Как согнуть деревянный брусок? Как согнуть деревянный брус Как согнуть древесину в домашних условиях

Природа не любит прямые линии и нужно потратить немало времени и усилий, чтобы сделать деревянные изделия прямыми. Однако гибка древесины - это также довольно трудоемкий процесс. Гнутые деревянные элементы часто используются в скандинавской мебели в виде красивых, легких и прочных изделий с единством структуры и формы. В этой статье мы рассмотрим несколько способов гибки древесины: простое силовое сгибание, сгибание с использованием пропилов, сгибание на пару и сгибание слоями.

Это самый простой метод, который состоит в ручном сгибании древесины и прикрепление ее к форме для фиксации изгиба. Чем меньше толщина древесины - тем легче ее гнуть. Из этого следует, чем больше изгиб, тем тоньше должна быть древесина. Шпон может приобретать практически любые изгибы, в то время как дубовую заготовку толщиной 2 см практически невозможно согнуть. Также следует учитывать, что разные породы древесины имеют разную степень гибкости. Так соотношение толщины заготовки и минимального радиуса изгиба по некоторым породам будет составлять: бук - 1/2,5; дуб - 1/4; береза - 1/5,7; ольха - 1/8; ель - 1/10; сосна - 1/11. То есть при толщине буковой заготовки в 10 мм, минимальный радиус изгиба будет составлять 25 мм.

Как правило, заготовка фиксируется с помощью клея, поскольку использование гвоздей или шурупов в местах изгиба может привести к образованию трещин и разломов. Есть негласное правило - то, что можно зафиксировать вручную, можно также зафиксировать с помощью клея. При склеивании для уменьшения зазоров нужно двигаться от центра к краям, или от одного края к другому.

Этот метод гибки древесины наименее прочный, поскольку древесина пропиливается почти по всей толщине и в ней остается совсем немного прочности. Поэтому этот способ гибки древесины используется только там, где нет большой нагрузки, например закругленные уголки и т.п.

Основным материалом для изготовления гнуто-пропиленных деталей является фанера. Для достижения наилучших результатов пропилы лучше производить на круглопильном станке с использованием ограничительного стопора. Пропилы нужно делать поперек волокон на расстоянии около 5-10 мм. друг от друга. Глубина пропила должна быть около 1/5 толщины заготовки.

Чтобы зафиксировать изгиб, можно использовать клей или древесный порозаполнитель. Склеивая и фиксируя две изогнутые рейки пропилами внутрь, можно создавать интересные элементы в некоторых конструкциях, хотя и с ограниченной прочностью.

По своим физическим свойствам такая древесина близка к древесине гнутой гидротермическим способом, а по некоторым показателям динамических нагрузок, она обладает даже лучшими механическими свойствами, нежели цельный древесный массив.

Первым шагом является подготовка ламелей. Толщина ламелей во многом определяется величиной изгиба. Чем больше изгиб, тем тоньше должны быть ламели и наоборот. Как правило, толщина ламелей не должна превышать 3,2мм.

Затем нарезанные слои древесины намазывают клеем и сжимают в шаблоне с помощью захватов. Для соединения ламелей нельзя использовать обычный столярный клей. Для этих целей лучше всего подходит клеи на основе карбамидоформальдегидных или эпоксидных смол.

Прежде чем вынуть деталь из шаблона, клей должен схватиться в течение суток. Нужно также учитывать, что после разжатия формы заготовка может немного распрямиться. Минимизировать этот эффект можно путем уменьшения толщины ламелей или создания формы с небольшим перегибом.

Гидротермическая гибка древесины дает наиболее качественный результат, однако требует больших трудозатрат и технического оснащения.

Пред началом процесса гибки следует уделить должное внимание выбору древесины. Практически любую породу древесины можно согнуть, но наилучшей гибкостью обладают твердые породы, такие как дуб, бук, вяз, береза, вишня, клен, орех, ясень. Не рекомендуется использовать хвойные и мягкие породы, такие как ель, сосна, кедр, ольха. Также важно, чтобы древесина была без трещин и сучков в месте предполагаемого изгиба.

Каждая клетка волокон древесины покрыта лигнином - клееподобным химическим веществом, которое при обычной температуре прочно связывает волокна. Передающееся паром тепло размягчает лигнин, позволяя волокнам сжиматься и растягиваться. Охлаждаясь, лигнин затвердевает и снова прочно связывает волокна вместе.

Лучше всего для гибки подходит свежесрубленная древесина. Оптимальным вариантом также является древесина атмосферной сушки, так как при камерной сушке лигнин заметно упрочняется, затрудняя изгиб. Перед пропаркой древесину камерной сушки можно замочить на ночь в воде. Для обработки древесины атмосферной сушки и предварительно замоченной древесины камерной сушки требуется одинаковое время.

