Виды соединения древесины и их описание. Клеевые соединения дерева и его особенности. Виды клеевых соединений древесины

В основе всех соединений лежит узел – место крепления. В зависимости от того, какую фигуру напоминают соединившиеся детали и как расположен узел, существует несколько видов соединений. Среди них выделяют торцевые, боковые, угловые, Т‑образные и крестовидные.

Основные виды соединений и предъявляемые к ним требования

Появление новых видов и методов изготовления соединений деревянных элементов обусловило значительный прогресс в развитии деревянных конструкций в последние десятилетия. В современных деревянных конструкциях наряду с традиционными, вручную изготовляемыми соединениями, применяют новые соединения усовершенствованного типа. Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25—28 см и предельную длину 6,5 м. Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием. Наряду со сплачиванием и сращиванием деревянные элементы могут соединяться в узлах конструкций под различными углами. Необходимость правильного решения соединений отдельных деревянных элементов для работы конструкции в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строение древесины проявляет свои отрицательные качества в большей степени в местах соединений. Развитие соединений деревянных конструкций ведет свою историю еще от древних деревянных сооружений. Одними из первых стали применяться соединения, в которых усилия передавались от одного элемента другому непосредственно через контактные поверхности и вызывали в основном напряжения смятия (лобовые врубки, упор и др). Использование таких соединений вело к большому перерасходу древесины. Позже, благодаря применению в соединениях рабочих связей, удалось передавать большие растягивающие усилия. Наконец важной ступенью развития отдельных элементов и деревянных конструкций в целом стало возникновение клеевых соединений. Этому способствовало создание новых отраслей химической промышленности по производству синтетических полимерных материалов и строительных клеев на их основе.

Применение того или другого вида соединений определяется видом всей конструкции, в некоторых случаях можно использовать различные виды соединений в одной конструкции. Преимущество цельной древесины по стоимости по сравнению с клееной делает целесообразным ее применение практически во всех случаях, где позволяют запасы природной древесины или возможно ее использование на обычных (неклееных) соединениях. Применение дощато-клееных конструкций рационально в тех случаях, когда требуется большое поперечное сечение элементов, когда необходимо свести к минимуму количество металлических вкладышей, для увеличения огнестойкости, уменьшения воздействия химически агрессивных сред или в случае, когда предъявляются особые требования к архитектурной выразительности сооружения. Фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты и другие листовые материалы применяют в качестве обшивок и присоединяют к деревянному каркасу клеем или различными рабочими связями.

Способы крепления древесины

Крепление древесины гвоздями, шурупами и нагелями.

Чтобы древесина хорошо удерживала гвозди, шурупы и нагели, нужно усвоить основные правила их крепления.

Гвоздь, забитый вдоль волокон, удерживается хуже, чем забитый поперек волокон. Гвозди следует забивать с некоторым наклоном, но не параллельно друг другу.

На гвоздях можно сколотить ящик для посылки, подрамник, но никогда не следует крепить гвоздями полочки, стулья, столы и т. д. В дополнение к склейке здесь нужно применять шурупы или нагели.

Шурупы значительно прочнее скрепляют древесину, чем гвозди. Головки у шурупов бывают потайные, полупотайные и полукруглые. Перед завинчиванием шурупа в древесине сверлят отверстие, равное примерно трети, половине его длины и меньше диаметра ненарезаннон части шурупа. Под потайную головку отверстие необходимо раззенковать, после чего шуруп ввинчивается в древесину.

Нагелями называются деревянные гвозди — строганые, прямоугольного сечения и круглые, выточенные на токарном станке. Круглые нагели обычно вытачиваются из прочной породы дерева, а прямоугольные — из той же породы, что и изделие. Примеры применения нагелей для закрепления вязки на шипах и без шипов показаны на рисунке 33.

Рис. 1. Крепление древесины гвоздями: А — правильное; Б — неправильное

Рис. 2. Вязка древесины круглыми нагелями: А и Б — при вязке на шипах; В и Г — при угловой вязке без шипов

Соединения древесины. Для получения больших поверхностей древесину составляют из отдельных частей. От пра- * вильности и тщательности соединения древесины зависит зачастую прочность изделия. Соединения древесины принято разделять на три вида. Чтобы удлинить отрезки древесины, применяется сращивание. Примерами сращивания могут быть общеизвестные в стык и внахлестку, а также сращивание древесины на шипах Увеличение ширины древесины (по слоям) называется сплачиванием. Соединение досок под углом называется вязкой.

