Столярные вязки отличаются от плотничных врубок и замков большей тщательностью выполнения и применением клея.
Для надёжной вязки соединяемые детали (бруски, дощечки, щиты) должны иметь правильную геометрическую форму, должны быть чисто обработаны и иметь точные в пределах допуска размеры.
1. Особенности столярных соединений
Прочность изделия зависит от прочности соединения деталей, а прочность соединения зависит от качества древесины, точности обработки деталей, качества клея и условий склеивания, формы и размером шипа. Чем больше площадь склеивания, тем прочнее шиповое соединение. Чем плотнее вязка, тем меньше слои клея в местах примыкания шипа к стенкам проушины или гнезда и тем прочнее соединение. Толстый слой клея снижает прочность соединения, так как при высыхании в нём появляются трещины, а при увлажнении он разбухает.
Оптимальные величины натяга - нижний предел при шипах из твёрдых лиственных пород от 0 до +0,2 мм и верхний предел при шипах из мягких лиственных пород и хвойных пород от +0,1 до +0,3 мм.
Сквозной шип даёт более прочную связку, чем глухой. Цельный и вставной шипы по прочности вязки равны. Толстый шип ослабляет место соединения; при вязке брусков большей толщины вместо одинарного делают двойной или тройной шип. При соединении деталей с профильными кромками (фасками, калевками) заплечики делают с присечкой по профилю.
Ниже приведены основные соединения деревянных изделий.
2. Угловые концевые соединения
Соединение на шип открытый сквозной - прочное и простое в изготовлении. Шип доступен для подгонки и проверки соединения.
Он виден с обеих сторон, что ухудшает вид и даёт потемнение торцов при отделки изделия. Применяется в конструкциях повышенной прочности, а также при закрытии торца шипа накладками или соприкасающейся деталью. Соединение (в его центре) дополнительно крепиться нагелем.
Соединение на шип с потёмком предотвращает выворачивание шипа в период схватывания клея и упрощает сборку. Шип уменьшает прочность соединения (вследствие меньшей площади склеивания); менее доступен для подгонки и проверки соединения. Применяется в конструкциях, где нельзя допустить открытого торца шипа.
Соединение на шип с полупотёмком имеет увеличенную площадь склеивания, и позволяют освобождать детали из зажимов до момента схватывания клея. Такой шип более сложен в изготовлении. Применяется в конструкциях, в которых выход части шипа не имеет значения для оформления изделия.
Соединения на шипы круглые вставные (шканты) достаточно прочное и простое в изготовлении; требует тщательной приторцовки присоединяемого бруска и точного высверливания гнёзд. Шипы изготовляют преимущественно из древесины твёрдых пород.
Соединение на ус со вставными круглыми или плоскими шипами менее прочное и более сложное в изготовлении; требует более тщательной приторцовки брусков, точного пропила проушины (при сквозном шипе) и точного высверливания отверстий или выборки пазов. Благодаря такому соединению достигается красивый вид изделия, обеспечивается однотонность при отделке.
Применяется в открытых конструкциях (при соединении профильных деталей).
3. Угловые серединные соединения брусков
Соединение на шип плоский (несквозной или сквозной) - простое и прочное. В качестве дополнительного крепления применяют расклинивание шипа с торца двумя клинышками с обеих сторон на расстоянии 5-7 мм от краёв. Соединение крепят нагелем посередине ширины бруска, имеющего шип, и на расстоянии 2/5 ширины присоединяемого бруска.
4. Угловые серединные соединения шипов
Соединение в паз и гребень - наиболее распространенное, обеспечивает правильное местоположение присоединяемой детали без применения дополнительных (металлических) креплений и увеличивает жёсткость конструкции. Заплечики повышают прочность соединения и закрывают шов.
Соединение в паз - более простое, но менее устойчивое. Паз - широкий, равный по толщине присоединяемого щита; торцевая часть щита выполняет функцию шипа.
Соединение на шипы круглые вставные (шканты) - менее распространённое; сложное в изготовлении (требует более тщательной приторцовки и точного высверливания гнёзд).
5. Угловые ящичные соединения
Соединения на шип прямой открытый - наиболее распространённое, простое в изготовлении и достаточно прочное.
Применяется при угловой вязке широких дощатых деталей и щитов на не лицевых частях изделия или в конструкциях, в которых выход торцов шипов не имеет значение для оформления изделия. Чем тоньше и чаще расположены шипы, тем прочнее вязка.