Наилучшие пластические свойства древесина приобретает при влажности 25-30% и при температуре около 100°С. Время пропаривания зависит от толщины древесина. Так, например, для пропаривания заготовки с начальной влажностью 30% и толщиной 25 мм с достижением температуры в центре заготовки до 100°С необходим 1 час, а толщиной 35 мм - около 2 часов.

Перед изъятием заготовки проверьте, чтобы все инструменты были под рукой, так как древесина остывает и затвердевает очень быстро. Обязательно наденьте плотные перчатки, чтобы не обжечься паром. Извлеките деталь и сразу зафиксируйте ее захватами.

Изъятие изделия из формы обычно сопровождается небольшим разгибом. Поэтому форма должна иметь изгиб немного больше, нежели требуется, чтобы сохранить искомую кривизну изделия. Чтобы минимизировать разгиб, оставьте деталь закрепленной в форме, по крайней мере, на несколько дней.

Трудно изготавливать криволинейные мебельные конструкции рам, а изгибы большой крутизны, вырезанные из прямолинейных секций древесины, потребуют сложных технологических приемов, чтобы избежать слабости короткого волокна и больших, экономически невыгодных отходов. Однако с помощью приемов сухого или влажного сгибания можно вполне экономично получать сложные криволинейные формы, а поскольку при этом волокна будут идти вдоль изгиба, а не поперек него, законченное изделие будет более прочным. Сухое гнутье предусматривает предварительное разделение древесины на тонкие секции, но более толстые детали можно изгибать с помощью вымачивания или обработки паром.

Гнутые стулья для кафе и кресла-качалки Майкла Тонети классический пример гнутой мебели, изготовленной с помощью пропаривания, а в тридцатых годах XX века мебель из клееных слоистых материалов стала элементом высокой моды, после изобретения промышленных способов производства различных сортов фанеры. Как гнуть с помощью пара, так и использование послойного изгиба может быть осуществлено в домашней мастерской, и оба способа продолжают применяться в промышленности для производства мебели под старину, а также искусными мастерами-дизайнерами.

Пропаренная древесина может гнуться со сравнительно большой крутизной изгиба. Пар размягчает древесные волокна в достаточной мере для того, чтобы согнуть их и прижить к шаблону требуемой формы. Может потребоваться значительное усилие для сгибания, но это вполне достижимо и в домашней мастерской при использовании базового оборудования. Потребуется изготовить шаблон, прижимной хомут и паровую камеру. Сгибание древесины нельзя отнести к точным процедурам. Существует множество вариантов, и зачастую метод проб и ошибок является единственно возможным способам получения требуемого результата.

Тонкие деревянные заготовки не требуют предварительной подготовки. Минимальный радиус, на который можно ее согнуть, будет зависеть от толщины и естественных свойств породы дерева. Тонкая древесина при отсутствии ограничителей деформации (и виде, например, шаблона) при свободном сгибании примет форму кольца, если свести вместе концы заготовки. Для получения большей крутизны изгиба древесину требуется пропарить и «выдержать» зафиксированной на шаблоне, чтобы она, приняв нужную форму, стабилизировалась в этом положении благодаря внутренней остаточной деформации. Когда сгибается толстая древесина, необходимо ограничить растяжение внешних слоев, чтобы предотвратить их отщепление или разрушение. Описанный здесь метод предназначен для гнутья сравнительно толстых деревянных заготовок.

Подготовка древесины

Для сгибания выбирайте прямослойную древесину без сучков и трещин. Любой дефект или недостаток потенциально является слабым местом, поэтому возможны определенные неудачи. Существуют десятки сортов древесины, которые успешно гнутся с помощью пара, и многие из них это твердые породы. В таблице ниже можно найти короткий перечень пригодных видов материала для гнутья. Можно гнуть и хорошо просушенную древесину, но свежесрезанная древесина поддается такой обработке легче. Древесина атмосферной выдержки гнется лучше, чем древесина камерной или печной сушки. Если древесина слишком сухая и плохо поддается обработке, можно вымочить ее в течение нескольких часов перед пропариванием.

В зависимости от вида заготовки можно заранее обрезать ее по размеру или сделать это пилой, стругом или скобелем после изгибания. Последний метод часто используется при производстве гнутой мебели тина виндзорских стульев и кресел. Древесина с ровной и гладкой отделкой поверхности менее подвержена расслаиванию и сделает окончательную отделку всего изделия легче. Сырая древесина дает усадку больше, чем выдержанная, а при обработке на токарном станке до изгиба имеет тенденцию принимать при высыхании овальную форму в сечении. Вне зависимости от формы и размеров делайте длину заготовки больше длины готового изделия приблизительно на 100 мм. Тогда в случае расслаивания или раскалывания концов после изгибания можно будет обрезать поврежденные участки.