Примеры сплачивания, сращивания и вязки древесины показаны на рисунках.

Существуют и другие способы соединения древесины. Мы рассказали о наиболее доступных, которые юные мастера легко усвоят.

Склейка древесины. При склейке досок или брусков необходимо учитывать расположение годичных слоев. Годичные слои у соседних досок должны быть обращены в разные стороны. Это значительно сокращает коробление древесины.

Расположение годичных слоев не должно быть взаимно перпендикулярным, ибо это тоже способствует повреждению склейки, так как степень усыхания и увлажнения вдоль и поперек волокон настолько различна, что может привести к разрушению склейки.

Для склеивания изделий из дерева пользуются столярным или казеиновым клеем.

Столярный к л е й приготовляется из отбросов кожевенных заводов и боен, которые в результате промышленной переработки дают клей с сильно склеивающей способностью. Чем прозрачнее и светлее клей, тем он лучше по качеству.

Столярным клеем работают, когда он находится в горячем, жидком состоянии. Для этого, размельчив плитки клея на кусочки, их кладут в посуду и заливают водой в пропорции по весу примерно: на одну часть клея берется три-четыре части воды. Через 10—12 часов, когда клей разбухнет, его нагревают, помешивая, но не доводя до кипения.

Соединение изделий из древесины

Различают следующие основные виды сопряжений деталей из древесины: сплачивание, сращивание и наращивание элементов : длине, примыкание элементов под углом, пересечение элементов. На рисунках 16, 17, 18 и 19 показаны основные, наиболее часто встречающиеся в конструкциях юных техников виды столярных соединений.

Соединение деталей изделий из древесины производится обычно на клею, гвоздях и шурупах, реже на болтах.

Склеивание деталей. Для склеивания древесины применяется столярный или казеиновый клей. При правильной склейке прочность по шву не уступает прочности самой древесины.

Склеивать можно только те детали, которые изготовлены из сухой древесины, так как повышенная влажность ее значительно снижает прочность соединения. Склеиваемые поверхности необходимо тщательно подогнать друг к другу, чтобы шов был тонкий и повсюду одинаковый по толщине. Прочность соединения увеличивается, если склеиваемые поверхности сделать шероховатыми (например, при помощи рашпиля) .

Для прочности склейки большое значение имеет чистота склеиваемых поверхностей,' отсутствие на них пыли, грязи, жира, остатков старого клея. Из тех же соображений не следует трогать подготовленные к склеиванию поверхности руками.

Столярный клей на склеиваемые поверхности нужно наносить обязательно в подогретом состоянии (при температуре 40—70°), быстро и тонким слоем. Прочность соединения увеличивается, если склеиваемые поверхности перед нанесением на них клея немного подогревают. Такой подогрев особенно рекомендуется при склеивании больших поверхностей.

После нанесения клеевого раствора склеиваемые детали немедленно соединяют и плотно прижимают друг к другу в зажимах верстака или при помощи специальных приспособлений (рис. 20) — струбцинок, вайм, сулаг, винтовых прессов, клиновых зажимов. Мелкие детали можно связывать прочными нитками или сжимать пружинными зажимами для белья (защепками). Во многих случаях для сжимания склеенных деталей применяют какой-нибудь груз. Под прессом склеенные детали должны оставаться в сухом и теплом помещении от 12 до 24 часов, но не менее 6—8 часов. Обрабатывать склеенные детали можно только после того, как они полностью просохнут. Густота клея зависит от породы древесины, из которой изготовлены склеиваемые детали, и от'взаимного расположения волокон древесины. Так, при склеивании плотных пород древесины — дуба, бука, клена, ясеня — клей нужно разводить жиже, чем при склеивании менее плотных пород — липы, сосны, ели, березы. Для повышения прочности склейки деталей, в которых плоскости швов расположены поперек волокон древесины, следует сухие и подогретые торцы проклеить жидким раствором клея (так называемой проклейкой). Только после того как этот слой клея высохнет, детали склеивают обычным способом.

При изготовлении различных моделей и приборов юные техники применяют для склеивания древесины и казеиновый клей. В отличие от столярного клея казеиновый клей не подогревается. В остальном все основные правила — подготовка поверхностей, порядок склеивания — при использовании казеинового клея те же, что и для столярного.

