Статья Основы применения древесины как конструкционного материала в ходе работы
Основы применения древесины как конструкционного материала в ходе работы
Древесина с давних пор хорошо освоена как конструкционный, строительный и художественный материал нет ни одной отрасли промышленности, где бы ни применяли древесину и изделия из нее. Изделия из древесины нашли разнообразное применение в быту.
Дерево используют в строительстве для сооружения домов и других построек. Из древесины делают оконные рамы, двери, полы, паркет. Перегородки, перекрытия, элементы крыши и другие строительные детали. Древесина является основным конструкционным материалом при изготовлении мебели. Наряду с усовершенствованием конструкции многочисленных видов мебели с давних пор шло и художественное освоение ее формы, развивалось художественная обработка дерева.
Так же древесина применяется при изготовлении других видов изделий. Например: музыкальных инструментов, спортивного инвентаря, игрушек, сувениров, а также оборудования основных средств транспорта и тому подобное.
В целом дерево используют для выработки двадцати тысяч видов изделий. Но для изготовления любого из перечисленного выше требуется произвести ряд приемов обработки древесины. Например: разметка, пиление, склеивание, шлифование, сборка узлов и деталей, а также отделка изделий и другие приемы.
Для механической обработки древесины существует множество разнообразных станков и электрифицируемых и инструментов. Однако для того чтобы научиться работать на станке надо освоить ручные приемы обработки. Они дают возможность почувствовать материал в домашних условиях древесину обрабатывают в основном в ручную [2, 4].
Перед тем как приступить к вырезанию детали, надо выполнить ряд подготовительных операций, которые обеспечивают соответствие формы и размеров изделия чертежу. Обрабатывать заготовки можно по разметке и без нее. Точного соответствия оригинала чертежу без предварительной разметки добиваются на станках при помощи различных приспособлений – направляющих линеек, упоров, кондукторов и пр. В принципе аналогичные устройства допустимо использовать и при обработке древесины ручными инструментами. Но выигрыш во времени при этом достигается лишь тогда, когда требуется сделать большое количество одинаковых деталей.
Под разметкой понимают нанесение на обрабатываемый материал или на заготовку разметочных рисок (линий) или точек с целью определения контура последующей выработки. Перед разметкой на заготовке определяют (а по необходимости обрабатывают) измерительные базы, т.е. места, от которых будет вестись отчет. Могут использовать как реальные (выровненные поверхности кромок), так и идеальные (осевые линии окружности, точки) базы. Но для контроля параметров готового изделия используют только реальные технологические базы [5].
Разметку досок, плит и фанеры перед раскроем производят с припуском на обработку. Вторичную разметку выполняют точно в соответствии с размерами элементов деталей, заданными на чертеже. От правильной разметки зависят точность и качество заготовок и деталей, а также экономия материала. Фиксационные точки и линии наносят по линейке, угольнику, транспортиру и т.п.
Лучше всего для разметки подходит плоская металлическая линейка с делениями шкалы 1 мм.
Если размеры деталей превышают длину линейки, то следует пользоваться рулеткой или складным метром. Линии, перпендикулярные базовой кромке, наносят по угольнику. Угольник – не только разметочный, но и контрольно – измерительный инструмент, с помощью которого определяют точность обработки изделия (в соответствии углов заданным, параллельность сторон, качество изготовления).
При помощи ерунка наносят размеры и проверяют правильность построения углов 45 и 135
· по отношению к базовой кромке деталей. Малка позволяет разметить и контролировать любой угол, т.к. у этого инструмента колодка и линейка соединены между собой подвижно.
Границы обработки параллельные базовой кромке, на заготовку можно нанести рейсмусол. Разметку при выпиливании брусков из досок производят следующим образом. Необходимую длину заготовки отмеряют с учетом припуска на обработку от того конца доски, качество которого выше. Если оба конца доски низкого качества, один из них отпиливают и после этого отмеряют длину заготовки. Через сделанную карандашом или мелом отметку проводят линию, перпендикулярную кромке доски. При продольной разметке отмечают нужную ширину заготовки на обоих концах доски. И через сделанные отметки проводят линию с помощью линейки. Ширину заготовки откладывают с учетом припуска на дальнейшую обработку [3].
