Гнутье и прессование древесины

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

Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оста­ваться неизменной. Она равна

ι₀ = πR(φ/180), (96)

где ф — угол загиба в градусах.

Наружный растянутый слой получит удлинение А/. Общая длина растянутой части бруска определится из выражения

ι₀ + ∆ι = π (R+h/2)φ/180. (97)

Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсо­лютное удлинение:

∆ι = π(h/2) (φ/180), (98)

Относительное удлинение е_раст будет равно ∆ι/ι_о= h/2R, т. е. относительное удлинение при изгибе ∆ι/ιо зависит от от­ношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок hи чем меньше радиус изгиба R.Подобное отношение для величины относительного сжатия при изгибе можно получить аналогичным путем.

 

Предположим, что вокруг шаблона R изогнут брусок с начальной длиной ι₀ и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через ε_сж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через ε_раст – величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны:

 

l= l₀ (l+ε_раст) = π (R+h) φ/180 (99)

 

Отсюда

R+h = [l₀ (l+ε_раст)]/π (φ/180). (100)

 

Для сжатой (вогнутой) стороны будет

 

l₂ =l (l-ε_сж )]/π (φ/180). (101)

 

Вычитая из первого выражения второе, получим

 

h = [l₀ (ε_раст +ε_сж)]/π (φ/180) (102)

 

Взяв отношение h/R, характеризующие предел изгибаемости древесины для данного случая, получим

 

h/R = (ε_раст +ε_сж)/(l-ε_сж) (103)

 

Подставив в полученные выражения значения допустимых деформаций растяжения и сжатия (ε_раст и ε_сж ), можно определить максимально возможные значения h/R для различных пород. Эти предельные возможно достижимые соотношения определены в следующих значениях.

 

Пород древесины…………………….Бук Дуб Бреза Ель Сосна

h/R……………………………………..1/2,5 ¼ 1/5,7 1/10 1/11

На практике обычно требуется изгибать древесину в отношении 1/3. Хвойные породы и часть мягких лиственных пород даже при полном использовании возможных деформаций сжатия и растяжения непригодны для гнутья при малых радиусах кривизны. При этом брак при гнутье хвойных и мягких лиственных пород обусловлен образованием складок на вогнутой стороне из-за неравнамерного сжатия вдоль волокон и низкого сопротивления их сжатию поперек волокон. Это можно устранить, нормируя деформации сжатия древесины, используя шаблон с насечкой, подпрессовывая древесину в процессе гнутья (рис. 93,б).

Пропарнный брусок с шиной изгибается вокруг шаблона l, снабженного крупной насечкой 2. В месте загиба брусок прижимается к шаблону прессующим роликом 3. Происходит про-

катка бруска. Наружные, примыкающие к шине 4 слои уплот­няются. Толщина бруска уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, уменьшается, и одновременно повы­шается сопротивление растяжению наружной части бруска. Слои древесины, примыкающие к шаблону, испытывают на­пряжения сжатия, вдавливаются во впадины насечки и при­нимают равномерно нормированную насечкой волнообразную форму вогнутой поверхности, что исключает появление скла­док.

В процессе гнутья деформации растяжения и сжатия про­текают одновременно, но не по всему сечению бруска, а только на участке непосредственного набегания бруска на шаблон, в зоне линии, соединяющей ось шаблона с осью прес­сующего ролика. Этот процесс сопровождается сдвигом слоев древесины, как показано линиями, нанесенными на боковую сторону бруска перед гнутьем.

Бездефектный изгиб бруска возможен только до предела, пока величина относительного удлинения растянутых или от­носительного сжатия сжимаемых слоев не превысит предель­ных значений для данного материала.

Выведенное выше отно-шение действительно для материалов, у которых со-противления растяжению и сжатию равны. Если сопро­тивление материала сжа­тию будет больше, чем рас­тяжению, то нейтральная линия при изгибе будет смещаться к вогнутой сто­роне. При большем сопро­тивлении материала растя­жению нейтральная линия будет смещаться к выпук­лой стороне, что наблюда­ется у дервесины. При сво­бодном изгибе древесина разрушается от разрыва наружных, растянутых слоев. Объясняется это тем,

Рис. 94. Диаграммы напряжений и деформации древесины при гнутье:

а- влияние проварки; 1 – без проварки;

2 – проварка30 мин; 3 – проварка 90 мин;

4 – проварка 180 мин; б - деформация и напряжения в древесине бука

что допустимая величина деформации растяжения у древесины мала, всего 1— 2 %, в то время как предел деформации сжатия составляет 15—25 %, как видно из диаграммы рис. 94.

