Столярные соединения

Общие положения. В столярном изделии все соединяемые дета несут ту или иную нагрузку. Чем больше нагрузка, тем прочнее должно быть соединение, поэтому, прежде чем выбрать тип соединения, следует внимательно продумать, какие силы и в каком направлении действуют на тот или иной узел предмета. Силы эти могут быть четырех видов сжатия, изгиба, сдвига и скручивания. Как уже было сказано, дерево хорошо сопротивляется сжатию, изгибу, но плохо противостоит раскалыванию и расщеплению. Поэтому наибольшее внимание следует обращать на прочность тех узлов, в работе которых возможно возникновение расщепляющих сил, особенно скручивания.

Так как соединения обычно бывают на клею, то чем больше нагрузка, тем больше должна быть площадь клеевого шва. В тех случаях, когда площади клеевого шва не хватает, вводят дополнительные упрочняющие детали: косяки, бобышки, металлические скрепы разного рода, стяжки, шканты. Так как застывший клей хрупок, при ударах он может расколоться и соединение разрушится. Поэтому следует защищать клеевой слой как можно большим амортизирующим слоем дерева, уводя клеевой шов в глубь от наружной поверхности детали, которая может испытывать сильные удары (несимметричное размещение шипа).

В обычных соединениях столярный клей, как правило, имеет несколько меньшую прочность, чем цельное дерево, и при чрезмерных нагрузках соединение разрушается по слою клея. Силы скалывания будут тем больше, чем длиннее плечо рычага, т. е. чем дальше от соединения будет приложена сила. Чтобы уменьшить их, уменьшают свободную длину детали вводя промежуточные крепления (например проножки в столах и стульях).

Современные клеи К‑17, эпоксидный, ПВА, ВИАМБ дают шов более прочный, чем прочность древесины и скалывание происходит по дереву. В этом случае разрушение детали будет большим, чем при использовании столярного клея, и это необходимо также учитывать при выборе соединения.

Конструктивные рабочие соединения столярных деталей представляют собой врезку одной детали в другую непосредственно (угол рамы) либо через промежуточный элемент (рейку), вставной шип, шкант. Неконструктивные соединения представляют собой простое примыкание одной детали к другой (декоративная рамка на плоскости основы).

Приемов соединения в столярном деле немного.

При непосредственной врезке деталей соединяемые плоскости обрабатывают вырезами так, чтобы гребень или выступ одной детали вошел в выемку или паз другой. При использовании промежуточного вставного элемента сопрягаемые плоскости обеих деталей делают одинаковыми, с одинаковыми вырезами и углублениями.

Первый тип соединения прочнее, естественнее для деревянной конструкции и понятнее в своей конструктивной работе, но более трудоемок и требует высокого мастерства использования. Такие соединения характерны для народной мебели и лучших образцов мебели прошлых времен.

Второй тип соединения позволяет использовать более простые приемы работы. Как правило, этот тип соединений менее надежен и применяется в неответственных конструктивных узлах с небольшой нагрузкой (например, в рамах небольших картин), а также в тех местах, где устройство непосредственного соединения затруднительно по причине сложности формы детали, например при соединении профилированных элементов.

Сущность столярного соединения заключается в его жесткости, обеспечивающей противодействие усилиям выламывания и выдергивания. Поэтому тип и размер соединения выбирают в зависимости от характера возможных нагрузок на узел изделия или его деталь. Так, боковые стенки ящика с передней соединяются обычно шипом «ласточкин хвост», а задние стенки – прямым многорядным ящичным шипом. Дверка шкафа держится на одной стороне на петлях. Под действием силы тяжести (это основная постоянная нагрузка) она в свободной висячей части старается опуститься вниз. Поэтому шипы в углах должны быт широкими; при тяжелой дверке – двойными. Выбранное соединение повлияет и на размер сечения обвязок. Чем дальше от соединения свободный незакрепленный конец детали, могущий подвергаться нагрузке тем шире и прочнее должен быть шип. Так, ножки столов и стульев, на имеющие внизу проножек или крестовин, вверху должны быть связаны шипом с более широкими царгами, чем те, у которых такие проножки есть, и т. п.

