Деревообрабатывающее оборудование
и комплексный инжиниринг

Пальцы не веером

Для любителей истории публикуем редакторский пересказ статьи известного американского специалиста Чандлера Джонса, опубликованной недавно в журнале «Wood and Wood Products», название которой, в буквальном переводе, гласит: «Пальчиковое сращивание».

Откуда пришло и куда идет?

Сращивание древесины — древнее искусство (предметы, изготовленные с применением срощеной древесины были обнаружены в гробницах древнего Египта, здесь и далее прим. ред.-:), разработанное для соединения двух и более частей. Сращивание на пальчиковый минишип является позднейшим изобретением. Ему предшествовало сращивание внахлест, на шкант, косой накладной замок, шип/паз, ласточкин хвост. Целью сращивания всегда было создание прочного и точного соединения, и сращивание на минишип является наиболее прочным и, в большинстве случаев, наиболее точным из всех способов. Оборудование для сращивания древесины....

«Усилия по предотвращению превращения
массива древесины в щепу или опилки являются непрекращающимися, и торцевое сращивание — их ведущая составляющая»

В промышленном производстве применение этого метода получило развитие, начиная с 20-х годов прошлого века, когда он стал использоваться в изготовлении автомобильных рам и кузовов, а также в производстве мебели. К примеру, для роскошного автомобиля простая стальная баранка была неприемлема. Только благородный руль, выполненный из твердых пород древесины, мог привлечь богатого покупателя.

В те времена гидроусилителей еще не было, и руль должен был выдерживать нагрузки крутящего момента, возникавшие при езде по тогдашним весьма неровным дорогам. Прочный деревянный руль, изготовленный из секций, соединенных
на минишип, выглядел роскошно и отлично справлялся с задачей. Шипорезные и фрезерные станки делали свою работу.

Изготовление шипов требовало высокой точности, и один из выдающихся экспертов своего времени в области создания
инструментов, Франк Уивер, основавший в 1926 году компанию Wisconsin Knife Works, получил патент на изобретенный им многоножевой шипорезный инструмент в 1929 году. Эти фрезы и по сей день составляют важную часть бизнеса компании.

К 40-м годам стало понятно, что запасы ценного сырья не являются неистощимыми, и лучшие умы принялись искать пути к расширению предложения. Очевидным способом было снижение потерь при обрезке материала на заданную длину. Огромное количество обрезков длиной до двадцати четырех дюймов или даже более возникало из-за общепринятого применения деталей стандартных размеров. (Д-р Джонс пишет по-американски, поэтому осмелюсь напомнить, что дюйм — это 25,4 мм, т.е. здесь идет речь об обрезках размером с полметра; и, кстати, фут равен 304,8 мм,)

Длина обрезка (в дюймах) Длина доски (в футах)

 

24

12

6

8

25.00%

12.50%

6.00%

12

16.34%

8.34%

4.16%

16

12.500%

6.250%

3.125%

20

10.0%

5.0%

2.5%

Американская статистика потерь древесины при изготовлении «размерного» материала в процентах приведена в таблице:

Строительный бум, начавшийся после второй мировой войны, взвинтил спрос на красное дерево и кедр, и на лесопильных
заводах стало скапливаться огромное количество трехфутовых и шестифутовых обрезков, компанию им составляли коротыши, остававшиеся на линиях торцовки. Фирма Pacific Lumber Co., та, что в городе Скотия, штат Калифорния, была крупнейшим производителем изделий из красного дерева. В 1948-м году она создала совместное предприятие с компанией Stetson-Ross Machine Company с целью разработки системы, способной изготавливать длинные детали из таких обрезков. (Кстати, мне кажется любопытным, что наш общепринятый перевод американского термина «joint venture» как «совместное предприятие», не до конца передает его суть. На самом деле прямой перевод означает «обоюдный риск» :-)).

Основой системы стали сращиватели, разработанные tetson-Ross незадолго до этого. К ним были добавлены установки для нанесения клея.
Функции обработки узлов сращивания, нанесения клея клеенамазки :-)), сборки бесконечной заготовки, СВЧ-сушки хай-тек для того времени :-)) и торцовки по требуемой длине были собраны в конвейерную линию. Немедленный успех такой системы вызвал колоссальный интерес во всем мире, и вскоре с полдюжины или более других компаний стали предлагать свои разработки. Однако, базовая система Pacific Lumber Co., предназначенная для изготовления горизонтально срощеных заготовок, стала стандартом для высокопроизводительных деревообрабатывающих производств Америки. Главнейшим усовершенствованием оригинальной системы вскоре стал принцип обработки обоих торцов за одну подачу, что позволило прижимистым американцам сократить одно рабочее место.

Вертикальное сращивание

Некоторые деревообработчики выяснили, что для изготавливаемой ими продукции больше подходит вертикальный шип. Установки вертикального сращивания используют возвратно-поступательное движение для одновременной обработки партии заготовок. Это контрастирует с установками горизонтального сращивания, те заготовки обрабатываются по одной на хорошей скорости с прецизионной подачей.

Серьезное количество прототипов было разработано на ротяжении 1960-х и 70-х, и самые успешные были созданы уже в Европе.

Растет нехватка древесины

Начиная с 1950-х, с каждым десятилетием цена древесины поднималась, как на эскалаторе. Революционные методы разделки бревен и технологии тонкого пропила увеличили полезный выход. Все это сфокусировало внимание деревообработчиков на системах сращивания, как на дополнительном источнике выхода прочного материала.
И если ранее они находили свое применение в обработке ценных пород, то сегодняшние сосновые или еловые «тубайфо» («two by four», строительные бруски сечением ок. 5х10 см, наиболее распространенный строительный материал в Америке), стропильные балки и т.п. так же изготавливаются с применением сращивания.

Косые накладные замки, применявшиеся при изготовлении клееного бруса стали достоянием истории. Их заменило торцевое сращивание, дающее большую экономию материала без потери прочности.

Небольшие мастерские открыли для себя экономичный метод сращивания высокоценных «специальных» изделий.
Возможность углового соединения окрыляет изготовителей таких продуктов, как арочные оконные рамы и другие объекты «неправильной» формы. Микро-мини пальчиковое сращивание используется для изготовления рам и рамочек. Такие соединения дают весьма прочные конструкции, а их малый размер позволяет избежать проблем со зрительным восприятием.

Типы соединений

Практически все умопостижимые формы соединений уже перепробованы. «Длинные пальчики» размером до дюйма с четвертью и короткие, в пять тридцатьвторых дюйма (а без калькулятора слабо? :-)), пальчики толщиной с перышко или изогнутые, формы «мама-папа» или «реверсивные» паттерны… Для достижения максимальной прочности общепринятыми стали минишипы, имеющие уклон один к десяти.

Вне зависимости от типа, нельзя не отметить важность точности изготовления шипов, поскольку она влияет как на прочность соединения, так и на внешний вид готовой продукции.

Далее автор пускается в по-американски пространные рассуждения об оборудовании и инструменте, но мне кажется, что наши инженеры смогут написать об этом короче и яснее (см. статьи Павла Долговидова и Антона Смирнова).

P.S. Д-р Джонс отмечает еще две вещи:

Первое. Источником сырья для изготовления строительных деталей могут стать каркасы сносимых старых домов, если к их разборке отнестись вдумчиво, т.е. удалять
гвозди и другие металлические предметы (вот ведь, американец, а зеленый!);

Второе. Усилия ученых-химиков и электроников могут вскоре привести к тому, что сращивать станет можно «зеленую» древесину, без предварительной сушки.

Список номеров