Величину припусков принимают следующей: при выпиливании заготовок из сырых досок припуск по длине принимают равным 50-60 мм. Если заготовку выпиливают из сухой доски, припуск уменьшают до 20-25 мм. Припуски по ширине и толщине заготовки, выпиливают из сухой доски, принимают из расчета, что с каждой стороны надо снимать стружку толщиной 2-3 мм. Поэтому общий припуск будет равен 4 -6 мм, как по толщине заготовке, так и по ширине. Разметку при выпиливании щитовых заготовок из плит проводят в такой последовательности, вначале внимательно осматривают плиту и решают, какая сторона будет лицевой, а какая обратной. Разметку производят сначала на лицевой стороне. От кромки базовой поверхности откладывают длину щитовой заготовки с учетом припуска на последующую обработку. И с помощью угольника проводят поперечную резку под прямым углом. От другой кромки откладывают ширину заготовки, также с учетом припуска на обработку и проводят продольную резку, ограничивающую ширину заготовки.
Закончив разметку на лицевой стороне плиты, ее переносят на оборотную. Здесь она нужна для того, чтобы проверять правильность выполнения распила. Величины припусков на обработку щитовых деталей принимают в зависимости от того, каким способом будет вестись их последующая чистовая обработка. Если после выпиливания щита, его чистовая обработка в размер будет осуществляться строганием (рубанком или на специальных строгательных станках), то припуск на обработку принимают равным 4-6 мм., т.е. таким же, как и при обработке заготовок. Если же чистовая обработка щита в размер будет вестись методом отпиливания на станке, тогда припуск принимают равным 14-20 мм. Для широких и длинных щитовых деталей припуск выбирают большим. По толщине припуск на обработку щитов не дается. При определении места сверления отверстия откладывают два размера от смежных кромок. Затем проводят отрезки линий, параллельные этим кромкам. В точке их пересечения получают координаты центра отверстия. В эту точку ставят керн (можно гвоздь) и делают небольшое углубление для точной установки сверла. Если отверстий в детали несколько, и они расположены на одной линии, то предварительно проводят нужную линию и отмечают на ней центры отверстий.
Разметка изготовления мебели и различных столярных изделий обязательной подготовительной операцией является разметка материала – досок, плит, фанеры, а также элементов шиповых и других соединений, мест расположения отверстий, установки фурнитуры и т.д. Под разметкой понимается нанесение на обрабатываемый материал или заготовку разметочных рисок или точек с целью определения контура последующей обработки.
Разметку досок, плит и фанеры перед раскроем производят с припуском на обработку. Вторичную разметку выполнять точно в соответствии с размерами элементов деталей, заданными на чертеже, от правильной разметки зависят точность и качество заготовок деталей, а также экономия материала.
Для разметки и контроля точности используют измерительные инструменты (рис.1. приложение 2).
Пиление древесины производят в различных направлениях: вдоль волокон, поперек и под углом.
Пиление вдоль волокон можно производить при горизонтальном и вертикальном расположении заготовок.
Пиление поперек волокон: в этом случае доску или брусок кладут пластью на верстак. Отпиливаемый конец должен выступать за край бруска крышки верстака на 3-5 мм.
Пиление заготовок под углом к волокнам. Пиление производят, как правило под углом 45є. Для такого пиления брусков необходимо использовать специальный шаблон – стусло (рис. 2. приложение 2).
Пиление производятся ручными пилами, различные виды строгание пил.
Пиление представляет собой процесс резания древесины на части с образованием между ними зазора, так называемого пропила. Древесину разделяют на части специальными многорезцовыми инструментами – различными механизированными пилами.
В зависимости от профиля и углов заточки зубьев пилы предназначаются для поперечного, продольного и смешанного пиления.
В технологии деревообработки пиление является одной из самых важных операций. Раскрой досок, распиловка деталей по длине, нарезание шипов и проушин, криволинейная и ажурное выпиливание – все эти работы относятся к пилению. Но чтобы их выполнить, требуются разные по форме и назначению инструменты. В школьных мастерских из ручных пил применяют лучковую пилу, широкую и узкую ножовки, ножовку с обушком и лобзик. Для некоторых специализированных работ используют еще наградку и нож - пилку.
После разметки детали резание производят так, чтобы пропил находился рядом с риской, но внутри убираемого материала. При очень точном пилении линия разреза может проходить на уровне половины толщины разметочной линии. Чтобы точно распилить заготовку по линиям разметки, необходимо ее надежно закрепит на рабочем месте. При поперечном пилении самый простой способ – прижать заготовку левой рукой к укору, прикрепленному к столу верстака.