Для повышения способности древесины к гнутью приме­няют гидротермическую обработку; проваривание в горячей воде или пропаривание. Такая обработка делает древесину более пластичной. Проваривание древесины значительно сни­жает сопротивление сжатию и увеличивает величину усадки (рис. 94, а). Сопротивление древесины растяжению и способ­ность деформации при этом изменяются незначительно.

У пропаренной древесины бука (рис. 94, б) при незначи­тельном сопротивлении сжатию (около 23 МПа) и допустимо­сти деформаций сжатия до 30 % величина возможных дефор­маций растяжения остается незначительной даже при очень высоких напряжениях (2% при 130 МПа). Это ограничивает возможность гнутья пропаренной древесины и не позволяет полностью использовать ее способность к значительной дефор­мации сжатия.

Произведение величины напряжения на величину вызывае­мой им деформации дает работу деформации. На диаграмме (рис. 94, б) возможная работа деформаций растяжения равна заштрихованной площади I, а возможная работа деформаций сжатия —заштрихованной в обратном направлении пло­щади II.

При изгибе бруска работа деформаций растяжения должна быть равна работе деформации при сжатии. Из сравнения площадей, заштрихованных на диаграмме, видно, что полно­стью использовать эту закономерность при изгибе пропаренной древесины без специальных мероприятий нельзя. В то время как работа деформаций растяжений достигает максимального значения (площадь I), равная ей площадь работы деформации сжатия отделена на диаграмме вертикальной пунктирной ли­нией. Она составляет только незначительную часть от возмож­ной работы деформации сжатия. При уменьшении радиуса из­гиба напряжения растяжения и вызываемые ими деформации превысят предельные значения и вызовут разрыв наружных волокон и излом бруска, в то время как возможность изгиба по деформации сжатия не будет исчерпана. Возможность из­гиба пропаренной древесины ограничивается незначительной величиной допустимых деформаций растяжения, ограничиваю­щих изгиб до соотношения примерно h/R = 1/30.

Возможности гнутья могут быть значительно расширены, если использовать способность пропаренной древесины полно­стью воспринимать значительные деформации сжатия. Это до­стигается применением тонкой стальной ленты (шины), накла­дываемой на наружную сторону бруска до изгиба. Шина снаб­жена упорами, в которые упираются торцы изгибаемого бруска.

Так как сопротивление стальной шины растяжению значи­тельно, она будет препятствовать растяжению наружных слоев, и изгиб бруска произойдет в основном за счет деформации сжатия на вогнутой стороне. Таким путем искусственно вызы­вают смещение нейтрального слоя к наружной стороне изги­баемого бруска и увеличивают в бруске деформации сжатия. Для предупреждения откалывания и разрывов волокон на вы­пуклой стороне бруска в начальной стадии изгиба шине дают натяжение, сжимая брусок ее упорами, расположенными на концах шины.

Величина начального натяжения шины не должна быть большой, так как чрезмерные деформации сжатия могут вы­зывать брак гнутья в виде складок на вогнутой стороне. Наи­лучшие результаты гнутья могут быть достигнуты при полном использовании способности древесины принимать деформации сжатия и растяжения. Это обеспечивается применением гну-тарного станка с подвижным упором шины.

Минимальные радиусы бездефектного изгиба древесины могут быть достигнуты в том случае, если при изгибе будет соблюдено условие: максимальная работа деформаций сжатия равна сумме работ деформаций растяжения бруска и шины. Это достигается изменением угла наклона линейки и величи­ной отхода упора.

Напряжения сдвига достигают значительной величины и могут вызывать скалывание вдоль волокон. Поэтому гнутье не доводят до самого конца бруска во избежание скола у торца. Необходимым условием гнутья хвойных и мягких лиственных пород таким способом является применение шины с подвиж­ным упором. Насечка на шаблоне должна иметь наклон в сто­рону заднего упора, чтобы предотвращать перемещение внут­ренних слоев бруска по шаблону и образование складок из-за напряжений сдвига. Такой способ гнутья позволяет изгибать не только бездефектную древесину, но и древесину с круп­ными сучками, расположенными на наружной стороне бруска.

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.

Например, задние ножки гнутого стула изгибают обычно после обработки на круглопалочных копировальных станках, а после гнутья только шлифуют.

