Доска вдоль волокон или поперек

Обновлено: 10.01.2025

Механические свойства древесины

Механические свойства древесины – это такие свойства, которые обнаруживаются при действии на древесину внешних сил (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, перерезывание, скалывание). Действие этих сил может проявляться во время эксплуатации деревянных конструкций, а также при обработке древесины режущими инструментами.

К механическим свойствам древесины относятся:

Механические свойства древесины меняются по высоте и радиусу ствола. Они зависят от количества годовых колец в одном сантиметре и процента поздней древесины.

Существенное влияние на свойства древесины оказывает связанная влага. Влажность выше предела гигроскопичности практически не влияет на ее механические свойства.

Содержание скрыть

Твердость древесины

Твердостью называется способность древесины сопротивляться прониканию в нее более твердых тел, а также режущих инструментов, гвоздей и шурупов.

Так как распил древесины производится тремя способами, то и твердость дерева различается в этих направлениях среза.

Выделяют следующие типы твердости по направлениям среза:

Торцевой (поперечный) распил – дерево распиливается перпендикулярно стволу и направлению волокон.

Торцевой распил древесины

Радиальный распил осуществляется вдоль ствола, по радиусу, то есть, через центр дерева.

Радиальный распил древесины

Тангенциальный распил также выполняется продольно, однако проходит вне центра, по хорде окружности, и поэтому на лицевой поверхности среза образуются своеобразные узоры из годичных колец.

Тангенциальный распил древесины

Показатель твердости лесоматериалов изменяется в зависимости от типа его распила.

Боковая твердость у хвойных пород чаще всего на 40% ниже торцовой, а у лиственных пород – на 30%. Тангенциальная твердость, например, дубовых, буковых или ильмовых лесоматериалов, выше торцевой почти на 10%. Большая часть сортов древесины имеет примерно одинаковую тангенциальную и радиальную твердости.

По степени твердости все породы древесины делятся на следующие классы:

– твердые, как кость : эбонитовое дерево, кокос;

– очень твердые : дуб, бук, белая акация, граб, тис, палисандр;

– твердые : дуб, яблоня, груша, вишня, ясень, тик;

– умеренно твердые – орех, черная сосна, вяз;

– мягкие : берёза, липа, лиственница, ольха, красное дерево;

– очень мягкие : ель, белая сосна, тополь, верба, осина, пихта;

Твердая древесина встречается обычно у лиственных деревьев с широкими плоскими листьями, опадающих осенью или весной, как например, листья дуба. Поскольку твердая древесина еще и плотнее, чем мягкая, изделия из нее прочны и долговечны, и поэтому она больше ценится в столярном деле.

Мягкая древесина – это прежде всего хвойные вечнозеленые породы, размножающиеся шишками. Поскольку такие деревья быстрее растут, то эта древесина дешевле твердой. Мягкая древесина используется в строительстве для изготовления балочных перекрытий, в мебельном производстве, является сырьем для изготовления бумаги.

Но при этом всегда необходимо помнить, что у некоторых лиственных древесина на самом деле «мягче», чем у хвойных деревьев.

Упругость древесины

Упругостью древесины называется ее способность изменять (в известных пределах) свою форму под действием внешнего усилия и возвращаться к первоначальной форме после прекращения этого воздействия.

Упругость древесины – способность возвращаться к первоначальной форме после прекращения воздействия нагрузки

При кратковременной растягивающей нагрузке вдоль волокон древесина до определенного предела ведет себя практически совершенно упруго, в ней возникают преимущественно упругие деформации. То есть, деформация, вызванная растяжением, исчезает, как только снимается нагрузка.

Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности – модуль упругости Е – гипотетическое напряжение в Н/мм 2 , при котором длина испытываемого стержня увеличивается вдвое. Модуль упругости Е может колебаться в значительных пределах даже для одних и тех же пород древесины. Заметное влияние на него оказывает влажность.

Модуль упругости при растяжении и сжатии фактически одинаков, так же, как и при изгибе.

