Гибка древесины при помощи пара.

7 травня 2013

Гибкой древесины я занимаюсь вот уже как 13 лет и за это время построил множество пропарочных камер и испытал в действии разные системы генерации пара. То, что вы сейчас читаете, основано на чтении литературы и личном практическом опыте. Даже в основном на опыте. Работал я как правило с дубом и махогани (красным деревом). Немного имел дело с тонким березовым шпоном. Прочие породы  не пробовал, поскольку занимаюсь постройкой и ремонтом лодок . Стало быть я не могу автотитетно судить о работе с другими породами типа кедра, сосны, тополя и т.п.  А раз я сам этим не занимался, то и судить об этом не могу. Я пишу здесь только о том, что испытал лично, а не просто вычитал в книжке.

После такого вот вступления давайте приступим к делу  ...

Для начала существует несколько основных правил, которые всегда соблюдаются.

Пропаривая древесину для ее гибки, вы тем самым размягчаете гемицеллюлозу. Целлюлоза же является полимером, который ведет себя подобно смолам - термопластам. (Спасибо Джону МакКензи за два последних предложения).

Для этого вам одновременно необходимы тепло и пар. Я в курсе, что в Азии люди гнут древесину и просто над огнем, но та древесина однозначно довольно влажная - обычно свежесрубленная. Судостроители в древней Скандинавии заготавливали материалы для обшивки своих кораблей и клали их в болото с соленой водой, чтобы те сохраняли свою гибкость до той поры, когда нужно будет пустить их в дело. Нам, однако, не всегда удается достать для этих целей свежезаготовленную древесину и отличных результатов можно добиться и применяя древесину обычной воздушной сушки. Весьма неплохо будет, если за несколько дней до самой операции вы погрузите заготовки в воду, чтобы они набрались влаги - те викинги знали, что делали. Вам нужно тепло и нужна влага.

Главное правило касается времени пропаривания: один час на каждый дюйм толщины древесины.

Как я обнаружил, вместе с вероятностью недопарить заготовку существует и вероятность ее перепарить. Если вы в течение часа парили дюймовую доску и при попытке ее согнуть она треснула - не надо делать вывод, что время было недостаточно. Есть и другие влияющие факторы, объясняющие это, но к ним мы вернемся позднее. Более продолжительное пропаривание такой же заготовки не даст положительного результата. Неплохо в такой ситуации иметь заготовку той же толщины, что и предполагаемой для загиба и которую не жалко. Желательно от одной и той же доски. Пропаривать их надо вместе и спустя предположительно необходимое время достать пробный образец и попытаться изогнуть его по форме. Если он трещит, то дайте основной заготовке попариться еще минут десять. Но никак не больше.

Древесина.

Как правило, лучшим вариантом будет, если вы сможете найти свежесрубленную древесину. Понимаю, что столяры-краснодеравщики при этих словах вздрогнут. Но факт остается фактом - свежая древесина гнется лучше, чем сухая. Я могу взять двухметровую дюймовую доску из белого дуба, зажать один ее конец в верстаке и согнуть по любой необходимой мне кривизне - настолько податлива свежая древесина. Однако, естественно, она не останется в таком состоянии и парить ее все равно придется.

В судостроении основным злом является гниль. Если вас волнует этот вопрос, то примите к сведению, что сам факт пропаривания свежей древесины устраняет ее склонность к гниению. Поэтому можете не беспокоиться  - шпангоуты у лодок обычно делаются из свежего гнутого под паром дуба и не загнивают в случае ухода за ней. Также это означает, что таким способом можно изготовить хоть заготовки для Виндзорского кресла. Однако я много работал и с дубом воздушной сушки и результат также был прекрасный.

При отборе древесины для гибки следует избегать одного - косослоя. При попытке изгиба такая заготовка может лопнуть.

Поэтому в отношении влажности древесины правила такие:

  • Свежая древесина лучше всего.
  • Древесина воздушной сушки - второй неплохой вариант.
  • Древесина после сушилки - третий и весьма далекий от первых двух вариант.

Если все что у вас имеется - после сушилки и ничего другого не достать - ну , тогда выбора у вас нет. Я справлялся и с таким. Но все же если удастся достать древесину воздушной сушки , это будет гораздо лучше. Буквально на той неделе я гнул доски из ореха толщиной 20 мм для транца своей яхты. Заготовки сушились на протяжении нескольких лет и их гибка прошла совершенно гладко.

