ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА К ГНУТЬЮ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫХ УСЛОВИЙ

Данков А.С., Филонов А.А.

(ВГЛТА, г. Воронеж, РФ) dankov-as@yandex.ru

ОAK BENDING ABILITY DEPENDING ON DIFFERENT TEMPERATURE-HUMIDITY CONDITIONS

В традиционной технологии гнутье массивной древесины осуществляется при влажности 25-30% и температуре заготовки 100ºС. При таком сочетании режимных параметров древесина обладает наилучшей способностью к гнутью.

Однако во многих ситуациях нет необходимости в гнутье древесины с такой высокой влажностью, так как она обуславливает длительный технологический процесс гнутья из-за стабилизационной сушки.

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 ¼. Очевидно, что резерв для снижения влажности в целях оптимизации процесса здесь велик.

В связи с выше изложенным, 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.

Рис. 1. Графики зависимости относительной величины изменения стрелы прогиба (стабильности приданной формы) от температуры Т_ср при различных уровнях влажности W_к

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 ºС. Полная стабилизация формы достигается также при W_к=8% и Т_ср=114 ºС 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 рисунке 2.

Рис. 2. Установка для гнутья на разный радиус кривизны

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.

Таблица

Значения и уровни факторов униформ-ротатабельного плана

Наименование фактора	Уровни варьирования
Наименование фактора	-α	-1	0	+ 1	+ α
Влажность (W_к),%	8	10	14	18	20
Температура (Т_ср), ºС	80	86	100	114	120

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:

Графическая интерпретация полученного уравнения представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Графики зависимости способности древесины дуба к гнутью от температуры его нагрева Т_ср при различных величинах влажности образцов W_к

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=105-113ºС;

· для спинки стула (h/R=1/35) – W_к=8%, T_ср=105-113ºС.

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 [Текст] / 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.

Оak bending ability depending on different temperature-humidity conditions is explored. Wood bending regimes with low humidity intensifying wood bending are given.

Фамилия: Данков

Имя: Александр

Отчество: Сергеевич

Должность: ассистент кафедры механической технологии древесины

Уч. степень: к.т.н.

Уч. звание: нет

Организация: Воронежская государственная лесотехническая академия

Страна: РФ

Город, индекс: Воронеж, 394087

Улица, дом: Тимирязева, 8

Телефон: 8-908-135-56-64

e-mail: dankov-as@yandex.ru

Бронировать гостиницу: нет

Статус: участник

Нужна виза: нет

Личная подпись:

Фамилия: Филонов