ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СКЛЕИВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ШКАНТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ КЛЕЕВЫХ КАПСУЛ
Прокопович Б.В., Войтович И.Г. (УкрГЛТУ, г. Львов, Украина)
Influence of technological factors on the strength of Glue Bullets dowel joinings in woodworking industry has been investigated.
Анализ литературных источников, отечественного и зарубежного опыта использования различных методов нанесения клеев на элементы шкантовых соединений показал, что наиболее распространенные ручные методы раздельного нанесения клея на шкант и стенки гнезда при помощи кисти или окунанием шканта в раствор клея и впрыскиванием в гнездо не имеют перспективы, поскольку являются достаточно примитивными, требуют использования ручного труда и не позволяют регламентировать расход клеевого материала. Среди других методов известны более прогрессивные способы, а именно: специальными элементами с контрпрофилем шипа в виде гребенки или ряда дисков, которые поднимаются из ванны с клеем, клеенаносящими пистолетами и приспособлениями для впрыскивания клея в гнезда, но и они не лишены многих недостатков, основными из которых являются:
· необходимость наличия отдельной операции и соответствующего оборудования для нанесения клеевого раствора;
· нанесение клея требует определенной производственной площади;
· имеет место расход электроэнергии на функционирование предлагаемого механизма или компрессора;
· недостаточная надежность в связи со сложной электрической схемой;
· необходимость мойки рабочих органов станка или приспособления;
· загрязнение окружающей среды, необходимость отсасывания вредных выбросов и др.
С недавнего времени известен также метод использования клеевых капсул для формирования шкантовых соединений изделий из древесины. Капсула с дозированным количеством клея в герметической оболочке направляется в круглое гнездо, в процессе формирования соединения под действием шканта оболочка капсулы разрывается, оставаясь на дне гнезда, а клей из дна гнезда равномерно наносится на элементы соединения. Этот метод лишен недостатков, присущих рассмотренным выше, и, кроме того, позволяет наносить строго дозированное количество клея, не загрязняет поверхность изделия и покрытия на нем, характеризуется практически неограниченной жизнеспособностью, упрощением условий транспортировки и хранения.
Вместе с тем, в литературе отсутствуют данные о режимах использования клеевых капсул для различных материалов основы (древесина твердолиственных и хвойных пород, древесностружечная плита и др.) и шканта (деревянные, пластмассовые), величине прочности склеивания, характере смачивания поверхности гнезда и шканта. Это обусловило необходимость проведения исследований перечисленных вопросов.
Методика исследований предусматривала определение характера смачивания торцовой и боковой поверхностей круглого вставного шипа, прочности шипового соединения, технологичности использования клеев в жидком и капсульном вариантах. При проведении лабораторных исследований в качестве материала основы использовали рейки из массивной древесины (бука и сосны), а также из древесностружечной плиты размером: ДхШхТ=600х30х20 мм. В кромках реек высверливали (вдоль центральной оси) 15-20 отверстий (шаг отверстий 50 мм) определенного диаметра (7,8; 8,0; 8,25 мм) для обеспечения различной величины натяга (зазора) в соединениях. В отверстия вставлялись клеевые капсулы и забивались шканты заводского изготовления. В основном использовались три типа шкантов, а именно:
· деревянные (буковые) диаметром 8,15…8,25 мм с винтовой нарезкой;
· деревянные (буковые) диаметром 8,05…8,10 мм с продольной нарезкой;
· пластмассовые диаметром 7,8…7,9 мм с винтовой нарезкой на одном конце.
В процессе выполнения соединений экспериментальных образцов имели место такие значения натягов и зазоров: натяг - от 0,00 до 0,45, а зазор - от 0,00 до 0,55.
За критерий прочности соединения принято сопротивление вытягиванию шканта из гнезда. Испытание образцов проводилось через 24 часа после склеивания на разрывной машине Р-0,5 при постоянной скорости вытягивания 15±0,5 мм/мин., которая признана оптимальной для проведения таких исследований. Результаты сопротивления определялись с точностью до 0,01 кН. В процессе испытаний использовали специально сконструированное и изготовленное приспособление для фиксации экспериментальных образцов.
Для склеивания при помощи капсул применяли клеевые капсулы фирмы wF ratiomatic Verbindungstechnik GmbH Ø 7,9 мм, высотой h = 9,0 мм. Масса капсулы 240…245 мг, масса оболочки капсулы - 49 мг. Масса клея в капсуле – 191…196 мг. Для ручного нанесения использовали клей ПВА производства Северодонецкого ПО “Азот".