При действия усилия под углом к направлению волокон, по мере увеличения угла, модуль упругости Е уменьшается. При усилиях, действующих поперек волокон, деформации из-за трубчатого строения клеток значительно больше, чем при действии вдоль волокон, а значит, значительно уменьшается модуль упругости. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

В строительной практике устанавливается средняя величина модуля упругости Е в направлении поперек волокон, которая для хвойных пород равна 300 МПа (Н/мм 2 ), а для лиственных – 600 МПа (Н/мм 2 ). Следовательно, модуль упругости вдоль волокон примерно в 20 раз больше, чем поперек.

Проектировщику модуль упругости Е древесины необходимо знать при расчете конструкций по второй группе предельных состояний – состояний, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений, конструкций или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций (прогибов, трещин), колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта. То есть, вторая группа определяется непригодностью конструкций к нормальной эксплуатации.

Возможны случаи, когда конструкция не потеряла несущую способность, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы предельных состояний, но ее деформации, например, прогибы таковы, что нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения людей в помещении.

При расчете по второй группе предельных состояний определяется максимальный прогиб f_max в элементе конструкции. Как правило, это однопролетная разрезная балка постоянного сечения. Максимальный прогиб зависит от того, чем нагружена балка (сосредоточенной силой Q, распределенной нагрузкой q или моментом M), и от того, какие опоры на концах балки (подвижный или неподвижный шарнир, жесткая заделка или свободный конец), то есть, от расчетной схемы балки.

Значение максимального прогиба f _max для каждого конкретно случая можно найти в любом справочнике по строительным конструкциям. Если под рукой нет такого справочника, то значение прогиба можно рассчитать по универсальной формуле, найдя предварительно нормативное значение максимального момента М _н :

М н – нормативное значение максимального изгибающего момента;

l – пролет балки (расстояние между опорами);

J _x – момент инерции сечения, для прямоугольного сечения равен bh 3 /12;

Е – модуль упругости материала конструкции.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, ее деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок.

Упругие свойства древесины поперек волокон используются главным образом в сочетании с другим свойством, с его вязкостью – способностью дерева держать гвозди, костыли, шурупы. И это ценное качество дерева не удается воспроизвести ни в одном из современных материалов. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдергиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон.

С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдергивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдергивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Пластичность древесины

Пластичностью древесины называется ее способность под воздействием продолжительных нагрузок, не разрушаясь, сохранять приданную ей измененную форму, давать остаточную деформацию. Древесина лиственных пород обладает большей пластичностью, чем древесина хвойных пород.

Пластичность древесины – способность сохранять приданную ей измененную форму под воздействием продолжительных нагрузок

Пластичность можно отнести как к положительным, так и к отрицательным свойствам. Она возрастает с повышением температуры и увеличением влажности.

Достаточно большая пластичность дерева в воздушно-сухом состоянии, при обычных температурных условиях, используется в строительстве в качестве арочных гнутых конструкций, в мебельном производстве, при производстве перил для лестниц в частных домах.

Большая пластичность дерева в воздушно-сухом состоятии используется при производстве перил для лестниц

Технологическая операция гнутья древесины основана на ее способности сравнительно легко деформироваться при действии изгибающих усилий. Способность гнуться выше у лиственных кольце-сосудистых пород – дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых – бука. Хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу.

Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации, что позволяет зафиксировать новую форму детали под нагрузкой.

Отрицательные проявления пластичности дерева сказываются главным образом на старых балочных перекрытиях больших пролетов, дающих заметное на глаз провисание иногда лишь по прошествии десятков лет. У стропильных деревянных ферм, благополучно простоявших более 100 лет, вдруг начинает наблюдаться катастрофическое нарастание прогибов из-за пластических деформаций в перенапряженных частях.

В некоторых деревянных конструкциях пластические деформации являются причиной не только традиционного провисания, но и их разрушения.