Для расчета длины сделайте чертеж формы изгиба в масштабе 1:1. Измерьте внешнюю сторону изогнутой детали, чтобы получить правильное значение ее длины. Эго позволит излишне не растягивать внешние волокна, что могло бы привести к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений. Размягченные внутренние волокна смогут сжаться в достаточной степени, чтобы принять форму меньшего внутреннего изгиба.

Ключевым моментом в изготовлении крутого изгиба является использование гибкого прижимного хомута. Сделайте хомут из мягкой стали толщиной 2 мм и шириной по меньшей мере не уже изгибаемой заготовки. Это подойдет практически для любых работ, которыми вам, возможно, придется заняться. Чтобы избежать возможного загрязнения поверхности детали в результате реакций взаимодействия химических элементов древесины, металла и окружающей среды, хомут сделайте из нержавеющей стали или стали с гальванопокрытием либо используйте полиэтиленовую прокладку.

Установите на хомуте концевые ограничители или упоры, чтобы фиксировать торцы заготовки, не давая тем самым растягиваться и расслаиваться волокнам на внешней стороне изогнутой детали. Эти ограничители должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать значительное давление на них, и иметь достаточные размеры, чтобы торец заготовки мог упираться в ограничитель всей своей поверхностью. Можно изготовить их из толстого металлического уголка или из твердой древесины, что обычно проще сделать.

Чтобы оснастить хомут надежными концевыми упорами, установите на концах металлической ленты деревянные бруски длиной примерно 225 мм. По осевым линиям каждого блока просверлите два отверстия диаметром 9 мм на расстоянии около 150 мм друг от друга. Разметьте и просверлите полосу хомута под болты крепежа концевых упоров. Расстояние между упорами должно быть равным длине заготовки, включая припуск. Чтобы хомут обладал удобным для работы действием рычага, прикрепите к концам полосы достаточно мощные деревянные бруски на тыльной ее стороне с помощью длинных болтов крепления упоров.

Изготовление шаблона

Пропаренная древесина гнется по шаблону, который определяет форму изгиба и дает опору для волокон внутренней части изогнутой заготовки. Шаблон должен обладать большой прочностью, и иметь ширину, равную по крайней мере ширине сгибаемой детали. Он должен обеспечивать определенные возможности фиксации на нем заготовки с помощью струбцин или других зажимов.

Можно изготовить шаблон из толстой древесины, установив форму из нее на основание из искусственных древесных материалов, или использовать склеенные между собой листы фанеры . Поскольку гнутая древесина стремится выпрямиться после освобождения зажима, необходимо скорректировать форму шаблона с учетом распрямления детали. Для этого придется воспользоваться самым надежным, хотя и не всегда приятным способом - методом проб и ошибок, чтобы определить параметры такой коррекции.

Виды древесины для сгибания с пропариванием

Ясень
Fraxinus excelsior
Fraxinus amcricana
Бук
Fagus grandifolia
Fagus sylvatica
Береза
Betula pendula
Benda alleghaniensis
Вяз
Ulmus americana
Ulmus procera
Ulmus liollandica
Ulmus thomasii
Гикори Cartja spp.
Дуб
Quercus rubra
Quercus petraea
Орех
Juglans nigra
Juglans regia
Тис
Taxus baccara

Изготовление паровой камеры

Паровую камеру делайте из фанеры для наружного применения либо используйте пластиковые или металлические трубы-короба. Фанера позволяет изготовить с помощью клея и шурупов простую конструкцию в точности в соответствии с вашими конкретными требованиями. Этот тип камеры идеален, если планируется пропарка целых партий древесины. Камера из пластиковой или металлической трубы ограничивает диапазон размеров, но вполне пригодна для небольших заготовок.

Отрежьте отрезок трубы необходимой длины в соответствии с размерами заготовки. Длина 1 м - удобный размер, который позволяет обрабатывать заготовки целиком или даже детали повышенной длины, если необходимо согнуть только ее концевую часть. Сделайте съемные вставные концевые заслонки из фанеры для наружного использования. Просверлите в одной из них отверстие под пароповодящую трубку и рубанком сострогайте нижнюю часть кромки другой заслонки, чтобы создать возможность вентиляции и дренажное отверстие. Изготовьте специальные «открытые» заслонки с отверстием для длинных заготовок. Установите внутри трупы деревянные опоры для того, чтобы заготовка не касалась дна камеры. Сделайте теплоизоляцию камеры с помощью пенопласта или деревянных брусков, закрепив их на камере проволокой. Установите камеру на подставках с небольшим наклоном, чтобы конденсат мог вытекать. Обеспечьте резервуар-приемник для вытекающей воды.