Пропарочные камеры.

Совершенно никчему, и даже вредно для результата гибки стремиться изготовить абсолютно герметичную камеру. Пар должен покидать ее. Если не обеспечить ток пара через камеру, согнуть заготовку не удастся и результат будет таков, как будто вы парили ее всего пять минут. Мне после всех своих опытов это знакомо.

Камеры могут быть самых разных форм и размеров. Она должна быть достаточно большая, чтобы заготовка как бы находилась в подвешенном состоянии и вокруг всех сторон ее обтекал пар. Неплохой результат получится из сосновых досок сечением порядка 50 х 200. Один из способов обеспечить "подвешивание" заготовки состоит в том, чтобы просверлить сквозные отверстия в боковых стенках камеры и вбить туда круглые деревянные стержни из лиственной древесины. С их помощью заготовка не будет касаться дна и площадь закрытой древесины будет минимальна. Однако и не стоит делать камеру такого размера, чтобы количества генерируемого пара было недостаточно для заполнения ее объема. Камера должна быть такой, чтобы внутри было влажно и пар катился волнами. А значит, размеры камеры должны соответствовать возможностям парогенератора ( ну или наоборот).

Когда мне нужно было согнуть пятиметровую махоганиевую доску сечением порядка 200 х 20 для новой рубки моей яхты, я изготовил камеру из сосновых досок сечением 50 х 300. В качестве парогенератора выступал 20 -литровый металлический бак. Источником энергии являлась пропановая горелка. Вещь совершенно замечательная, поскольку удобна и мобильна. Производительность 45000 BTU (1 BTU ~ 1 кДж). Это алюминиевый баллон на трех лапах и с одной горелкой диаметром 200 мм.

Недавно я обнаружил в каталоге West Marine пропановую горелку производительностью в 160 000 BTU за $50 и приобрел и ее. С ее помощью я могу гнуть шпангоуты хоть для "Constitution".

Когда я говорю "один час пропарки на дюйм толщины", то имею в виду один час СЕРЬЕЗНОГО НЕПРЕРЫВНОГО пропаривания. Поэтому котел должен быть таким, чтобы обеспечивать пар на протяжении необходимого времени. Я пользовался для этих целей новой 20-литровой емкостью для горючего. Класть заготовки в камеру можно только тогда, когда установка вышла на полную мощность и камера полностью заполнена паром. Надо абсолютно гарантировать, что вода не кончится преждевременно. Если такое случится и вам придется доливать воду, лучше бросить это дело. Доливание холодной воды затормозит генерацию пара.

Один из способов максимального использования воды состоит в том, чтобы камера стояла под небольшим наклоном и водяной конденсат внутри стекал обратно в котел. Но при этом необходимо, чтобы штуцер, по которому пар поступает внутрь, был ближе к дальней стенке. Другой способ - сделать сифонную систему, обеспечивающую пополнение его уровня по мере выкипания воды.

Вот как выглядит фото такой системы:

На снимке вы видите деревянную камеру, расположенную слегка под наклоном. Прямо под ней находится котел парогенератора. Они соединены друг с другом посредством шланга от радиатора. Если присмотреться повнимательнее, то можно заметить Г-образную трубу, выходящую у основания котла слева. На фото это плохо видно, но вертикальная ее часть на самом деле полупрозрачна и таким образом мы будем знать об уровне воды внутри котла. Слева от котла видно белое ведро, в котором находится вода для подпитки. Приглядитесь, и заметите коричневую трубку, соединяющую ведро с вертикатьной частью трубы - уровнемера. Поскольку ведро находится на возвышении, соблюдается сифонный эффект: с падением уровня воды в основном котле вода поступает в него из ведра. Его можно время от времени доливать, но делать это крайне осторожно, чтобы она не устремилась быстро в котел и слишком не охладила бы его.

Чтобы свести к минимуму необходимость долива воды в процессе пропаривания, начинать работу лучше с доверху наполненным ведром. Я сам предпочитаю оставлять в котле небольшой воздушный зазор.