Пластические деформации – причина не только провисания, но и разрушения деревянных стропил крыши

Прочность древесины

Прочностью древесины называется ее способность выдерживать определенные нагрузки не разрушаясь. Более плотная древесина обычно является и более прочной.

Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина – анизотропный материал, то есть, материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).

Направление нормалей для торцевого, радиального и тангенциального разрезов

• Торцевой или поперечный разрез. Нормаль – продольная ось N.

• Радиальный разрез (проходит через ось ствола). Нормаль – R.

• Тангенциальный разрез (параллельный оси ствола, проходит через касательную к кольцу поперечного сечения). Нормаль – T.

Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в ней возникают внутренние силы. Эти силы, отнесенные к единице площади сечения (1см 2 ) называют напряжениями. Максимальное напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности.

Предел прочности определяют на малых, не имеющих пороков образцах в лабораториях на испытательных машинах.

Прочность при сжатии

Прочность при сжатии вдоль волокон

Прочность при сжатии вдоль волокон определяется на образце призматической формы. Образец размером 20 х 20 х 30мм, должен включать не менее 4-5 годичных слоев.

Образец для испытания древесины на прочность при сжатии вдоль волокон

Образец постепенно нагружают до разрушения, измеряя при этом максимальную нагрузку Р _max , H. Характерным признаком разрушения образца при сжатии является возникновение складки, образующейся в результате потери устойчивости волокон.

Характерные складки являются признаком разрушения образца в результате потери устойчивости волокон

Предел прочности σ, МПа вычисляют по формуле:

где P _max – максимальная нагрузка, Н

a ∙ b – площадь сечения образца, мм 2 .

В среднем для всех отечественных пород при влажности древесины 12% предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа (Н/мм 2 ). Или 500 кг/см 2 .

При работе древесины на сжатие вдоль волокон ее прочность в 2-2,5 раза ниже аналогичной прочности на растяжение.

Прочность при сжатии поперек волокон

Прочность при сжатии поперек волокон определяется по схемам на рисунке:

Образцы для испытания древесины на прочность при сжатии поперек волокон

Здесь указана равнодействующая сил, которые либо равномерно распределены по всей поверхности образца, либо по всей ширине, но на части длины его (местное сжатие). Во всех случаях определяют условный предел прочности. В качестве этого показателя используют предел пропорциональности, то есть, величину напряжений, до которых наблюдают линейную зависимость между напряжениями и деформациями.

В среднем для всех пород он составляет 1/10 предела прочности при сжатии вдоль волокон. То есть, в среднем, п рочность древесины при сжатии поперек волокон в десять раз меньше, чем прочность при сжатии вдоль.

Прочность при растяжении

Испытания на прочность при растяжении проводятся на образцах другого вида:

Образцы для испытания древесины на прочность при растяжении

Т акая форма образцов обусловлена стремлением обеспечить разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте закрепления, под воздействием именно растягивающих напряжений.

Предел прочности при растяжении получают делением величины разрушающей нагрузки на площадь сечения рабочей части образца.

В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа (1300 кг/см 2 ), а предел прочности при растяжении поперек волокон в 20 раз ниже. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон.

Высокая прочность древесины при растяжении вдоль волокон позволяет использовать ее для изготовления строительных конструкций.

Прочность при изгибе

Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 х 20 х 300 мм:

Образец для испытания древесины на изгиб

Предел прочности при статическом изгибе, МПа вычисляют по формуле:

где Мmax – максимальный изгибающий момент от нагрузки;

W – момент сопротивления сечения испытуемого бруса.

Для бруса прямоугольного сечения и сосредоточенной нагрузки посредине балки предел прочности при изгибе можно вычислить по формуле:

где P _max – максимальная нагрузка, H;

l – пролет, то есть, расстояние между центрами опор, равный 240 мм;

b – ширина в радиальном направлении, мм;

h – высота в тангенциальном направлении, мм.