Пар можно получить с помощью небольшого электрического испарителя или парогенератора заводского изготовления или сделать собственный испаритель из металлического бака на 20-25 л со съемной крышкой или пробкой. Одни конец короткого резинового шланга подсоедините к патрубку или вентилю (клапану), впаянному в бак, а другой вставьте в отверстие в заслонке камеры. Для нагрева воды можно использовать какой-либо нагревательный прибор, например электрическую или газовую плитку. Заполните бак наполовину водой и нагрейте ее до 100 °С. чтобы обеспечить постоянный приток пара. Ориентировочно древесину следует пропаривать 1 час на каждые 25 мм толщины. Более длительное пропаривание не обязательно улучшит пластичность древесины, но может разрушить ее внутреннюю структуру.

Сгибание древесины

У вас будет только несколько минут для того, чтобы успеть зафиксировать заготовку в шаблоне перед тем, как она начнет остывать и стабилизироваться. Заранее подготовьте рабочее место. Имейте в наличии достаточное количество струбцин и в случае обработки очень толстой древесины договоритесь с товарищем о помощи.

Перекройте подачу пара и отключите парогенератор. Извлеките заготовку из камеры и поместите ее в заранее подогнанный по размеру и подогретый хомут. Установите все это вместе на шаблон. Зафиксируйте центр, поместив между струбциной и хомутом деревянный обрезок. С натягом «накрутите» заготовку на шаблон и надежно зажмите на месте несколькими струбцинами. Дайте детали стабилизироваться по крайней мере в течение 15 мин, перед тем как перенести ее на одинаковую по форме сушильную оправку или шаблон. Можно оставить заготовку и на первом шаблоне. В любом случае выдерживание материала должно занимать от 1 до 7 суток.

Меры безопасности

При сгибании с пропариванием соблюдайте следующие правила:

Не затягивайте слишком сильно крышку или пробку парогенератора.
Обеспечьте вентиляцию паровой камеры.
Не допускайте работы парогенератора без воды.
Не стойте и не наклоняйтесь над парогенератором и паровой камерой, когда открываете их.
При обращении с нагретой заготовкой и оборудованием для пропаривания надевайте толстые перчатки или рукавицы.
Источник пара должен быть удален на значительное расстояние от легковозгорающихся предметов к материалов.

Первым делом необходимо распарить деревянный брусок. Сделать это можно несколькими способами. Иногда строители ограничиваются распаркой в горячей воде, но лучше всего соорудить специальный ящик, в который необходимо пустить потоки горячего и влажного воздуха. Делается это очень просто. В любую кастрюлю или чайник наливается вода и доводиться до кипения. Затем в любое отверстие этой ёмкости вставляется резиновая трубка, а другой её конец вставляется в заранее выпиленное отверстие в ящике. Таким образом влажный и горячий воздух будет поступать в ящик. Как правило, для полноценного эффекта достаточно 1 часа пропарки. Старайтесь не перепарить ваш брусок, т.к. это тоже к хорошему не приведёт.

2 шаг

Теперь можно начинать сам процесс сгибания. Для этого используют специальные шаблоны, по которым и нужно осуществлять сгиб, т.е. одной частью брусок прислоняется к деревянному шаблону и при помощи сильного надавливания получает такую же форму. Важно, чтобы одна сторона изгибаемого бруска была крепко закреплена. Вероятность появления трещин крайне мала, но всё-таки лучше сгибать брусок аккуратно, без сильных и резких надавливаний.

3 шаг

После изгиба брусок нужно оставить в покое и дать ему высохнуть. При высыхании свою форму он менять не будет, поэтому его можно просто положить на сухое и с попаданием солнечных лучей место. После высыхания его можно будет покрыть лаком или краской.

Если возникла необходимость в изготовлении изогнутого деревянного элемента, то на первый взгляд может показаться, что проще выпилить нужный элемент в изогнутом виде, но в таком случае волокна древесного материала будут перерезаны, ослабляя, таким образом, прочность детали, а как следствие, и всего изделия. Кроме того, при выпиливании получается большой перерасход материала, что нельзя сказать о способе, когда деревянную заготовку попросту изгибают.

Древесина - это волокна целлюлозы, связанные между собой химическим веществом, называемым лигнин. От расположения волокон зависит гибкость дерева.

Только хорошо просушенное дерево будет надежным и долговечным исходным материалом для производства различных изделий. Однако изменение формы сухой деревянной заготовки процесс сложный, ведь сухое дерево может сломаться, что очень нежелательно.

