Начинающим домашним мастерам будет полезно узнать о методах соединения деревянных деталей. Этой теме мы посвящаем краткий ликбез, в котором будут описаны основные виды столярных соединений и сплачиваний с использованием клея, гвоздей, саморезов или шкантов, либо вовсе без них.
Правила выбора соединения в зависимости от типа нагрузки
Наиболее просты торцевые соединения, их применяют при необходимости нарастить деталь. Лучше всего такие соединения переносят нагрузку сжатия, однако при вырубке замков специальной формы можно достичь хорошего сопротивления скручиванию, растяжению и изгибу. Стандартный вариант торцевого соединения — с подрезкой на половину толщины обеих деталей. Срез может быть прямым или косым, при необходимости препятствовать изгибу, растяжению или скручиванию на конце каждого среза нарезают шип или тупой угол, либо делают срез ступенчатым, образуя своего рода «замок».
1 — прямая накладка вполдерева; 2 — косая накладка; 3 — прямая накладка со ступенчатым стыком; 4 — накладка вполдерева с косым стыком; 5 — косой накладной замок; 6 — соединение вполдерева с косым шипом
Угловые и боковые соединения применяются для соединения прямых деталей в ферму или каркас. Обычно эта часть конструкции опорная, поэтому основные нагрузки приходятся на смещение и сжатие. Если конструкция испытывает статичную предусмотренную нагрузку, на одной из деталей нарезают прямоугольный шип, а на другой — паз или проушину соответствующих размеров. Если возможно действие на разрыв конструкции, шип и паз нарезают в форме трапеции.
Угловые соединения: 1 — с открытым сквозным шипом; 2 — с глухим закрытым шипом; 3 — со сквозным косым шипом
Накладные крестовые и Т-образные соединения используют, как правило, для дополнительных связей между ответственными деталями конструкции. Основная нагрузка в них — на сжатие, смещение и разрыв. Первые два типа нагрузки устраняются подрубкой в полдерева или меньше с последующим совмещением деталей. Плечи зарубок принимают основную нагрузку на себя, остается лишь закрепить соединение шурупами или накладными скобами. В ряде случаев для укрепления связи используют шкант или вырубают шип с клином.
1 — крестовое соединение накладкой вполдерева; 2 — крестовое соединение с посадкой в одно гнездо; 3 — Т-образное соединение с потайным косым шипом; 4 — Т-образное соединение с прямой ступенчатой накладкой
Отдельный тип соединений — ящичные. Предназначены они для соединения досок под прямым углом. Обычно для ящичного соединения на каждой доске нарезают зубья, ширина которых равна расстоянию между ними. На разных досках зубья нарезаны со смещением, поэтому при соединении угол из досок выглядит как одно целое. Зубья также могут иметь клиновидную форму, препятствующую разрыву угла в одном направлении, либо скрепляются дополнительно клеем или гвоздями.
Ящичные угловые соединения: 1 — с прямыми сквозными шипами; 2 — с косыми сквозными шипами
Как сделать шиповое соединение
Для изготовления шипового соединения нужно обвести обе детали линией разметки по всем граням на расстоянии от торца, равном ширине соединения. На двух противоположных сторонах и торце линиями отмечается тело шипа, разметка на обеих деталях полностью идентична.
Шип подрезают с боков ножовкой для поперечного реза и скалывают древесину с помощью стамески. Ширину шипа делают на 2-3 мм больше для последующей точной обработки ножом или долотом. Паз вырезают ножовкой для продольного реза и скалывают стамеской, также оставляя небольшой припуск на обработку. Далее следует подгонка, в процессе которой детали совмещают и добиваются максимально плотного прилегания.
При Т-образном шиповом соединении на одной из деталей нарезают центральный шип или паз, а на другой выдалбливают проушину или делают две боковые подрезки в зависимости от типа первой детали. Для изготовления проушины используют стамеску, обращая наклонную часть лезвия внутрь отверстия. Если проушина не сплошная, шип делаю на 8-10 мм больше глубины и обрезают его конец в форме развернутого клина. Так при забивании шип сам себя разопрет, и деталь будет прочно посажена.