Предел прочности при изгибе – промежуточное значение между пределом прочности при растяжении и и пределом прочности при сжатии. В среднем предел прочности при статическом изгибе составляет 90 МПа. Довольно высокая прочность древесины при изгибе позволяет использовать ее для изгибаемых строительных конструкций.

При работе древесины на изгиб наблюдается и растяжение, и сжатие волокон, и межслойный сдвиг.

При работе древесины на изгиб можно увидеть и растяжение, и сжатие волокон

Разрушение изгибаемых элементов начинается в результате:

• разрыва растянутых волокон;

• образования складки в сжатой зоне;

Прочность при сдвиге

При испытаниях на сдвиг к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости, происходит сдвиг. Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон и перерезание древесины поперек волокон. Схема действия сил при этих испытаниях показана на рисунке:

Образцы для испытания древесины на сдвиг

При испытании на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке:

Образец для испытания древесины на скалывание вдоль волокон

Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют делением разрушающей нагрузки на площадь скалывания.

Tw = P _max / (b ∙ l),

где (b ∙ l) – площадка скалывания

Величина предела прочности – касательных максимальных напряжений при скалывании вдоль волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперек волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперек волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон.

Пределы прочности (временные сопротивления R _вр ) отдельных пород древесины:

Поскольку свойства древесины, являющейся естественным строительным материалом, колеблются в широких пределах, в таблице приведены наиболее часто встречающие величины. Показатели приведены для влажности примерно 12%, то есть, обычной влажности при нормальных климатических условиях.

Однако, при проектировании деревянных конструкций в расчетах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели – расчетные сопротивления R. Они учитывают большие размеры элементов конструкций, наличие пороков древесины, длительное действие нагрузок , влажность, температуру и другие факторы.

Именно расчетное сопротивление R применяют при расчетах конструкций по первой группе предельных состояний. Первая группа предельных состояний – это состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочности, устойчивости или выносливости) сооружений и конструкций при соответствующих комбинациях нагрузок, которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое).

То есть, первая группа определяется потерей несущей способности конструкции или непригодностью ее к эксплуатации. Говоря проще, состояния, относящиеся к этой группе считаются предельными, если в конструкции наступило опасное напряженно-деформированное состояние, в худшем случае, если она по этим причинам разрушилась.

Расчетное сопротивление R является предельным напряжением в материале реальных элементов конструкций, отличающихся от стандартных образцов большими размерами и наличием неизбежных пороков и дефектов, в пределах допустимого их содержания. Кроме того, в расчетном сопротивлении отражено влияние длительного действия нагрузок и условий эксплуатации.

Определение расчетного сопротивления R древесины производят в следующей последовательности:

1. Лабораторными испытаниями большого числа стандартных образцов материала малого размера определяют значения величин временных сопротивлений R вр (пределов прочности) – об этом было рассказано выше.

2. Далее, в результате статистической обработки, находят среднее арифметическое значение R _ср вр временных сопротивлений, определяют коэффициенты изменчивости V и α и вычисляют R н – минимально возможное значение временного сопротивления, которое называется нормативным сопротивлением материала .

R н = R _ср вр (1-αV)

R н – нормативное сопротивление чистой (без пороков) древесины сосны и ели с влажностью 12% при стандартных испытаниях малых образцов .

Для того, чтобы не высчитывать R н самостоятельно, в справочной литературе приводится таблица этих значений.

Нормативные сопротивления R н чистой древесины сосны и ели:

Пилы и пиление

Пилы и пиление. Пилы изготовляют из высококачественной стали с нарезанными зубьями. Для плотничных и столярных работ используют широкую ножовку, ножовку с обушком, узкую ножовку; пилу с ограничителем глубины пиления (наградку), лучковую пилу, а также фанерную пилку (нож) (рис. 1).