Изучив технологию, как согнуть дерево, а также основные физические свойства древесины, которые позволяют изменять ее форму и впоследствии ее сохранить, вполне реально заняться изгибанием древесины в домашних условиях.

Некоторые особенности работы с деревом

Гнутье древесины сопровождается ее деформацией, а также сжатием внутренних слоев и растяжением внешних. Бывает так, что силы растяжения приводят к разрыву внешних волокон. Предупредить это можно при проведении предварительной гидротермической обработки.

Итак, согнуть можно заготовки бруса, сделанного из массива и клееной древесины. Кроме того, для гнутья применяют строганный и лущеный шпон. Самыми пластичными являются лиственные породы. В их числе бук, ясень, береза, граб, клен, дуб, тополь, липа и ольха. Гнутые клееные заготовки лучше всего делать из шпона березы. Стоит отметить, что в общем объеме гнуто-клееных заготовок березовый шпон занимает примерно 60%.

При пропаривании заготовки способность к сжатию значительно увеличивается, а именно на треть, в то время как способность к растяжению повышается всего на несколько процентов. А, значит, думать о том, можно ли гнуть дерево толще 2 см, не стоит априори.

Нагрев в паровой коробке

Вначале следует подготовить паровую коробку. Она может быть собственноручно сделанной. Ее главная задача - держать дерево, которое необходимо согнуть. В ней должно быть отверстие, предназначенное для выхода давления пара. В противном случае она взорвется.

Отверстие для выхода пара должно располагаться в дне коробки. Кроме того, в коробке должна быть предусмотрена съемная крышка, через которую можно будет вытащить гнутое дерево, после того как оно приобретет нужную форму. Чтобы удержать деревянную гнутую деталь в нужной форме, следует использовать зажимы. Их можно сделать самостоятельно из дерева или купить в специализированном магазине.

Из дерева следует сделать круглые обрезки - несколько штук. В них просверливаются смещенные от центра отверстия. После этого необходимо просунуть болты через них, а затем просверлить еще одно отверстие через стороны, чтобы задвинуть их намертво. Такие нехитрые поделки могут стать отменными зажимами.

Теперь настало время пропарить дерево, для этого следует позаботиться об источнике тепла и закрыть заготовку из дерева в паровой коробке. На каждые 2,5 см толщины заготовки пропаривать изделие нужно около часа. По истечении времени, дерево нужно вынуть из коробки и придать ему необходимую форму. Процесс должен выполняться очень быстро. Сгибается заготовка аккуратно и мягко.

Одни виды древесины гнутся легче других за счет разной эластичности. Разные способы требуют приложения силы разной величины.

Как только желаемый результат достигнут, гнутое дерево нужно зафиксировать в таком положении. Можно закреплять дерево при его формировании. Благодаря этому легче контролировать процесс.

При помощи химической пропитки

Чтобы разрушить связи лигнина между волокнами можно воздействовать на дерево химическими веществами, причем осуществить это вполне реально в домашних условиях. Идеально для этого подходит аммиак. Заготовка отмачивается в 25% водном растворе аммиака. После чего она становится весьма послушной и эластичной, что позволяет согнуть, скрутить ее и выдавить в ней под прессом рельефные формы.

Аммиак опасен! Поэтому при работе с ним следует соблюдать все правила техники безопасности. Вымачивание заготовки следует проводить в глухо закрывающейся емкости, находящейся в помещении, которое хорошо проветривается.

Чем дольше древесина находится в аммиачном растворе, тем пластичнее она становится. После отмачивания заготовки и придания ей формы, нужно оставить ее в таком изогнутом виде. Это нужно для фиксации формы, ну и для того, чтобы аммиак испарился. Опять же оставлять гнутое дерево следует в проветриваемом помещении. Интересно, что после испарения аммиака, волокна древесины обретут былую прочность, а это позволит заготовке удерживать свою форму!

Способ расслоения

Вначале нужно сделать заготовку дерева, которая будет подвергаться изгибу. Доски должны быть чуть длиннее, чем длина готовой детали. Это объясняется тем, что изгиб укоротит ламели. Прежде чем начать резку, следует нарисовать карандашом диагональную прямую. Сделать это нужно поперек нижней стороны доски. Это позволит сохранить последовательность ламелей после их перемещения.

Доски отрезаются прямослойным краем, ни в коем случае не лицевой стороной. Так, их можно будет сложить вместе с наименьшим изменением. В форму наносится пробковый слой. Это поможет избежать неровностей в форме пилы, что позволит сделать более четкий изгиб. Кроме того, пробка удержит расслоение в форме. Теперь наносится клей на верхнюю сторону одной из деревянных ламелей.

