Гнутье древесины. Гнутье древесины холодным способом Как гнуть деревянные доски

Многих владельцев частных домов, не устраивает традиционная форма крыш и стандартные размеры построек. Дерево предоставляет очень широкие возможности строительства, и одна из них – возведение куполообразных сооружений с помощью гнутых конструкций, которые позволяют создавать самые оригинальные и необычные очертания зданий с использованием криволинейных поверхностей. Кроме этого, гнутоклееный брус обладает еще многими дополнительными преимуществами.

Сферы применения гнутых элементов из дерева в строительстве

Данный материал применяется не только в жилом строительстве, но и при возведении хозяйственных и промышленных сооружений.

Гнутый брус расширяет горизонты в сфере проектировки и воплощения конструкций, позволяя решать следующие задачи:

• Гнутый брус позволяет реализовать перекрытие больших расстояний между стенами, так как из него изготавливают балки, фермы и другие разновидности конструкций для монтажа кровли. Это позволяет возводить склады, здания для содержания животных в крупных фермерских хозяйствах и иные сооружения, которым требуется большая площадь;
• Дерево устойчиво к различным факторам воздействия, поэтому конструкции из гнутоклееной древесины применяют для строительства складов;

Важно! Поскольку дерево, пропитанное специальными составами, не гниет и совершенно не подвергается коррозии, оно становится даже более надежным, чем металл.

• Данный материал используют при возведении теплиц и парников, так как с его помощью можно создавать прочные и устойчивые конструкции удобной формы и большой площади;
• Самый распространенный способ применения: гнутый клееный брус – материал для кровель необычной формы и куполов;

• Гнутый клееный брус дает возможность строить и малые архитектурные сооружения: с купольной крышей станут отличным украшением для участка, они смотрятся оригинально и необычно.

Купольное строение кровли не только необычно и красиво с эстетической стороны, оно выгодно и по другим причинам. На такой крыше не будет скапливаться снег, она очень слабо нагревается от солнца и не создает большой нагрузки на стены. Неслучайно именно такой тип кровли применяется с древнейших времен.

Изготовление гнутых конструкций

Как согнуть брус, чтобы древесина не дала трещин, а сам материал принял необходимую геометрическую форму? Изготовлением гнутого бруса занимаются в промышленных условиях, но с другой стороны такую работу можно попробовать выполнить и своими руками.

Выгибание древесины – это достаточно сложный технологический процесс, при котором древесина подвергается воздействию сразу нескольких факторов. Эта работа требует определенного навыка и строгого соблюдения технологии, иначе изделие окажется очень непрочным.

Обычно для изготовления гнутых форм используются лиственные породы дерева, так как они более пластичны и легче подвергаются обработке. В качестве основных пород используются дуб, ольха, клен, ясень и т.д.

Хвойные породы для этого применяются крайне редко. Большую часть гнутых заготовок для мебели и для других изделий изготавливают из березового шпона, такой материал составляет около 60% всех гнутоклееных заготовок. Примерная инструкция по сгибанию древесины выглядит следующим образом:

Основы технологии изготовления гнутых элементов

Основой в сгибании древесины становится гидротермическая обработка, то есть одновременное воздействие пара и высокой температуры.

Такая обработка увеличивает пластические свойства древесины, в результате чего она приобретает повышенную гибкость, и можно менять ее форму, не вызывая при этом повреждений самой структуре материала.

Самые высокие пластические способности древесина приобретает тогда, когда ее влажность достигает 30%, а температура в сердцевине заготовки – 100 градусов. Добиться таких показателей в домашних условиях непросто, тем более что пропаривание должно быть длительным. Брус, имеющий сечение 3,5 см необходимо пропаривать не менее 1,5 часов, чтобы он стал гибким.

Схема изготовления гнутого бруса

• Заготовку помещают на шину и тщательно прикрепляют, после чего пропаривают необходимое время. Заготовки снабжают специальными коническими или прямоугольными пропилами, которые позволят древесине изогнуться;

• Подготовленный материал сгибают до достижения необходимой кривизны с помощью шины и пресса;
• Все еще прикрепленная к шине заготовка отправляется в сушку, где она приобретает влажность, подходящую для строительных работ.

В результате, заготовка приобретает нужный радиус кривизны, и ее можно использовать и для строительства, и для изготовления деревянных элементов внутреннего интерьера. Гнутоклееный брус изготавливают, совмещая два процесса: ламели изгибаются и тут же склеиваются в единый блок.

В конечном итоге, материал сохраняет все положительные , приобретая при этом особую форму. Технология позволяет создавать самые разнообразные формы с различным радиусом изгиба.

Если возникла необходимость в создании изогнутого деревянного элемента, то скорее всего вы столкнетесь с рядом трудностей. Может показаться, что выпилить требуемый компонент в изогнутом виде будет проще, но в этом случае волокна древесины будут перерезаны и ослабят прочность детали. Помимо этого, при выполнении получается довольно большой перерасход материала.