При пилении древесины вдоль волокон целесообразно ставить заготовку в зажим верстака вертикально. Но при этом надо следить, чтобы место пропила располагалось вблизи поверхности губок мысков, при необходимости заготовку в ходе работы поднимают.
Иногда возникают сложности в начале работы, т. к. трудно удержать полотно инструмента на линии разметки. Для образования начала пропила иногда стоит сделать несколько ходов инструмента в обратном направлении (к себе), фиксируя точность движения бруском. Заканчивая работу, следует поддерживать определенную часть рукой во избежание ее отлома.
Несмотря на разметку, при пилении по риске вручную довольно трудно добиться большой точности, особенно, это касается сопрягаемых под углом или нескольких однотипных деталей. Поэтому часто применяют так называемые распиловочные коробки или стуcла [5]. С его помощью удобно вести и поперечное пиление заготовок под прямым углом. Шаблон состоит из основания и прикрепленных к нему двух боковых стенок. В стенках делают пропилы, доходящие до основания: один под углом 90
·, два других под углом 45
·. Заготовку закладывают в шаблон, разметочную риску совмещают с тем или иным пропилом в боковых стенках. Использование шаблона дает возможность быстро и точно осуществлять требуемый распил заготовки.
Основные виды инструментов применяемых при пилении показаны в Приложении 2.
Сверление. Для получения цилиндрических сквозных отверстий, гнезд и углублений при изготовлении различных изделий из дерева используют операцию сверление. Сверлением удаляют пороки древесины и выбирают гнезда при изготовлении пазов.
Сверление выполняют на специальных сверлильных станках, с помощью электродрелей, а также коловоротов и буравов. Ручное сверление с помощью коловоротов и буравов.
Для образования в древесине круглых (преимущественно цилиндрических) отверстий используют специальные режущие инструменты – сверла, приводимые в движение вручную, при помощи сверлильных станков или электросверл. В школьных мастерских применяются, как правило, два первых способа.
Вручную режущий инструмент вращают при помощи воротка, коловорота или дрели. Коловорот – стальной, коленчатый стержень свободно насаженной на нем рукояткой. Дрель – специальное приспособление, в котором вращение от приводной рукоятки передается к патрону со сверлами через зубчатую передачу [3].
При сквозном сверлении деталь необходимо положить на деревянную подкладку и прижимает к ней. В конце сверления скорость вращения сверла замедляют, а нажим ускоряют.
При сверлении несквозных отверстий важно обеспечить их точную глубину. На станках необходимая глубина отверстий достигается настройкой хода сверла относительно опорной базовой поверхности. При сверлении электродрелью или коловоротом на сверло одевают деревянную насадку, таким образом, чтобы длина выступающей части равнялась глубине высверливаемого отверстия.
Сверление вручную требует от исполнителя большого опыта удержания режущего инструмента в нужном положении (обычно перпендикулярно поверхности заготовки). Из-за небольшой скорости вращения даже при тщательно заточенном сверле поверхность отверстия получается не очень гладкой. Но самым большим недостатком при ручном сверлении в школьной мастерской является то, что вследствие неодинаковой твердости отдельных слоев древесины центр сверла отклоняется в сторону от выбранного направления и практически невозможно добиться требуемой точности. Поэтому, чтобы изделие получилось качественным, надо предоставить школьникам возможность выполнять отверстия на заранее подготовленном учителем сверлильном станке. А к ручным операциям привлекать учеников лишь в тех случаях (за исключением тем программы), когда изделие не помещается на столе станка.
Склеивание. При изготовлении различных изделий из древесины широко применяется операция склеивание. Она позволяет получать детали необходимых размеров, увеличит их прочность и формоустойчивость, улучшать декоративные свойства изделий, повышать полезный выход заготовки использовать короткомерные и низкосортные заготовки и отходы. Склеивание широко применяется при облицовочных работах сборки изделий.
Процесс склеивания включает следующие основные операции:
подготовку клея;
нанесение клея на склеиваемые поверхности;
запрессовка и выдержка склеиваемых заготовок под давлением;
выдержка заготовок после запрессовки.
Шлифование поверхностей заготовок является последней операцией механической обработки материала. Шлифование выравнивает поверхности и делает их гладкими. После шлифования можно переходить к сборке изделия.
