовые зажимы - струбцины развивают давление до 8 кН.
Учитывая, что при винтовом зажиме давление от винта распределяется на небольшую поверхность, а древесина способна поглощать часть этого давления в некотором объеме, винтовые зажимы следует ставить с шагом менее 0,5 м. При этом давление зажима уменьшается от места его приложения примерно на 0,3 МПа на каждом метре вдоль волокон. Этого недостатка лишены пневматические шланговые прижимы, которые широко используют из-за простоты их устройства.
Интенсивность нагрева склеиваемых заготовок зависит от положения клеевого слоя относительно силовых линий электрического поля.
При перпендикулярном положении клеевых слоев относительно силовых линий электрического поля напряженность поля распределяется обратно пропорционально диэлектрической проницаемости. При этом нагрев клеевого слоя будет происходить значительно медленнее. Увеличится время склеивания и расход энергии. Такое положение поля применяют при склеивании тонких заготовок. Иногда используют нагрев склеиваемых материалов в рассеянном поле токов высокой частоты. В таком случае получают промежуточный эффект. Такой нагрев используют при склеивании тонких и толстых заготовок.
Из этих данных видно, что наиболее экономичным является метод прогрева клеевого слоя путем пропускания сквозь него тока промышленной частоты. Такой способ пока не находит широкого применения из-за технических трудностей осуществления: в клей необходимо добавлять токопроводящие составы. При неравномерной электропроводности клеевого слоя происходят неравномерный его нагрев и электрические пробои.