Для соединения широких деталей можно использовать ящичное соединение, нарезая несколько шипов и пазов. Самый простой способ скрепить шиповое соединение — просверлить его насквозь поперек шипов и забить в отверстие деревянный шкант (оконное угловое соединение).
Как срастить доски на клею
Очень популярный метод соединения досок и брусков — продольное и поперечное склеивание. При соединении досок широкой стороной торец может быть ровным, хотя в большинстве случаев используют пазогребневый профиль. Очень важна плотная подгонка деталей, чтобы слой клея был как можно более тонким, только так можно достичь максимальной прочности. Иногда на торец, смазанный клеем, наносят небольшое количество хлопкового волокна, это повышает качество сцепки.
Доски можно соединять и в профиль, но для этого потребуется выполнить клиновидную зубчатую нарезку обоих торцов со смещением в пол зуба для разных деталей. В домашних условиях такую операцию можно выполнить с применением ручного фрезера .
Для склеивания деталей используют казеиновый клей или ПВА высокой концентрации, для придания прочности в клеящее вещество добавляют просеянную древесную муку. Поверхности покрывают клеем и выдерживают на воздухе 3-5 минут, после чего помещают под гнет или сдавливают струбцинами. Такое соединение получается прочнее самого дерева и никогда не ломается по стыку.
Как сплачивать элементы несущих конструкций
Для несущих конструкций используют два вида соединений — наращивание и сочленение. Самый простой способ срастить две детали — выполнить надрез ножовкой на половину толщины на одинаковом расстоянии от торцов, а затем сколоть топором лишнюю древесину. После сопоставления двух деталей соединение обычно скрепляют двумя накладными планками, прибитыми сбоку от разреза. Склеивание тоже возможно, но только при плотной подгонке деталей.
Надрезанные в полдерева торцы можно свести практически под любым углом, это основной метод соединения кровельных ферм. Для скрепления деталей необходима дополнительная стягивающая связь: брус прикладывают к соединенным деталям сбоку на расстоянии в 30-50 см от угла и подрубают в половину толщины по местам соприкасания, а затем скрепляют конструкцию гвоздями.
Часто вертикальные и наклонные конструкции нуждаются в опоре, например при соединении стропильной системы с балками перекрытия. В этом случае выполняется зарубка посадочных гнезд на горизонтальной балке, в которые будут вставлены стойки. Очень важно соблюдать угол наклона и делать подрубку не более чем на треть толщины бруса.
Соединения со специальными связями
Практически все столярные соединения выполняются с дополнительными укрепляющими связями. В самом простом примере роль таких выполняют гвозди или саморезы.
При наращивании деталей узел может укрепляться сквозным болтовым соединением, хомутами, скобами и глухарями, либо его просто обматывают холоднокатаной проволокой. Сращенные вертикальные опоры достаточно скрепить двумя накладными планками — деревянными или металлическими.
Угловые соединения чаще всего скрепляют скобами, накладными пластинами или уголками. В случаях, когда надо сохранить небольшую подвижность соединения, используют один сквозной болт, который либо прошивает поперек место накладки деталей, либо стягивает их в продольном направлении с минимальным отступом от накладки.
Место крепления специальной связи должно быть удалено от края не менее чем на 10 диаметров крепежного элемента и не иметь пороков. Важно помнить, что часто связи не обеспечивают общую прочность соединения, а только компенсируют неучтенную нагрузку.
Все фото из статьи
В этой статье мы сделаем обзор того, какие возможны варианты соединения изделий из дерева. А таких способов превеликое множество, от простого соединения встык до сложнейшего соединения «ласточкин хвост». Важно помнить, что не все их можно выполнить самостоятельно, но лишней нижеизложенная информация точно не будет.
Надежная сцепка — залог прочности и надежности для любой конструкции
Перечисляем допустимые варианты
Все они отличаются своей прочностью и сложностью, к примеру, корпус шкафа собирают фальцевым или стыковым соединением, реже используют совмещение «в паз» или «в ус». А вот для изготовления дверной рамы или панели пригодится мастерство шипового соединения.
