Древесные материалы свойства доклад
Обновлено: 28.06.2024
Ни один из строительных материалов не обладает такими качествами, как древесина. Она очень удобна в обработке. Кроме того, это один из самых прочных, легких материалов, долго сохраняющих тепло и приятный запах.
Для того чтобы приступить к работе с древесиной, обязательно потребуется терпение. Не беда, если что-то с первого раза не будет получаться – все приходит с опытом. Глазомер и твердая рука могут быть помощниками, которые не позволят ошибиться при резании, пилении, сверлении, долблении и вытачивании древесины.
Древесина не относится к капризным строительным материалам, но некоторые ошибки она просто не простит: нельзя будет надставить несколько сантиметров неровно отпиленной доски или выровнять испорченную поверхность без ущерба будущему изделию. Это не пластилин и не глина, но в пластичности им древесина не уступает.
Сырая или специально вымоченная древесина прекрасно принимает ту форму, которую вы пожелаете ей придать.
При работе можно либо исказить, либо подчеркнуть рисунок древесины. Во втором случае выполненное изделие только выиграет и прекрасно будет смотреться без покрытия слоем краски. А усилить игру тонов помогут различные древесные лаки, которые наносятся на поверхность двумя-тремя тонкими слоями.
Для того чтобы задуманное изделие максимально подчеркивало текстурный рисунок древесины и не противоречило ему, необходимо изучить его.
Нет такого бруска древесины, на котором бы не прослеживалось направление роста волокон. Наиболее полное представление о том, что получится из выбранного бруска, может возникнуть только в том случае, если распилить брусок по трем направлениям: под углом в 45°, вдоль волокон и поперек них.
Срез под углом в 45° называется тангентальным срезом, который дает текстуру древесины в виде конусообразных линий (рис. 1, а). Срез вдоль волокон даст радиальный срез, который покажет вертикальные линии волокон (рис. 1, б). Срез, проходящий поперек волокон, по сути дела, представит текстуру дерева из годичных колец (рис. 1, в). Такой срез и будет называться поперечным.
Рис. 1. Виды срезов: а – тангентальный; б – радиальный; в – поперечный.
Если правильно расположить на бруске задуманный чертеж, то внешний вид будущего изделия только выиграет. Кроме того, сложность и красота будущего рисунка напрямую зависят от разнообразия текстуры древесины.
Сделав только поперечный срез, можно четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору – это кожа дерева, которая не используется в работе, ее обязательно снимают. Под корой располагается зона роста дерева, которая практически неразличима невооруженным глазом.
На свежем спиле растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. Если снять кору, откроется тонкая прослойка влажной ткани зеленоватого цвета – это и есть камбий. За камбием расположена собственно древесина с годичными кольцами.
Древесину еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет. В зависимости от этого разделяют заболонные породы древесины, где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как и в заболони (рис. 2, а), и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо (рис. 2, б). Иногда заболонные породы дерева называют безъядровыми.
Рис. 2. Виды пород: а – заболонные; б – ядровые.
К ядровым древесным породам относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница) и некоторые лиственные породы, например дуб, ясень, тополь. Большинство лиственных пород составляет ряд заболонных, или безъядровых: береза, граб, ольха, клен.
Кроме микроструктуры древесины, к ней относится плотность расположения древесных клеток. На создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевидными сосудами.
К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов-глазков, которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.
Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки. Практически все хвойные породы – сосна, лиственница, пихта, ель, кедр – обладают такой древесиной.
Физические свойства древесины
К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура).
Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3или кг/м3. Зависит этот показатель от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа плотность древесины измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, береза, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.
Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают древесину: комнатно-сухую, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.
Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что структура древесины очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном итоге приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – применение древесины, влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.
Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.
Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, изготовленных из нее, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом. Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.
Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.
Цвет способен указать на качество: например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто до розовато-бежевого).
Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков – от вида разреза (рис. 3). Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.
Рис. 3. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.
Механические свойства древесины
Механические свойства древесины более важны, так как от них зависят прочность и долговечность сооружений и изделий из дерева.
Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 4). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.
Рис. 4. Испытание прочности древесины: а – направление нагрузки: 1 – вдоль волокон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.
Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается; поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.
Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.
Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Здесь имеется прямая взаимосвязь: чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.
Внешне древесина выглядит как плотный волокнистый материал, входящий в состав ствола, корней и ветвей деревьев любой породы. Различные виды древесины отличаются механическими свойствами, теплопроводностью, рисунком колец, цветом.
Несмотря на различия, практически любой вид приносит человеку свою пользу, используется в строительстве, для отопления, украшения жилья и во многих других целях.
Не забудь поделиться с друзьями!
Древесные породы и их применение
Отдельные виды деревьев и их породы классифицируются по целому ряду признаков. Наиболее известное деление – на лиственные и хвойные породы. Выделяют виды, произрастающие на территории нашего государства и других стран. С экономической и географической точки зрения это очень важное деление, поскольку стоимость привозной древесины может быть выше отечественной в некоторых случаях.