Соединять детали в столярном изделии следует так, чтобы были понятны конструкция вещи и работа отдельных элементов под нагрузкой. Человек, приобретая вещь, сделанную столяром, должен ей доверять при эксплуатации. Выбор соединения неразделим с грамотным выбором направления волокон древесины, сечения детали, исходя из ее работы под нагрузкой. Поэтому детали изделий, работающих на изгиб (например, царги), следует ставить на ребро. Ножки, работающие одинаково во всех направлениях, должны быть квадратного или круглого сечения, ножки, больше работающие в одном направлении, – соответственно сечения, вытянутого в направлении наибольшей нагрузки. Если же выбираются ножки прямоугольного сечения при одинаковой их работе по всем направлениям, то в направлении меньшей толщины должны быть поставлены специальные упрочняющие детали – более высокие царги, опущенные проножки и т. п. По возможности следует обходиться без введения всяких дополнительных упрочняющих элементов в виде бобышек, косяков и угольников. В этом отношении народная мебель и мебель старых мастеров представляет собой отличный образец сочетания конструктивной логики, умелого подбора дерева и качество исполнения.

Здесь следует заметить, что все это возможно лишь в изделиях выполненных из цельного дерева, имеющего волокнистую продольную структуру. Во многих предметах мебели из гнутых, штампованных клееных деталей или ДСП об истинной конструкции изделия порой можно лишь догадываться. С точки зрения настоящего столярного искусства это несомненный минус.

Виды столярных связок (рис. 15). Два прямоугольных бруска под углом обычно соединяют шипом. Шип – это специально обработанный конец бруска, вставляемый в сделанное в другом бруске углубление или прорезь, называемое гнездом или проушиной.

Рис. 15. Столярные соединения на шипах и врезках

1 – двухэлементные угловые соединения: а – шип прямой одинарный; б – то же, двойной; в – шип «ласточкин хвост»; г – соединение гребнем; д – соединение гребнем в ус (закрытое) ; е – соединение в ус вставным шипом; ж – соединение в ус вполупотемок; з – ус с круглым шипом;, и – ящичный шип «ласточкин хвост»; к – ящичный шип вполупотемок; л – простой ящичный шип; 2 – трехэлементные угловые соединения: а – с угловой вставкой на рейках; б – царговое в одном уровне; в – царговое в двух уровнях; г – угловое с диагональю; 3 – трехэлементные плоские: а – решетчатое из профильных брусков; б – то же, из прямоугольных брусков; 4 – Т‑образные (средние) соединения: а – «ласточкин хвост» вполупотемок; б – сквозным шипом; в – закрытым шипом впотемок; 5 – сращивание: а – Х‑образным вкладышем; б – вполдерева; в – крестовое соединение вполдерева

Если грани шипа параллельны граням бруска или доски, на которой этот шип выделан, то он называется прямым, при непараллельных гранях – косым. Шип с двухсторонней симметричной косиной называется «ласточкин хвост» и применяется в случае появления усилий выдергивания.

Если шип проходит гнездо насквозь и виден его торец и боковая сторона, то такой шип называется открытым. Если шипа не видно, то это называется впотемок, а если видна одна боковая сторона, то – полупотемок. Число шипов на одной детали зависит от ширины примыкания, требований прочности и прилагаемых к детали нагрузок.

Следует учитывать, что торцы в отделке темнее пласти и в некоторых случаях торец, вышедший на фасад, может его испортить, тогда применяют шип впотемок.

При шиповом соединении необходимо соблюдать следующие условия: 1) сопрягаемые плоскости должны плотно подходить друг к другу без просветов и качки; 2) шип не должен упираться в дно гнезда, а его заплечики должны быть подрезаны (поднутрены) так, чтобы примыкание к сопрягаемой детали было по наружному ребру кромки; 3) шип должен заходить в гнездо от руки с небольшим натягом; 4) угловые открытые шипы и сквозные средние должны выступать за кромку сопрягаемой детали для возможности последующей отторцовки (учитывается при разметке); 5) глубина гнезда делается больше шипа на 2‑3 мм; 6) чтобы не мять края гнезда при вставке конец шипа обрезается фаской со всех четырех сторон; 7) заплечики шипов на обоих концах детали должны быть абсолютно равными во избежание перекоса изделия при склеивании.

Точность формы и размещения заплечиков на детали в лицевых соединениях – основа точности внутренних проемов в рамках различного рода. При их неаккуратном исполнении и выравнивании подрезкой может существенно измениться и наружный размер, что в свою очередь приведет к неплотному, неряшливому стыку. В шиповых связках значение заплечиков очень велико.

Рис. 17. Изготовление рамок

1 – профили картинных рам (схемы); 2 – профиль массивной рамы, оклеенной деталями ценного дерева (прием экономии); 3 – устройство большой тяжелой рамы: а – основа, связанная в шип; б – шканты; 4 – разметка рамного профиля на бруски; 5 – обработка деталей рамы: а – резание профиля в стусле; б – торцевание с упором в четверти верстачной доски; в – торцевание в коробовом стусле; 6 – усиление угловых рамных соединений: а – пропиливание пазов в углу рамы; б – вклеивание косяков; в – крепление деревянных угольников на клею и металлических гвоздях; г – застрагивание выпуска косяков; 7 – рамка с вставным задником

Соединение простым примыканием деталей одна к другой основано на использовании прочности самого клеевого шва. Такое соединение применяется при наклейке декоративных деталей на несущую основу и при сращивании (удлинении) деталей. При этом используют дополнительные укрепления – шурупы и шпильки.

Скрепления металлическими элементами хотя и распространены сейчас в мебельном деле, с точки зрения столярного мастерства, нужно считать искусственными. Их применение вызвано только требованиями технологии и транспортировки. Как показывает опыт, самые тонкие, изящные и долговечные столярные вещи могут выполняться без применения металлических скреп.

Металл в столярном деле следует использовать лишь для украшения – инкрустации и как фурнитуру – замки, петли, ручки, крепление стекол.

Виды соединений (рис. 18). В столярных изделиях используются три вида соединений: угловые, средние и линейные (наращивание).

Рис. 18. Виды рамочных соединений

1 – простая рамка с четвертью для стекла: а – шип и брусок; 2 – простая рамка с четвертью из брусков, частично имеющих профиль: а – разцвинутый угол связки; 3 – простая рамка с вставной филенкой посредине; 4 – то же, с вставной филенкой заподлицо; 5 – то же, с вставной филенкой с раскладками по контуру; б – то же, с вставной профилированной по контуру филенкой (фигарея); 7 – щиток из досок на клинчатых шпонках (народный тип связки); 8 – рамка с внутренним пазом; а – раздвинутый узел связки; 9 – щиток с рамным обрамлением «на гребень» и усовым соединением; 10 – рамка с полуциркульным верхом: а – деталь верха с вставными шипами; 11 – рамка с крестообразной решеткой и четвертью для стекла: а – разобранное среднее соединение

Угловые соединения составляют подавляющее большинство связок столярных деталей. Детали могут соединяться в угол, находясь в одной плоскости (например, рама), в двух плоскостях (например, царги, ножки стола, стула) и в трех плоскостях (например, при конструктивном соединении ножки, царг и крышки стола или при соединении плоских рамок или щитов, образующих выпуклый многогранник, куб и т. п.).

Средние соединения также могут быть в одной, двух и трех плоскостях.

Наибольшей прочностью обладают угловые соединения, в которых сходятся две детали. Здесь можно максимально использовать работоспособность оставшихся от вырезки соединяемых частей детали. Если в угол сходятся три и более деталей, то из‑за большого количества вы резов соединение не может быть прочным и здесь либо приходится вводить упрочняющие косяки или угольники, либо делать особо прочный вставной шип из специально склеенной фанеры.

Угловое соединение двух брусков или досок по толщине можно назвать рамочным соединением, так как четыре таких угла образуют замкнутую рамку.

Если бруски имеют прямоугольное сечение, то они вяжутся простым шипом, так что линия стыка служит продолжением одной из кромок бруска. Если соединяемые бруски имеют непрямоугольное сечение (трапеция, криволинейный профиль), то в углах стык делается «на ус» а скрепляющая связка – посредством открытого, потайного или вставного шипа или с помощью косяков – накладок. Наиболее прочна связка профильных рамок с помощью задней плоской рамки, связанной в угла) открытым шипом, на которую наклеивают и фиксируют шкантами наружные профили. Если сечение бруска частично имеет профиль, а остальная его часть – прямоугольная, то «на ус» стыкуется только профильная часть, а связка делается шипом в прямоугольной части.

В зависимости от того, насколько просматривается с фасада изделия угол, в который соединяются бруски, а также от формы брусков, выбирают тип шипа – открытый, потемок, полупотемок, вставной. При соединении «на ус» следует помнить, что отторцевать точно косой срез (полуторец) бруска рамки проще, если он ровный, без выступов, чем выступом – шипом. В первом случае необходим простой рубанок, во втором – придется использовать зензубель, стамеску, возможно припиливание, соединение же выйдет менее чистым. В рамках, поставленных вертикально (дверки), вертикальные бруски обвязки проходят насквозь по всей высоте рамки, а горизонтальные к ним примыкают.

В незамкнутых рамках, состоящих из трех деталей, – две ножки и царга (столы, стулья, табуреты) – наиболее нагруженная часть узла является и наиболее ослабленной (в верхней части ножки – у царг) где сходятся короткие шипы.

Чтобы увеличить площадь клеевого шва, встречные шипы срезаю «на ус» либо шип одной царги делается длинней и имеет паз, в который входит торец шипа другой, более короткой царги. При расположена царг в одном уровне не следует удлинять шипы, уменьшая их по высоте и так, чтобы они заходили друг под друга. Соединение при этом получается менее прочным, чем с шипами, равными по ширине всей царги. В таких случаях делают царги на разной высоте (одна под другой).

Угловые соединения досок по ширине, обычные для стенок ящиков, шипами соединяют лишь в не просматриваемых углах, так как чисто сделать мелкий, частый открытый шип вручную очень трудно Так соединяются боковая и задняя стенки вставных ящиков в столах шкафах, секретерах. Лицевые соединения широких досок обычно выполняют «на ус» с внутренним шипом, с примыканием в четверть, с примыканием гребня в паз, так что виден полностью торец одной из стенок, и на рейке. При таких соединениях обязательны жестко приклеенные дно или крышка. При оклеивании изделия шпоном, особой чистоты работы в шипах не требуется, так что можно применять и открытый шип. Торцы при этом заделывают долевой вставкой, чтобы шип не проступил сквозь фанерную оклейку.

Жесткое соединение рамок со щитами в двух плоскостях или двух щитов обычно осуществляют с помощью шкантов и реже – вставной рейкой.

Устройство средних соединений проще, чем угловых, так как гнездо для шипа обычно закрыто заплечиками. Нет надобности пробивать сквозное отверстие под гнездо. Чтобы усилить сопротивление выдергиванию, иногда шип надрезают на 5‑8 мм от края и вставляют туда узкий клинышек. При заколачивании шипа клин распирает его и соединение значительно упрочняется.

В не просматриваемых местах следует применять прочный шип вполупотемок типа «ласточкин хвост». Угол наклона боковой грани этого шипа не более 10°. Соединение широких щитов между собой в углах обычно делается гребнем или на шкантах; в середине также на шкантах или «внаград».

Линейные соединения применяют в реставрационных работах, где требуется замена утраченной части ценной детали или при невозможности получить необходимую длину ввиду недостаточных размеров материала. Эти соединения бывают конструктивными, и тогда прочность соединения должна соответствовать прочности цельного дерева, и стыковыми, в которых не возникает усилий изгиба, разрыва и сдвига. Наиболее простое соединение, применяемое в закрытых от взора местах, – это стык торцом с накладкой, равной сечению соединяемых деталей. Длина накладки – не менее 10 ширин детали. Если необходимо сохранить сечение, делают склейку скосом, соединение вставным шипом, коксовым замком. Для скоса и вставного шипа также, требуется минимум шестикратная длина от толщины детали. При стыковых удлинениях обычно склеивание по косой линии. В этом случае стык делается незаметным.