Широкую ножовку изготовляют из стальной ленты длиной 0,7 м, шириной у рукоятки 11 см и на узком конце 2…7 см. Рукоятка бывает деревянной, металлической или пластмассовой. Узкая ножовка служит для выпиливания криволинейных сквозных отверстий в деталях большой ширины. Лобзик (рис.2) имеет узкую и тонкую (толщиной 0,3 мм, шириной 1…2 мм) пилку с мелкими зубьями. Пилка закреплена в дугообразной рамке и легко вынимается. Лобзиком выпиливают тонкие детали (фанеру) криволинейной формы. До начала работы конец пилки вставляют в заранее сделанное отверстие, а другой конец закрепляют в рамке. Пиление ведут по разметке. По окончании работы освобождают конец пилки и убирают ее из отверстия детали.

Ножовки с обушком применяют для неглубокого пиления, например пропиливания пазов в широких заготовках, для подгонки деталей при их сборке. Верх полотна усилен стальным обушком, увеличивающим жесткость полотна. Мелкие зубья имеют форму равнобедренного треугольника. Ножовкой пилят в обоих направлениях (рис. 1, в).

По форме зубьев различают пилы для продольного, смешанного и поперечного пиления (рис. 3).

Для пиления вдоль волокон используют пилы с косоугольными зубьями. Они режут древесину в одном направлении — от себя. Впадину между зубьями называют пазухой. Шагом зуба называют расстояние между вершинами смежных зубьев. Высота зуба равна перпендикуляру, проведенному из вершины зуба к его основанию. В зубе пилы три кромки (рис. 3, а). В пилах для продольного пиления резание выполняет короткая режущая часть — передняя кромка, а боковая кромка только отделяет волокна древесины.

Рис. 1. Пила : а— широкая ножовка: б — то же, узкая; в — обушковая ножовка; г — наградка; д — фанерная пилка.
Рис. 2. Лобзик.	Рис. 3. Элементы и углы зубьев пил : а — элементы пил; б — углы зубьев пил; I — для продольного пиления; II — для смешанного пиления; III — для поперечного пиления: 1 — боковые режущие кромки; 2 — передняя грань; 3 — передняя режущая кромка; 4 — шаг; 5 — вершина; 6 — пазуха; 7 — высота; 8 — линия основания зубьев.

Для продольного и поперечного пиления служит лучковая пила. Она состоит из рамы-лучка с натянутым пильным полотном. Последнее выполняют из стальной ленты длиной около 1 м, шириной 45…60 и толщиной 0,4…0,7 мм. Шаг зубьев 4…5 мм, высота зубьев 5…6 мм. Концы пильного полотна закреплены внизу стоек рамы-лучка. Полотно натягивают тетивой из бечевки, закрепленной между верхними концами стоек и закрутки. Поворот пильного полотна ведут с помощью ручек. Такой пилой может работать один человек. Пропил получается гладким и ровным. Зубья пил для поперечного пиления режут волокна, боковые кромки зубьев, а передняя кромка их только отделяет. В пилах для продольного пиления режет древесину передняя кромка зуба. Это учитывают при определении углов заточки зубьев пил для поперечного и продольного пиления.

Рис. 5. Подставки: а — деревянная с передвижной опорой: б — металлическая с роликом; в — деревянная с роликом.

Рис. 6. Пиление лучковой пилой вдоль волокон при вертикальном закреплении материала: а — положение рук рабочего во время пиления; б — то же, ступней ног.

У пил для продольного пиления мягкой древесины угол заточки 40…45°, у пил для твердой древесины — до 70°, в пилах поперечного пиления угол между режущими кромками зубьев 60…70°, а угол заточки — 45… 80°. У пил для смешанного пиления угол заточки 50… 60°. Углы зубьев пил следующие: для продольного пиления — 60…80°, для поперечного — 90 —120°, для смешанного — 90°.Для пропиливания неглубоких пазов и гнезд шиповых соединений используют так называемую наградку. Для регулирования глубины пропила она имеет передвижной упор. Толщина пильного полотна 0,4… 0,7 мм, длина —100…120 мм.