Ниже перечислены способы соединения деревянных деталей.
Соединение деталей «встык»
Стыковым совмещением называют закрепление краев. Для этого обыкновенно используют крепежные средства и клей. Но стыковое соединение не очень-то надежное, поэтому его следует упрочнять, что сделать не так уж и сложно.
Крепление «встык» желательно упрочнять металлическим креплением: уголками и саморезами
Такой способ обыкновенно применяют при сборке лицевой рамы шкафа, где прочность не играет важной роли, поскольку части рамы надежно прикрепляются к самому шкафу. Соединение деревянных конструкций «встык» обычно укрепляют ламелями или нагелями, которые способны совместить отдельные части во время склейки.
Скрепление деталей «в ус»
Это совмещение имеет некоторые отличия от предыдущего. При склейке поверхности детали скашиваются под углом 45° по отношению к оси . Соединение деревянных деталей «в ус» также необходимо упрочнять с помощью дополнительного крепежа.
К сведению! Обычно такой способ объединения применяют в том случае, когда необходимо соединить два отрезка молдинга в углу.
Упрочнение соединения деталей из древесины
Как уже говорилось выше, упрочнить можно с помощью обыкновенных деревянных нагелей. Нагельные укрепления обыкновенно совершают с помощью двух нагелей, вклеенных в один и в другой конец поперечины, в вертикальные стойки, в соответствующие им гнезда. Существует определенная инструкция выполнения таких соединений:
Размечаем гнезда для нагелей:
- Для четкой разметки, необходимо подлежащие скреплению детали приложить друг к другу.
- Провести линию карандашом, отмечая места для нагелей.
- Продолжить линию на кромку каждой из заготовок, с помощью угольника.
- Высверливаем гнезда для нагелей:
- Для того чтобы гнездо расположилось ровно посредине деревянной детали, необходимо использовать кондуктор для сверления.
- Чтобы гнездо получилось необходимой глубины, необходимо использовать муфту для стопора.
Совет! Если у вас нет стопорной муфты, можно заменить ее, надев на сверло маленький кусочек пленки.
- Собираем детали:
- Необходимо нанести на нагель клей и вставить его в соответствующее гнездо первой детали.
- Соединяем детали вместе.
- Зажимаем.
- Оставляем на время, чтобы дать клею высохнуть.
Упрочнение соединения при помощи ламелей
Если сравнивать виды соединений деревянных конструкций, безусловно, выигрывает ламельное объединение. Пусть цена таких соединений будет чуточку выше, зато с ними очень легко и удобно работать.
Ламели – это спрессованное дерево в виде сплющенных шариков. Гнезда для таких шариков вырезают при помощи специальной ламельной машины. При этом отверстие получается идеальной формы. А из-за того, что ламели немного короче, нежели гнездо, совмещение деталей при склеивании получается более точным. Это очень не удобно.
Детали в изделиях из древесины можно соединить друг с другом гвоздями, шурупами или клеем.
Гвоздь - это крепежная деталь, состоящая из головки, стержня и острия. В зависимости от назначения гвозди различаются по диаметру и длине, а также по форме головки (шляпки).
Прежде чем забивать гвозди, размечают места их будущего расположения. При соединении деталей гвоздями обычно прибивают тонкую деталь к толстой. Молоток держат так, чтобы рука была на расстоянии 20-30 мм от конца рукоятки (рис. 105, а). Сначала гвоздь придерживают большим и указательным пальцами левой руки и наносят несильные удары молотком по шляпке. После того как гвоздь крепко войдет в древесину, левую руку убирают и ударяют молотком сильнее.
Рис. 105. Забивание (а) и выдергивание (5, в) гвоздей
Если гвоздь при забивании согнулся, его необходимо выдернуть клещами (рис. 105, б) или молотком со специальной прорезью на носке (рис. 105, в). Чтобы не повредить поверхность изделия, под клещи или боек молотка подкладывают дощечку.
Если концы забитых гвоздей выступают, их подгибают вокруг металлической оправки и забивают обратно в древесину (рис. 106). Это повышает прочность соединения.