Лиственные породы в свою очередь разделяют по форме: кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые. А последние могут отличаться мягкой или твердой древесиной.
Кольцесосудистая древесина (ясень, акация, вяз, дуб, фисташка) получила такое название, поскольку наиболее крупные сосуды расположены в ней ближе к центру, в ранних зонах годичных колец. В рассеянно-сосудистых породах (бук, граб, рябина, клен) крупные сосуды рассредоточены более-менее равномерно. От этого меняется рисунок древесины.
И лиственные, и хвойные деревья широко применяются в домостроении и других областях строительных технологий. Из них традиционно изготавливаются такие элементы строительных конструкций, как стены, обвязки, перегородки, стропила и другие кровельные элементы. Их широко применяют при изготовлении оград, крылец, веранд (террас), беседок и целого ряда подсобных строений.
Ценная древесина
Говоря о различных видах, стоит упомянуть ценные породы, отличающиеся твердостью, красотой фактуры и другими положительными качествами, но встречающиеся реже, чем другие виды деревьев в каком-то конкретном регионе. К ценной древесине относят дуб, орех, ольху, карельскую березу, клен и многие экзотические виды. Они традиционно используются при отделочном декорировании, а также при изготовлении мебели и в судостроении.
Обратите внимание! Интересной фактурой и особыми физико-механическими свойствами отличаются плодовые деревья (вишня, черешня, груша, яблоня, слива, хурма и другие), поэтому их древесину тоже причисляют к ценным видам.
Из отдельных пород вишни, например, получаются замечательные инкрустированные сувениры (табакерки и другие привлекательные поделки). А мелко нарубленная щепа яблони традиционно применяется для копчения мяса и рыбы. Груша очень популярна среди резчиков по дереву, из нее делают паркет, мебель, панно, сувениры.
Механические свойства
Каждая из пород располагает определёнными физическими свойствами, среди которых особый интерес представляет их способность активно сопротивляться деформации и другим механическим воздействиям.
Механические свойства древесины традиционно понимаются как её твёрдость, плотность, прочность и упругость к изгибу. От этих качеств зависит сложность обработки дерева и функциональность будущего изделия.
Прочность и упругость
Под показателем прочности понимается способность материала сопротивляться деформационным напряжениям, приводящим к разрыву волокон (для деформации изгиба показатель прочности соответствует модулю упругости древесины).
Прочность материала критически зависит от следующих факторов:
- направление действия внешнего усилия (вдоль волокон или поперёк) и его скорость;
- тип (порода) древесины;
- её плотность, влажность и наличие явных изъянов (сучков и трещин).
Присутствие изъянов на древесных заготовках существенно снижает их прочность, однако в большей степени она зависит от вектора действия внешних нагрузок.
При напряжениях вдоль волокон предельные растягивающие нагрузки для большинства видов древесины составляют 130 мегапаскалей. Тот же параметр для сжимающих нагрузок соответствует 50 единицам, а для деформаций изгиба он имеет значение порядка 100 (отметим, что для скалывающих воздействий он равен всего 0,5 мегапаскаля).
Твёрдость
Этот показатель напрямую связан с предыдущим и понимается как сопротивляемость древесного материала проникновению в него другого плотного тела. Практически установлено, что твердость в продольном направлении (вдоль волокон) всегда превышает тот же параметр в поперечном разрезе примерно на 30-40 %.
Для заготовок древесины, высушенных до состояния 12-процентной влажности, она в 1,5-2,0 раза превышает твердость более сырого материала. С повышением этого показателя увеличивается и сложность обработки изделий.
Твердость конкретной породы устанавливают опытным путем по методу Бринелля, данные заносят в таблицу. В результате получается шкала твердости. В любой момент можно взглянуть на этот показатель и сделать выводы о твердости породы. Существует метод и, соответственно, шкала Янка, а также другие методы, названные именами исследователей, их внедривших, но они менее распространены.
Пластичность
При рассмотрении особенностей структуры древесины учитывается её способность удерживать в теле материала различные образцы металлических креплений и метизов, а также сопротивляемость ударному раскалыванию.
При оценке этого свойства было установлено, что для удаления гвоздей, вбитых в дерево поперек волокон, необходимо приложить усилие, примерно в 1,5 раза большее, чем забитых в его торец.
Важно! Следует учесть, что способность удерживать гвозди и другие крепления возрастает пропорционально увеличению плотности конкретного вида древесного материала.
С пластичностью напрямую связано противодействие раскалыванию, то есть сопротивляемость разделению сырого материала при забивании клина. Сопротивляемость материала к этому воздействию возрастает с повышением вязкости, а наличие изъянов типа сучков, напротив, снижает её.