 

Раскрой пиломатериалов на заготовки для гнутья возмо­жен различными способами. В некоторых случаях заготовку для гнутья получают путем раскалывания коротких отрезков кряжей (чураков). Получаемая при этом колотая заготовка, как правило, не имеет перерезанных волокон, поэтому при изгибании дает наименьший процент брака. Недостаток такого способа — низкий выход заготовок из кряжа (приблизительно на 20—25 % ниже, чем при выпиливании) и большая трудоем­кость этой операции, которую выполняют вручную. На инду­стриальных предприятиях в большинстве случаев пользуются обычными методами выкраивания заготовок из досок на круг-лопильных станках.

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 соб­людать, 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.

Величина упрессовки зависит от породы древесины и в среднем составляет от первоначального размера 30—35 % для сосны и ели, 50 % для пихты, 20 % для лиственницы, 25 % для березы. Кроме того, следует давать повышенный припуск по длине заготовки.

Пластичность древесины при производственной влажности (6—10%) и комнатной температуре незначительна. В таком состоянии древесина требует для изгибания больших усилий и не допускает больших деформаций. Деформации получаются в основном упругими, т. е. исчезающими после прекращения действия вызвавших их сил.

Пластичность древесины значительно повышается при на­греве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что часть веществ, входящих в состав клеток древесины, при нагрева­нии переходит в состояние коллоидного раствора, в результате чего снижается жесткость клеток, а следовательно, и всей

 

массы древесины. Если влажную древесину высушить в дефор­мированном состоянии, то находившиеся в растворенном со­стоянии коллоидные вещества затвердеют и сохранят придан­ную заготовке форму.

Опыт показывает, что наилучшие результаты получаются при гнутье древесины влажностью 25—30%, т. е. близкой к точке насыщения волокна. Как более низкая, так и более высокая влажность неблагоприятны. При меньшей влажности древесина менее пластична. Влажность сверх 25—30 %, не улучшая условий гнутья, удлиняет сроки сушки изогнутых де­талей и экономически невыгодна. Излишняя влажность вредна потому, что при изгибе и сжатии древесных клеток находяща­яся в них вода может местами разрывать стенки клеток, делая поверхность ворсистой.

Гидротермическая подготовка перед гнутьем чаще всего за­ключается в пропаривании или проваривании древесины в го­рячей воде. Недостаток проварки в горячей воде состоит в том, что она ведет к неравномерному увлажнению древесины и пе­ренасыщению водой наружных волокон. Получить путем про­варивания равномерную влажность и температуру нагрева всего бруска очень трудно. Поэтому проварка в горячей воде может быть рекомендована только в некоторых случаях, если пропаривание технически затруднено, например при необходи­мости обработать не всю деталь, а только ее часть (случай из­гиба носков у лыжных заготовок и т. д.), или если требуется значительное повышение начальной влажности сухих загото­вок. Проверочные баки и чаны обычно обогревают паром, про­пускаемым по змеевику, уложенному у дна. Температуру воды поддерживают в пределе 90—95 °С, не доводя ее до кипения во избежание большого парообразования.

Продолжительность проварки при такой температуре изме­няется в зависимости от начальной влажности, размеров и по­роды древесины. Так, для буковых заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 15—20 % на проварку требуется

около 1,5 ч.

Пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара получило значительно большее применение, чем проварка. Преимущество пропаривания в том, что оно незначительно из­меняет влажность древесины, причем древесина с начальной влажностью ниже точки насыщения волокна повышает свою влажность, а древесина влажностью 50—60 % и выше даже

немного подсушивается.

Для пропаривания чаще всего пользуются насыщенным па­ром невысокого давления, от 0,02 до 0,05 МПа, что соответ­ствует температуре пара 102—105°. Применение пара более высоких давлений сокращает сроки пропаривания, но услож­няет оборудование и повышает опасность.

 

 

Рис. 95. Зависимость соотношения

прочностных показателей

древе­сины от ее влажности

_______________________________________

Заготовки пропаривают в специальных

пропароч­ных котлах, представляю­щих

собой стальные, гори­зонтально

установленные барабаны небольшой емко­сти.

Диаметр барабана ра­вен 0,3—0,4 м и

рассчитан на небольшую закладку брусков, которая может быть переработана за 30 – 40 мин.

Продолжительность пропаривания заготовок зависит от размеров и влажности древесины. При влажности заготовок 7 – 10% значительное влияние оказывает также порода древесины. При влажности, близкой к точке насыщения волокна, необходимые сроки пропаривания почти одинаковы для всех пород.

На рис. 95 показано снижение соотношения модуля упру­гости и предела прочности древесины в зависимости от ее влажности. Соотношение Е_ЯЛ/Е₀ характеризует жесткость дре­весины.