Рис. 106. Сгибание и забивание выступающего конца гвоздя
Забитый гвоздь с загнутым концом выдергивают так: отверткой или стамеской отгибают загнутый конец гвоздя, выравнивают его клещами или плоскогубцами, выбивают ударами в конец гвоздя молотком и выдергивают гвоздь за головку клещами.
Правила безопасной работы
- Работайте только исправным молотком с хорошо насаженной ручкой.
- Не стойте за спиной товарища, работающего молотком.
- Ударяйте по головке гвоздя так, чтобы направление удара совпадало с осью гвоздя.
- Не оставляйте молоток на краю верстака.
Соединение шурупами
Соединение деталей шурупами более прочное, чем соединение гвоздями. Шуруп - это крепежная деталь, состоящая из головки и стержня с винтовой нарезкой (рис. 107).
Рис. 107. Шурупы с различными головками: а - полукруглой; б - потайной; в - полупотайной
Головки шурупов имеют шлицы - прямые или крестообразные канавки для завинчивания и вывинчивания шурупов отверткой. Места установки для шурупов размечают так же, как и для гвоздей.
В детали, в которую хотят ввинтить шуруп, сверлят глухое отверстие диаметром, чуть меньшим - 0,9 диаметра шурупа, на глубину, равную длине ввинчиваемой части шурупа. Для тонких шурупов отверстия прокалывают шилом.
В присоединяемой детали сверлят сквозное отверстие диаметром, немного большим диаметра шурупа.
Для потайной и полупотайной головок шурупов отверстия обрабатывают (раззенковывают) сверлом большого диаметра или специальным инструментом - зенковкой (рис. 108, а, 6).
Рис. 108. Соединение деталей шурупами. Вырезание гнезда под головку шурупа: а - сверлом; б - зенковкой. Ввинчивание шурупа отверткой: в - с полупотайной головкой; г - с потайной головкой
После сверления деталей их соединяют, шуруп ставят в отверстие и завинчивают отверткой по часовой стрелке (рис. 108, в, г).
Правила безопасной работы
- Не применяйте шуруп со сбитым шлицем.
- Пользуйтесь только исправной отверткой, соответствующей прорези шурупа.
- Шуруп ввинчивайте под прямым углом к детали.
- При ввинчивании шурупа не поддерживайте его рукой.
- После ввинчивания шурупа острые заусенцы на головке зачищайте наждачной бумагой или напильником.
Соединение деталей клеем
Многие детали из древесины соединяют с помощью клея.
Клеи бывают природные (естественные) и синтетические (искусственные). Синтетические клеи получили более широкое применение (их выпускают уже готовыми к использованию). Из синтетических клеев в школьных мастерских применяют ПВА.
Клей ПВА - вязкая жидкость белого цвета. Наносится на склеиваемые поверхности кистью или тампоном.
Из природных клеев в школьных мастерских применяют казеиновый и столярный клеи. Казеиновый клей представляет собой порошок желтоватого цвета. Его растворяют в воде и тщательно размешивают. Свежеприготовленный клей годен к применению в течение 3-4 часов, после чего он затвердевает.
Перед склеиванием поверхности деталей очищают от опилок, грязи, краски, затем намазывают клеем, выдерживают 2-3 минуты на воздухе, чтобы клей впитался в древесину и загустел, и соединяют друг с другом. Затем склеиваемые детали прижимают в струбцине (рис. 109) или в зажимах верстака и выдерживают до полного затвердевания (около 24 часов).
Рис. 109. Склеивание в струбцине: 1,2 - склеиваемые детали; 3 - клей; 4 - скоба струбцины; 5 - зажимной винт; 6 - рукоятка зажима
Правила безопасной работы
- Склеивайте детали только на подкладных досках.
- При нанесении клея избегайте его попадания на руки, в глаза.
- После работы тщательно мойте руки с мылом.