Основные хвойные породы
Из хвойных пород особо следует выделить сосну, которая занимает порядка 16 % площади всех лесных массивов России. Наибольшее распространение получила так называемая сосна обыкновенная, в основной своей массе произрастающая в Крыму и на Кавказе. Древесину этой породы относят к разряду хорошо поддающихся обработке мягких материалов и чаще всего применяют для изготовления окон, дверей, а также других элементов строений (лестничных маршей, например).
Обратите внимание! Нередко этот удобный в работе вид древесного материала используется при изготовлении некоторых образцов мебели и домашней утвари.
Ещё одна из представительниц этой группы – ель (пихта) – занимает до 12 процентов всех покрытых лесом российских площадей и широко применяется в народном хозяйстве. Материал хвойной ели по причине его повышенной сучковатости поддаётся обработке с большим трудом, но, несмотря на это, он привлекает пользователя однородностью структуры, приятным белым оттенком и малым содержанием смолистых веществ.
Этот сорт часто востребован при изготовлении строительных блоков, половых досок, наличников и плинтусов. Отборная древесина ели может применяться и при производстве бытовой мебели с целью декорирования жилых интерьеров. Из её коры научились изготавливать дубильные материалы, широко применяемые в кожевенной промышленности.
Лиственница очень распространена в нашей стране и занимает большую часть лесных насаждений. Её материал обладает прекрасными физическими характеристиками и по своей плотности и прочности заметно превосходит те же показатели для сосны. Кроме того, волокна лиственницы практически не поддаются гниению и обеспечивают изделиям из этого материала высокие прочностные показатели.
Сферы использования древесины лиственницы широки. Она применяется при сооружении гидротехнических конструкций, при изготовлении свай, шпал, телефонных столбов и опорных стоек для рудников. Ещё один представитель хвойных пород (кедр) очень схож по своим свойствам с елью и может применяться для изготовления шпал, стоек, мебели и карандашей.
Древесинный материал тиса ценится за свой привлекательный внешний вид, позволяющий использовать его при изготовлении элитных образцов мебели, а также при отделке интерьеров помещений. К категории хвойной древесины следует отнести и знакомый многим можжевельник.
Экзотические древесные породы
К разряду экзотических для наших широт пород древесины следует отнести секвойю, чёрное и красное дерево, а также бакаут и палисандр. Секвойя представляет семейство самых крупных и долговечных древесных растений и встречается в основном в Северной Америке.
Известны образцы этих деревьев высотой почти 120 метров и диаметром в обхвате до 15 метров (их предполагаемый возрасте составляет около 6 тысяч лет). Секвойю успешно культивируют на южных оконечностях Крыма и в других зонах Причерноморья. По своим свойствам она напоминает российскую ель, но в отличие от той более устойчива к гниению. Её, как и африканский абач, нередко применяют при производстве мебели и карандашей, а также в отделке интерьеров.
Дополнительная информация: наиболее популярным и непревзойдённым по цвету и красоте сортом красного дерева считается американское махагони, встречающееся только в Центральной Америке.
Одна из разновидностей экзотической древесины под наименованием африканский падук широко применяется при производстве элитной мебели. Благодаря своим прочностным характеристикам (высокому показателю твёрдости) деревья этого сорта применяются при отделке вагонных салонов и кают.
Бакаут – это вечнозеленое древесное растение, нередко встречающееся в субтропиках и обладающее плотной и твердой структурой с запахом ванили. Оно с большим трудом поддается механической обработке и чаще всего применяется для изготовления особо прочных деталей станков и машин. Чем-то схожий с бакаутом палисандр очень твёрд, но зато легко полируется. Он бывает востребован при изготовлении элитной мебели, паркетных наборов и музыкальных инструментов (пианино, в частности).
Лиственные породы
Особое внимание надо уделить лиственным деревьям. После вырубки хвойного леса они заполняют опустевшую площадь. Лиственные виды древесины применяют наиболее широко и разнообразно.
Кольцесосудистые структуры
Основу лиственных пород составляют такие кольцесосудистые их представители, как карагач, ильм, ясень, вяз и дуб. Последний из этого семейства – дуб – встречается во многих местах европейской России, а также произрастает на территории южных окраин (в Крыму и на Кавказе). Особенностью его древесины является высокий показатель твёрдости, прочность и стойкость к гниению. Помимо этого, обыкновенный черешчатый дуб отличается своей способностью к изгибу, очень привлекательной текстурой и насыщенным цветом.
Ясень обыкновенный нередко встречается в большинстве регионов европейской части России. Свойства этого вида древесины очень схожи с уже рассмотренными выше характеристиками дуба (он также имеет высокий показатель твёрдости и хорошо поддаётся изгибу, то есть обладает неплохой пластичностью).
Благодаря своим свойствам ясень используется при выпуске различных образцов спортивного инвентаря (теннисных ракеток, лыж и весел), а также в автомобильной, авиационной и корабельной промышленности. Кроме того, его нередко применяют для изготовления лестничных перил и рукояток различных инструментов.