Клей наносится на ламели валиком. Лучше всего использовать карбамидоформальдегидный клей, состоящий из 2 частей. Он обладает высоким уровнем сцепления, но долго сохнет. Можно также использовать эпоксидную смолу, но такой состав стоит очень дорого, и позволить его себе может не каждый. Стандартный клей для дерева в этом случае нельзя применять. Он быстро сохнет, но является очень мягким, что в данной ситуации никак не приветствуется.

Заготовку из гнутого дерева следует как можно быстрее поместить в форму. Так, на промазанную клеем ламель укладывается еще одна. Процесс повторяется, пока гнутая заготовка не приобретет нужную толщину. Доски скрепляются вместе. После того как клей полностью высохнет, следует укоротить ее до нужной длины.

Пропил, как метод

Подготовленный деревянный отрезок нужно пропилить. Пропилы делаются на 2/3 от толщины заготовки. Они должны находиться с внутренней стороны изгиба. Следует быть предельно внимательным, ведь грубые пропилы могут сломать дерево.

Ключ к успеху при резке пропилов заключается в том, чтобы расстояние между надрезами было максимально ровным. В идеале 1,25 см.

Надрезы делаются поперек узора дерева. Далее следует сжать края заготовки так, чтобы соединить получившиеся зазоры вместе. Такую форму и приобретет изгиб по окончании работы. Затем изгиб исправляют. Чаще всего внешнюю сторону обрабатывают шпоном, в некоторых случаях ламинатом. Это действие позволяет исправить изгиб и скрыть любые допущенные в процессе производства дефекты. Пробелы между согнутым деревом скрываются элементарно – для этого смешивается клей и опилки, а после этой смесью заполняются пробелы.

В независимости от метода сгиба, после того как дерево будет вынуто из формы, изгиб слегка расслабится. Ввиду этого его нужно сделать чуть больше, чтобы впоследствии компенсировать этот эффект. Метод пропиливания можно применить при сгибе части коробки или металлического уголка.

Если вы решили отделать помещение деревом или заняться созданием красивой мебели в классическом стиле - то вам необходимо будет изготавливать криволинейные детали. К счастью, древесина является уникальной субстанцией, ведь она позволяет опытному мастеру немного поиграться с формой. Это не так сложно, как кажется, но и не так легко, как хотелось бы.

Ранее на сайте уже была публикация по изгибанию фанеры . В этой статье мы разберёмся в принципах гнутья массивной доски и бруса, узнаем, как это делают на производстве. А также приведём полезные советы от профессионалов, которые будут полезны домашнему умельцу.

Почему гнутьё лучше выпиливания

Криволинейную деревянную деталь можно получить двумя методами: изогнув ровную заготовку, либо вырезав необходимую пространственную форму. Так называемый способ «выпиливания» привлекает пользователей своей простотой. Для такого изготовления деталей и конструкций не нужно использовать сложные приспособления, не приходится тратить много времени и сил. Однако, чтобы выпилить криволинейное деревянное изделие, приходится применять заведомо слишком крупную заготовку, причём очень много ценного материала будет безвозвратно теряться в качестве отходов.

Но главной проблемой являются рабочие характеристики полученных деталей. При раскрое криволинейной детали из обычного обрезного пиломатериала, волокна древесины не меняют своего направления.
Как результат, в зону радиусов попадают поперечные срезы, которые не только ухудшают внешний вид, но и заметно усложняют последующую доводку изделия, например, его фрезерование или чистовое шлифование. Кроме того, на самых уязвимых для механического воздействия скруглённых участках волокна идут поперёк сечения, что делает деталь склонной к разлому в этом месте.

Тогда как при гнутье обычно наблюдается противоположная картина, когда древесина становится только прочнее. На кромки изогнутого бруса или доски не выходят «торцевые» срезы волокон, поэтому впоследствии можно без ограничений обрабатывать такие заготовки, с использованием всех стандартных операций.

Что происходит в древесине при изгибании

Технология гнутья основана на способности древесины, сохраняя целостность, в некоторых пределах менять свою форму по мере приложения силы, а затем сохранять её после снятия механического воздействия. Однако все мы знаем, что без подготовительных мероприятий пиломатериал является упругим - то есть он возвращается в исходное состояние. А если приложенные силы слишком велики, то брус или доска попросту ломается.

Слои деревянной заготовки при изгибании работают неодинаково. Снаружи радиуса материал растягивается, внутри - сжимается, а в середине массива волокна практически не испытывают существенных нагрузок и мало сопротивляются действующим на заготовку силам (этот внутренний слой называют «нейтральным»). При критичной деформации волокна на внешнем радиусе разрываются, а на внутреннем радиусе обычно образуются «складки», которые являются довольно распространённым дефектом при изгибании мягкой древесины. Сжиматься волокна пластичных лиственных или хвойных пород могут на 20 и более процентов, тогда как предел растягивания составляет около одного-полутора процентов.

