Гнутье. Сравнительный анализ различных методов получение криволинейных заготовок. Перечень технологических операций процесса гнутья.

Криволинейные детали из цельной древесины можно изго­товлять двумя принципиально различными способами: выпи­ливанием криволинейных заготовок и приданием прямолиней­ному бруску изогнутой формы путем загибания его на шаб­лоне. Оба способа - применяются на практике и имеют свои преимущества и недостатки.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается просто­той технологии и не требует специального оборудования. Од­нако при выпиливании неизбежно перерезают волокна древе­сины, и это настолько ослабляет ее прочность, что детали большой кривизны и замкнутого контура приходится состав­лять из нескольких элементов склеиванием. На криволинейных поверхностях получаются полуторцовые и торцовые поверхно­сти срезов и в связи с этим ухудшаются условия обработки на фрезерных станках и отделки. Кроме,, того, при раскрое полу­чается большое количество отходов.

Изготовление криволинейных деталей методом гнутья тре­бует по сравнению с выпиливанием более сложного технологи­ческого процесса и оборудования. Однако при гнутье полно­стью сохраняется и даже в некоторых случаях повышается прочность деталей; на их гранях не создаются торцовые по­верхности, а режимы последующей обработки гнутых деталей не отличаются от режимов обработки прямолинейных деталей.

Теоретические основы гнутья. Сущность явлений, происхо­дящих при гнутье древесины, в основном сводится к следую­щему. Из курса сопротивления материалов известно, что при изгибе любого тела в пределах упругих деформаций возни­кают нормальные к поперечному сечению напряжения: растя­гивающие на выпуклой и сжимающие; на вогнутой стороне. Между зонами растяжения и сжатия находится нейтральный слой, нормальные напряжения в котором равны нулю. По­скольку величина нормальных напряжений изменяется по се­чению, возникают скалывающие напряжения, стремящиеся как бы сдвинуть одни слои детали относительно других. Так как этот сдвиг невозможен, изгиб неизбежно сопровождается растяжением на выпуклой и сжатием на вогнутой стороне детали.

Величина возникающих деформаций растяжения и сжатия зависит от толщины бруска и радиуса изгиба. Допустим, что брусок прямоугольного сечения изогнут по дуге окружности и что деформации в бруске прямо пропорциональны напряже­ниям, а нейтральный слой находится в середине бруска.

Обозначим толщину бруска Н, начальную длину его через /о, радиус изгиба по нейтральной линии через К (рис. 93).

 

 

Рис. 93. Изгиб бруска:

а — деформации при изгибе; б — гнутье заготовки с шиной по шаблону; / — шаблон; 2 — насечки; 3 — прессующий ролик; 4 — шина

 

В технологический процесс гнутья древесины входят гидро­термическая обработка, гнутье и сушка изогнутых деталей для стабилизации приданной формы. В общий технологический процесс изготовления изделий не всегда входит процесс гнутья. Чаще всего оно следует за раскроем. Технологический процесс происходит так: раскрой на заготовки, гидротермическая обра­ботка заготовок, гнутье, сушка и механическая обработка гну­тых заготовок. В некоторых случаях гнутью подвергают уже ча­стично обработанные детали.

К качеству древесины заготовок для гнутья предъявляют повышенные требования: рационально раскраивать древесину по предварительной разметке, не допускать в заготовках дефектов, вызывающих брак гнутья. Заготовки необходимо вырезать только из здоровой древесины. Отклонение направления волокон от оси бруска (косослой) не должно превышать.5-10°. При раскрое следует добиваться, чтобы продольные резы шли по возможности вдоль волокон обреза доски.

При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки, в том числе и здоровые, вполне сросшиеся с древесиной. При гнутье с одновременным прессованием сучки допускаются в довольно больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Нормы допускаемых пороков указываются в технических условиях на изделия. Выкраивать заготовку следует с учетом припусков на последующую обработку. Для гнутья с одновременным прессованием, кроме припуска на механическую обработку, должен учитываться припуск на упрессовку поперек волокон.