Практическая работа № 31
Соединение деталей из древесины гвоздями, шурупами и клеем
Порядок выполнения работы
- На непригодном пиломатериале потренируйтесь соединять гвоздями деревянные заготовки различной толщины. Попробуйте вытащить забитые гвозди клещами или молотком с прорезью. Соедините детали вашего изделия длинными гвоздями. Выступающие острые концы гвоздей загните и забейте в древесину. Проверьте прочность соединения.
- На пробных заготовках из древесины просверлите отверстия нужного размера и ввинтите различные шурупы с помощью соответствующих отверток.
Подберите шурупы необходимых размеров для соединения деталей вашего изделия. Разметьте места расположения шурупов. Соедините детали шурупами.
- Подготовьте рабочее место для склеивания деталей изделия. Очистите склеиваемые поверхности. Подготовьте клей и кисть. Нанесите кистью равномерный слой клея на склеиваемые поверхности, дайте ему подсохнуть 2-3 минуты. Соедините детали и зажмите их струбциной, тисками или в зажиме верстака. На следующем уроке проверьте качество склеивания.
Новые понятия
Гвозди, молоток, клещи, шуруп, шлицы, зенковка, отвертка, клеи природные (столярный, казеиновый) и синтетические (ПВА).
Контрольные вопросы
- Где встречаются соединения гвоздями, шурупами и клеем?
- Чем отличается соединение шурупами от соединения гвоздями?
- К чему может привести ввинчивание шурупов без предварительного выполнения отверстий в деталях?
- Какие меры безопасности нужно соблюдать при соединении деталей гвоздями и шурупами?
- Зачем детали с нанесенным слоем клея выдерживают на воздухе перед склеиванием?
Обычно лесоматериалы, например, брусья, бруски или доски выпускаются определенного размера, но часто в строительстве нужны материалы, которые длиннее, шире или толще. Поэтому для получения необходимых размеров существуют различные виды соединений с использованием врубок, которые делаются вручную по разметке или специальным оборудованием.
Соединения по ширине
При стыковке нешироких досок получаются щиты необходимых размеров.
Для соединения существует несколько способов.
1) Соединение на гладкую фугу;
При таком методе соединения каждая рейка или доска называется делянкой, а шов, который образуется в результате соединения, фугой. О качестве прифуговке говорит отсутствие просветов между стыками кромок смежных делянок.
2) Соединение на рейку;
По кромкам делянок выбирают пазы и вставляют в их рейки, скрепляющие между собой делянки. Толщина рейки и ширина паза не должны превышать 1/3 толщины доски.
3) Соединение в четверть;
В скрепляемых делянках выбирают по всей длине четверти. В таком случае размеры четверти, как правило, не превышают половину толщины делянки.
3) Соединение в паз и гребень (прямоугольный и треугольный);
Такой вид соединения обеспечивает делянку пазом с одной стороны и гребнем с другой. Гребень может быть как прямоугольным, так и треугольным, но последний редко используется, поскольку его прочность немного хуже. Соединение в паз и гребень довольно популярно и часто используется изготовителями паркета. Минусом такого соединения считается меньшая экономичность, поскольку используется больше досок.
4) Соединение «ласточкин хвост»;
Такой вид крепления немного похож на предыдущий, вот только гребень имеет трапециевидную форму. Ну отсюда и название.
Также при сборке щитов используют шпонки, наконечники в паз и гребень с вклейкой рейки в торец. Среди вклеенных реек встречаются треугольные, прямоугольные и наклеенные, а при использовании шпонки в основном выбирают паз «ласточкин хвост». Все это нужно для надежного скрепления щита.
Соединение по длине
Среди популярных видов соединения по длине можно выделить: впритык, на «ус», в паз и гребень, на зубчатое клеевое соединение, в четверть и на рейку. Наибольшей популярностью пользуется зубчатое соединение, потому что оно имеет лучшую прочность.
Также существует сращивание, когда более длинные отрезки стыкуются между собой. Это может происходить несколькими способами. Например, вполдерева, косым прирубом, косым и прямым накладным замком, косым и прямым натяжным замком и впритык. При выборе сращивания вполдерева необходимая длина соединения должны составлять 2 или 2,5 от толщины бруса. Для большей надежности используют нагеля, например, такое можно встретить при строительстве брусчатых домов.