Рассеянно-сосудистые мягкие породы
Береза является древесным символом России и произрастает на её территории повсеместно. Она широко применяется в отечественной промышленности для изготовления фанеры, прикладов охотничьих и спортивных ружей, лыж и шпона. Помимо этого из берёзы делаются древесные плиты самого различного класса, паркетные полы и деготь.
Тополь, осина, ольха, ива и липа имеют очень схожее строение и благодаря своей мягкости чаще всего используются как поделочная древесина, идущая на удовлетворение бытовых и строительных нужд. Их этих древесных структур изготавливаются корыта, лопаты, домашняя посуда и целлюлоза.
Кроме того, на основе некоторых из них производится ящичная тара, вискоза, древесная стружка, игрушки и кровельная плитка.
Рассеянно-сосудистые (твёрдые)
К этой категории древесины относятся бук, грецкий орех, платан, самшит, рябина и клён, произрастающие в самых различных регионах России и Белоруссии и чаще всего применяемые в декоративных целях.
Большинство из этих пород относится к категории особо твёрдых, так что, помимо своей декоративной ценности, они отличаются высокой износостойкостью. Из некоторых сортов древесины изготавливается шпон и паркетный фриз, уксусная кислота и креозот, а на основе твёрдого и прочного ореха с красивой структурой делаются полированные паркетные плиты и ложи для ружей.
Рассмотреть здесь абсолютно все известные виды древесины не представляется возможным. Люди годами изучают отдельные породы, особенности видов деревьев, возможности их применения. При желании всегда можно найти нужную информацию и закрепить теоретические познания на практике, изучая, высаживая и обрабатывая дерево.
Древесина[79] – ткань растений, состоящая из клеток с одревесневшими стенками, проводящая воду и растворенные в ней соли. Структура древесины состоит из большого числа плотных, длинных, трубчатых клеток, наполненных растительным соком. Длина клеток обычно составляет 2…4 мм, а размер в поперечнике – 20…40 мкм. В древесине на долю оболочек клеток приходится ~ 95 % массы; оболочки состоят главным образом из целлюлозы (43…56 %) и лигнина (19…30 %)[80]. Около 25…30 % воды содержится в древесине в связанном виде и очень трудно поддается удалению. Остальная влага, заполняющая межклеточное пространство, легко выпаривается во время сушки.
Древесина обладает малой плотностью, сравнительно высокой удельной прочностью, хорошим сопротивлением ударным и вибрационным нагрузкам, низким коэффициентом теплового расширения (в 2…3 раза ниже, чем у стали), высокой стойкостью к ряду кислот, солей и масел, хорошими технологическими свойствами (хорошо обрабатывается на станках, склеивается, соединяется гвоздями и шурупами). К недостаткам древесины следует отнести ее высокую водопоглощаемость, приводящую к изменению размеров, формы и прочности древесных изделий, а также склонность к загниванию и отсутствие огнестойкости. Для защиты древесины от загнивания изделия покрывают лакокрасочными или пластмассовыми покрытиями. Из химических способов защиты применяют пропитку растворами солей NaF, ZnCl2, CuSO4 и др. Для снижения воспламеняемости используют огнезащитные лаки и краски.
Важной характеристикой древесины является ее плотность. К легким поделочным породам древесины относят сосну, ель, липу, осину, ольху; к тяжелым – дуб, граб, грушу, самшит. К редким и наиболее легким сортам древесины относится бальса, имеющая плотность около 200 кг/м 3 (в 2 раза легче бамбука), а к наиболее тяжелым (1100…1400 кг/м 3 ) – железное дерево (бакаут), которое тонет в воде. Обрабатываемость и износостойкость древесины зависят от ее структуры и твердости. Некоторые свойства наиболее распространенных пород древесины приведены в таблице:
| Свойства разных пород древесины | Порода древесины | |||||
| сосна | липа | осина | дуб | граб | береза | пихта |
| Плотность, кг/м 3 | ||||||
| Объемная усушка в % | ||||||
| Прочность при растяжении вдоль волокна, МПа |
Пиломатериалы – материалы из древесины, получаемые путём распиловки брёвен вдоль волокон. Основные виды пиломатериалов показаны на рис. 63. Пиломатериалы с опиленными кромками называются обрезными, с неопиленными – необрезными. Материалы, подвергшиеся после пиления дальнейшей обработке (для сглаживания поверхностей или фасонной профилировки), называются строгаными. Пиломатериалы делят на строительные, столярные, тарные, экспортные, специальные.
Рис. 63. Виды пиломатериалов: а – пластина; б – четвертина; в, г, д – брусья; е – брусок; ж – доска; з, и – шпалы; к – горбыль
Древесину успешно используют в машиностроении (борта и пол автомобилей, некоторые конструкции в вагонах и др.). В литейном производстве из древесины изготавливают модели отливок. Во всех отраслях промышленности пиломатериалы широко используют при изготовлении тары (ящики, поддоны и т. п.).