При сборке на клею своих моделей юные авиамоделисты и судомоделисты применяют специальный клей АК-20 и нитроцеллюлозный клей — эмалит. Последний представляет собою светлый (то-есть неокрашенный) нитролак, используемый в производстве для нанесения на изделие первого лакового покрытия. Порядок склеивания остается тот же.

Соединение на гвоздях и шурупах наиболее простой и доступный способ соединения отдельных деталей из древесины (рис.21). Гвозди и шурупы широко применяют также для крепления на деревянных основаниях различных металлических деталей.

Чтобы соединения на гвоздях были прочными, нужно правильно подобрать размеры гвоздей, их количество и направление забивки. Гвозди, забитые в торец детали, то-есть вдоль волокон древесины, держатся слабее, чем те, которые забиты перпендикулярно древесным волокнам.

Руководитель кружка должен предостеречь юных техников от забивки нескольких гвоздей вдоль одного слоя древесины, так как это может вызвать раскалывание древесины. Расколоть древесину может и слишком толстый гвоздь или гвоздь, забитый слишком близко к торцовому краю доски, бруска или рейки.

Прибивают гвоздями всегда более тонкую деталь к более толстой: доску или тесину к бруску, фанеру к доске или бруску и т. д. Гвозди подбираются так, чтобы их длина была в 2,5—4 раза больше толщины прибиваемой детали (чем толще прибиваемая деталь, тем меньше относительная длина гвоздей, . используемых для ее прибивания) .

Прочность соединения деталей возрастает, если гвозди забиваются «ласточкиным хвостом», то-есть в разных плоскостях.

Для увеличения прочности соединения прибивание деталей гвоздями часто комбинируют со склейкой.

Если длина гвоздей превышает общую длину соединяемых деталей и гвозди проходят насквозь, конец каждого гвоздя загибают крючком и забивают в поверхность детали (рис. 21,в).

Шляпки головок гвоздей . обычно портят внешний вид изделия. Поэтому.их стараются «утопить» на несколько миллиметров под поверхность детали, а получившиеся углубления зашпаклевать. Для этого каждый гвоздь перед его забивкой «укладывают плашмя на какой-нибудь массивный металлический предмет — наковальню, плиту или обух топора — и расплющивают его головку молотком. Затем гвоздь забивают так, чтобы плоскость его расплющенной головки совпала с направлением волокон древесины. Забитый гвоздь загоняют еще на несколько миллиметров. Для этого на его шляпку укладывают боком головку другого гвоздя и ударом молотка по последней углубляют забитый гвоздь.

Когда необходимо прибить тонкие реечки, штапики и другие детали или когда эти детали предварительно склеивают, головки гвоздей откусывают кусачками.

Для извлечения забитых гвоздей пользуются клещами или специальным молотком, имеющим для этой цели захват — гвоздодер. Для предохранения поверхности изделия от повреждений под клещи и молоток подкладывают при извлечении гвоздей обрезки фанеры или деревянные бруски

Сборку деревянных конструкций различных моделей и приборов, особенно когда отдельные детали конструкций должны быть съемными, часто производят при помощи шурупов.

При сборке конструкций на шурупах (рис. 22) сначала производят разметку, то-есть устанавливают места расположения шурупов. Затем в верхней детали под каждый шуруп просверливают шилом, буравчиком или сверлом отверстие, диаметр которого должен быть равен или чуть-чуть меньше диаметра верхней цилиндрической части шурупа. В нижней детали под шурупы просверливают отверстия вдвое меньшего диаметра. При завинчивании в древесину шурупы нарезают в ней резьбу, благодаря которой они плотно стягивают соединяемые детали и хорошо в них держатся.

Иногда для достижения особой прочности конструкции сборку деталей проводят на клею и шурупах одновременно.