Виды и приемы пиления. По виду закрепления детали в верстаке различают: горизонтальное пиление вдоль волокон, вертикальное пиление вдоль волокон, горизонтальное пиление поперек волокон и пиление под углом. При горизонтальном пилении вдоль волокон заготовку закрепляют, прижимая ее к столу струбцинами (рис. 4), чтобы отпиливаемая часть выступала за пределы края верстака. Корпус рабочего при этом должен быть несколько наклонен вперед, пилу надо держать вертикально. Вначале делают запил, двигая пилу несколько раз вверх, после того, как запил станет глубоким, начинают пиление, двигая пилу вверх и вниз. Клин, вставленный в пропил, предупреждает зажатие полотна пилы.

При вертикальном пилении вдоль волокон заготовку закрепляют в верстаке передним или задним зажимом (рис. 6). На рисунке показано положение ног рабочего в процессе пиления. Распиливая тонкую доску, ее зажимают так, чтобы она не гнулась, поднимая вверх по мере пропиливания. Пиление начинают с запила, после чего работают на полный размах полотна пилы, не нажимая на нее. Короткие заготовки распиливают начиная с одного конца, а затем, перевернув заготовку, с другого. Распиловку длинных досок (вдоль волокон) выполняют, опирая их концы на подставки (см. рис. 5).

Рис. 8. Виды пиления : а — правильно; б — неправильно (угол пиления слишком большой); в — занозистый пропил, из-за неправильного пиления возможны отщепы и повреждение кромок; г — пиление вдоль волокон ножовкой; д — пиление лучковой пилой с использованием шаблона (стусла); е — пиление узкой ножовкой через высверленные отверстия; ж — шаблон для торцовки концов досок, уложенных в пакеты; 1 и 2 — боковые стойки — направляющие для пилы; 3 — доска, прикрепленная к стойкам; 4 — закрепляющий гвоздь вспомогательного устройства; деталь А — положение руки на раме лучковой пилы во время пиления.

Распиливая заготовку поперек волокон, отпиливаемый конец выдвигают за край верстака (рис. 7). До начала пиления выполняют запил, в процессе пиления следят за положением и наклоном пильного полотна и чтобы пропил был прямым, а отпиливаемая поверхность ровной.

Во избежание отщепа отпиливаемую часть заготовки (рис. 7, б) в конце пиления следует поддерживать рукой. Для шиповых соединений или других деталей, требующих сопряжений под углом 45 или 90°, используют шаблон (стусло) (рис. 8, д). При многократном пользовании пропилы на стенке стусла могут стать чрезмерно широкими и оно не будет давать точного размера угла. Для продления долговечности стусла его боковые стенки выполняют из досок твердолиственных пород. Для торцовки досок (одной ширины) используют специальный шаблон (рис. 8, яс). Боковые стойки шаблона служат направляющими для пилы, их выполняют из твердой древесины. Для досок определенной ширины необходим индивидуальный шаблон. Распиловка древесины вручную допустима при небольших объемах работ.

Механические свойства древесины

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Рис. 3. Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.

Рис. 4. Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Рис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Пилим древесину правильно

Пиление – один из фундаментальных процессов при работе с древесиной. Избежать его не получится. Остается только изучить и применить основы этого процесса. Итак, начинаем.

пилим дерево пилим дерево

У любой древесины есть волокна, и пилить дерево можно как вдоль волокон, так и поперек. Если пилим продольно, то крепим доску или необходимый материал к верстаку по средствам струбцин. В случае их отсутствия используем подручные средства. Смекалка и находчивость всегда окажут помощь. Часто крепят с помощью обычных гвоздей, но это довольно сомнительный метод, потому, что в итоге останутся следы от гвоздей. Итак, предположим, что дерево закрепили.

Далее нужно произвести разметку. Ее проводим с помощью меток или рисуем линии без перерывов. Помните пословицу: "Семь раз отмерь, один раз отрежь"? Так вот это очен мудрая пословица, обязательно проверяем разметку после нанесения.

