Столярные работы - механическая обработка

Основы теории резания древесины. Общие понятия и определения процесса резания. Резанием называется механическая обработка древесины, при которой происходит нарушение связи между частицами древесины по заданному направлению с образованием стружки или без нее. Резание - основной способ получения деталей нужных размеров и формы. В процессе резания клиновидный резец воздействует на заготовку , перерезает волокна и, нарушая связь между ними, отделяет от нее определенную часть - стружку . 
Слой материала толщиной, подлежащий удалению с заготовки, называется припуском. Срезаемый слой древесины всегда деформирован и называется стружкой. Резание без образования стружек осуществляется, например, при раскрое материала на гильотинных ножницах или прессах для высечки бракованных мест из шпона.

Режущей кромкой резца

является ребро клина, непосредственно формирующее обработанную поверхность . Для осуществления процесса резания необходимы рабочие движения.

Главное движение резания

- движение резца или заготовки, обеспечивающее удаление одного срезаемого слоя и происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. 

Движение подачи

- движение резца или заготовки, в результате которого происходит последовательное срезание нескольких стружек. Скорость движения подачи меньше скорости главного движения резания и бывает непрерывной или прерывистой. Прерывистое движение подачи может происходить в перерывах процесса резания.

Движение резания

- результирующее главного движения и движения подачи. В результирующем движении резания поверхность, образуемая режущей кромкой, называется поверхностью резания. 
При формировании поверхности одной главной режущей кромкой, длина которой больше ширины детали, наблюдается открытое резание. Когда обработанную поверхность формируют одновременно две режущие кромки - главная и вспомогательная (боковая), резание называют полузакрытым . В этом случае поверхность обработки получается профильной и состоит из основной поверхности и боковой стенки.

Закрытое резание

выполняется при одновременном участии трех режущих кромок, которые соответственно формируют дно и две боковые стенки паза . 

Виды резания

Получение тех или иных изделий из древесины осуществляется главным образом путем ее механической обработки. Под механической обработкой понимается обработка древесины, в результате которой изменяются размеры, форма и внешний вид заготовок без изменения химического состава. Механическая обработка древесины может быть произведена различными способами: раскалыванием, гнутьем, резанием, прессованием и др. Основным способом механической обработки древесины является резание, производимое с помощью различных режущих инструментов механизмов. 
При обработке древесины резанием различают два случая: резание со снятием стружки и резание без снятия стружки.

Резание со снятием стружки

осуществляется в столярном производстве преимущественно с применением таких операций, как пиление, строгание, сверление, точение, долбление и др. Для получения изделия заданной формы в процессе резания с заготовки снимаются слои материала определенной толщины в нужном направлении. Каждый из таких слоев, срезанный резцом с обрабатываемого материала при однократном его перемещении, носит название стружки. 

Резание без снятия стружки

производится при таких операциях, как раскалывание - деление древесины на части вдоль или поперек волокон (топором или колунам); разрезание - прямолинейное деление шпона или тонкой фанеры ножницами или односторонними клиновидными резцами; высечка штампами из листовых древесных материалов деталей криволинейного контура; отделение из шпона сучков - просечкой и др. Режущие инструменты имеют различное устройство и назначение, но всем им присуща одна общая .конструктивная особенность; наличие в рабочей части резца - острого клина. 
Под действием приложенной силы резец своей режущей частью - клином углубляется в древесину, раскалывает или же разрезает ее, отделяя волокна или частицы в виде тонких длинных стружек или в виде опилок. Резец при резании преодолевает возникающее значительное трение. Клин является основной формой режущих инструментов: ножа, топора, стамески, долота, железки в рубанке, пилы и пр (рис. 22). Каждый из режущих инструментов столяра имеет или один резец (стаместка, долото, рубанок) или несколько последовательно расположенных резцов (пила, фреза, и пр.) Клин - основа режущего инструмента: а - строгание ножом; б - раскалывание клином и топором; в - долбление долотом. 
 