То есть для определения возможности для изгибания (без разрушения) более важным показателем будет предел относительного удлинения растянутого слоя. Он напрямую зависит от толщины детали и определяет радиус, который нужно получить. Чем толще заготовка и чем меньше радиус - тем больше будет относительное удлинение вдоль волокон. Имея данные о физических свойствах популярных пород древесины , можно для каждой из них сформулировать максимально возможное соотношение толщины и радиуса деталей. В цифрах это будет выглядеть так:

Изгиб с использованием стальной шины

Изгиб без использования шины

Эти данные говорят о том, что хвойный пиломатериал, по сравнению, с плотными лиственными породами, хуже приспособлен к свободному изгибанию. Для работы с пиломатериалами на агрессивных радиусах нужно обязательно использовать комбинированные методы предварительной подготовки деталей и механической защиты.

Шина как действенный способ избежать разрушения древесины при изгибании

Так как основной проблемой является разрыв волокон со стороны наружного радиуса, именно эту поверхность заготовки нужно как-то стабилизировать. Одним из самых распространённых методов является использование накладной шины. Шина представляет собой стальную полосу толщиной от полмиллиметра до двух миллиметров, которая охватывает брус или доску по наружному радиусу и изгибается на шаблоне вместе с древесиной. Упругая полоса поглощает часть энергии при растягивании и одновременно с этим перераспределяет разрушающую нагрузку по длине заготовки. Благодаря такому подходу в купе с увлажнением и нагревом, допустимый радиус изгиба уменьшается в разы.

Параллельно с использованием стальной шины в гибочных приспособлениях и станках добиваются механического уплотнения древесины. Делается это при помощи прессующего ролика, который давит на заготовку по наружному радиусу изгиба. Кроме того, форма-шаблон в таком приспособлении часто наделена 3-миллиметровыми зубьями (с шагом около 0,5 см), ориентированными навстречу ходу заготовки.

Задача зубчатой поверхности шаблона - не дать заготовке проскользнуть, предотвратить взаимный сдвиг волокон в деревянном массиве, а также создать мелкую вдавленную гофру в вогнутом радиусе детали (волокна тут запрессовываются вовнутрь массива, следовательно, решаются проблемы со складками).

Прессование с шиной позволяет с минимальным процентом брака изгибать бруски и доски из хвойной и мягкой лиственной древесины. Обратите внимание, что детали из относительно твёрдых пород при гнутье с прессованием становятся примерно на десять-двенадцать процентов тоньше, а сосновые и еловые заготовки - на 20-30% тоньше. Но к положительным моментам этого метода нужно отнести значительное увеличение прочностных характеристик готового изделия, а также существенное снижение требований к наличию пороков и дефектов в заготовках из древесины.

Как улучшают пластичность древесины

В нормальном состоянии пиломатериалы обладают упругостью, существенной пространственной жёсткостью и стойкостью к сжатию. Эти ценные свойства древесина получает от лигнина - природного «сетчатого» полимера, который придаёт растениям стабильную форму и прочность. Располагается лигнин в межклеточном пространстве и в клеточных стенках, соединяя целлюлозные волокна. В древесине хвойных пород его содержится порядка 23-38 процентов, в лиственных породах - до 25 процентов.

По сути, лигнин является своего рода клеем. Мы можем его размягчить и превратить в «коллоидный раствор», если нагреть пиломатериал путём пропаривания, проваривания, обработки током высокой частоты (для мелких деталей применима также бытовая микроволновка). После расплавления лигнина заготовку изгибают и фиксируют - остывая, расплавленный лигнин отвердевает и не даёт древесине вернуться в исходную форму.

Практика показывает, что оптимальной температурой для гнутья цельной древесины (брусок , рейка , доска) будет 100 градусов Цельсия. Эту температуру нужно получить не на поверхности, а внутри заготовки. Поэтому во многом от того, насколько массивной является деталь, будет зависеть время температурного воздействия. Чем толще деталь - тем дольше её придётся нагревать. К примеру, если использовать пропаривание для подготовки к изгибанию рейки толщиной 25 мм (с влажностью около 28-32%), то в среднем на это уходит около 60 минут. Примечательно, что время выдержки под паром аналогичных по габаритам деталей для любых пород примерно одинаковое.

Кстати, считается, что перегревать деталь тоже нельзя, так как лигнин после отвердевания может потерять упругость и стать слишком хрупким.