Сам запил делаем в диапазоне от 5 до 10 мм возле метки. Произведя вышеописанные действия можно приступать к пилению.

пилим ножовкой пилим ножовкой

Предположим, что в наличие нет торцовочной пилы, электрического лобзика и прочих современных помощников без которых уже сложно представить деятельность столяра или плотника. Обратим внимание на обычную старую пилу. Так вот держать ее необходимо лишь одной рукой. Свободная рука придерживает материал, который пилится. Если закрепленная древесина лежит горизонтально, тогда можно пилить и двумя руками. В случае вертикального расположения материала пилу будем держать правой рукой.

пилим по разметке пилим по разметке

Сплошную линию, которую мы нанесли в качестве разметки в процессе пиления, должна находиться с левой стороны. Ее ни в коем случае не спиливаем. В случае правильной первоначальной разметки, она позволит понять верно произведен распил или нет. Для того чтобы прилагать меньше усилий при использовании обычной пилы, ее ручку необходимо повернуть вправо. При этом должен получиться угол в 30 или 40 градусов по отношению к древесине, которая пилится. Опыт подсказывает, что такое положение будет самым удобным.

Если необходимо пропилить паз в деталях достаточно большой ширины, то используют наградки. К примеру, в дверях. Для получения кривой линии потребуется выкружная пила.

В случае если пилим под углом, то используем стусло. Это приспособление поможет распилить под разными углами. Самые востребованные углы 90 и 45 градусов. Возможны и другие варианты углов, но эти будут самыми распространенными, особенно для начинающих мастеров. Можно обойтись и без специальных приспособлений и довериться глазам, однако я бы советовал прибегать к проверенным методам и инструментам.

Хороших вам распилов и помним о том, что соблюдение техники безопасности также будет не лишним.

Как правильно шлифовать дерево: вдоль, или поперёк?

Помню, в детстве ходил на кружок, на котором делали всякие поделки из фанеры: разделочные доски, игрушки, поделки. И еще тогда нам объяснили, что фанерку надо шкурить вдоль, чтобы не царапать поверхность. Ни поперёк, ни круговыми движениями, только вдоль!

С этими знаниями и ушел во взрослую жизнь. Но когда дошло дело до своего дома (до шлифовки сруба), то задумался: как же я буду шлифовать бревна вдоль? Можно, конечно, ленточной шлифмашинкой попробовать, но мне привычнее болгаркой.

Сначала прошел на первый раз шлифкругами (крупность 80), получилось вот так:

Правильно работаем с рубанком - советы начинающим

Строгание готовит дерево к точной разметке и вырезанию стыковых профилей, а также к окончательной отделке. Железка рубанка должна быть острой как бритва и тщательно отрегулированной, чтобы снимать стружку нужной толщины. Строгание – умение, для овладения которым нужна практика, поэтому будьте готовы потратить много времени на овладение инструментом, умение затачивать, настраивать и аккуратно работать им.

Последовательность операций

Всегда выполняйте последовательность операций строгания. Сначала строгайте лицевую сторону, затем – лицевую кромку. Потом разметьте и строгайте в размер ширину, и, наконец, - в размер толщину. Точную обрезку пилой по длине оставьте на более позднее время.

Выбор рубанка

Длинный рубанок дает более чистый результат. Он проходит по возвышенным местам всей доски, постепенно удаляя их, пока поверхность не станет ровной и во всю длину не начнет сниматься одна длинная стружка. Рубанки меньшего размера следуют контурам поверхности. Сглаживающий рубанок, или полуфуганок, лучше купить первым. При первой пробе настройте рубанок на снятие тонкой стружки. При этом меньше усилие строгания и легче манипулирование инструментом, чем при срезании толстой стружки. Начав строгание, постепенно увеличивайте настраиваемую толщину стружки, пока стружка не станет получаться длинной.