На основании анализа результатов исследований установлено:
1) Сравнительные исследования прочности клеевого соединения при нанесении клея с помощью капсул и вручную показали, что сопротивление вытягиванию шкантов при капсульном нанесении клея (при прочих равных условиях) несколько уступает сопротивлению в случае нанесения клея в гнездо с помощью кисти (для всех вариантов соединения). Так, при использовании деревянных шкантов для основы из бука значения сопротивления вытягиванию шкантов при нанесении клея с помощью капсул составляют в среднем 82…95%, для основы из сосны - соответственно 77…93%, и только для трехслойной древесностружечной плиты – 42…66 процентов от соответствующего сопротивления при ручном нанесении клея. Вместе с тем, оно является достаточным для случаев склеивания, которые имеют место на производстве с учетом функционального назначения шкантовых соединений, т.к. удовлетворяет требованиям условий эксплуатации.
2) Порода массивной древесины основы (бук, сосна) мало влияет на физико-механические показатели соединения (разница сопротивления вытягиванию шканта не превышает 10…12%), поскольку обе породы характеризуются достаточной плотностью. Древесностружечная плита, особенно при забивании шкантов в кромку, которая имеет рыхлый средний слой, не содействует равномерному нанесению клеевого слоя, потому что под давлением шканта клей капсулы быстрее проникает в пористую структуру плиты, чем на поверхность шканта, и поэтому сопротивление вытягиванию шканта из гнезда значительно меньше аналогичных значений сопротивления для основы из древесины бука и сосны.
3) Существенное влияние на прочность шкантового соединения оказывает сам характер соединения его элементов. При незначительных натягах и переходном характере соединения значения сопротивления вытягиванию шкантов практически достаточны для условий их эксплуатации. При гарантированном зазоре не обеспечивается необходимая плотность соединения, вследствие чего снижается его прочность. Наилучшее смачивание поверхности шканта, а, значит, и наибольшая прочность достигается при переходном характере соединения, т.е. в случаях, когда имеет место незначительный натяг (от 0,00 до 0,20) и незначительный зазор (от 0,20 до 0,00).
4) Значительное влияние на смачивание клеем поверхности деревянного шканта имеет способ обработки его поверхности - в виде винтовой или продольной нарезки. Наилучшее смачивание характерно для шкантов с продольной нарезкой, для которых клей после разрушения оболочки капсулы, продвигаясь продольными канавками почти к поверхности кромки бруска, равномерно смачивает его поверхность. Для шкантов с винтовой нарезкой продвижение выдавленного из капсулы клея не достигает лицевой кромки бруска, т.е. часть поверхности шканта остается недостаточно смоченной.
5) Для обеспечения гарантированного разрушения оболочки капсулы желательно, чтобы дно гнезда было плоским или чтобы шкант имел соответствующую фаску. Это подтверждено результатами использования пластмассовых шкантов с плоским концом, когда в отдельных случаях имело место сохранение целостности (т.е. только сжатие) клеевой капсулы, вследствие чего вообще исключалось смачивание поверхностей клеем.
6) Подтвержден вывод о практически неограниченной жизнеспособности клея в герметических капсулах: в процессе исследований использовались клеевые капсулы с различным сроком изготовления (от 0,5 до 2 лет), а полученные результаты не отличались между собой.
Получение результаты дают основание сделать вывод, что нанесение клея с помощью капсул имеет целый ряд преимуществ и представляет значительный интерес для распространенных в практике стандартизированных размеров элементов шкантовых соединений в производстве изделий из древесины.
1. Гончаров Н.А., Башинский В.О., Буглай Б.М., Технология изделий из древесины: Учебник для вузов. – М.: Лесная пром-сть, 1990. – 526 с.
2. Кардашов Д.А. Синтетические клеи. Издание третье. – М.:”Химия”, 1976. – 503 с.
3. Клаус Роланд, Вольфган Зиберт Производство мебели. Издание 2-ое, переработанное. Сокращенный перевод с немецкого О.Х. Ивановой. – М.: Лесная пром-сть, 1976. – 264 с.
4. Контроль и регулирование технологических параметров клеевых материалов в деревообработке // Под общей редакцией Панова В.В. – М.: НПО ”Информация”, 1991. – 244 с.
5. Нормы расхода сырья и материалов в лесной и деревообрабатывающей промышленности . Справочник. – М.: Лесная промышленность, 1977. –336 с.
6. Справочник мебельщика. Конструкции и функциональные размеры. Материалы. Технология производства. // Под редакцией В.П. Бухтиярова. 2-ое изд., перераб. – М.: Лесная пром-сть, 1985. – 360 с.
7. Теория и конструкции деревообрабатывающих машин. // Маковский Н.В., Амалицкий В.В., Комаров Г.А., Кузнецов В.М. Под редакцией проф. Н.В. Маковского. – М.: Лесная пром-сть, 1975. – 256 с.
8. Glue Bullets in Strips. Проспект фірми wF ratiomatic Verbindungstechnik GmbH. 1995 . – 3 c .
9. Perfect and revolutionary inventions are rare. Glue bullets. Woodworking international. Vol. 14. №4 – October 1996.