Метод проваривания используется не часто, так как заготовка сильно и неравномерно увлажняется, а такие водонасыщенные волокна и клетки при гнутье могут рваться, как минимум, с образованием ворса. Детали после варки приходится потом слишком долго сушить. Но этот способ хорошо показывает себя, если нужно обработать для гнутья только часть заготовки.

Пропаривание позволяет прогревать заготовку равномерно, причём влажность её на выходе стремится приблизиться к оптимальной. Наиболее подходящая влажность для достижения максимальной пластичности пиломатериалов считается диапазон в 26-35 процентов (момент насыщения волокон древесины).

Чтобы пропарить древесину для гнутья в домашних условиях, используют самодельные цилиндрические камеры из металлических/полимерных труб или прямоугольные короба из дерева. В качестве источника пара выступают нагревающиеся баки, электрические чайники и прочие подобные приспособления, которые могут обеспечить температуру порядка 105 градусов и небольшое давление. Далее всегда следует этап просушивания детали (+ выдержки зафиксированной формы) примерно до пятнадцати процентов и её финишной обработки.

Химические методы пластификации древесины

Известно также, что можно сделать пиломатериал более податливым, используя пропитку различными составами. Есть готовые пропитки, которые делают клетки древесины пластичнее, например, «Super-Soft 2». Некоторые практикующие мастера замачивают дерево в так называемых кондиционерах для текстиля, получая схожий результат.

Но могут использоваться также довольно примитивные «рецепты» с содержанием нашатырного и этилового спирта, глицерина, щелочей, перекиси водорода, растворённых квасцов... Многие из них действуют предельно просто - повышают способность заготовки поглощать воду и помогают удерживать влагу в волокнах.

Тонкие изделия типа шпона обрабатываются распылением, но подготовительная пропитка химией нормальных пиломатериалов, как правило, выполняется методом полного погружения. Чтобы рабочие вещества попали вовнутрь бруска или рейки, нужно время, обычно требуется от 3-5 часов до нескольких суток (правда, нагревание помогает сократить ожидание).

Во многом именно из-за длительности процессов химическую пластификацию применяют не часто, хотя есть и другие проблемы: цена химии, изменение окрасов, необходимость обеспечить защиту от вредных испарений, увеличенная склонность таких изогнутых деталей к распрямлению…

Советы по изгибанию пиломатериалов с использованием гидротермической подготовки

Очень тщательно подбирайте по качеству заготовки для гнутья. Лучше не использовать материал с трещинами, сучками (даже живыми и сросшимися), наклоном волокон. Если вариантов для этого нет, то ориентируйте деталь в гнутарном приспособлении (станок или шаблон) так, чтобы дефекты попадали в зону вогнутого радиуса, а не в зону растяжения на наружном радиусе. Отдайте предпочтение методу изгибания с шиной.
При подборе заготовки обязательно нужно предусмотреть изменение размера детали после формования. Например, на 30 процентов уменьшаться может толщина хвойного бруска, если выполняется гнутьё с прессованием.
Даже если вы планируете обширную финишную обработку - не оставляйте слишком много материала. Чем тоньше заготовка, тем легче она гнётся без разрушения.
Если объём работ небольшой, то лучше не выпиливать заготовки, а накалывать их из чурок. Так удаётся избежать среза волокон и, как следствие - брака при изгибании.
Для гнутья желательно использовать пиломатериал с естественной влажностью . Если применять сухие заготовки, то предпочтение стоит отдать тем, что не обрабатывались в сушильной камере, а вялились под навесом - атмосферным способом .
После пропаривания работайте с размягчённой древесиной очень быстро, так как лигнин начинает отвердевать практически сразу, особенно в самых уязвимых наружных слоях массива древесины. Обычно нужно ориентироваться на запас времени от получаса до 40 минут, поэтому нет смысла делать крупные камеры, если весь материал из которых вы попросту не успеете установить в шаблоны.
Располагайте материал в пропарочной камере так, чтобы именно поверхности, обращённые к внешнему радиусу, беспрепятственно попадали под струи пара.
Чтобы сэкономить время, многие столяры отказываются от применения шаблонов со струбцинами. Вместо этого они используют на шаблонах металлические скобы и клинья, либо столбики-ограничители.
Имейте ввиду, что изогнутый брусок или рейка всё-равно стремиться к распрямлению. И это распрямление всегда происходит на несколько процентов. Поэтому когда требуется высокая точность в изготовлении детали, необходимо провести испытания и на основе полученных результатов подкорректировать форму шаблона (уменьшить радиус).
После остывания детали в форме дайте ей ещё постоять. Некоторые опытные мебельщики предпочитают сделать выдержку в 5-7 дней. Шину, как правило, на всё это время оставляют закреплённой на детали.