 

Резец

Разберем элементы, из которых состоит резец. На рисунке 23, а показаны поверхности, режущие кромки и углы резания резца:

передняя поверхность

(или грань) - плоскость, обращенная при работе наружу, по которой сходит стружка;

задняя поверхность

(или грань) - плоскость, обращенная во время работы к обрабатываемой поверхности изделия; заднюю поверхность, или грань, резца, применяемого для механической обработки древесины, нередко называют фаской;

боковые поверхности

(или грани) - плоскости, находящиеся по бокам резца, располагаемые перпендикулярно к обрабатываемой поверхности; 

режущая кромка

(или лезвие) - ребро, образующееся обычно пересечением передней и задней поверхностей резца (при продольном пилении). Ребро, полученное пересечением передней и боковой поверхностями резца, образует боковую режущую кромку (например, режущая кромка у зубьев поперечной пилы для дедерева или у ножовочного полотна по металлу и др.). Поверхностью резания называется поверхность, образованная в процессе работы на обрабатываемом изделии режущей кромкой инструмента. 
Разберем углы резания на рабочей части инструмента, обеспечивающие нормальные условия работы (рис. 23, б).

Задний угол, или угол наклона

(a) - угол между задней поверхностью резца и обработанной поверхностью изделия.

Задний угол

уменьшает трение инструмента об обрабатываемое изделие.

Угол заострения

(b) - угол между передней и задней поверхностями резца. Этот же угол будет являться и углом наточки.

Передний угол

(g) - угол между (передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к поверхности резания, проведенной через режущую кромку резца.

Угол резания

(f) - угол между передней поверхностью резца и поверхностью резания. 
Численно угол резания равен: f = a + b 
Углы задний, заточки и передний в сумме составляют прямой угол а + b + g =90° Приведенные выше названия элементов резца и углы резания общеприняты для всех режущих инструментов как при обработке. дерева, так и при обработке металла. Как легко заметить, древесина имеет волокнистое строение, а в силу этого механические .свойства ее в различных направлениях неодинаковы; поэтому при механической обработке древесины характер резания и требующиеся для этого усилия различны. В зависимости от направления движения резца относительно волокон древесины в процессе резания различают три основных случая. 

Процесс резания

Резание в торец

(рис. 24, а) - резание происходит в плоскости поперечного сечения доски или бруска, то есть резец перерезывает волокна дерева перпендикулярно их направлению; стружка при этом получается мелкая, рассыпчатая, состоящая из отдельных элементов, слабо связанных друг с другом.

Резание вдоль волокон

(рис. 24, б) - резание происходит в плоскости продольного сечения дерева по направлению волокон. При резании вдоль волокон могут быть два различных положения:

а)

резец направлен по волокнам и поверхность резания получается достаточно гладкой (правильное резание). 

б)

резец подвигается против волокон; в этом случае резец плохо срезает стружку, он отгибает ее, углубляясь в древесину по направлению разделившихся волокон, образовывая заколы и задиры материала (неправильное резание). Стружка при резании получается длинная, и упругая, завивающаяся обычно спирально.