Прессованная древесина получается прессованием нагретых в пресс-формах древесных заготовок. Прочность прессованных материалов возрастает примерно в 2 раза при растяжении, а при изгибе и сжатии – в 3 раза. Их ударная вязкость составляет 60…80 кДж/м 2 . Такую древесину используют как заменитель металла, из нее изготавливают вкладыши подшипников трения, втулки, ткацкие челноки и др. ответственные детали машин.
Шпон[81] – тонкие листы древесины (натуральный шпон) или иного текстурного материала (синтетический шпон). Натуральный шпон изготовляют лущением или строганием отрезков ствола дерева – чураков и кряжей. Синтетический шпон делают из текстурной бумаги с применением специальных смол. Текстурный рисунок наносит на бумагу способом многокрасочной печати. Фанерование – оклеивание деревянных изделий шпоном для упрочнения и улучшения их внешнего вида.
Фанера[82]– листовой древесный материал, получаемый склеиванием трёх или более слоев преимущественно лущёного шпона (с перекрёстным расположением листов шпона относительно волокон древесины). Фанеру изготовляют из берёзы, ольхи, сосны, ясеня, бука и т. д. Разновидности фанеры: металлизированная, армированная, огнестойкая. В зависимости от сопротивления действию влаги различают фанеру водостойкую, средней и ограниченной водостойкости. Водостойкость фанеры зависит от применяемого клея – фанера ФСФ на фенолоформальдегидном клее обладает повышенной водостойкостью, фанера ФК (на карбамидном) и ФБА (на альбумино-казеиновом) обладают средней водостойкостью, ФБ – на белковых клеях – ограниченной водостойкостью. Фанеру выпускают в виде листов толщиной 1…12 мм, листы толще 12 мм называют фанерными плитами. Фанеру применяют в строительстве и судостроении, в мебельном производстве и т. п.
Древесно-стружечные (ДСП) и древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из отходов древесины:
- ДСП получают горячим прессованием стружки со связующим, например, мочевино- и фенолоформальдегидными смолами. Плиты имеют плотность от 350 до 1100 кг/м 3 , свойства их более изотропны, чем у натуральной древесины, и обладают высокими теплоизоляционными характеристиками. ДСП бывают однослойными и многослойными, в том числе, облицованными шпоном, фанерой, бумагой и пластиком. Такие плиты широко применяются в транспортном машиностроении, строительстве и производстве мебели.
- ДВП вырабатывают путем отлива на сетке (аналогично отливу картона) из древесной массы, состоящей из волокон размельченной древесины (иногда с добавками связующего). Применяют как облицовочный и тарный материал, а также в качестве звукопоглощающих покрытий.
К вспомогательным материалам относят смазочные материалы, смазывающе-охлаждающие жидкости, асбест, кожу, бумажные, текстильные и др. материалы.
1. Смазочные материалы применяют для увеличения срока службы трущихся частей машин и понижения коэффициента трения. Смазочные материалы подразделяют на смазочные масла, пластичные смазки и твердые смазочные материалы.
Смазочные масла являются продуктами минерального, растительного и животного происхождения. Минеральные масла – продукты переработки нефти, применяют в качестве основных смазочных материалов для трущихся деталей. Наиболее широко применяемыми в станкостроении являются веретенное масло, машинное, цилиндровое, вазелиновое и велосипедное (для смазки горизонтальных направляющих станков). При больших скоростях и малых нагрузках применяют веретенное масло, а при малых скоростях, характерных для коробок скоростей, – машинное. Кроме того, в машиностроении применяют смазочные смеси, состоящие из 75…95 % масла и 25…5 % мыла. Ими смазывают узлы, работающие при малых скоростях и больших нагрузках, когда подвод обычной жидкой смазки затруднен и неэкономичен. Для смазывания деталей подшипников, работающих в зимних условиях со скоростями до 1000 об/мин, применяют автол и др. низкотемпературные масла.
Пластичные смазки (солидол, ЦИАТИМ-201, Литол-24 и др.)изготавливаются из натуральных животных и растительных жиров или жирных синтетических кислот с использованием различных загустителей. Смазки по сравнению с маслами обеспечивают лучшую работоспособность узлов при малых скоростях и высоких давлениях, а также при действии ударных и знакопеременных нагрузок.
Твердые смазочные материалы(графит; нитрид бора; хлориды, фториды и иодиды металлов; мягкие металлы и их сплавы; политетрафторэтилен; полиамиды и др.) применяются в особых случаях: когда эксплуатация узлов трения ведется ниже температур застывания масел и смазок; при очень высоких температурах; невозможности периодического подвода смазочного материала к поверхностям трения и др.