У многих камер на торце имеется дверца, через которую можно при необходимости двигать заготовки и вынимать их при необходимости. К примеру, если вы занялись изготовлением гнутых шпангоутов и вам хотелось бы управиться с этим по возможности за день, вы растапливаете котел и (при выходе на полную мощность) кладете внутрь первую заготовку. Спустя 15 минут кладете вторую. Еще спустя 15 - третью и так далее. Когда пришло время первой, вы ее вынимаете и гнете. Я исхожу из того, что эта процедура займет менее 15 минут. Когда она сидит на месте, вторая уже на подходе... и т.д. Это позволяет выполнить огромную работу и избежать перепаривания.

У дверцы есть и другая важная функция. Она даже не должна быть из твердого материала - на моей маленькой камере для этих целей служит просто висящая тряпка. Я говорю "висящая", потому что пар должен исходить наружу с торца (раз необходим поток пара). Нельзя допускать того, что в камере создастся избыточное давление, затрудняющее поступление пара внутрь. А кроме того сама по себе картина деревянного ящика, из которого клубами валит пар, выглядит достаточно круто - прохожие просто столбенеют. Второе назначение дверцы - предотвратить попадание в камеру холодного воздуха снизу заготовок.

Гибка.

Итак, будем считать, что древесина у нас варится ( с приятным запахом) и шаблоны готовы. Постарайтесь все организовать таким образом, чтобы операция по выемке заготовки из камеры и ее гибка прошли быстро и гладко. Важнее всего тут время. У вас на это есть считанные секунды. Как только древесина готова, быстро вынимаете ее и тут же гнете. Насколько быстро это позволяет человеческая ловкость. Если прижим к шаблону требует времени,  гните просто руками (если это возможно). Для шпангоутов своей яхты ( которые имеют двойную кривизну ) я вынимал заготовки из камеры, совал один конец в зажим и гнул этот конец а затем и второй просто руками. Старайтесь обеспечить больший загиб, чем это необходимо для шаблона, но не намного. А уже потом крепите ее к шаблону.

Но еще раз повторяю - кривизну древесине необходимо придать немедленно - в течение первых пяти секунд. С каждой секундой остывания древесины она становится менее податливой.

Длина заготовок и кривизна на концах.

Практически невозможно изготовить заготовки точной длины и ожидать, что удастся обеспечить загиб в районе концов. У вас просто не хватит для этого силы. По этой причине, если вам нужна заготовка длиной в метр, а толщина ее при этом более 6 мм, вам лучше отрезать кусок метра в два и гнуть его. Я просто исхожу из предположения, что вас в мастерской нет гидравлического пресса - у меня самого его точно нет. Вырезая заготовку с запасом, помните, что чем она короче, тем труднее будет гнуться.
А ежели она будет с запасом, то у конца реальной детали будет большая кривизна - у дюймовой дубовой доски последние 150 мм получаются абсолютно прямые. В зависимости от требуемого на конце радиуса может оказаться необходимым прибегнуть в таких местах к резьбе  по дереву и при выборе материала учитывать требуемую толщину.

Шаблоны.

После пропаривания заготовки и ее зажима на шаблоне необходимо выждать сутки для полного охлаждения. Когда с заготовки снимаются струбцины, она несколько распрямляется. Степень этого зависит от структуры и типа древесины - заранее сказать сложно. Если заготовка уже имеет некоторый естественный изгиб в нужном направлении, которым можно воспользоваться (я по возможности стараюсь так и делать), степень распрямления будет меньше. Поэтому если вам необходима определенная кривизна окончательного изделия, шаблон должен обладать большей кривизной.

Предостережение. Если вы гнете заготовки для ламинирования, шаблон должен быть точно по форме заготовки в ламинате - у меня редко бывали случаи большого разгиба хорошо гнутой клееной древесины .

Существует бесконечное множество вариантов шаблонов для гибки. И совершенно не имеет значения, какой из них вы выберете, если случайно окажетесь владельцем заводика по производству струбцин - никогда их не бывает слишком много. Если гнется древесина толщиной более 12 мм, шаблон должен обладать значительной механической прочностью - нагрузки он будет испытывать довольно высокие. Как это выглядит, можно посмотреть на фото в начале статьи.

Довольно часто люди при гибке пользуются металлической полосой с наружной стороны загиба. Это помогает равномерно распределить напряжения по длине заготовки и избежать трещин. Особенно это справедливо, если снаружи волокна располагаются под углом к поверхности.

Ну вот пожалуй и все мои соображения на данный момент.

 

Автор : Gregg Germain (http://home.comcast.net/~saville/Steambend.htm).

 

Інші публікації:
Під час обробки запиту сталася помилка.