Резание поперек волокон

(рис. 24, в) - резание происходит так же в плоскости продольного сечения доски или бруска, но поперек волокон; резец отделяет волокна друг от друга но длине, надламывая стружку вдоль волокон. 
Стружка получается короткая, ломкая, рассыпчатая. При работе с резцом не всегда встречаются указанные основные случаи резания, чаще наблюдаются смешанные, сложные случаи, представляющие собой (комбинацию основных. В процессе обработки древесины, на силу и чистоту резания влияют различные факторы, зависящие от свойств материала, от геометрии резцов и от качества их заточки, от положения резца Относительно волокон и скорости резания и др. 
В процессе механической обработки древесины основные факиры действуют следующим образом. 
1.При резании древесины (поперек волокон в плоскости их направления требуются наименьшие усилия, но поверхность резания получается не гладкая, так как волокна древесины не срезаются, а вырываются. Резание древесины вдоль волокон увеличивает усилие в 3 - 4 раза, но дает наиболее гладкую поверхность. Резание древесины в торец требует усилий раз в 6 - 10 больше, чем резание поперек волокон, а гладкая поверхность достигается с трудом, при увеличенном угле резания и хорошо заточенном инструменте. 
2.Усилия, затрачиваемые на резание и получение гладкой поверхности древесины, зависят также от ее твердости и упругости. Твердая древесина строгается труднее, но чище мягкой; прямослойная легче, чем при наличии косослоя, сучков и свилеватости. 
3.Чем плотнее и суше древесина, тем выше ее упругость. 
При резании древесины в процессе стружкообразования резец изгибает стружку и в силу упругости волокон древесины на некотором расстоянии впереди себя образует опережающую трещину, уходящую в сторону от линии резания; поверхность резания получается шероховатой (рис. 25, а). Для уничтожения упругости стружки и получения гладкой поверхности резания применяются следующие меры: 
а) перед резцом делается подпор волокон, то есть осуществляется прижим древесины возможно ближе перед резцом (рис. 25, б) , (у ручного рубанка осуществляется передним краем пролета); 
б) применение стружколомателя для отклонения стружки почти под прямой угол к обрабатываемой поверхности и надлом ее при срезании (рис. 25, в)
в) применение увеличенного угла резания, что способствует сниманию более тонкого слоя стружки и лучшему ее надламыванию, резец больше скоблит, чем режет стружку (рис. 25, г)
г) придание резцу быстрого движения, большей скорости резания, благодаря чему волокна перерезаются резцом раньше, чем они 'изогнутся или отделятся от древесины (так, пруток более правильно разрезается быстрым ударом, чем медленным движением ножа). 
4. Большое значение имеет правильный выбор угла заточки, в зависимости от твердости обрабатываемого материала. При малом угле заострения лезвие резца быстро тупится и может легко выкрашиваться (ломаться). 
Таким образом, чем тверже древесина, тем больше должен быть угол заточки. На практике углы заточки применяются для строгальных железок 20 - 30°, для стамесок 18 - 20°. Очень важно следить за своевременной и правильной заточкой резцов, так как затупленный резец вызывает сминание и разрыв волокон, а обработанную поверхность делает шероховатой. Кроме того, затупленный резец создает дополнительное трение, увеличивая сопротивление резанию в 1,5 - 2 и более раза. Для того, чтобы режущие инструменты при работе легче входили в обрабатываемый материал и резали его без излишних усилий, их стараются сделать острыми, тщательно заточить. 

Оборудование

Основным оборудованием рабочего места столяра при обработке древесины ручными или электрифицированными инструментами является столярный верстак. Столярный верстак служит приспособлением для прочного закрепления обрабатываемых деталей при выполнении основных столярных операций: распиловки, строгании, сверлении, долблении, а также при выполнении столярно - сборочных работ. Верстак представляет собой рабочий стол (рис. 26), состоящий из двух главных частей:

а)

верстачной крышки - доски с расположенными на ней продольными и поперечными тисками и лотком и

б)