2. Смазочно-охлаждающе жидкости (СОЖ) используют для облегчения обработки металлов резанием, что позволяет увеличить скорость резания, а, следовательно, производительность, и уменьшить износ инструмента. Их подразделяют на охлаждающие, охлаждающие и смазывающие, а также смазывающие и частично охлаждающие. Охлаждающие жидкости – это водные растворы электролитов с антикоррозионными добавками (углекислый натрий, силикаты натрия и калия). Охлаждающими и смазывающими жидкостями являются водные растворы поверхностно-активных веществ (мыла, олеиновые кислоты и др. вещества). К смазывающим и частично охлаждающим относятся активированные эмульсии, состоящие из воды, поверхностно-активных веществ и эмульгированного масла. Выбор и применение охлаждающих и смазывающих жидкостей зависит от обрабатываемого материала, инструмента и заданного качества поверхности. На станках-автоматах охлаждающие эмульсии, как правило, не применяют, т. к., попадая в подшипники, они нарушают их смазку, и здесь для охлаждения используют машинные масла или специальные осерненные масла – сульфофрезолы.
3. Асбест[83] – это минерал волокнистого строения, волокна которого представляют агрегаты тончайших кристаллитов; обладает огнестойкостью до 450…700 о С, хорошей прочностью на разрыв, малой электро- и теплопроводностью, кислото- и щелочеустойчивостью, эластичностью. Асбест используют для изготовления теплоизоляциии, тормозных колодок, тканей для костюмов рабочих горячих цехов. Асбестовые материалы выпускают в виде волокон и шнуров; листов бумаги и картона; асбоцементных листов, труб, шифера и т. п.
4. Бумажныематериалы и картон применяют для электроизоляции, в качестве прокладок, основы шлифовальной бумаги, фильтровальных, упаковочных материалов и т. п.
5. Кожа используется для различного рода прокладок, уплотнительных колец, тормозных муфт и приводных ремней. Особенностью натуральных кож является механическая прочность при высокой пористости. Вследствие этого они обладают высокой воздухо-, паро- и водопроницаемостью, сочетающимися с низкой теплопроводностью. Кожа хорошо работает в условиях многократных изгибов. В последнее время для изготовления технических изделий применяют полимерные заменители кожи.
6. Текстильныематериалы – пряжу, вату, ленты, шнуры, веревки, войлок и т. п. материалы используют во многих отраслях промышленности. Бельтинг[84] – тяжелая, очень плотная и прочная техническая ткань применяется для изготовления конвейерных лент и прорезиненных многослойных приводных ремней. Вату с переплетениями из силикатного стекла применяют в качестве тепло- и звукоизоляции, амортизирующих подушек и т. п. Войлок используют в качестве уплотнительных прокладок, сальников, фильтров, амортизаторов и др. изделий.
Во многих случаях литье – единственно возможный способ получения заготовок сложной формы. Сравнивая метод получения фасонных заготовок деталей машин путем отливки с другими методами получения фасонных за- готовок – ковкой или штамповкой и сваркой, необходимо отметить следую- щие преимущества метода отливки:
1. С помощью отливки можно получить заготовки практически любой сложности по конфигурации. Ни путем ковки и штамповки, ни путем сварки нельзя изготовлять сложных фасонных заготовок, столько максимально при- ближающихся к форме готовой чистовой детали.
2. Припуски на механическую обработку в отливках могут быть весьма
небольшими. Это преимущество литых заготовок имеет весьма большое тех- нико-экономическое значение, так как механическая обработка деталей явля- ется наиболее дорогостоящим процессом во всем цикле машиностроительно- го производства.
3. Утилизация отходов металла в литейном производстве (литник и брак) не требует значительных затрат средств и времени. Указанные отходы нуждаются лишь в переплавке, и полученный из них жидкий металл снова используется непосредственно для заливки новых деталей. В ковочно- штамповочном же и сварочном производствах для превращения отходов ме- талла снова в листы, профили и болванки, годные к повторному непосредст- венному использованию, нужна целая цепь дорогостоящих переделов: плавка, нагрев для прокатки, сама прокатка, резка и новый нагрев для ковки или рас- крой для сварки.
4. В литейном производстве не требуется столь дорогостоящего и тяже- лого оборудования, как в ковочно-штамповочном (прессы, молоты). Поэтому постройка, монтаж и запуск литейного цеха не требуют столь больших капи- таловложений и по срокам осуществляются значительно быстрее по сравне- нию с постройкой кузнечно-прессового цеха. Это преимущество литья пред- ставляет особую ценность в условиях, когда требуется максимальная быстро- та перестройки или запуска производства на новый вид продукции, например в военное время.
5. Сравнивая полученные различными методами заготовки в отношении качества металла (прочности и надежности), необходимо отметить, что еще
Однако благодаря углубленному научному изучению литых сплавов за последние десятилетия качество литых изделий также значительно возросло. Об этом свидетельствует непрерывный рост гарантированных норм прочно- сти металла в отливке, расширение номенклатуры сплавов, обладающих спе- циальными свойствами, и замена кованых и штампованных заготовок для ря- да ответственных деталей литыми.