Этапы выполнения работ по сгибанию доски в домашних условиях:

	Подготовка. Выбор подходящего сорта дерева и ознакомление с общими принципами работы с ним.
	Варианты сгибания древесины. Нагрев в паровой коробке, химическая пропитка, расслоение, пропил.

Древесина – это волокна целлюлозы, которые связаны между собой лигнином. Расположение волокон на прямую влияет на гибкость древесного материала.

Совет: надежный и долговечный древесный материал для создания различных изделий может получиться только при условии, что дерево будет хорошо просушенным. Однако перемена в форме сухой деревянной заготовки – довольно сложный процесс, так как сухое дерево может легко сломаться.

Изучив технологию сгибания дерева, включая и его главные физические свойства древесины, позволяющие изменять ее форму, вполне реально выполнить изгибание деревянного материала в домашних условиях.

Особенности работы с деревом

Гнутье деревянного материала сопровождается ее деформацией, растяжением внешних слоев и сжатием внутренних. Бывает так, что сила растяжения приводит к разрыву внешних волокон. Это можно предупредить, если провести предварительную гидротермическую обработку.

Можно согнуть заготовки бруса, выполненного из клееной древесины и массива. Помимо этого, для придания необходимой формы применяют лущеный и строганный шпон. Наиболее пластичными является лиственная порода. В число которой входят бук, береза, граб, ясень, клен, дуб, липа, тополь и ольха. Клееные гнутые заготовки лучше всего выполнить из шпона березы. Следует заметить, что в общем объеме таких заготовок около 60% припадает на березовый шпон.

Согласно технологии изготовления гнутой древесины, при пропаривании заготовки значительно увеличивается ее способность к сжатию, а именно на треть, тогда как возможность растяжения увеличивается всего на несколько процентов. Поэтому нельзя даже думать о том, чтобы согнуть дерево толще 2 см.

Как согнуть доску в домашних условиях: нагрев в паровой коробке

Сначала нужно подготовить паровую коробку, которая может быть выполненной своими руками. Ее главная задача - удерживать дерево, которое требуется согнуть. В ней должно присутствовать отверстие, предназначенное для выхода пара. А иначе под давлением может произойти взрыв.

Это отверстие должно находиться в дне коробки. Помимо этого, в коробке необходимо предусмотреть съемную крышку, через которую можно будет изымать гнутую древесину, после того как она получит нужную форму. Для того чтобы удержать деревянную гнутую заготовку в требуемой форме, необходимо использовать специальные зажимы. Их можно выполнить самостоятельно из дерева или приобрести в строительном магазине.

Из дерева делаются несколько круглых обрезков. В них просверливаются отверстия, смещенные от центра. После чего следует просунуть болты сквозь них, а затем просверлить еще одно через стороны, дабы задвинуть их намертво. Подобные нехитрые поделки могут отлично выполнять функцию зажимов.

Теперь можно начинать пропарку дерева. Для этого необходимо закрыть деревянную заготовку в паровой коробке и позаботиться об источнике тепла. На каждые 2,5 см толщины изделия время, затрачиваемое на пропарку, составляет около часа. По его истечении, дерево следует изъять из коробки и придать ему требуемой формы путем загибания. Процесс должен осуществляться очень быстро, а само сгибание – мягко и аккуратно.

Совет: за счет разной степени эластичности одни виды древесины будут гнуться легче других. Разные способы нуждаются в приложении разной величины силы.

Как согнуть доску в домашних условиях при помощи химической пропитки

Так как за стойкость древесины отвечает лигнин, его связи с волокнами следует разрушить. Этого можно добиться химическим способом, причем выполнить это вполне возможно в домашних условиях. Лучше всего для подобных целей подходит аммиак. Заготовку отмачивают в 25% водном растворе аммиака, что в значительной мере увеличивает ее эластичность. Таким образом появится возможность согнуть, скрутить ее или выдавить под прессом какие-либо рельефные формы.

Совет: следует обратить внимание на то, что аммиак опасен! Поэтому в процессе работы с ним нужно строго додерживаться всех правил техники безопасности. Вымачивание древесины должно проводиться в глухо закрывающейся емкости, которая находится в хорошо проветриваемом помещении.

Чем дольше древесина будет вымачиваться в аммиачном растворе, тем пластичнее она станет в последствии. После отмачивания заготовки и формирования ее новой формы, следует оставить ее в подобном изогнутом виде. Это необходимо не только для фиксации формы, но и для испарения аммиака. Однако оставлять гнутое дерево нужно в проветриваемом помещении. Интересно, что когда аммиак испарился, волокна древесины обретут такую же прочность, как и раньше, что позволит заготовке удержать свою форму!

Как согнуть доску в домашних условиях: способ расслоения

Вначале необходимо выполнить заготовку древесины, которая будет в последствии подвержена изгибу. Крайне важно чтобы доски были немного длиннее, чем длина требуемой детали. Это объясняется тем, что изгиб укрощает ламели. Прежде чем начинать резку, понадобится нарисовать диагональную прямую карандашом. Это нужно сделать поперек нижней стороны заготовки, что даст возможность после перемещения ламелей сохранить их последовательность.

Доски нужно отрезать прямослойным краем, и никак не лицевой стороной. Таким образом, их можно будет положить вместе с наименьшим изменением. Пробковый слой наносится в форму, что поможет избежать каких-либо неровностей в форме пилы и даст возможность сделать более ровный изгиб. Помимо этого, пробка будет удерживать расслоение в форме. После этого на верхнюю сторону одной из ламелей валиком наносится клей.

Лучше всего воспользоваться карбамидоформальдегидным клеем, состоящим из двух частей. Он имеет высокий уровень сцепления, однако долго сохнет.

Также можно использовать эпоксидную смолу, но подобный состав обойдется очень дорого, и позволить его себе может далеко не каждый. Стандартный вариант клея для дерева в этом случае не подойдёт. Хоть он высохнет быстро, но является очень мягким, что в этом случае никак не приветствуется.

Изделие из гнутого дерева необходимо как можно скорее поместить в форму. Так, на ламель, промазанную клеем, укладывается еще одна. Процесс нужно повторять до тех пор, пока гнутая заготовка не получит нужную толщину. Доски крепятся вместе. После полного высыхания клея, следует укоротить ее до требуемой длины.

Как согнуть доску в домашних условиях: пропил

Подготовленный деревянный отрезок необходимо пропилить. Пропилы рассчитываются на 2/3 от толщины заготовки. Они должны располагаться с внутренней стороны изгиба. Нужно быть предельно внимательным, так как грубые пропилы могут непросто деформировать дерево, а полностью сломать.

Совет: ключ к успеху при резке заключается в том, чтобы между надрезами расстояние было максимально ровным. Идеальный вариант 1,25 см.

Надрезы выполняются поперек узора дерева. Затем необходимо сжать края заготовки, что позволит соединить получившиеся зазоры в одно целое. Подобную форму и получает изгиб по окончании работы. После этого его исправляют.

В большинстве случаев внешняя сторона обрабатывается шпоном, реже – ламинатом. Это действие дает возможность исправить изгиб и скрыть практически любые допущенные в процессе изготовления дефекты. Пробелы в согнутом дереве скрываются очень просто – для этого смешиваются опилки и клей, после чего смесью заполняются пробелы.

В независимости от варианта сгиба, после того как заготовка будет вынута из формы, изгиб немного расслабится. Ввиду этого его следует сделать чуть большим, дабы впоследствии компенсировать данный эффект. Метод пропиливания используется при сгибе металлического уголка или части коробки.

Пласты тщательно смазывают клеем, закладывают в шаблон и запрессовывают. Гнутоклееные узлы производят из шпона, из пластин лиственных и хвойных пород, из фанеры. В гнутоклееных элементах из шпона направление волокон в слоях шпона может быть как взаимно перпендикулярным, так и одинаковым.

При изготовлении гнутопрофильных узлов с продольными пропилами необходимо учитывать зависимость толщины изгибаемых элементов от породы древесины и толщины изгибаемой детали.

С увеличением радиуса изгиба плиты расстояние между пропилами сокращается, как это видно на рисунке сверху. То есть ширина пропила напрямую зависит от радиуса изгиба плиты и количества пропилов.

Теперь рассмотрим теоретические аспекты гнутья

Криволиненйные детали из цельной древесины можно изготавливать двумя принципиальными 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 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 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 прямолинейнэх деталей.

Изгиб элемента
а - характер деформации заготовки при изгибе;
6 - гнутье заготовки с шиной по шаблону:
1 - шаблон; 2 - насечки; 3 - прессующий ролик; 4 - шина

При изгибе заготовки 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 невелики. 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 сопровождается растяжением материала на выпуклой стороне детали и сжатием - на вогнутой.

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 H , начальную длину его через Lо , радиус изгиба по нейтральной линии через R (рис. 60, а). Длина бруска по нейтральной линии при изгибе будет оставаться неизменной и равна Lо = p R ( j /180) , (84) где p - число пи (3, 14...), j - угол загиба в градусах.
Наружный растянутый слой получит удлинение D L (дельта L) . Общая длина растянутой части бруска определится из выражения Lo + D L = p (R + H/2) j /180 (85)
Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим абсолютное удлинение
D L = p (H/2)(j /180). (86)
Относительное удлинение Ер будет равно D L/Lo = H/2R , т.е. относительное удлинение при изгибе D Ll/Lо зависит от отношения толщины бруска к радиусу изгиба; оно тем больше, чем толще брусок H и 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 Lo и при этом достигнуты максимальные деформации сжатия и растяжения. Обозначив через Е сж величину допустимой деформации сжатия древесины вдоль волокон, а через Е раст величину допустимой деформации растяжения вдоль волокон, можем написать соотношение для растянутой стороны
L = Lo(1 + Ераст)= p (R" + H) j /180 (87)
Отсюда R" + H = / p (j /180) .
Для сжатой (вогнутой) стороны будет L 2 = Lo (1 - Ecж) = p R" (j /180)
или R" = / p (j /180 ). (88)
Вычитая из первого выражения второе, получим
H = }