подверстачья. 
Продольные или задние тиски предназначены для зажимания брусков или толстых деталей. Поперечные или передние тиски состоят из винта и дощечки и служат главным образом для зажима досок, устанавливаемых на ребро. Тиски приводятся в движение с помощью деревянного или металлического винтов. На верстачной доске ,и на концевой части продольных тисков выдолблен ряд сквозных квадратных отверстий, предназначенных для установки в них деревянных или металлических гребенок (верстачных клинков), между которыми зажимается обрабатываемый материал, расположенный на поверхности верстака. 
Для того чтобы гребенки держались на определенной высоте и не проваливались в отверстие, их нередко снабжают боковыми пружинами. Для учебных целей удобнее пользоваться не металлическими, а деревянными клиновидными брусочками длиной 10 - 15 см, плотно входящими в отверстие в крышке верстака. Таким образом, пользуясь тисками и гребенками, на верстаке можно прочно закрепить обрабатываемую доску или брусок в любом положении: плашмя, ребром или на торце. Лоток (или впадина), находящийся на верстачной доске, служит для размещения рабочего и контрольного инструмента. 
Крышка верстака изготавливается из сухой качественной древесины (дуба, березы, бука) и состоит из доски толщиной 60 - 80 мм и шириной около 300 мм, обвязанной по торцам верстака прочными брусьями. У края основной доски лежит более тонкая доска, образующая лоток (впадину). Крышка верстака должна быть точно выстрогана и пропитана горячей олифой для предохранения древесины от разбухания. Подверстачье представляет собой прочную (подставку для верстачной доски и состоит из двух стоек, жестко связанных между собой продольными брусьями(проножками) посредством клинового соединения. Иногда в подверстачье встраивают шкафчик для хранения инструментов. Подверстачье обычно изготавливается из сосны. 
Высота верстака должна соответствовать росту работающего; она должна быть такой, чтобы работающий, стоя у верстака, мог положить на верстачную доску ладони рук, не нагибаясь при этом и не огибая рук. Достигается это определенной высотой подверстачья или установкой перед верстаком решетчатого щита. Удобен для работы регулируемый по высоте столярный верстак упрощенной конструкции. Снизу под крышкой верстака крепятся ступенчатые бруски, которые в зависимости от положения крышки на подверстачья изменяют высоту верстака (рис. 27) Столярный верстак требует постоянного внимательного ухода и аккуратного обращения во время работы. Правила ухода за столярным верстаком в основном сводятся к следующему. 
1.Регулярно проверять исправность крышки верстака, оберегая ее от разбухания, коробления и механических повреждений. При обнаружении дефектов следует немедленно их устранять. Периодически (раз в год или полгода) покрывать крышку горячей олифой. Беречь верстак от вредного влияния влаги. 
2.Следить за исправной работой тисков верстака, смазывая по мере надобности деревянные винты тисков парафином, графитной мазью или сухим мылом, а металлические винты — техническим вазелином. 
3.В нерабочее время винты в обоих тисках следует завертывать до конца, не допуская коробления тисков вследствие усушки. Не следует чрезмерно затягивать тиски при закреплении в них деталей. 
4.Следить за состоянием подверстачья и при расшатывании укреплять его наглухо затягивая клинья в продольных брусках 
5.Обеспечить свободное движение гребенок в отверстиях для них, не допуская порчи или скалывания стенок отверстии. 
6. Предохранять крышку верстака от ударов, порезов, царапин; при сверлении, резании и сквозном долблении под обрабатываемую деталь необходимо подкладывать доску. Нельзя обтесывать на верстаке брусков и деталей топором, необходимо пользоваться для этого деревянной тумбой. 
При отсутствии описанных нормальных столярных верстаков можно применить упрощенные верстаки, приспособив, например, для столярных работ простой прочный стол или широкую устойчивую скамью. На прочное основание укрепляют съемные верстачные доски, толщиной до 60 мм (рис. 28). Закрепление материала на верстачной доске производят с помощью струбцинок, а для обработки кромок брусков и досок в переднем левом углу доски прибивают упор типа «ласточкина хвоста». Рядом с ним к ребру доски с помощью гвоздей или шурупов прикрепляют еще один упор, в виде колодочки; один конец этого упора срезают наискось. Этот упор предназначен для строгания кромок широких досок устанавливаемых на ребро. С правой стороны верстачной доски располагают еще два приспособления, удобные для распиловки досок: вырез для установки доски ребром при продольной ее распиловке и упор на продольном ребре верстачной доски, к которому прижимают доску или брусок при опиливании конца доски, свисающей со стола верстака. 

Приспособления

В качестве приспособлений для работы по дереву применяются:

упор для строгания

- «ласточкин хвост» (рис. 29, а), представляющий собой дощечку размером 20 × 15 см, толщинойоколо 1,5 см с клинообразным вырезом, предназначенным для закреплении досок и брусков при строгании;

распиловочный ящик

, или стусло (рис. 29, б), - прямоугольный желоб из досок, в баковых стенках которого сделаны пропилы, достигающие два и направленные под определении ми углами к стенкам ящика. Распиловочный ящик предназначен для установки в нем планок или реек при точной обрезке их под углом 90° или под другими углами;

струбцины

, или столярные тиски (рис. 29, в), предназначенные для зажима или запрессовки изделий при выполнении столярных работ. 
Столярные струбцины изготавливаются из дерева виз;: металла и имеют разные размеры.С помощью струбцин закрепляют обрабатываемый материал к верстаку, зажимают оклеиваемые деревянные части изделия и т.п;

тиски зажимные

(рис. 29, г) представляют собой две деревянные пластинки, связанные шарнирно друг с другом и предназначенные для зажима полотна пилы при разводке и заточке зубьев. Зажимные тиски закрепляются в деревянных тисках верстака или прикрепляются к верстачной доске; 