Рекомендуемая толщина шипа не менее ? и не более целой толщины шита. Клеевые швы должны проходить через шипы, а не через проушины; при одинаковых размерах шипов и проушин месторасположение клеевого шва на прочность соединения не влияет.
Соединение на шип "ласточкин хвост" применяется в конструкциях, когда при эксплуатации изделия щит испытывает силы, действующие на его отрыв от других связанных с ним щитов. Для скрытия торцов (при открытых шипах) на лицевую сторону изделия делают наклейку или применяют полупотайные шипы.
Соединение на шип круглый вставной (шкант) менее распространённое из-за сложности изготовления.
6. Соединения по длине
Сращивание заготовок применяется при производстве столярно-строительных изделий и строганных погонажных деталей, при изготовлении криволинейных деталей, ремонте изделий, а также при использовании короткомерных пиломатериалов (заготовок) для производства длинномерных пиломатериалов.
Соединение зубчатое с острым или затуплённым шипом - распространённое малозаметное и прочное (большая площадь склеивания полуторцов и хорошие условия для плотного сжатия). Соединение с острым шипом применяется для конструкций, подвергающихся большим механическим нагрузкам; с затуплённым шипом - для малонагруженных конструкций. Зубчатое соединение выполняется по ширине и по толщине детали.
7. Соединение по кромке
Наилучший щит (для предотвращения коробления) получается при соединении максимально узких делянок с таким их расположением, при котором соединяемые кромки одноимённы (по расположению годичных слоёв), а соседние пласти взаимно противоположны.
Соединение на рейку - экономичное и достаточно прочное. Для более полного сплачивания (с лицевой стороны) щитов нижние щёчки пазов делают на 0,25 мм (каждую) уже, чем верхние.
Соединение в четверть выполняется без клея и применяется в конструкциях, где форма щита и плотность соединения достигаются путём крепления деталей шурупами или гвоздями.
Соединение в шпунт и гребень (прямоугольный или трапецеидальный) - более индустриальное и наиболее распространённое. Для большей плотности сплачивания (с лицевой стороны) щёчку шпунта, выходящую на внутреннюю сторону щита, делают на 0,5 мм уже щёчки, выходящей на лицевую сторону. В конструкциях, работающих на истирание, шпунт и гребень смещают ближе к нелицевой стороне.
Соединение на гладкую фугу - прочное при точной прифуговке делянок, хорошем качестве клея и правильном склеивании. Делянки должны иметь гладкие ровные кромки, плотно, без просвета сопрягающиеся друг с другом, в фуге до сжатия допускается пологий просвет не более 0,5 мм. Просветы не должны выходить за пределы 0,1 - 0,3 мм.
8. Соединение шурупами
Соединения шурупами применяются в тех случаях, когда изделие или часть его необходимо сделать разборным или отъёмным; когда соединяемые детали не имеют достаточно большой поверхности соприкосновения и склеивание невозможно; когда изделие подвергается динамическим и вибрационным воздействием, а специальные виды клея не могут быть применены; для дополнительного крепления клеевых соединений, когда изделие рассчитано на работу в условиях повышенной влажности, а применяемые клеи неводостойкие; когда необходимо установить фурнитуру петли, ручки, замки, накладки и т.п.
Чем плотнее древесина, длиннее и толще шуруп и глубже его нарезка, тем прочнее соединение. Во избежание раскалывания древесины в месте завинчивания шурупа предварительно делают отверстие шилом (для мелких шурупов) или сверлом. Диаметр отверстия должен быть меньше диаметра шурупа. Глубина сверления должна быть равной длине ввинчиваемой части шурупа, но не меньше длины до заострения конца шурупа.
Диаметр шурупа, мм ::::::: 1,6 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 8,0
Диаметр сверла, мм ::::::: 1,2 1,4 1,8 2,1 2,3 2,6 3,3 4,3 5,9
Соединение значительно ослабевает при усыхании древесины.
9. Соединение болтами и глухарями
Соединение болтами и глухарями применяются при крупных деталях и сборочных единицах, несущих значительные нагрузки. Под болты просверливают отверстия, а под глухари - соответствующие гнёзда. Для предохранения древесины от смятия при завинчивании болта под головку и гайку подкладывают шайбы.