Клеевые соединения дерева

Из досок ограниченных размеров можно склеивать конструкции любых размеров и форм. Для склеивания используется маломерная древесина и древесина пониженного качества с удалением сучков и пороков. Клеевые конструкции могут быть прямыми, изогнутыми, постоянного, переменного, профильного сечений, длиной до десятков метров и высотой поперечного сечения, измеряемой метрами. Клеевые соединения прочны и монолитны, их податливость так мала, что ее не учитывают, поэтому клееные элементы рассчитывают как элементы цельного сечения (рис. 18). Эти соединения водостойки, стойки против загнивания и в химически агрессивных средах, что обеспечивает их надежность и долговечность. Для склеивания используются доски толщиной не более 50 мм и шириной по пласти не более 180 мм. Доски с большими размерами при усушке и разбухании коробятся. При этом возникают растягивающие поперек волокон напряжения, которые разрушают клеевые швы. Доски должны иметь влажность не более 10±2%. Перед склеиванием доски острагивают. Причем глубина острожки должна быть не менее 3 мм так, чтобы клеевой шов получился максимально тонким (не более 0,1 мм).

При склеивании соединений во избежание коробления конструкции, учитывают направление волокон и годичных слоев древесины склеиваемых деталей. Склеивая заготовки, кромка к кромке, годичные слои соседних брусков и дощечек располагают так, чтобы сердцевина и заболонь одной дощечки примыкали к сердцевине и заболони другой. При склеивании пластями направление годичных слоев в кромках соседних дощечек должно быть противоположным. Чтобы склеенный шов был менее заметен, в клей добавляют минеральные пигменты соответствующего древесине цвета — от 8 до 10% (по объему).

Для склеивания досок применяются клеи на основе термореактивных смол. Для склеивания древесины с металлом применяется эпоксидный клей ЭПЦ-1.

Технология склеивания состоит из нескольких процессов. Сначала доски из массива древесины распиливается на бруски, эти бруски фугуются так, чтобы боковые кромки примыкали друг к другу без зазора. Затем поперечными распилами из брусков выпиливают сучки и пороки древесины. Далее бруски собирают в пакет с ориентированием годовых слоев. Пакет разбирается, на торцах брусков делают зубчатый стык (гребенку), склеиваемые поверхности промазываются клеем, пакет вновь собирается и запрессовывается струбцинами.

Клей наносят равномерно на обе склеиваемые поверхности. Нанесение клея только на одну сторону клеевого шва не обеспечивает равномерного смачивания другой стороны, что приводит к непроклеенным пятнам и снижению прочности всего изделия. Так же не рекомендуется и через чур, обильное нанесение клея. Это приводит к его выдавливанию при запрессовке и затрате времени на его удаление. После нанесения клея, склеиваемые изделия выдерживают некоторое время, определенное изготовителем клея. За это время из клея испаряется излишняя влага, а концентрация клеящего вещества нарастает. Особенно выдержка необходима для жидких клеев или при высокой температуре клея и воздуха помещения. Поспешная склейка приведет к чрезмерному выдавливанию клея и образованию «голодной» склейки. И наоборот, в холодном помещении или густом клее время выдержки должно быть уменьшено, вплоть до немедленной склейки. В холодном помещении рекомендуется прогреть склеиваемые детали, но не более чем до 45°С, т.к на перегретой древесине клей может быстро высохнуть, образуя сухие пятна. По той же причине в помещении не допускаются сквозняки и запыленность.

После нанесения клея детали соединяют, плотно прижимают друг к другу и стягивают струбцинами, тисками или кладут под пресс. Самая примитивная струбцина получается из двух досок с просверленными отверстиями и вставленными в них болтами. Для костных клеев рекомендуется поддерживать давление от 0,1 до 0,4 МПа, при склеивании мездровым клеем давление может быть от 0,1 до 1,2 МПа. Величина давления во многом зависит от густоты клея. Давление более 1,2 МПа не рекомендуется, так как ведет к усадке древесины и требует сложного оборудования.

После склеивания досок на боковых поверхностях элементов образуются провесы, которые удаляют фрезерованием. Предел прочности клеевых швов на растяжение невелик, он примерно соответствует прочности древесины растяжению поперек волокон. Необходимо тщательно соблюдать технологию склеивания. В этом случае адгезия (сцепление клея с древесиной) будет достаточна и возможные разрушения будут проходить не по клею, а по древесине.

Виды клеевых соединений древесины

Среди соединений древесины наибольшее распространение получило клеевое. Это связано с тем, что с помощью клея можно из маломерной и низкокачественной древесины получить изделия практически любой формы, крупных размеров, высокого качества, экономичного профиля.

Клееные деревянные конструкции менее подвержены короблению, чем изготовленные из целого куска древесины, а прочность их, как правило, выше за счет перераспределения пороков и наличия клеевых прослоек. Соединение деталей производится по длине, ширине, толщине и в угол.

