При отделке комнаты деревянными панелями или производстве классической мебели появляется необходимость в создании криволинейных элементов. К счастью, уникальные свойства древесины позволяют мастеру поэкспериментировать с обликом изделий. Ниже рассматриваются принципы, используемые на производстве для сгибания массивных досок и брусьев.
Почему сгибание лучше выпиливания
Чтобы создать криволинейную деталь из древесины, мастер изгибает ровную изготовку или вырезает нужную форму. Главным преимуществом технологии выпиливания является простота работы: при изготовлении конструкций не надо пользоваться сложными инструментами и затрачивать много сил. Но выпиливать криволинейное изделие приходится из крупногабаритной заготовки, причем большое количество дорогостоящего материала будет превращаться в стружку и другие отходы.
Основная проблема касается свойств, которыми обладают криволинейные элементы конструкции. Если они раскраивались из обрезного пиломатериала, волокна не изменят направления. Поэтому на скругляемых участках поперечные срезы не дадут обработать предмет, например, фрезеровочным или шлифовальным устройством. Также идущие в поперечном сечении волокна делают древесину слабой на скругленных областях, заставляя деталь ломаться в упомянутых местах.
Если применяется технология гнутья, деревянная заготовка приобретает дополнительную прочность. На кромках изогнутого бруса либо доски не возникают срезы волокон. Поэтому мастеру разрешается обрабатывать изделия, выполняя стандартные операции без каких-либо ограничений.
Какие процессы протекают в сгибаемой древесине
В основе технологии гнутья находится способность древесины к смене первоначальной формы во время механического влияния и сохранению новых очертаний после исчезновения нагрузок. Однако неподготовленный материал возвращает свое прежнее состояние, а после прикладывания слишком больших усилий просто ломается.
Также наблюдается неодинаковое действие прослоек внутри деревянной детали. Снаружи радиуса идет растяжение материала, внутри — сжатие. Структура средней части массива не подвергается нагрузкам, слабо сопротивляясь воздействующим на изделие силам. Если деформация достигнет допустимого предела, волокна внешнего радиуса разорвутся, а внутреннего создадут складки. Также следует знать, что волокна хвойных либо лиственных деревьев способны сжиматься на величину от 20 процентов, но границы их растяжения не превышают 1–1,5 процента.
То есть определение возможности сгибания без последующего разрушения изделия осуществляется с учетом величины, на которую удлиняется растягиваемый слой. Этот параметр непосредственно контролируется толщиной заготовки и определяет вычисляемый радиус. Пользуясь информацией о физических характеристиках популярных пород, для каждой из них можно отыскать доступные пропорции толщины и радиуса. Например, для сосны соотношение будет выглядеть как 1:11, а для дуба — 1:4. Упомянутые показатели верны при изгибании древесины посредством стальной шины.
Особенности сгибания древесины с применением шины
Так как со стороны наружного радиуса разрываются волокна, при изгибании деревянной заготовки понадобится стабилизировать упомянутую поверхность. Популярнейший способ достижения этой цели предлагает воспользоваться накладной шиной. Она выглядит как полоса из стали толщиной 0,5–2 мм, охватывающая наружный радиус пиломатериала и сгибающаяся на шаблоне вместе с деталью. Свойство упругости позволяет полосе забирать часть энергии во время растягивания, перераспределяя чрезмерную нагрузку по всей протяженности заготовки.
Благодаря этим дополненным увлажнением и нагреванием манипуляциям наибольший показатель радиуса изгиба уменьшается в несколько раз. Вместе с применением стальной шины на гибочных станках выполняются операции по механическому уплотнению деревянной заготовки.
Подобное мероприятие проводится прессовочным роликом, который придавливает деталь в месте наружного радиуса. Также формовочный шаблон обладает зубьями 3 мм. Они расположены через каждые 50 мм и ориентированы по движению заготовки.
Зубчатой поверхностью шаблона предотвращается проскальзывание заготовки и взаимный сдвиг внутренних волокон, а также формируется небольшая вдавленная гофрированная плоскость на вогнутом участке. Здесь волокна вгоняются в массив, решая проблему появления складок.
Если гнутье с прессованием сопровождается участием металлической шины, хвойные либо лиственные пиломатериалы изгибаются с минимумом брака. По завершению процедуры относительно твердые детали получают уменьшенную на 10–12 процентов толщину.
Заготовки из лиственницы утоньшаются на 20–30 процентов. К преимуществам подобной технологии относится возрастание прочности изготовленной продукции и уменьшение требований к дефектам в деревянных деталях.
Физические способы пластификации древесины
Эксплуатирующиеся в нормальных условиях пиломатериалы упруги, жестки и стойки к сжатию. Эти полезные характеристики древесине придает лигнин — натуральный «сетчатый» полимер, который стабилизирует геометрические очертания растений. Вещество присутствует в пространстве между клетками и их стенках, соединяя волокна целлюлозы. В хвойных деревьях содержится около 23–38 процентов, а в лиственных — до 25 процентов лигнина.
Нагревание
Когда пиломатериал нагревается до определенных температур, снабженный клеящим свойством лигнин размягчается и становится коллоидным раствором. После разжижения вещества заготовка изгибается и фиксируется в принятом положении. Остывающий лигнин твердеет, предотвращая возврат древесины к первоначальным очертаниям. Как сообщает практика, самым подходящим показателем температуры нагрева будут сто градусов выше нуля.
Их необходимо достичь не на поверхностном слое, а внутри бруса, рейки либо доски. Поэтому время тепловой обработки определяется толщиной сгибающегося элемента. Например, когда к изгибу подготавливается насыщенная 28–32 процентами испарений рейка толщиной 25 мм, то нагревать ее понадобится на протяжении примерно 60 минут. Если перегреть деталь деревянного изделия, затвердевший после охлаждения лигнин потеряет упругость, получившись недопустимо хрупким.
Пропаривание
Вторая технология подготовки древесины к сгибанию предлагает равномерно прогревать структуру, приближая влажность на выходе к оптимальным параметрам. А подходящим количеством впитанных испарений для получения максимально пластичной заготовки считаются пределы 26–35 процентов в момент насыщения волокон. В домашних условиях подготавливаемую к сгибанию древесину можно пропаривать в самодельных камерах с обликом цилиндров.
Для их изготовления применяются трубы или металла, либо полимеров. Пар генерируется чайниками, нагревательными баками и остальными устройствами, которые способны поддерживать температуру 100 градусов тепла и малый параметр давления. Дальше обработанная деталь просушивается до тех пор, пока содержание влаги упадет до 15 процентов, а затем проходит шаги конечной отделки.
Химические способы пластификации древесины
Следующий метод предлагает улучшить гибкость деревянной заготовки, пропитав ее различными веществами. В продаже существуют готовые пропитки, делающие клетки древесины податливыми к изгибанию, к примеру, Super-Soft 2. Идентичный результат получается, если деталь замачивалась в кондиционерах для текстильных изделий.
Обыкновенные пиломатериалы пропитываются химией посредством полного погружения в раствор, но для обработки тонких заготовок подготовительный состав напыляется из баллончика. Чтобы вещества просочились внутрь бруса либо рейки, понадобится ожидать от 3-5 часов до нескольких дней. Именно недопустимая продолжительность процессов мешает распространению химической пластификации среди столяров.
Кроме нее существуют проблемы в виде стоимости химсредств, смены окраски, защиты от ядовитых паров и так далее.