Цвинки и Ваймы

(рис. 29, д, е) представляют собой упрощенные деревянные приспособления с клиновидными или винтовыми зажимами, рассчитанными на значительные габариты соединяемых изделий. Цвинка - это скоба, в которой с помощью клиньев при сборке и склейке можно спрессовать доски щита. Вайма - зажимное приспособление, снабженное винтовым или иным устройством для зажимания, сборки и склейки различных изделий. Поблизости от верстака на рабочем месте столяра устанавливается рабочий шкафчик, предназначенный для хранения наиболее употребительного рабочего, вспомогательного и контрольного инструмента. Инструменты в шкафчике должны находиться в определенном строгом порядке, с тем чтобы на разыскивание нужных предметов не приходилось затрачивать много времени 

Рабочий инструмент

Ручной инструмент. При изготовлении каких-либо деталей из древесины вручную столяр пользуется различными ручными инструментами. Ручной инструмент может быть разбит на следующие группы:

а)

основной (или специальный) инструмент, непосредственно участвующий при выполнении основных столярных, операций (этот инструмент будет разобран при рассмотрении соответствующих операций);

б)

вспомогательный (или общий) инструмент, к которому относятся молотки столярные, киянки, клещи, кусачки,отвертки, ключи гаечные и пр.; 

в)

разметочный и контрольно измерительный инструмент, применяемый при проведении разметочных работ в процессе изготовления деталей и при проверке изготовленных изделий и их соответствия чертежу. Вспомогательный (общий) инструмент столяра имеет много общего с слесарным инструментом, но отличается рядом специфических требований, предъявляемых столярным производством.

Молотки

столярные стальные (рис. 31, а), призматической формы, применяются весом 600, 400 и 200 г. Столярный молоток имеет ровную ударную поверхность бойка, так как выпуклая часть бойка, применяемая в слесарных молотках, может образовать на поверхности древесины вмятины. 
Ручки молотков изготавливаются из прочной древесины: березы, клена, бука, граба и др.; они имеют длину 300 - 350 мм. Столярные молотки употребляются для забивки гвоздей, клиньев, для налаживания инструмента, а также для выполнения столярно-сборочных работ. Очень важно проследить за тем, чтобы при работе молотком направление удара совпадало с направлением того предмета, по которому наносят удар (гвоздь, клин, стамеска и т. д.). При сборке нельзя ударять молотком по деревянной детали непосредственно; на место удара следует подкладывать кусочек дерева, предохраняющий волокна древесины от вмятин и повреждения. Следует также воздерживаться от пользования стальным молотком при долблении, так как ударами молотка можно разбить деревянную ручку долота или стамески. 

Киянки

(рис. 31, б) - молотки круглой или четырехугольной формы, изготовленные из крепкого и вязкого дерева: самшита, клена, вяза, карельской березы и т. д. Киянки применяются при сборке деревянных деталей, а также при долблении, так как они не разбивают деревянных ручек стамесок и долот. 

Клещи

(рис. 31, в)столярные и кусачки изготавливаются из прочной стали; длина клещей 200 - 250 мм. Клещами можно вытаскивать гвозди.

Кусачки

имеют более острые и тонкие губки; их назначение перекусывать проволоку, гвозди и пр. 

Отвертка

(рис. 31, г) - стальной стержень или пластинка с клинообразно откованным концом и точеной ручкой. Отвертки применяются для завинчивания и вывинчивания винтов и шурупов разных размеров; при работе обычно употребляется набор отверток различной величины. Рабочий конец отвертки должен быть заточен на толщину, равную ширине прорези в головке, а ширина лопатки соответствовать шлицевой канавке (прорези) головки шурупа Отвертки часто делают двусторонними,

Ключи

гаечные обычные и раздвижные, используются при завинчивании крупных шурупов с граненными головками и болтов 
 

Контрольные измерения

Для измерения, разметки и выполнения проверочных работ применяются металлические или деревянные измерительные линейки, складные метры и рулетки Для разметки и выверки углов 90°,45°,135° применяются угольники деревянные и металлические. Угольники имеющие строго зафиксированные углы 45° и 135° называются ярунками Для проверки горизонтальности поверхности или их вертикального положения служат отвесы и уровни (рис. 31, д, е). Для нанесения линий, параллельных кромке заготовки и отстоящих от этой кромки на заданном расстоянии, применяется рейсмус. Рейсмус (рис. 31, ж)состоит из деревянной колодочки, через которую проходит одна или две ножки квадратного сечения. 
На концах ножек, имеются остро заточенные шпильки, при помощи которых на материал наносят разметочные риски. Установка рейсмуса на требуемый размер производится с помощью измерительной линейки, замеряющей расстояние между обрезом колодки и шпилькой. В нужном положения ножки зажимаются с помощью клина. При проведении разметочных линий на доске колодочку рейсмуса плотно прижимают к боковой поверхности доски и двигают по ней, а шпилькой, установленной на заданное расстояние на поверхности, прочерчивают линию, параллельную боковой поверхности. Для проверки горизонтальности поверхности или их вертикального положения служат отвесы и уровни. 
Для нанесения линий, параллельных кромке заготовки и отстоящих от этой кромки на заданном расстоянии, применяется рейсмус. Рейсмус состоит из деревянной колодочки, через которую проходит одна или две ножки квадратного сечения. На концах ножек, имеются остро заточенные шпильки, при помощи которых на материал наносят разметочные риски. Установка рейсмуса на требуемый размер производится с помощью измерительной линейки, замеряющей расстояние между обрезом колодки и шпилькой. В нужном положения ножки зажимаются с помощью клина. При проведении разметочных линий на доске колодочку рейсмуса плотно прижимают к боковой поверхности доски и двигают по ней, а шпилькой, установленной на заданное расстояние на поверхности, прочерчивают линию, параллельную боковой поверхности. 
При проведении разметочных работ по прочерчиванию окружностей, закруглений и при откладывании различных размеров, а также для различного вида построенийприменяется разметочный циркуль При проведении окружностей и дуг большого диаметра применяют специальный штангенциркуль, представляющий собой длинный брусок ( рейку), с с находящимися на нём подвижной и неподвижной ножками. Шило употредляется для прочерчиания линийи и надкалывания древесины при постановке шурупов 

Организеция рабочего места

Организация рабочего места предусматривает точное соблюдение основных правил по подготовке, размещению и спользованиюматериалов,инструментов, приспособлений и оборудования,находящихся в распоряжении работающих в процессе всей их работы. Правильная организация рабочего места в школьных учебных мастерских приучает учащихся к серьёзному отношению к труду, к пониманию значения организации рабочего места на производстве. 
Для правильной организациирабочего места столяра при обработкт древисиныручными инструментами длжны проводится следующие мероприятия:

1)

столярные верстаки должны быть установлены достаточно прочно и устойчиво на расстоянии не менее чем 0,9 метра от других верстаков;

2)

верстаки и рабочие столыследует подобрат по росту работающих, отрегулировать их высоту;

3)

рабочие места не следует загромождать материалом. Заготовки и готовые изделия следует складывать на отдельном месте;

4)

перед началом и после работы обметать волосяной щеткой пыль, стружки и опилки или протереть сухой тряпкой все части верстака; проверить их работу и устранить все замеченные неисправности; 

5)

пользоваться в работе можно только исправным, хорошо заточенным и пригодным для данной работы инструментом;

6)

иметь хорошую освещенность рабочих мест и достаточный приток свежего воздуха;

7)

инструмент для работы необходимо располагать в наиболее удобном и всегда одинаковом порядке в лотке верстака. Следует приучать учащихся брать нужный инструмент одним коротким движением. Для проведения занятий необходимо подготовить инструмент, нужный для выполнения только данной работы. По окончании работы исправный инструмент следует протереть и положить в инструментальный шкафчик в строго определенное место. Неисправные инструменты нужно складывать отдельно для заточки и ремонта, не смешивая его с годным. Здесь даны общие указания по рациональной организации рабочего места столяра и по технике безопасности. Более конкретные правила техники безопасности при работе ручным или механизированным столярным инструментом рассматриваются при изучении определенных операций. 
 
 
Разработчик:Территория SlavSSoft