При использовании косого прируба с подрезкой торца размеры составляют 2,5 — 3 от толщины бруса и так же крепится нагелями.
Соединение прямым или косым накладным замком используют в конструкциях, в которых присутствуют растягивающие усилия. Прямой накладной замок находится на опоре, а косой можно разместить у опор.
Если Вы решили использовать косой прируб с подрезкой торца, то соединение должно иметь 2,5 или 3 толщины бруса. В этом случае то же используются нагеля.
При стыковке прямым или косым натяжным замком можно не волноваться о прочности, но такое соединение имеет сложности в изготовлении, а также при усыхании древесины клинья ослабляются, поэтому такой метод соединения не подойдет для серьезной конструкций.
Сращивание впритык — это когда два конца бруса помещают на опору и надежно соединяются скобами.
Соединение брусьев или бревен можно встретить при возведении стен или в верхней или нижней обвязке в каркасных домах. К основным видам соединений можно отнести вполдерева, вполулапу, шиповое и угловой сковороднем.
Врубкой вполдерева считается вырубка или срезка половины толщины на концах брусьев, после чего они соединяются под углом в 90 градусов.
Соединение вполулапа образуется при зарезке на концах брусьев наклонных плоскостей, благодаря которым брусья плотно соединяются. Размер наклона определяется по формуле.
Врубка угловым сковороднем очень похожа на врубку вполдерева, но отличительной чертой является то, что при таком соединении один из брусьев теряет небольшую часть в ширине.
Соединение по высоте
Крестообразное соединение брусьев можно встретить при строительстве моста. При таком способе можно использовать соединение вполдерева, треть и четверть дерева или зарубка одного бруса.
Наращивание
Наращиванием брусьев и бревен называется соединение элементов по высоте, что часто используется при строительстве столбов или матч.
Существует несколько видов наращивания:
1) впритык с потайным шипом;
2) впритык со сквозным гребнем;
3) вполдерева с креплением болтами;
4) вполдерева с креплением хомутами;
5) вполдерева с креплением полосовой сталью;
6) косым прирубом с креплением хомутами;
7) впритык с накладками;
8) крепление болтами;
Длина стыков обычно составляет 2-3 от толщины соединяемых брусьев или 2-3 диаметра бревен.
Шиповое соединение
При шиповой вязке брусков на одном делают зарезку шипа, а на другом проушину или гнездо. Шиповую вязку брусков часто используют при создании столярных изделий, дверей, окон или фрамуг. Все соединения делаются на клею. Можно использовать не только один, но и два или более шипа. Чем больше шипов, тем больше площадь склеивания.Такой вид соединения можно разделить на угловые концевые, угловые серединные и угловые ящичные.
При угловом концевом соединении используется открытый сквозной шип (один, два или три), шип с потемком сквозной и несквозной, вставные шканты. Угловые серединные соединения можно встретить на дверях. Угловые серединные и концевые могут дополнительно использовать гвозди, шурупы, нагеля или болты.
Ну, вот пожалуй, и все о типах соединений. Сюда не входят соединения гвоздями, шурупами или болтами. Чисто дерево ну и чуть-чуть клея. :)
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 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
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 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 , из которой изготовлены склеиваемые детали, и от"взаимного расположения волокон древесины. Так, при склеивании плотных - дуба, бука, клена, - клей нужно разводить жиже, чем при склеивании менее плотных пород - липы, сосны, ели, . 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 - 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 . 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 . 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 ), все посадки разделяются на напряженные, плотные, скользящие, свободные и очень свободные.
В основе всех соединений лежит узел – место крепления. В зависимости от того, какую фигуру и как расположен узел, существует несколько видов соединений. Среди них выделяют торцевые, боковые, угловые, Т‑образные и крестовидные.
Торцевые соединения
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 , полученной при наращивании.
Т
орцевое соединение деталей, сопротивляющееся сжатию, может иметь различную конструкцию. Основная особенность этого соединения состоит в том, что каждый 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