Укладывать бруски в пропарочную камеру рекомендуется с учетом положения бруска при гнутье, т. е. так, чтобы сто­роны бруска, примыкающие к шине и шаблону, хорошо охва­тывались паром; боковые поверхности брусков могут примы­кать одна к другой.

Заготовки перед гнутьем можно нагревать в течение не­скольких минут при помощи электрического тока высокой частоты. Физическая сущность такого нагрева описана. Для повышения пластичности древесину можно пропитывать рас­творами аммиака, дубильных веществ, фенолов и альдегидами. Растворы алюминиевых и железных квасцов, хлористого маг­ния и др. также повышают ее гигроскопичность. При необхо­димости гнуть бруски при значительном отношении Н.Щ>¹/₆ их предварительно пропитывают 40 %-ным раствором моче­вины и сушат до влажности 15 %, после чего гнут при темпе­ратуре 100 °С с последующим охлаждением в изогнутом со­стоянии до 25 °С для фиксирования формы. Полученные таким образом криволинейные детали притемпературе 60-70⁰ С размягчаются и теряют свою форму. Для устранения этого недостатка пропитывают древесину перед гнутьем в смеси растворов мочевины, формалина, едкого натра и буры. При гнутье пропитанную древесину нагревают также до 100⁰ С.

При этом компоненты раствора в стенках клеток древесины образуют мочевиноформальдегидную смолу, которая в период нагрева и гнутья отверждается окончательно, фиксируя при­данную заготовке форму. Недостатком такой подготовки дре­весины к гнутью является длительность пропитки (3 ч на 1 мм толщины) и последующая сушка перед гнутьем в мягком ре­жиме, исключающем отверждение образующейся в клетках мочевиноформальдегидной смолы.

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. В станках на неполную окружность бруски с наложен­ной на наружную сторону стальной шиной изгибают вокруг неподвижного шаблона приложенными усилиями к обоим кон­цам бруска или к одному из концов при неподвижно закреп­ленном другом конце. Станки такого типа встречаются со съемными и с неподвижно укрепленными обогреваемыми шаб­лонами. В первом случае после огибания бруска шиной вокруг шаблона концы шины закрепляют на шаблоне при помощи скобы. Шаблон с закрепленным на нем бруском снимают со станка и отправляют в сушильную камеру. В станках для гнутья на полную окружность брусок также закрепляют на горячем шаблоне при помощи шины и оставляют на нем для подсушивания до закрепления приданной ему формы. В отли­чие от станков со съемными шаблонами такие станки полу­чили название гнутарно-сушильных. Гнутарно-сушильные станки могут быть двустороннего и одностороннего обо­грева.

Недостаток гнутарно-сушильных станков — неравномерность сушки и необходимость выдерживания в них заготовок в тече­ние нескольких часов для высушивания до состояния, при ко­тором фиксируется соответствующая форма заготовок. Это резко снижает производительность станков. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков целесооб­разно заготовку перед гнутьем предварительно подсушивать до 20 %, высушивать в станке до 12—15%, а окончательно до­сушивать освобожденные из станка заготовки в сушильных камерах.

Во всех случаях гнутья, независимо от используемого для этой цели оборудования, необходимо, чтобы на вынутых из пропарочного котла или варочного бака брусках сразу произ­водили гнутье. Задержка гнутья недопустима, так как осты-

 

вают в первую очередь наружные слои древесины, которые испытывают наибольшие напряжения.

При гнутье желательно, чтобы в брусках твердых листвен­ных пород (дуба, ясеня, граба, ильма) расположение годич­ных слоев совпадало с плоскостью изгиба, т. е. тангентальный распил приходился на боковые стороны бруска или отклонялся только на 45—50°.

Расположение годичных слоев перпендикулярно плоскости изгиба может вызвать появление складок на вогнутой стороне. Заготовки из лиственных рассеянно-сосудистых пород (бука, бе­резы), а также из хвойной древесины, изгибаемые с одновре­менным прессованием, желательно располагать при гнутье так, чтобы годичные слои были перпендикулярны плоскости изгиба. Желательное расположение годичных слоев для условий гнутья не всегда может быть соблюдено по техническим условиям. На­пример, у лыж скользящая поверхность должна быть поверх­ностью радиального распила, иначе износ этой поверхности будет неравномерным.

