Деревообработка

Плотность и условная плотность

Условная плотность — это отношение массы дре­весины к объему древесины без учета объема клеточных полостей. Вещество древесины со­стоит для всех пород деревьев из одних и тех же компонентов. Поэтому для всех пород древеси­ны условная плотность чистого древесного ве­щества имеет одинаковое значение. Оно состав­ляет 1,56 г/см3.

Плотность — это отношение массы к объему с учетом объема клеточных полостей (пор). Влажность древесины существенно влияет на ее плотность. Как правило, значения плотности берутся из соответству­ющих таблиц, в которых плотность указывается для соответствующего содержа­ния влаги (рис. 2.64, табл. 2.7).

_ Масса т

Плотность рв =---------------------------- =-- —

Объем V

Свойства древесины очень сильно зависят от ее плотности. Она особенно вли­яет на прочность, твердость, износ, а также обрабатываемость и высушивание.

2.6.2. Прочность

Под прочностью понимают внутреннее сопротивление древесины действую­щей извне силе. В зависимости от вида нагрузки различают прочность на раз­рыв, прочность на сжатие, прочность при изгибе, прочность на срез, прочность на скручивание, прочность на продольный изгиб и сопротивление раскалыва­нию. Прочность зависит от породы древесины, свойств древесины и содержа­ния влаги.

Прочность древесины на разрыв для мебели или внутренней отделки имеет небольшое значение. Различают продольную и поперечную нагрузку. Поперечная прочность на разрыв, то есть проч­ность на разрыв в направлении поперек волокон, составляет всего лишь 5—10% от прочности вдоль волокон (табл. 2.8, рис. 2.65). Столь сильная за­висимость от направления нагрузки ведет к тому, что сучки, косослойность, трещины и другие де­фекты значительно снижают прочность древеси­ны. Прочность древесины на разрыв определяет­ся по DIN 52188.

Прочность древесины на сжатие — это степень сопротивления древесины против сжимания. Ис­пытание для определения прочности на сжатие производится по DIN 52185. Прочность на сжатие бывает продольной и поперечной. В направлении параллельно волокнам древесина имеет прочность на сжатие в 5—8 раз большую, чем в направлении поперек волокон (табл. 2.8, рис. 2.66).

Прочность на сжатие при столярных работах мо­жет не учитываться. Но в случае применения прес­сов и тисков могут остаться отпечатки (рис. 2.67). Их возникновение можно предотвратить примене­нием плоских подкладок. Вдавленные места могут быть выправлены обратно с помощью теплой чис­той воды.

Прочность при изгибе (несущая прочность) име­ет особое значение для тонких, длинных и плоских встроенных элементов. Элемент сгибается в случае

приложения нагрузки в месте, отличном от места закрепления, как, например, полочная доска, си­денье скамьи, доски пола, стоячие вешалки и от­кидные крышки (рис. 2.68).

Прочность древесины на изгиб определяется по DIN 52186. Обычно она тем выше, чем больше плотность и тем меньше, чем выше содержание влаги в древесине. Наклон волокон и сучки сни­жают прочность на изгиб (табл. 2.8).

Прочность на срез — это сопротивление дей­ствующей извне силе, которая пытается сдвинуть по определенной плоскости (плоскости среза) одну часть материала относительно другой части. В этой плоскости образуется напряжение среза. Различа­ют прочность на срез параллельно волокнам и пер­пендикулярно волокнам (рис. 2.69).

Прочность на срез параллельно волокнам име­ет место при заклинивании, шиповом соединении, соединении в четверть и креплении раскосами (со­единении врубкой) (рис. 2.69 и 2.70). Напряжения на срез также появляются в процессе обработки древесины, например при распиливании, долбле­нии и обработке напильником. Прочность на срез в направлении параллельно волокнам очень мала (табл. 2.8).

Прочность на срез в направлении перпенди­кулярно волокнам необходима прежде всего для различных видов деревянных соединений, на­пример соединение в шип, шпоночное соеди­нение.

Чистая нагрузка на срез встречается редко, чаще всего изделие одновременно подвергается изгибу и растяжению или сжатию.

Испытание для определения прочности на срез производится по DIN 52187.

Под прочностью на скручивание (кручение) по­нимают сопротивление древесины против скручи­вания вокруг продольной оси волокон. Часто дре­весина только скручивается. При этом ослабляет­ся строение древесины, но это не приводит к не­медленной поломке. Прочность на скручивание зависит от породы древесины, ее плотности и влажности. Напряжению скручивания, например, подвергаются деревянные детали, обрабатываемые на токарном станке, или ножки стула при повороте тела во время сидения (рис. 2.71).

Прочность на продольный изгиб должна учиты­ваться тогда, когда тонкие деревянные конструк­ции нагружаются давлением по их продольной оси (рис. 2.72). То есть прочность на продольный из­гиб — это особый случай прочности на сжатие. Если строительные конструкции, например стойки, ко­лонны, столбы, штанги, бруски или ножки мебе­ли, слишком сильно нагружены по длине, то они изгибаются в самую слабую сторону. Прочность на продольный изгиб зависит от длины и толщины конструктивного элемента, при этом отношение длины к минимальной толщине обозначается как гибкость балки.

Деформация при продольном изгибе (выпучи­вание) зависит от гибкости изделия, породы дре­весины, формы поперечного сечения, а также от крепления обоих концов стержня.

Сопротивление раскалыванию — это сопротив­ление древесины против разделения своей струк­туры при введении клина в направлении волокон. При раскалывании трещина проходит по направ­лению клина. Обычно древесина раскалывается в радиальном направлении легче, чем в тангенциаль­ном. Поперек волокон древесину расколоть нельзя. Незначительное сопротивление раскалыванию имеют ель, сосна, лиственница, дуб, ясень, лесной бук и ольха. Высокое сопротивление раскалыва­нию имеют клен, береза, вяз, тополь, липа, конс­кий каштан, граб и фруктовые деревья. Хорошо раскалывающуюся древесину применяют для про­изводства кровельной драни, бочарных клепок, колесных спиц, перекладин и весел (рис. 2.73).

Колотая древесина имеет следующее достоин­ство: ее поверхность проходит параллельно волок­нам, поэтому на поверхности имеется мало разрезанных волокон, что положи­тельно сказывается на несущей способности (например, перекладин) и на про­никновении жидкости (вода для весел).