10. Соединение скрепами
Угольники и накладки служат для дополнительного крепления угловых соединений в изделиях с непрозрачной отделкой, а также для соединения частей разборных деталей. Например, дополнительно крепятся концевые шеповые соединения в больших открывающихся оконных створках и фрамугах, а также в полотнах балконных дверей. Для соединения (как дополнительное к клеевому или как самостоятельное) применяют металлические проволочные скобки с заостренными концами, ленточно - волнистые металлические пластинки с заостренной кромкой и др.
Кроме скреп, дающих глухие соединения, применяют соединители для связывания разборных и подвижных частей: стяжки, петли и т.п. Стяжки прикрепляют шурупами: накладные - к поверхности соединяемых деталей, а для врезных выбирают гнезда.
Расстояние между стягиваемыми элементами в свободном состоянии должно быть 3 - 5 мм. Размеры стяжек определяют по размерам верхних пластинок. Для соединения подвижных частей изделий применяют петли: карточные, рояльные, съемные, пятники и др. Для деревянных окон и дверей применяют три вида карточных петель (на шарике и стержне): накладные (фигурные, со сквозным стержнем, с ограничителем подъема, круглые); врезные (вколотные) и пружинные (одностороннего или двустороннего действия).
Гнездо должно соответствовать очертанию и размерам карты петли и иметь ровное дно; глубина гнезда должна соответствовать толщине карты петли, петли врезаются заподлицо. Шурупы подбираются по размерам отверстий в петлях. Врезные петли укрепляются штифтами или шпильками.
11. Соединение гвоздями
Соединение гвоздями, как очень грубое, портящие вид изделия и вызывающее в процессе производства или при эксплуатации отколы и отломки, в столярном производстве не должны применяться. Гвозди применяют: для соединения внутренних невидимых частей или для прижима наклеиваемой детали на время схватывания клея; в изделиях под непрозрачную отделку (сплющенные головки располагают вдоль волокон древесины); для скрепления частей крупногабаритных строительных конструкций, а также в ящичном производстве.
Чем тоньше стенки древесных клеток, тем свободнее забиваются гвозди. В древесину твердых лиственных пород гвозди строительные крупных размеров забиваются при помощи специальных оправок; в деревянных конструкциях из лиственницы гвозди забиваются в предварительно просверленные гнезда. В древесину, имеющую в сухом состоянии плотность не более 500 кг/м3, гвозди диаметром до 6 -7 мм при соблюдении норм расстановки забиваются легко, не вызывая растрескивания древесины.
Диаметр гвоздя не должен превышать 1/4 толщины сплачиваемой детали (доски).
12. Соединения металлическими шпильками и деревянными нагелями
Металлические шпильки, штифты (гвозди без шляпок) применяются в соединениях, от которых не требуется большой прочности (например, для крепления раскладок по стеклу, для крепления вколотных петель). Нагели ставят на клею в предварительно высверленные отверстия и применяют как дополнительное крепление при столярных вязках, главным образом для предохранения шипа от выворачивания. Деревянный нагель, имеющий в сечении вид многоугольника, упруго сминает ребра и лучше удерживается в древесине. Прочное крепление достигается также при круглых нагелях с рифлением.
При выборе соединения необходимо учитывать все факторы, которые могут повлиять на него во время эксплуатации изделия. Надо выбирать такие соединения, которые при прочих равных условиях окажутся более прочными, экономичными и красивыми. Ниже приведены примеры технологических соединений для массового индустриального производства, обеспечивающих изделию необходимую прочность:
1. Шиповые соединения деталей окон и дверей: концевые - на открытые сквозные шипы; вертикальные импосты - на сквозные шипы или шканты; горизонтальные серединные - на несквозные шипы.
2. Доска пола - в прямоугольный шпунт и гребень со смещением их к нелицевой стороне для увеличения истираемого слоя древесины.
3. Деревянные изделия для паркетных покрытий (доски, щиты и штучный паркет) - в прямоугольный шпунт и гребень; кромки планок лицевого покрытия (в досках, щитах и коврах наборного паркета), а также кромки реек или досок основания - на гладкую фугу без клея (пласти - на клею).
4. Каркасы щитов деревянных стандартных домов - впритык с креплением металлическими скрепами.
5. В настоящее время в оконных створках все большее распространение получает усовое соединение на зубчатый мини - шип длиной до 4 мм. Оно обеспечивает увеличение прочности угловых соединений створок до 30%. Сращивание пиломатериалов производится также на минишипы длиной 4 - 10 мм.