Дерево обладает высокой гибкостью и механическими свойствами. Материал удобен в обработке, сравнительно дешевый, низкая электропрочность, высокая гигроскопичность, строительная влажность меньше 2 %. Высокая горючесть ограничивает дерево в качестве электроизолятора. Дерево хорошо сушат, пропитывают парафином, лаками, высыхающими маслами, смолами.
Вечнозеленые деревья с пирамидальной кроной – ели. Ель – символ зимнего праздника – Нового года. Известно 40 видов ели. Живет ель 300 лет, однако в высоту растет только до 130-150. Затем вершина ее притупляется, но ствол продолжает утолщаться. По высоте ель достигает 30-35 м. Диаметр ее ствола – до 70 см.
В смешанном лесу кроме елей растут другие хвойные деревья – сосны. Сосна обыкновенная может иметь в высоту 30-35 м и жить 150-200, иногда до 400 лет.
Оба хвойных дерева прекрасный строевой и поделочный материал, идут на доски, кровельную дранку, изготовление высококачественной бумаги, целлюлозы. Знаменитая резонапская ель идет на доски скрипок, гитар, балалаек.
Могучее дерево с распростертыми кривыми суками – дуб. Он совсем без листьев. Дубы летней формы распускаются весной. Живет он долго, до 300-400 лет, но может достигать и 1500-2000 лет. В высоту растет только до 130-150 лет, а в толщину растет всю жизнь. Поэтому могут быть очень толстые стволы диаметром более 2 . В высоту дуб достигает 35-40 м.
Дуб – очень ценная производственная порода. Древесина его самая крепкая, прочнее, чем у всех остальных деревьев. Она употребляется для постройки мостов. Используется в кораблестроении, авиастроении, идет на шпалы, рудничную стройку. Из нее делают фанеру, паркет, мебель. Высоко ценится так называемый мореный, или черный дуб, образующийся из стволов деревьев, пролежавших большое время в воде. Он идет на изготовление дорогой мебели, ларцов. Кора дуба с давних пор применяется для дубления кож.
Липа – она отличается более гладкой и темной корой, чем у дуба. В высоту достигает 25-30 метров и как дуб живет долго.
Еще один широколиственный спутник дуба – клен. В высоту он достигает 15-20, иногда 25 м. Живет до 150 лет.
Береза – очень полезное дерево. Древесина ее идет на выделку мебели, колес, полозьев, употребляется в фанерном производстве. Березовые дрова и уголь – самые лучшие.
Осина так же как и береза, сменяет при сплошных рубках ельники. В высоту может достигать 25 и даже 30-35 метров и имеет большой диаметр 75-80 см. Живет до 80-100 лет, иногда до 150. Ее бревна используют даже на потолочные перекрытия, так как они более легкие и водоупорные. Так же используют в производстве спичек.
Первое, что бросается в глаза при взгляде на любое дерево, - это его корни и ствол. Крона дерева образуется с вершины при помощи сучьев (веток) и листьев. Именно крона создает каждому дереву свой неповторимый облик. Это, так сказать, одежда дерева, Раздеваясь для зимнего сна осенью, весной оно надевает тот же наряд, оставаясь ему верным на протяжении всей жизни.
Ствол - третья часть дерева, самая ценная для человека. Если взвесить каждую из трех частей дерева (корни – ствол, крона), то окажется, что ствол составляет 70-75% веса дерева, ветки дерева, ветки с листьями - 10-15%,корни – 10-20% в зависимости от породы дерева. Ствол спиленного дерева, очищенный от веток, имеет название хлыст. Хлыст, как правило, разделывается на два бревна. Самое ценное из них: возле - корневое бревно (его еще называют "комель"); срединное бревно чаще всего идет на строительство домов, из него изготовляют доски. Стройное и прямослойное, оно незаменимо при постройке судов (мачты, внутренняя отделка, столярные изделия и пр.).
В зависимости от породы древесина бывает хвойной и лиственной, по физико-механическим свойствам - твердая и мягкая. Чтобы определить породу древесину по бруску, доске и прочим пиломатериалам, необходимо обратить внимание на строение волокон древесины, видимых невооруженным глазом (так называемая макроструктура древесины). Изучает ее на нескольких разрезах. Поперечный (или торцовый) срез дает нам представление о возрасте дерева по годичным кольцам, по центру ствола идет сердцевина, зачастую рыхлая часть древесины. Обычно сердцевина имеет круглую форму и мало чем отличается от остальной древесины. У некоторых деревьев сердцевина имеет форму иную; у ольхи она напоминает треугольник, у тополя, дуба - пятиугольник, ясеня – четырехугольник.