При гнутье с одновременным прессованием положение де­талей следует выбирать таким, чтобы пороки древесины рас­полагались, по возможности, в растянутой и нейтральной ча­сти деталей. Наоборот, при гнутье без прессования и особенно при гнутье без шины растягиваемая поверхность должна быть наиболее чистой, потому что малейшие дефекты на ней могут стать причиной разрывов и отщепов волокон.

Изогнутые заготовки (вместе с шаблонами и охватываю­щими их шинами) сушат в сушильных камерах. Конечная влажность гнутых заготовок соответствует производственной влажности, принятой на данном предприятии. Применяемые режимы сушки мало отличаются от режимов сушки пиленых заготовок из тех же пород, а конструкции и системы сушильных камер подобны тем, какие применяют для сушки пилома­териалов.

Высушенные до влажности (обычно ниже 12 %), стабили­зирующей форму, заготовки поступают в остывочное отделе­ние, где их охлаждают в течение нескольких часов, затем ос­вобождают от шин и шаблонов и направляют в механическую обработку. Обработка гнутых заготовок, т. е. придание им окончательных размеров и требуемых поверхностей, принци­пиально не отличается от обработки прямолинейных заго­товок.

Организация рабочих мест зависит от вида и размера из­гибаемых заготовок и оборудования. Рабочие места должны быть организованы так, чтобы пропаренные заготовки можно было подавать на гнутарный станок сразу после выемки их из пропарочного котла, не перенося на большие расстояния и не разворачивая. Пропарочные котлы должны иметь манометры,

 

указывающие давление пара. В цехе должны быть стенны< часы, хорошо видные с каждого рабочего места.

Гнутье деталей требует соблюдения следующих мер ш технике¹ безопасности: пропарочные котлы должны иметь на дежные герметически закрывающиеся крышки; на манометра? должна быть красная черта, указывающая предельное рабо чее давление, выше которого в котле нельзя поднимать давле­ние пара; перед открыванием крышки пропарочного котла не­обходимо перекрывать входной паровой вентиль (лучше, если они сблокированы); доставать детали из котла разрешается только крючьями; руки рабочих должны быть защищены ру­кавицами; для гнутья следует пользоваться только исправ­ными шаблонами, шинами и другими приспособлениями; при гнутье на открытых шаблонах нельзя наклоняться над изгиба­емой заготовкой.

На рабочем месте гнутья должны соблюдаться общие пра­вила техники безопасности при работе на деревообрабатываю­щих станках и устройствах повышенных температур и дав­лений.

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.

Приведенные характеристики- степени упрессовки взаимосвя­заны соотношением

ε₀ = ε/(1—ε) и ε = ε₀ / (1+ε₀). (105)

 

Поскольку при прессовании масса заготовки полученной де­тали практически не изменяется, то степень упрессовки может

 

быть определена по соотношению плотности древесины после прессования и до прессования как

ε=(ρ_кон –ρ_нач)/ρ_кон, (106)

где ρ _кон и ρ_нач — конечные и начальные плотности.

Влажная пропаренная древесина

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.

 

 

 

 

 

Рис. 96. Прессование древесины:

/— 111 — фазы деформации; а — зависимость деформации от напряжений при прессо­вании древесины,; б — схемы видов прессования

 

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. Зависимость деформации при прессовании от напряжения аналитически выражается фор­муллой

 

Εст=σ/E(1/ŋ) (σ²/υ), (107)

 

где ε_ст — деформация упрессовки; σ— напряжение; Е — мо­дуль упругости; ŋ — коэффициент вязкости древесины; υ— ско­рость нагружения.

Анализируя эту зависимость, можно отметить, что 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. При прессовании без пресс-формы усилие прессования опреде­ляется по формуле

P=bισ_х

 

где р_ необходимое усилие для прессования; b — ширина де­тали; ι — длина детали; а_х — сопротивление древесины прессо­ванию, зависящее от степени упрессовки и породы древесины. Величина σ_хопределяется по эмпирической зависимости как

σ_х=Rexp mε, (109)

 

где R и т — коэффициенты, зависящие от породы древесины (для сосны — R= 1,6, m=6,7, m для ели соответственно 1,19; 0,07, для осины —0,45—0,09); ε —степень прессования.

Если прессование осуществляют с пресс-формой, то при рас­чете усилия необходимо учесть дополнительно усилие на пре­одоление трения древесины по металлу. При контурном прес­совании необходимо учитывать усилие для прессования и усилие для перемещения спрессованной детали в приемник. Уси­лие на перемещение детали в приемник определяется как сила трения с учетом давления прессования и коэффициента трения.

 

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: