За счет чего в древесине удерживаются металлические крепления
Технологические свойства древесины
Своеобразное и практически очень ценное свойство древесины — способность удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, костыли, скобы и т. д. Волокна отчасти перерезаются, отчасти изгибаются, когда гвоздь входит в древесину перпендикулярно им. Разделенные части древесины оказывают при этом на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь. Сопротивление, которое древесина оказывает выдергиванию гвоздя или шурупа, определяют следующим образом.
В образец древесины, имеющей форму короткого бруска с прямоугольным сечением (размеры образца определяются величиной гвоздя или шурупа), вбивают гвоздь или ввертывают шуруп. Образец закладывают в хомут с отверстием наверху, в которое должен проходить гвоздь. Хомут с образцом зажимают в нижней головке разрывной машины. В верхней головке зажимают захват, имеющий форму клещей; в щель этого захвата вводят головку гвоздя или шурупа.
Мера сопротивления — усилие в килограммах (кг), потребное для выдергивания гвоздя или шурупа данных размеров, или усилие, приходящееся на 1 см 2 площади соприкосновения гвоздя с древесиной (удельное усилие в кг/см 2 ). Это усилие прежде всего зависит от направления: для гвоздя, забитого в торец для древесины дуба, сосны, осины, ольхи и ели оно на 10—50% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон. Сопротивление выдергиванию гвоздей, забитых в радиальном и тангенциальном направлении, практически одинаково.
Сопротивление сухой древесины вдавливанию гвоздя больше, чем выдергиванию; для влажной же древесины заметного различия не наблюдается. В табл. 48 приведены полученные величины удельных усилий (кг/см 2 ) при вдавливании и выдергивании гвоздей диаметром 3,5; 3; 2,5 мм из комнатно-сухой и влажной древесины сосны и граба; все гвозди вдавливались на глубину 40 мм в радиальном и тангенциальном направлении. Как видно, удельное усилие для сухой древесины убывает с уменьшением диаметра гвоздя.
Способность удерживать гвозди и шурупы зависит от породы, плотности и влажности древесины. С повышением плотности сопротивления древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается; так, по данным табл. 48, вдавливание и выдергивание гвоздей из древесины граба (плотность 0,73 г/см 3 ) требует примерно в 4 раза больших усилий, чем для древесины сосны (плотность 0,44 г/см 3 ). Во влажную древесину гвоздь входит легче; при высыхании способность удерживать гвоздь снижается. Во влажной древесине железные гвозди ржавеют и по мере их коррозии сила, удерживающая гвоздь, также ослабевает. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов, естественно, при прочих равных условиях больше, чем для гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется еще сопротивление волокон разрыву и перерезанию. В табл. 49 приведены данные, подтверждающие сказанное.
Таблица 48. Удельные усилия при вдавливании или выдергивании гвоздей
За счет чего в древесине удерживаются металлические крепления
Способность древесины удерживать металлические крепления
Свойство древесины удерживать в себе гвозди, нагели, шурупы и другие металлические крепления объясняется ее упругостью. Вбиваемый в древесину гвоздь раздвигает волокна, которые вследствие своей упругости давят на поверхность гвоздя и тем самым оказывают сопротивление его выдергиванию. Это сопротивление зависит от объемного веса, влажности и строения древесины, а также от направления вбиваемого гвоздя по отношению к волокнам. Оно определяется силой в килограммах, необходимой для извлечения забитого гвоздя. Сила удерживания креплений зависит от площади соприкосновения древесины с их поверхностью. Гвозди с квадратным или многогранным поперечным сечением, имеющие большую поверхность, нежели гвозди круглого сечения, держатся в древесине прочнее.
Гвозди любой формы можно вколачивать только в мягкую древесину. В твердой древесине для них предварительно высверливают гнезда диаметром 0,7-0,8 толщины гвоздя и глубиной не менее половины его длины. В противном случае или материал расколется, или гвоздь согнется. Зато в твердой древесине гвоздь держится прочнее, чем в мягкой.
Во влажную древесину вбить гвоздь легче, чем в сухую, так как упругость влажной древесины понижена. Но изогнутость волокон после ее высыхания остается, поэтому давление на гвоздь становится крайне незначительным и гвоздь держится слабо.
В прямослойной древесине, более упругой, чем свилеватая, гвозди держатся прочнее, но прямослойная древесина легче раскалывается.
Гвозди, вколоченные в торец древесины, держатся на 25- 30 % слабее, чем вколоченные в боковую поверхность. Это объясняется тем, что в перерезанном конце волокна имеют пониженную упругость. Гвозди, вбитые в боковую поверхность в радиальном и тангентальном направлениях, держатся в древесине почти одинаково.
Ю. Ф. Подольский. Современные столярные работы
Способность древесины удерживать металлические крепления
Одним из важных технологических свойств древесины является её способность удерживать металлические крепления — гвозди, костыли, скобы, шурупы и т.д.
Это её свойство зависит от породы древесины, её влажности и плотности.
При забивании в дерево металлических креплений её волокна частично перерезаются, частично сминаются, а частично изгибаются. Вот эти последние части дерева и оказывают основное давление на бока гвоздя и удерживают его в себе.
Чем выше плотность, тем сильнее древесина сопротивляется как вдавливанию гвоздя, так и его выдёргиванию. А у шурупов ещё добавляется и сопротивление волокон на разрыв (при выдёргивании). Так, например, это свойство у сосны примерно в 3-4 раза ниже, чем у граба. А для выдёргивания шурупа, в 2 раза меньшей длины, чем гвоздь того же диаметра, необходимо приложить в 2 раза большее усилие.
У сухой древесины наблюдается такая особенность: она больше сопротивляется вдавливанию, чем выдёргиванию. У влажной древесины существенных различий нет.
Эксперименты показали, что сопротивляемость древесины вдавливанию и выдёргиванию повышается с увеличением диаметра гвоздя. Да это и понятно, чем больше площадь соприкосновения и больший изгиб волокон усиливают их давление на боковые стенки гвоздя.
Способность древесины удерживать металлические крепления
от Максим Кучук
Древесина обладает таким свойством как упругость, благодаря которой, она и удерживает в себе самые разнообразные металлические крепления (например – гвозди, а так же шурупы, нагели …).
Когда Вы вкручиваете шуруп или вбиваете гвоздь в древесину, он раздвигает ее волокна, обладающие таким свойством как упругость, давят на металлический предмет и таким образом оказывают вполне ощутимое сопротивление их выдергиванию.
Такое сопротивление древесины зависит от нескольких факторов, в частности особенности строения каждой из пород дерева, их объемного веса, а так же влажности и что еще немаловажно, от направления вхождения металлических креплений по отношению к волокнам древесины.
Кроме вышеупомянутых факторов, сила удерживания любых креплений, во многом зависит от величины площади древесины соприкасающейся с поверхностью металлических креплений. Так, гвозди имеющие многогранное или поперечное сечение (к примеру шурупы), имеют гораздо большую поверхность соприкосновения, нежели гвозди с обычным круглым сечением и позволяют держаться в древесине гораздо прочнее.
Любые металлические крепления, будь то гвозди или шурупы, рекомендуется вбивать (вкручивать), в мягкую древесину. Если же Вам необходимо выполнить какие либо работы с твердой древесиной, в этом случае настоятельно рекомендуется предварительно высверлить специальное гнездо размер которого меньше размера гвоздя или шурупа (как правило, в большинстве случаев диаметр такого отверстия колеблется в диапазоне 0,7 – 0,8 толщины крепежной детали, а длинна отверстия, должна составлять не менее половины его длинны!).
Такая операция выполняется по следующим причинам: поскольку древесина твердая, довольно часто гвозди гнутся, но еще большая опасность состоит в том, что древесина может просто расколоться (в особенности это случается тогда, когда гвоздь вбивается вдоль роста волокон).
Конечно, вколотить гвоздь во влажную древесину намного легче, но ввиду того, что влажная древесина обладает пониженной упругостью, крепление вставленное в твердую древесину держится на много прочнее.
Ни для кого не секрет, что гвоздь или шуруп введенный в торец древесины, держаться не так прочно (слабее на 25-30%), нежели вбитые в ее боковую поверхность.
Такое поведение свойственно практически любой из пород дерева и объясняется тем, что перерезанный конец волокна имеет явно пониженную упругость. Что же касается креплений введенных в боковую поверхность с радиальным или тангентальным направлением, они будут иметь одинаковую прочность.
Наибольших усилий, Вам потребуется при выдергивании шурупов, так как в этом случае, кроме давления самих волокон, приходится преодолевать еще и ее сопротивление разрушению древесных волокон, между которыми находится резьба.
Насколько информация оказалась для Вас полезной?
Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в древесине
3 Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в древесине
Уникальное свойство древесины удерживать гвозди, шурупы, скобы, костыли и другие крепления имеет важное практическое значение. При забивании гвоздя в древесину происходит ее частичное разрушение и возникают упругие деформации примыкающих областей. На боковую поверхность гвоздя со стороны деформированной древесины оказывается давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь.
Согласно разработанному ЦНИИМОДом стандартному методу (ГОСТ 16483.33—77) для определения сопротивления, которое оказывает древесина выдергиванию гвоздя или шурупа, используют образец, имеющий форму бруска сечением 50×50 мм и длиной 150 мм. Забивают гвозди или ввинчивают шурупы в соответствии со схемой, показанной на рис. 3.1. Для испытаний применяют гвозди диаметром 2 мм или шурупы диаметром 4 мм длиной не менее 50 мм. Гвозди забивают на глубину 30 мм, шурупы ввинчивают на 20 мм.
Рис. 3.1. Образец для испытания древесины на способность удерживать гвозди и шурупы
Зафиксировав максимальную нагрузку
, Н, вычисляют удельное сопротивление выдергиванию гвоздей (шурупов), Н/мм,
, (3.1)
где l — глубина забивания (ввинчивания) гвоздя (шурупа), мм.
Для каждого образца удельным сопротивлением выдергиванию гвоздей (шурупов) считают среднее арифметическое результатов двух определений.
Сопротивление выдергиванию гвоздей, прежде всего, зависит от направления. По данным МЛТИ, усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец образца из древесины дуба, сосны, осины, ольхи или ели, на 10. 50 % меньше усилия, которое надо приложить для выдергивания гвоздя, забитого поперек волокон. Сопротивление выдергиванию гвоздей, забитых в радиальном и тангенциальном направлениях, практически одинаково.
Чем выше влажность древесины, тем меньше усилие, необходимое для забивания гвоздя. Гвоздь, забитый в сырую древесину, после ее высыхания вытащить легче, чем гвоздь, забитый сразу в сухую древесину. Это объясняется тем, что в первом случае часть упругих деформаций переходит в «замороженные» и трение, удерживающее гвоздь в древесине, снижается.
Условия, необходимые для выдергивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдергивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву. Для шурупов одинакового с гвоздями диаметра, но вдвое меньшей длины это усилие оказалось в 2 раза больше.
4 Какие факторы определяют природную биостойкость древесины?
Биологические факторы действуют на древесину в большинстве случаев одновременно с физическими(главным образом температура и влажность среды), причем разрушение древесины происходит преимущественно от воздействия биологических факторов (грибов, а также насекомых, бактерий, вирусов).
Древесина одной и той же породы обладает различной стойкостью в зависимости от условий, в которых она эксплуатируется. В условиях, исключающих или крайне затрудняющих возможность развития грибов, древесина может сохраняться без разрушения весьма длительное время.
При неблагоприятных условиях службы (контакт с сырыми материалами, высокая влажность среды, переменная температура) древесина довольно быстро разрушается. В этом случае в ней появляются многочисленные трещины, нарушающие ее цельность, способствующие заражению спорами грибов и их быстрому развитию.
Древесина различных пород при хранении и в процессе службы разрушается с разной скоростью. Существенно влияют на стойкость древесины против грибов содержащиеся в ней смолистые и ядовитые вещества. Так, стойкость древесины сосны выше, чем древесины ели и пихты, что объясняется различным содержанием смолы, а стойкость древесины дуба выше, чем ясеня, из-за большего содержания дубильных и других экстрактивных веществ.
В пределах одной породы биостойкость зависит от плотности. Об этом свидетельствуют, например, результаты проведенных Г. А. Арзуманяном опытов по определению стойкости натуральной и искусственно уплотненной древесины сосновой заболони против пленчатого домового гриба. Оказалось, что за время испытаний у образцов натуральной древесины потеря массы составила 39,1 %, а у спрессованных образцов с плотностью почти в 2 раза больше — лишь 10,6 %.
С увеличением возраста стойкость древесины повышается. Как правило, ядро более стойко, чем заболонь. Замечено также, что ядро у хвойных пород имеет повышенную стойкость в наружных зонах. Стойкость древесины из нижней части ствола выше, чем из верхней части.
Представление о сравнительной стойкости древесины различных пород дают так называемые полигонные испытания. Образцы натуральной и обработанной антисептиками древесины размерами 15x15x220 мм устанавливали рядами в землю так, чтобы на поверхности находилась половина высоты образца. Ежегодно образцы извлекали из земли, обследовали их состояние и отмечали степень разрушения.
По результатам восьмилетних испытаний на полигоне Сенежской лаборатории ЦНИИМОДа (С. Н.Горшин и И.А.Чернцов) древесину 14 пород разделили на четыре группы. Стойкость была выражена в условных величинах-индексах (по отношению к стойкости заболони липы). Стойкая древесина имеет индекс от 9,1 до 4 (ядро лиственницы — 9,1; ядро дуба — 5,2; ядро ясеня — 4,9; заболонь ясеня и ядро сосны — 4,6; заболонь сосны — 4,0). У сред- нестойкой древесины индекс от 3,8 до 3,1 (спелая древесина пихты и ели, заболонь пихты, спелая древесина бука, заболонь ели и лиственницы), у малостойкой — от 2,5 до 2 (заболонь бука и граба, ядро вяза, заболонь дуба, клена, березы), у нестойкой — от lgf до 1 (центральная зона березы и ольхи, спелая древесина осины, заболонь ольхи, осины, липы).
По действующему с 1994 г. европейскому стандарту ЕН 350-2 все породы по стойкости древесины против грибов делятся на пять классов. К очень стойким относятся тик (Южная и Юго-Восточная Азия), эвкалипт (Австралия, Океания), гринхарт (Южная Америка) и др.; к стойким — дуб, акация белая, тис, каштан, махагони (Южная Америка) и др.; к малостойким — пихта, ель, вяз и др.; к нестойким — ольха, береза, бук и др. Эта классификация основана на сравнении стойкости ядровой зоны древесины разных пород; заболонь относится к нестойкой древесине. В стандарте также приведена классификация пород по стойкости к насекомым и морским древоточцам.