Радиальный срез (по центру ствола) показывает нам годичные слои в виде продолговатых параллельных линий. Тангентальный срез параллельно оси ствола также дает нам представление о породе древесины. Продолговатые извилистые линии годичных слоев создают неповторимый рисунок на изделиях, что особенно ценится мастерами.
Свойства древесины находятся в прямой зависимости от ширины годичных слоев. У сосны и ели более широкие годичные слои имеют рыхлую, непрочную древесину. У дуба же, наоборот, более плотную.
При внимательном рассмотрении торцевого среза можно заметить точки светлые и темные это – сосуды. В древесине твердых пород: дуба, бука, ясеня они образуют темные кольца вокруг сердцевины. Такие породы деревьев называют кольцесосудистыми.
Некоторые деревья имеют мелкие, еле заметные сосуды. Это обычно лиственные деревья мягкой породы: липа, тополь, осина, береза. Такие породы приняли название рассеянно-сосудистых.
Довольно легко определить породу древесины по сердцевине. При росте дерева с нарастанием годичных слоев старые постепенно отмирают, преимущественно те, которые, располагая ближе к сердцевине. Эти отмершие слои у каждого дерева имеют свою окраску, а зачастую и форму, и называются ядром. Деревья, имеющие ядро, называются ядровыми породами. Древесина ядра, красивая, прочная, ценится мастерами из-за своих физико-химических свойств и ввиду эстетичности текстуры. К ядровым породам относятся почти все плодово-ягодные деревья, также дуб, ясень можжевельник, сосна. Ядра, не отличающиеся по цвету от основной древесины, называются спелыми, а породы древесины - спелодревесными (ель и осина). Деревья, у которых древесина не отмирает, а имеет тот же цвет и свойства, что и остальная древесина отвода. Такие породы называют заболонными (заболонь-слой древесины вокруг ядра).
Особый интерес представляет собой физико-механические свойства древесины. В сравнении с другими природными материалами (металлом, камнем) древесина имеет ряд преимуществ.
При раскалывании древесина не режется, а рассечется вдоль волокон. Поэтому бревно можно расколоть даже деревянным клином. Хорошо колется древесина сосны, осины, липы, ольхи, дуба. Однако дуб колется хорошо только в радиальном направлении. Сырая древесина колется гораздо лучше, чем сухая. Это свойство издавна использовали старые мастера для заготовки щепы, бондарной клепки штукатурной дранки. Мокрое дерево колется гораздо хуже сухого из-за приобретенной вместе с влагой вязкостью.
Имеет дерево и еще одно замечательное свойство, которым не наделено, по крайней мере, в такой степени, как древесина, ни один другой природный материал. Если свежесрубленную ветку согнуть и оставить в этом положении до высыхания, то она в сухом состоянии сохранит приданную ей форму. Это свойство древесины применяют при изготовлении гнутой мебели, санок, колес для телеги и прочих изделий, где требуется криволинейная форма детали из дерева [1].
Литература
Барташевич, А.А. Основы художественного конструирование. – М., 1984.
Белов, А.А. Художественное конструирование мебели. – М.: Лесная промышленность, 1991. – 216 с.
Дидактика технологического образования: Книга для учителя. Часть 2 / Под. ред. П.Р. Атушева.- М.: ИОСО РАО, 1998. – 176 с.
Коваленко, В.И. Объекты труда: 5 кл. Обработка древесины и металла. Электротехнические работы. – М.: Просвещение, 1990. – 176 с.
Кулебанин, Г.И. Рисунок и основы композиции. – М.: Высшая школа, 1988. – 196 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1
Виды пиломатериалов
Рис. 6. Виды пиломатериалов:
а - брус двухкантный; б - брус трехкантный; в- брус четырехкантный;
г - доска необрезная; д – доска чистообрезная: 1-пласть, 2- кромка, 3- ребро, 4 – торец; е – доска обрезная с тупым обзолом; ж – доска обрезная с острым обзором; з – брусок; и – обапол горбыльный; к – обапол дощатый; л - шпала необрезная; м шпала обрезная.
Рисунок 9 Заголовок 115