Эффективность литейного производства может характеризовать коэф- фициент использования металла (КИМ) – отношение масс детали и заготовки (табл. 1).
Ориентировочные значения КИМ различных заготовок
| Вид заготовки | КИМ |
| Литье под давлением | 0,95 |
| Литье по выплавляемым моделям | 0,90 |
| Литье в оболочковые формы | 0,80 |
| Литье в кокиль | 0,75 |
| Литье в песчаные формы | 0,70 |
| Профильный прокат | 0,60 |
| Штамповка (горячая) | 0,40 |
| Прутки катаные | 0,35 |
| Ковка свободная | 0,30 |
Суть литейного производства состоит в том, что фасонные детали (за-
готовки) получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость ко- торой соответствует их размерам и форме. После кристаллизации металла ли- тую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы и в случае необходимости отправляют в механический цех для последующей обработки.
Общая схема технологического процесса изготовления отливки приве- дена на рис. 5. Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта (модели и стержневого ящика).
В состав литейного цеха входят отделения: модельное, смесеприготови- тельное, стержневое, формовочное, плавильное, выбивное, обрубное, очист- ное. В модельном отделении по рабочим чертежам изготавливают модельный комплект; в смесеприготовительном – формовочную и стержневую смеси; в формовочном – литейную форму; в стержневом – стержни; в плавильном по- лучают жидкий металл. Готовую литейную форму заливают жидким метал- лом и после его затвердевания в отделении выбивки отливку удаляют из фор- мы, обрубают литниковую систему и очищают от пригара в очистном отделе- нии. Заключительной операцией является контроль качества отливки.
Древесина – популярный природный материал, который давно присутствует в быту человека. Вещество представляет собой сложное соединение органических компонентов, позволяющее создавать мебель, возводить сооружения или обогревать дома. Чтобы правильно использовать ресурс, надо разобраться в характеристиках сырья.
Общие сведения
Древесиной называют природный материал, который состоит из плотно прилегающих растительных клеток. Из-за физических особенностей у вещества упругая, плотная структура. Благодаря входящей в состав целлюлозе дерево очень крепкое и прочное.
Древесина отлично удерживает тепло. Между клетками есть пустоты, которые накапливают энергию. Ресурс противодействует динамическим и статическим нагрузкам, при этом остается легким. При сжатии вдоль волокон по прочности вещество не уступает цементу.
Древесину легко обрабатывать. Сырье можно резать, пилить, склеивать и спрессовывать под давлением. В материале удерживаются твердые крепления (скобы, гвозди). Из дерева создают как долговечные сооружения, так и декоративные изделия.
Декоративность и ценность древесины часто зависят от породы растения. Все сорта делят на две большие группы – хвойных и лиственных. Дополнительно выделяют однодольные культуры, к которым относят бамбук и пальмы.
Из-за особенностей строения древесина легко горит, во влажных условиях – гниет. У материала есть много пороков, которые снижают сортность и ограничивают применение. Из-за высокой гигроскопичности вещество набухает, коробится или трескается. Последствия недостатков минимизируют изменением условий эксплуатации и специальной защитой при обработке.
Строение материала
Древесина – это внутренняя часть ствола, расположенная под корой и освобожденная от корней и веток. Пористые волокнисто-слоистый ресурс состоит из многочисленных клеток. За счет плотного прилегания мелкие частицы создают непрерывный слой ткани.
Внутренние стенки клеток содержат органические соединения. Среди основных компонентов выделяют:
- Целлюлозу. Строительный элемент волокнистого строения придает материалу эластичность и прочность.
- Лигнин. Безуглеводное вещество расположено в межклеточном пространстве, соединяет волокна между собой, вызывает жесткость и одеревенение.
- Луб, камбий. Тонкие слизистые слои состоят из клеток. Деление активно происходит с весны по осень, зимой останавливается. Элементы можно увидеть на спиле дерева в виде годовых колец.
- Сердцевину. Расположена внутри первого цикличного круга, чуть смещена от центра. В жизнедеятельности деревьев участвует только в ранние годы, потом превращается в мягкий, непрочный материал.
В процессе роста через корни в древесину поступают минеральные вещества, которые после сгорания станут золой. Экстрактивные элементы входят в состав эфирных масел, придают материалу аромат, вкус и цвет, предупреждают гниение. Клетки дерева собираются в части, создавая структуру сырья.
В поперечных элементах у лиственных видов располагаются лучи сердцевинные, по которым перемещаются и накапливаются питательные вещества. Вещества окрашены светлее или темнее основного материала. У разных пород деревьев свой уникальный текстурный рисунок.
