Соединения пайкой и склеиванием

При соединении пайкой в отличие от сварки место спайки нагревается лишь до температуры плавления припоя, которая намного ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Соединение деталей получается благодаря заполнению зазора между ними расплавленным припоем (рис. 4).

Рисунок 4 – Процесс пайки

 

Швы неразъемных соединений, получаемые пайкой и склеиванием, изображают условно по ГОСТ 2.313— 82 (СТ СЭВ 138—81) (рис. 5).

Рисунок 5 – Обозначение пайки и склеивания на чертежах

а,б,в) – обозначение паяных швов на чертеже; г,д, е) – обозначение клеевых швов на чертеже

 

Припой или клей в разрезах и на видах изображают линией в два раза толще основной сплошной линии. Для обозначения пайки или склеивания применяют условные знаки, которые наносят на линии-выноске от сплошной основной линии. Швы, выполненные пайкой или склеиванием по периметру, обозначаются линией-выноской, заканчивающейся окружностью диаметром 3...5 мм.

Соединения древесины

Древесина более стойка к сжимающим, растягивающим и изгибающим нагрузкам, чем к скалывающим и расщепляющим. Чем более активно нагружен узел, тем тщательней должна быть продумана конструкция соединения деталей.

Клеевые соединения

Наиболее целесообразным приёмом повышения прочности узла крепления является применение клея. Чем больше площадь клеевого слоя, тем прочнее соединение. Однако, клеевые швы зачастую бывают нестойки к ударным нагрузкам, и их необходимо прятать вглубь изделия, скрывая от раскалывания наружным слоем древесины.

В столярных соединениях используют природные и синтетические виды клеев. Природные клеи имеют животное, минеральное или растительное происхождение. Синтетические клеи изготавливают из искусственных компонентов в промышленных условиях.

Природные клеи, применяемые в деревообработке, - это глютеиновые (костные и мездровые) и казеиновые. Их изготавливают из животного сырья.

Мездровый клей имеет в своей основе подкожный клейкий слой шкур – мездру. Костный клей изготавливают из костей животных. Глютеиновые клеи бывают четырех сортов: высшего, первого, второго и третьего. Глютеиновые клеи не используют для сборки конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности.

Казеиновые клеи изготовлены из молочных продуктов. Основным компонентом в них является казеин – молочный белок. В зависимости от того, какие компоненты добавлены в казеиновый клей, различают его марки и сорта. В состав казеинового клея первого и второго сорта входят, помимо казеина: гашеная известь, фтористый натрий, медный купорос и керосин. Казеиновый клей нестоек к повышенной температуре и недолговечен.

Синтетические клеи имеют большее распространение в столярном производстве, чем природные. К ним относят карбамидные, меламино‑мочевиноформальдегидные и др. Синтетические клеи прочны, водостойки, не склонны к загниванию и т.п.

Эпоксидный клей является универсальным клеящим составом для древесины всех пород. Он дает прочный шов, технологичен в использовании. Недостатком эпоксидного клея являются повышенные требования к подготовленным под склеивание поверхностям. Время отвердевания эпоксидного клея при температуре воздуха 20°C составляет 24 ч, при 60°C – 4 ч, а при 120°C – 2 ч.

Клей ПВА (поливинилацетатная дисперсия) дает пластичное прочное соединение, прочность клеевого шва в котором превосходит прочность древесины основы. Разрушение изделия, содранного при помощи клея ПВА, происходит по телу детали, а не по клеевому шву. Клей технологичен, быстро схватывается, не портит внешний вид готового изделия, поскольку после высыхания становится прозрачным. Клей ПВА может применяться для склеивания любых деревянных деталей.

Соединять детали можно как путём непосредственного приклеивания одной детали к другой по поверхности контакта (неконструктивное соединение) и за счёт врезки одной детали в другую (конструктивное соединение).

Конструктивные соединения прочнее неконструктивных, но они более трудоёмки в исполнении. Конструктивные соединения используют при изготовлении мебели, деталей интерьера, декоративно-функциональных изделий, воспринимающих различного рода нагрузки. Неконструктивные соединения применяют для менее ответственных изделий, несущих, чаще всего, чисто декоративную функцию (небольшие настенные рамки, статуэтки).

Конструктивные соединения бывают трёх типов: угловые соединения; сплачивание; сращивание.