Как строгать

1. Начните с выбора лучшей стороны доски, эта сторона станет лицевой. Уприте доску на твердой горизонтальной поверхности в упор верстака (небольшие детали закрепите в тисках). Стойте так, чтобы плечи, рубанок и бедро были на одной прямой, ступни слегка расставлены, чтобы полностью контролировать процесс.

2. Делайте ровные движения, прикладывая равномерное давление. В начале движения рубанка над доской давление прикладывается к передней ручке.

3. В середине хода давите равномерно, а в конце перенесите давление на заднюю ручку. Не поднимайте рубанок от доски, пока лезвие не выйдет за доску.

4. Строгая лицевую сторону, остановитесь и тщательно проверьте плоскостность в поперечном направлении; посмотрите вдоль доски, чтобы проверить ее прямоту.

5. Чтобы проверить скручивание доски, положите два деревянных бруска на ее концы и посмотрите на их верхние грани – параллельны ли они.

6. Положите жесткую стальную линейку вдоль волокон в разным точках по ширине и проверьте, что поверхность везде плоская. Вместо линейки можно использовать боковую сторону рубанка.

7. Чтобы строгать лицевую кромку, уприте доску в верстачный упор или зажмите в тисках. Чтобы удерживать рубанок по центру узкой кромки, наложите большой палец на корпус рубанка возле передней ручки, остальными пальцами, охватывая рубанок снизу, направляйте его.

8. С помощью угольника проверьте перпендикулярность кромки к лицевой стороне вдоль всей длины. Постоянно следите за плотным прижатием упора угольника к лицевой стороне. Желательно, чтобы свет падал сверху.

9. Когда лицевая сторона и лицевая кромка стали безупречно ровными и перпендикулярными, промаркируйте их соответствующими метками «лица» и «кромки». Имея две «правильные» поверхности, теперь относительно просто получить нужные ширину и толщину доски.

разметочный рейсмус разметочный рейсмус

10. Разметьте с помощью рейсмуса ширину от лицевой кромки. Установите на рейсмусе нужную ширину, прижмите его упор к лицевой кромке и прочертите линию ширины. Переверните доску и тоже прочертите линию ширины на неструганной стороне (конечно, от лицевой кромки). Строгайте (или пилите и строгайте) доску до нужной ширины, часто контролируя результат.

11. Чтобы разметить нужную толщину, упор рейсмуса прижмите к лицевой стороне и разметьте линию толщины на лицевой и дальней кромках. Строгайте дальнюю сторону до нужной толщины. Часто проверяйте плоскостность.

Строгание щитов

мебельный щит мебельный щит

12. Щиты из состыкованных досок строгайте в диагональном направлении, как вдоль волокон, так и поперек, перекрывающимися проходами рубанка. Закончите снятием тонкой стружки параллельными проходами вдоль волокон.

Направление волокон в столярном изделии

При изготовлении столярных изделий существуют определённые правила. В том числе и как располагать волокна в изделии. Опытные мастера уже автоматически форматируют детали так, как положено, но и они иногда допускают ошибки.

Большинство этих ньюансов связаны со свойствами древесины. Такими, как прочность, гибкость, раскалываемость и т.д. Усыхание древесины также играет важную роль в эксплуатации столярных изделий.

Не последнее место занимает и эстетический вид изделия.

Располагать волокна в мебели целесообразно так, как показано на рисунках.

На различных полочках детали нужно располагать так, чтобы торцом полочка крепилась к какой-нибудь основе, тогда полочки не будет выгибать.

А в общем-то просто думайте и взвешивайте все варианты расположения деталей в столярном изделии, будь это садовая скамья, ставни, или комод, или шкаф!

На миниатюре видно, как расположены волокна в кухонной мебели. Дно, бок и задняя стенка.

Читайте также:

  
• Дом с утеплением под ключ
  
• Диплом вместо разделочной доски
  
• Дом построен часть речи
  
• Бетонные и железобетонные сборные конструкции в жилищно гражданском строительстве
  
• Взять напрокат сап доску