Соединение по длине

Склеивание древесины в торец очень непрочно, поэтому при соединении отрезков по длине приходится заменять его склеиванием другого типа. С этой целью применяется соединение деталей на ус и на зубчатый шип.

Соединение на ус.

Прочность соединения зависит от длины уса: чем ус длиннее, тем больше соединение приближается к пластовому типу склеивания и тем выше его прочность. Однако при этом увеличивается расход древесины. Для изделий повышенной прочности длина уса принимается равной 10. 12 толщинам деталей, в остальных случаях восьми толщинам. При растяжении или сжатии усового соединения в нем возникают нормальные и сдвигающие напряжения.

Нормальные напряжения, МПа: а = P sin α 102/F. Сдвигающие напряжения, МПа: τ = Р sin 2 α 102/2F, где Р - растягивающее или сжимающее усилие, Н; α - угол скоса уса, град; F - площадь поперечного сечения склеенных элементов, см2. Эти уравнения можно использовать для расчета при условии, что толщина клеевой прослойки не более 0,01 толщины склеиваемых элементов. Если толщина клеевой прослойки составляет 0,1 толщины элемента, концентрация напряжения в клеевой прослойке достигает 1,5.

Соединение на зубчатый шип.

Расход материала в соединении на зубчатый шип меньше, чем в соединении на ус, при той же прочности. Сдвигающие напряжения в клеевых швах зубчатых шипов при растяжении определяются так же, как для усового соединения. Благодаря симметричности скосов концентрация напряжений и неравномерность толщины клеевой прослойки мало влияют на прочность зубчатого соединения.

Все соединения, будь то плотничные или столярные, называются посадками, потому что в их основе лежит принцип насаживания детали с шипом на деталь с пазом. В зависимости от того, как плотно соприкасаются детали в креплении( виды соединения древесины ), все посадки разделяются на напряженные, плотные, скользящие, свободные и очень свободные.

Есть еще одно определение такого соединения – наращивание. Оно характеризуется тем, что все детали скрепляют между собой в торцевой части, при этом увеличивается длина целой детали. В зависимости от типа крепления такие торцевые соединения выдерживают большие нагрузки при сжатии, растяжении и изгибе. Обычная целая доска во многом уступает доске, полученной при наращивании.

Т орцевое соединение деталей, сопротивляющееся сжатию, может иметь различную конструкцию. Основная особенность этого соединения состоит в том, что каждый брусок обладает и накладкой, и пазом, которые чаще всего делают равными и по толщине, и по длине. Если нет уверенности в прочности будущего соединения, можно дополнительно усложнить его шипами или различными стыками, например стыком в тупой угол. Но это соединение потребует дополнительного клеевого крепления или крепления с помощью гвоздей и шурупов.

Торцевое соединение деталей, сопротивляющееся растяжению, в основе своей конструкции содержит накладку в замок. Сначала чертят накладку, затем на одной детали делают паз, а на другой – выступ. Именно этот замок и позволяет обеим половинам не разъединяться. Так же как и соединение, сопротивляющееся сжатию, этот тип соединения может иметь прямую накладку Боковые соединения

Боковые соединения называют еще сплачиванием. Чаще всего такое соединение используют при устройстве полов, дверей или ворот. Это достаточно прочное соединение. Большие массивы, которые получают в результате такого соединения, дополнительно крепят поперечными досками или щитамиУгловые соединения

Такой тип креплений чаще всего используют в креплении оконных, дверных блоков, парниковых рам, элементов скамеек и качелей. Угловое соединение отличается от других тем, что сплачиваемые детали располагают по отношению друг к другу под углом в 90°. В зависимости от использованных креплений все угловые соединения разделяют на соединения на шип и на ус.

Угловые соединения могут быть Т‑образные и L‑образные.

L‑образные угловые соединения (они также носят название концевых) имеют множество вариантов: от простого – вполдерева, до наиболее прочного – на тройной шипТ‑образное соединение названо так из‑за своего внешнего вида. После закрепления деталей вставная деталь как бы вырастает из массива другой. Чаще всего такой тип соединения используют при сопряжении лаг перекрытий и перегородок с обвязкой дома. Угол, при котором соединяют детали, обязательно должен быть 90°. При других углах соединение получается непрочным и очень быстро приходит в негодность.

Среди множества разновидностей Т‑образного соединения два типа встречаются чаще других

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