Угловые соединения

Угловым называют соединение, при котором детали сопряжены под углом.

Шиповые соединения

Самым распространенным типом углового соединения путём врезки является соединение на шип. Шип ом называют технологический выступ на конце одной из соединяемых деталей, вставляемый в прорезанное в другой детали отверстие. Глухое отверстие называется гнездом, а сквозное - проушиной. На рисунке 6 показаны основные элементы шипового соединения.

 

а)

а)

в)

б)

 

Рисунок 6 – Элементы шипового соединения

а) шип; б) гнездо; в) проушина

1) торец шипа; 2) заплечики; 3) щёчки; 4) дно проушины

 

Шиповые соединения делят на следующие виды: концевые, серединные (тавровые) и ящичные (рисунок 7).

Угловые соединения составляют подавляющее большинство узлов столярных изделий.

а)

б)

в)

Рисунок 7 – Виды угловых шиповых соединений

а) концевое; б) срединное (тавровое); в) ящичное

 

В зависимости от требований прочности и размера деталей и изделия применяют разное количество шипов для соединения: одинарные шипы, двойные, тройные и более. От количества шипов зависит площадь склеивания.

Шип называется прямым, если его стороны параллельны пластям соединяемых брусков. У косого шипа одна или несколько сторон непараллельныпластям соединяемых брусков. Шип "ласточкин хвост" в плане имеет форму трапеции. Его применяют для соединения деталей, на которые будут воздействовать вырывающие или растягивающие силы.

По характеру взаимного расположения соединяемых деталей шипы делят на открытые, с потёмком и с полупотёмком. Открытым называют сквозной шип, который вставлен в проушину так, что при взгляде на собранный узел, видны его торец и боковая сторона. Открытый шип по высоте соответствует высоте сопрягаемых брусков (рисунок 8, а-в). Шип, выполненный с потёмком, снаружи в собранном узле не виден. По высоте и толщине выполненный с потёмком шип меньше сопрягаемых брусков (рисунок 8, е, ж). У собранного в полупотёмок соединения, за счет ступенчатой формы шипа, на верхней части соединения видна выступающая часть шипа (рисунок 8, г, д). Выполненные с потёмком и с полупотёмком шипы могут быть сквозными и несквозными.

При выполнении шиповых соединений необходимо соблюдать ряд важных правил и требований:

- Шип должен плотно, с ощутимым при соединении вручную натягом, входить в гнездо (проушину) без возможности сдвига;

- При несквозном соединении длина шипа должна быть меньше глубины гнезда, чтобы избежать деформирования деталей;

- С торцевых рёбер шипа должны быть сняты фаски, чтобы избежать замятия края гнезда при соединении;

- При открытом соединении длина шипа должна превосходить глубину проушины для достижения аккуратного внешнего вида изделия при последующей обработке;

- Заплечики шипов и проушины должны располагаться на одинаковом уровне во избежание перекосов. От точности и тщательности проработки формы и размеров заплечиков шипов и проушин зависят внешние и эксплуатационные характеристики будущего изделия.

 

Рисунок 8 - Шиповые соединения

а) на шип открытый сквозной одинарный; б) на шип открытый сквозной двойной; в) на шип открытый сквозной тройной; г) на шип с полупотемком несквозной; д) на шип с полупотемком сквозной; е) на шип с потемком несквозной; ж) на шип с потемком сквозной; з) на шип круглый вставной (шкант)

 

Угловые соединения других типов

Помимо шиповых в столярном деле зачастую используют другие типы соединений.

Соединение вполдерева заключается в прорезании в соединяемых деталях пазов вполовину их толщины. Стыкуя между собой обработанные таким образом детали, образуют угловые соединения, как концевые, так и срединные (рисунок 9).

а)

б)

Рисунок 9 – Угловые соединения вполдерева

а) концевое; б) срединное (тавровое)

 

 

а)

б)

в)

г)

 

Рисунок 10 – Угловые соединения на ус

а) впритык на клею; б) впритык со вставным шипом; в) внакладку вполдерева; г) со сквозным шипом

 

Соединения с дополнительными элементами

Для изготовления различных рамок, оконных рам, элементов интерьера используют угловое концевое соединение на ус. При соединении на ус сопрягаемые детали срезают под углом 45°, после чего соединяют их обработанными концами так, чтобы получился прямой угол. Соединение на ус может быть впритык на клею, а так же впритык со вставным шипом, внакладку вполдерева, со сквозным шипом (рисунок 10).

