Исследование способности древесины дуба к гнутью при различных температурно-влажностных условиях

Известно, что стабилизация формы заготовок достигается при влажности ниже 15% [1]. Однако нет сведений о минимальной влажности при гнутье, достаточной для полной фиксации формы.
В литературных источниках также отсутствует информация о способности к гнутью древесины при различных температурно-влажностных условиях. Между тем, такие сведения были бы крайне полезны в целях оптимизации параметров гнутья для деталей различного назначения. Например, при гнутье задней ножки стула используется отношение h/R = 1/23. При гнутье же дубовых заготовок по традиционной технологии это отношение составляет 1/4. Очевидно, что резерв для снижения влажности в целях оптимизации процесса здесь велик.
В связи с вышеизложенным, возможность снижения влажности при гнутье изучалась в двух направлениях:

1. определялась минимальная влажность, при которой еще возможна стабилизация приданной заготовкам формы;
2. исследовалась способность древесины к гнутью в зависимости от различных температурно-влажностных условий.

Ранее была исследована способность древесины дуба фиксировать приданную форму в зависимости от различных температурно-влажностных условий при гнутье. Данная зависимость представлена на рисунке 1.

• Share

Из графика следует, что с увеличением температуры нагрева приданная образцам форма стабилизируется при меньшей влажности. Так при гнутье древесины с влажностью 10% полное закрепление формы произойдет при нагреве до 114°С.
Полная стабилизация формы достигается также при W_к = 8% и Т_ср = 114°С и вызвана наложением термозамороженной деформации, так как стабилизационная сушка здесь отсутствовала.
С целью исследования зависимости h/R = f(W_к,T_ср) для древесины дуба были предприняты активные эксперименты.
Испытания проводились на дубовых образцах с размерами 20 × 20 × 350 мм, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 16483.21.
Для приведения влажности древесины к необходимой по плану использовалась климатическая камера.
Экспериментальная установка для исследования способности к гнутью представлена на рис. 2.

• Share

• Share

Методика заключалась в следующем. Образцы, имеющие влажность в соответствии с уровнями в таблице 1, нагревались в СВЧ-печи по разработанным режимам [2] до заданных температур. Затем осуществлялось гнутье на гнутарной установке в стальной шине. Изгиб производился в радиальной плоскости. За величину минимального радиуса гнутья принималось значение радиуса, на котором все образцы серии могли быть изогнуты без возникновения дефектов гнутья (складок, разрывов). В каждой серии испытывалось по 10 основных образцов.
С целью представления полученных данных в более наглядном виде вместо отношения h/R находилось обратное отношение R/h.
Для получения уравнения регрессии сразу в натуральных показателях использовалась программа Statistica 6.0. Уравнение регрессии имеет следующий вид:
R/h = 73,69817 – 2,3514W_к – 0,80815T_ср – 0,0291W_к² + 0,00346T_ср² + 0,01786W_кT_ср
Графическая интерпретация полученного уравнения представлена на рис. 3.

• Share

Из рисунка видно, что для всех уровней влажности с ростом температуры способность к гнутью ухудшается, причем при более высокой влажности это снижение происходит более интенсивно. Это связано с тем, что сочетание высокой температуры и влажности достигается в результате длительного нагрева образцов с высокой начальной влажностью. При этом наблюдается снижение прочности и, как следствие, потеря устойчивости анатомическими элементами древесины при гнутье.
Одним из качественных показателей гнутых деталей является величина стрелы прогиба [1]. Отклонение от заданной стрелы прогиба не должно превышать ±3 мм. Данному значению на рисунке 1 соответствует величина относительного изменения стрелы прогиба f = 6%. Используя рисунки 1 и 3, можно рекомендовать следующие температурно-влажностные условия при гнутье различных заготовок:

• для задней ножки стула (h/R = 1/23):
  W_к = 10%, T_ср = 105–113°С;
• для спинки стула (h/R = 1/35):
  W_к = 8%, T_ср = 105–113°С.

Промышленное применение указанных режимов с СВЧ-нагревом позволит резко сократить продолжительность технологического процесса гнутья в целом, снизит количество шин и шаблонов, задействованных при гнутье.

Библиографический список

1. Справочник мебельщика / под ред. В. П. Бухтиярова. — М.: МГУЛ, 2005. — 600 с.
2. Филонов, А. А. Использование СВЧ-печи для нагрева дубовых образцов до высоких температур [Текст] / А. А. Филонов, А. Н. Чернышев, А. С. Данков // Деревообр. пром-сть. — 2008. — №1. — С. 19–21.