Гидротермическая подготовка. Гидротермическая подготовка перед гнутьем необходима для того, чтобы повысить пластичность древесины. Под пластичностью понимают свойство древесины изменять свою форму без разрушения под влиянием внешних сил и сохранять эту форму после прекращения действия этих сил.

 

Способы и оборудование для гнутья древесных материалов разнообразны. Однако во всех случаях необходим шаблон, вокруг которого изгибается заготовка и профиль которого определяет форму ее изгиба. Только при использовании точного шаблона можно получить гнутые детали заданной формы.

Применяемые для гнутья массивных брусков гнутарные станки можно разделить на два типа: станки для гнутья на неполную окружность и станки для гнутья на полную окружность.

 

 

Прессование древесины.

Одним из прогрессивных методов механической обработки древесины является прессование. Прессование основано на силовом воздействии на древесину с использованием ее пластических свойств. Прессуют древе­сину для получения сложных форм или для уплотнения. Прес­сование широко используют для получения деталей декора в мебельной промышленности для получения из древесины ма­териалов, заменяющих цветные металлы для машиностроения и изоляционные материалы в электротехнической промышлен­ности. Спрессованная древесина обладает более высокими фи­зико-механическими показателями, чем натуральная. Прессо­вание характеризуется степенью упрессовки, которая опреде­ляется по соотношению размеров деталей из древесины до прессования и после прессования. Степень упрессовки вычис­ляется по формулам:

ε = (hнач-hк)/ hнач

ε = (hнач-hк)/ hк (104)

где ε и ε_о — степени упрессовки, определяемые для начального или конечного размера; h_нач— размер детали до прессования h_к — после прессования.

Степень упрессовки иногда выражают в процентах. Практи­чески прессование древесины производят до 40 % упрессовки. Древесина поддается прессованию легче поперек волокон при гидротермической подготовке, повышающей ее пластичность.

Древесина становится более пластичной при влажности около 30% и повышенной до 160 ⁰ С температуре. Более высокая температура приводит к пиролизу древесного вещества. Стабилизация формы, полученной при прессовании, обеспечивается охлаждением и последующей сушкой до влажности не выше 12%. При прессовании древесины происходит деформирование ее клеток. При этом наблюдаются три фазы деформирования. В начальный момент прессования древесина находится в стадии упругой деформации сжатия клеток е примерно равно до 6%. Во второй фазе прессования тонкие стенки клеток разру­шаются и наступает стадия пластической деформации при е от 6 до 30%, в третьей фазе — при е от 30 до 40%— разруша­ются более толстые стенки клеток и уплотняются полости кле­ток, деформированных во второй фазе. На рис. 96, а приведена зависимость деформации от напряжений при прессовании дре­весины, где показаны фазы прессования. Прессование разли­чают по направлению усилий: плоское — одноосное; контурное и объемное — гидростатическое. На рис. 96, б показаны схемы этих видов прессования древесины. Степень упрессовки увеличивается с увеличением напряжений и умень­шается с увеличением модуля упругости, вязкости и скорости нагружения. Чаще всего используют плоское и контурное прес­сование. Плоское прессование можно осуществлять с пресс-формой, ограничивающей форму прессуемой детали, или без нее. Необходимое усилие для прессования определяется в за­висимости от размеров детали и требуемой степени упрессовки.

Основные моменты технологии прессования древесины:

- вследствие прессования увеличивается плотность (вплоть до 1,3 кг/см3) и прочность древесины,
- прессование поперек волокон древесины осуществляется легче, чем вдоль,
- влажность(до 30%) и повышенная температура (до 160 град.С) улучшают пластичность и способствуют осуществлению процесса прессования,
- разные породы древесины в процессе прессования ведут себя по разному,
- объемное прессование сопровождается трением древесины о поверхности прессформы.