Для упрочнения узлов крепления в деревянных конструкциях применяют дополнительные вставные элементы.

Соединения на вставных элементах являются более технологичным аналогом шиповых соединений. При таком типе соединения обе сопрягаемые детали выполняются с одинаковыми конструктивными соединительными отверстиями (гнёздами, пазами, проушинами), в которые потом вставляют соединительный элемент (шкант, вставной шип, рейку) (рисунок 4, з).

Вставные элементы изготавливают как из древесины твердых пород, так и из металла.

Нагели – гвозди из древесины твердолиственных пород.

Вставной шип – шип, вставляемый в гнёзда соединяемых деталей для упрочнения узла. Вставные шипы имеют различную конфигурацию. Разновидностью вставного шипа является шкант.

Шканты – вставные круглые шипы. Нагелями и вставными шипами соединяют детали конструкций, таких, как корпуса мебели, архитектурные элементы.

Клин – деревянный вставной элемент, применяемый для закрепления деталей конструкций.

Шпонка (рейка) - это длинный, плоский шип, проходящий по всей длине детали. Вставные рейки используют для соединения деталей по ширине (сплачивания).

Металлические крепёжные элементы широко используются для соединения деталей столярных изделий, в особенности в мебельном производстве. Металлические крепежи упрочняют узлы изделия, повышая их сопротивляемость нагрузкам. Для соединения деталей используют такие металлические элементы, как гвозди, шурупы, конфирматы, хомуты, уголки.

 

Сплачивание

Соединение деталей по ширине называют сплачиванием. Сплачивания собирают столярные и мебельные щиты и плиты путем соединения по кромкам реек, ламелей или досок (делянок). Максимальная ширина сопрягаемых делянок составляет 100 мм.

 Сплачивание может производиться на гладкую фугу, в четверть, на вставные шипы, в паз и гребень (рисунок 11). Форма паза и гребня может быть разной: прямоугольной, треугольный и «ласточкин хвост».

При сплачивании важно учитывать конфигурацию сопрягаемых кромок, направление волокон, положение древесины детали в той части, из которой она была вырезана.

Сплачивание на гладкую фугу (впритык) предполагает гладкие боковые кромки делянок. Кромки выравнивают и склеивают. Это экономичный, надёжный и технологичный способ соединения (рисунок 11, а).

 

б)

г)

в)

а)

Рисунок 11 – Сплачивание

а) на гладкую фугу; б) на шкантах; в) в паз и гребень; г) в четверть

 

Соединение делянок при помощи вставных шипов – более технологически сложный способ сплачивания, но прочность такого соединения на изгиб выше, чем при соединении на гладкую фугу (рисунок 11, б). В кромках соединяемых делянок выбирают гнёзда одинаковой конфигурации, после чего в них вставляется шип. Диаметр круглого шипа должен составлять не более половины толщины делянки, а его длина — около 10 диаметров. Расстояние между шипами не должно превышать 100—150 мм.

Помимо шкантов при сплачивании также используют плоские шипы. Толщина плоского шипа не должна быть больше, чем 1/3 толщины сопрягаемых делянок; длина — вдвое, а ширина в один-два раза больше толщины.

Кромки делянок при сплачивании в четверть обрабатывают таким образом, чтобы образовались уступы, равные по высоте половине толщины делянки (рисунок 11, г). Уступы совмещают и проклеивают. Сплачивание в четверть дает прочный шов, стойкий к воздействию различных нагрузок. Однако, это способ неэкономичен и требует серьезных затрат материала и технологических мощностей.

Сплачивание в шпунт и гребень (рисунок 11, в) можно рассматривать как вариант шипового соединения, при котором длина шипа (гребня) и гнезда (шпунта, паза) намного превышает ширину и толщину. При таком соединении в кромке одной делянки выбирают шпунт размером не более одной трети толщины делянки, а в кромке другой – гребень.