У хвойных видов в сырье есть горизонтальные и вертикальные ходы, по которым движется живица. Смоляные компоненты защищают дерево от гниения, снижают показатели поглощения влаги. Параметры ограждают древесину от разрушения, не влияя на внешний вид и прочность.
Свойства вещества
Характеристики материала зависят от физических и химических особенностей. В пределах одной породы параметры изменяются из-за условий роста, уровня влажности и методов обработки. Среди основных показателей выделяют 6 свойств древесины.
Текстура
Естественный рисунок состоит из анатомических компонентов дерева, которые можно увидеть при распиливании. Чем сложнее структура растения, тем роскошней текстура. Узоры определяют декоративные свойства материала, что важно при создании строительной отделки и фасадов мебели.
Параметр помогает определить породу дерева, варьируется в пределах от почти белого до черного. За многообразие оттенков отвечают дубильные и красящие компоненты, расположенные в межклеточном пространстве сырья. Интенсивность цвета зависит от возраста и периода рубки. Изменение тона может быть связана с болезнью и условиями развития.
Влажность
В живом растении содержится до 115% влаги. Жидкость расположена в полостях клеток, сосудах, входит в состав химических элементов в древесине. При долгом нахождении на воздухе срезанный материал постепенно сохнет, достигая 18%. Уменьшение или увеличение влажности влияет на параметры прочности и формы, изменяет плотность и теплопроводность.
Твердость
От свойства зависит износоустойчивость древесины и предрасположенность к обработке. При вдавливании компонент противостоит более твердому телу (железу). Чем выше характеристика, тем тверже материал. Крепкое сырье трудно пилить и резать, что усложняет производство. На параметр влияют порода дерева, условия произрастания и период заготовки.
Прочность
Свойство отвечает за способность древесины сопротивляться к механическим повреждениям. Характеристика зависит от вертикальных статических нагрузок, которые могут разрушать структуру. На параметры влияют технические особенности породы, связанная в тканях жидкость и пороки.
Предрасположенность к деформации
Древесина при потере влаги может усыхать, уменьшаясь в размерах или разбухать, увеличиваясь. Свойства зависят от природных характеристик растения и окружающей среды (влажность, жара, морозы). При неравномерной деформации в разных частях сырья возникает внутреннее напряжение, которое завершается короблением и растрескиванием.
Механические свойства определяют эксплуатационные характеристики древесины. Благодаря упругости вещество после нагрузок возвращается в первоначальное состояние. Структура материала может под сильным давлением деформироваться, поэтому определяют предел выносливости для разных пород.
Пороки сырья
Физические особенности или недостатки сырья ухудшают эксплуатационные характеристики. Специфические природные изъяны возникают на стадии развития растения или из-за действий вредителей, болезней. Пороки снижают качество древесины и ограничивают возможность эксплуатации.
Сучки – остатки ветвей, заключенные в ткани. У дефектов собственная система цикличных кругов, которая более твердая и темная, чем остальной материал. Недостатки нарушают естественную целостность и однородность древесины, искривляя волокна и ухудшая внешний вид текстуры. За счет разрушения структуры уменьшается прочность и усложняется обработка.
Разрывы между тканью называют трещинами. Пороки возникают как в растущем дереве, так и в подготовленном материале. У живых экземпляров дефекты появляются при активной вегетации или во время сильных морозов. Недостатки нарушают целостность ресурса, ухудшают внешний вид и уменьшают прочность. В появившуюся щель попадает жидкость, которая способствует развитию болезней и гнили. Во время обработки изъяны удаляют, что увеличивает объем отходов.
К недостаткам строения дерева относят неравномерное изменение ствола. Сужение, расширение и кривизна негативно влияют на декоративность и прочность готового материала. Дефекты часто обнаруживают на стадии роста, отбраковывают сырье или переносят в более низкий сорт.
Пороки могут появиться во время переработки. Остатки коры на кромке древесины ограничивают сферу эксплуатации и уменьшают выход сырья. Торчащие волокна, волнистость на поверхности вещества возникают при ошибках в обработке. Причинами недостатков становится:
- неаккуратная распиловка;
- усушка;
- пропитка.
При нарушении технологии в срубленной древесине изменяется цвет. Химическая окраска возникает при окислении дубильных элементов внутри материала, проникая на глубину до 5 мм. Порок не опасен для прочности и устойчивости к износу, но негативно влияет на блеск и природную текстуру.
Коробление происходит при нарушениях условий хранения. Во время перевозки, сортировки или заготовки часто появляются инородные элементы и механические повреждения. Все пороки снижают внешний вид и характеристики сырья.
Заключение
Древесина – практичный материал, который используют при возведении зданий, отделке внутренних помещений и создании предметов интерьера. Возобновляемый ценный ресурс стал незаменимым компонентом жизни человека в качестве бумаги, дров и поделок. Характеристики вещества влияют на прочность, устойчивость к износу и внешний вид будущего изделия.
Читайте также: