CC BY
121
ГНУТЬЁ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД
Баяндин М.А., Соколов В.Л., Ермолин В.Н. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)
Results of researches on a bend of preparations from wood of coniferous breeds are presented. Features of deformation of preparations from a larch and a pine are noted.
Гнутье является одним из наиболее эффективных способов получения криволинейных заготовок. Известные на сегодняшний день технологии гнутья разработаны применительно к древесине лиственных пород, таких как бук, дуб, береза. Повышение деформативности заготовок достигается в результате операций пропаривания или проваривания. Отношение радиуса загиба к толщине заготовки из указанных лиственных пород составляет 3,5/1 [1]. При использовании древесины хвойных пород данное отношение составляет 11/1 [1]. Таким образом, использование традиционных технологий не позволяет достигать желаемых результатов при гнутье хвойной древесины, а невозможность получения малых радиусов загиба, ограничивает область ее применения в производстве мебели, предметов интерьера, спортивного инвентаря и т.д.
Повышение деформативности древесины может быть достигнуто в результате термохимической пластификации. Анализ литературных источников показал, что в качестве пластификатора могут быть использованы щелочи, кислоты, водные растворы аммиака и карбамида. В исследованиях нами был использован водный раствор карбамида, он был выбран как наиболее дешевый, доступный и безопасный пластификатор.
Заготовки из древесины лиственницы и сосны были получены выкалыванием из чураков, что позволило максимально снизить влияние наклона волокон на качество гнутья. Требуемое сечение и степень обработки поверхности заготовок получали плоским фрезерованием. Длина заготовок составляла 1 м, ширина 40 мм, толщина от 10 до 25 мм.
Пропитка заготовок осуществлялась в автоклаве при давлении 0,4 МПа. Продолжительность пропитки зависела от толщины заготовки и не превышала 120 мин. Концентрация раствора карбамида составляла 20%, температура - от 16 до 22 оС. После пропитки заготовки выдерживали в течение 24 часов в пропиточном растворе без давления, далее выдержка осуществлялась в условиях лаборатории в течение 5 суток, что позволяло снизить влажность заготовок и обеспечить равномерное распределение пропиточного состава по их объему.
Перед гнутьем заготовки выдерживали в среде влажного насыщенного пара, продолжительность гидротермической обработки принято согласно рекомендациям [2].
Гнутье осуществлялось на лабораторной установке с использованием металлической шины. Диаметр шаблона во всех экспериментах оставался постоянным, требуемое соотношение радиуса загиба к толщине достигалось за счет изменения толщины заготовки. Характеристика заготовок и режимные параметры гнутья приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика заготовок и режимные параметры процесса гнутья __
Параметр Величина
1. Толщина заготовки, мм от 10 до 25
2. Вид заготовок тангенциальные
3. Влажность заготовок, % 30 и более
4. Скорость гнутья, град./сек. 36
5. радиус загиба, мм 150
В результате анализа характера разрушения заготовок при простом гнутье (без обжима) было установлено, что в большинстве случаев разрушение происходит по ранней древесине на границе годичных слоев. На основании этого нами были сделаны следующие выводы:
- при гнутье в заготовке возникают значительные по величине скалывающие напряжения, превышающие предел прочности древесины;
- сама по себе термохимическая пластификация не дает положительного результата при гнутье заготовок из древесины хвойных пород;
- для обеспечения требуемого качества заготовок (отсутствие разрушений) необходима корректировка режимов гнутья;
- локализация разрушения свидетельствует о низкой способности ранней древесины сопротивляться данному виду нагрузки;
- возможным решением проблемы гнутья хвойных является повышение однородности древесины за счет повышения плотности и прочности ранней древесины.
Из ряда литературных источников [3] известно, что при гнутье может быть использовано предварительное сжатие заготовок в зоне растяжения (сложное гнутье). Гнутье с предварительным обжимом позволяет повысить качество гнутья, сократить количество брака. Ранее была сделана попытка установить связь между величиной обжима, толщиной заготовки, радиусом и углом загиба [4], однако, данное соотношение не учитывает особенностей строения хвойной древесины.
Проведенные нами исследования свойств модифицированной древесины хвойных пород показали, что в результате предварительного сжатия в тангенциальном направлении на величину до 20% наблюдается увеличение прочности образцов при сжатии вдоль волокон. Плотность ранней древесины увеличилась в среднем на 40 %, плотность поздней древесины практически не изменилась. На основании полученных данных было высказано предположение о том, что данное воздействие позволяет повышать прочность образцов за счет уплотнения ранней древесины.
Дальнейшие исследования проводились с использованием обжима на величину 20%. Результаты показали, что процент брака при гнутье по причине расслоения и сдвига по ранней зоне значительно снизился и не превышал 5%. Было установлено, что пластификация древесины сосны и лиственницы раствором карбамида, обработка паром и гнутье по описанным режимам позволят получать соотношение радиуса загиба к толщине заготовок - 6/1.
Литература
1. Манкевич, Л. А. Основы гнутья древесины. / Л. А. Манкевич. - Минск: Мин. высш., средн. и проф. образов., 1961.- 271 с.
2. Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Учебн. для вузов / П. С. Серговский, А. И. Расев - М.: Лесн. промышленность, 1987.-360с.
3. Леонтьев, И. И. Производство гнутых стульев из древесины хвойных и мягких лиственных пород / И. И. Леонтьев. -М-Л: 1952.- 116 с.
4. Соколов, В.Л. Разработка критерия безопасности процесса сложного гнутья древесины хвойных пород. Лесной и химический комплексы - проблемы и решения. Сборник статей по материалам конференции /В.Л Соколов, М.А. Баяндин / Красноярск: СибГТУ, 2005. -С. 128-131.