Форма гребня и паза может быть прямоугольной, трапециевидной, треугольной, «ласточкин хвост». Отличие трапециевидной формы гребня от формы «ласточкин хвост» состоит в том, что гребень «ласточкин хвост» имеет форму, обратную трапециевидной. То есть его форма расширяется к свободному (торцевому) концу, а у трапециевидного гребня она к торцу, наоборот, сужается. Наиболее прочным соединением является соединение на шпунт и трапециевидный гребень и сплачивание в «ласточкин хвост».

Более экономичным является сплачивание на рейку. При сплачивании на рейку пазы делаются в обеих делянках, а соединение осуществляется при помощи вставной рейки, которая вставляется в оба смежных паза. Ширина паза и рейки должна составлять примерно 2/3 от толщины делянки.

 

Сращивание

При сращивании детали соединяют по длине. Используется несколько видов сращивания: впритык, на «ус», вполдерева, а также целый ряд шиповых и замковых соединений.

Сращивание впритык выполняется по той же технологической схеме, что и сплачивание на гладкую фугу, только сопряжению подлежат не кромки, а торцы деталей. Сращивание впритык не дает прочного соединения, и изделие, выполненное по такому принципу, не должно претерпевать серьезных нагрузок.

Сращивание на «ус» представляет собой соединение деталей, сопрягаемые торцы которых образуют с кромками и пластями деталей острый угол.

При сращивании используются разнообразные шиповые соединения. При увеличении числа шипов увеличивается площадь склеивания, и, соответственно, прочность соединения. Шипы могут быть также круглыми или прямоугольными.

Наиболее прочным и распространенным способом соединения деталей при сращивании является клееное зубчатое соединение (рисунок 12). При таком соединении длина шипа (зубца) должна быть больше его шага (ширины у основания) примерно в 4 раза. По принципу клееного зубчатого соединения собирают по длине делянки для производства мебельного щита. [4-7]

 

            Рисунок 12 – Клееное зубчатое соединение       

 

Компоновка сборочных единиц

Внешний вид и качество готового изделия, состоящего из сборочных единиц и деталей, зависит от его конструктивных особенностей, технологических особенностей производства деталей и их сборки. Деревянные изделия по конструктивному признаку можно разделить на: щитовые, брусковые, рамочные, каркасные и комбинированные; по расположению в пространстве изделия делят на: линейные, плоскостные и пространственные.

Изделия линейной формы (элементы строительных конструкций, декоративные карнизы, гардины, плинтуса и т.п.) имеют длину, многократно превосходящую их ширину и толщину. Они могут быть как прямолинейными, так и криволинейными. Наиболее подходящим приемом изготовления линейных изделий является сращивание заготовок по длине.

Плоской формой обладают конструкции, у которых ширина и длина значительно больше толщины. Это различного рода оконные и дверные проёмы, паркетные плиты, стеновые панели, рамы. Плоские конструкции образуют либо путём углового соединения брусков или реек, либо путём механической обработки цельной заготовки из пиломатериала или какого-либо плитного материала. Для изготовления плоских изделий также подходят технологии обработки древесины давлением (прессование, штамповка).

К изделиям пространственных форм относятся конструкции, размеры которых сопоставимы по трем координатам. Это предметы мебели и интерьера, скульптуры, музыкальные инструменты и др.

Формирование пространственных конструкций из древесины – задача более сложная, чем при формировании плоских и линейных изделий. На соединение деталей и на принципы формирования изделия влияют различные факторы: его размеры и назначение, обрабатываемые материалы, технологии изготовления деталей. Корпус такого изделия может быть изготовлен либо из плит или щитов различной конструкции, либо из брусков или реек. В первом случае конструкцию называют щитовой (корпусная мебель), во втором – каркасной (столы, стулья). Иногда изделие проектируется с учётом сочетания различных вариантов, являя собой комбинированный тип конструкции. Отдельным типом изделий можно считать также монолитные детали и конструкции на их основе, такие, как скульптуры или объекты малой пластики.

Разрабатывая какую-либо конструкцию, нужно учитывать прочность и жесткость неподвижных узлов сопряжения деталей, обеспечивать надежность и простоту использования подвижных соединений, при этом соблюдая требования эстетики и технологичности.

Выбор соединения зависит от качества и технологии изготовления материала изделия. Изделия массой свыше 20 кг обычно делают разборными, используя соответствующие соединения. Легкие, малогабаритные изделия делают неразборными.[4-7]