1.1. Строение и свойства древесины
1.2. Основные приёмы обработки древесины
Специалист по изготовлению (и ремонту) деревянных изделий: оконных переплётов, дверей, перегородок, стеллажей, шкафов, полок, домашней и садовой мебели, деталей декоративной отделки домов, а также предметов домашнего обихода, игрушек и т.д. В отличие от плотничных работ, связанных главным образом с грубой обработкой дерева с помощью топора, крупнозубой пилы, долота и некоторых других простейших инструментов, столярные работы характеризуются более точной и тщательной обработкой и отделкой деревянных изделий с использованием специальных столярных инструментов, обеспечивающих повышенную точность обработки. Детали столярных изделий соединяют в основном на шипах и клею, значительно реже на шурупах и лишь в отдельных случаях на гвоздях. Столярные работы, при которых изделия изготовляют из древесины хвойных и мягких лиственных пород, называют белодеревными, а если используют древесину твёрдых и ценных пород, включая красное дерево, или применяют облицовывание, - краснодеревными. Эти работы могут относиться к художественной обработке дерева и включать резьбу по дереву и инкрустацию.
К столярным работам относятся разметка деревянных деталей, их механическая обработка, сборка изделий, облицовывание и отделка. Навешивание петель и ручек, врезка замков, установка наличников, поручней и карнизов, ремонт паркетных и иных полов также относятся к столярным работам. Многие из этих работ можно выполнить самим в домашних условиях, зная основные свойства древесины и приёмы её обработки, при наличии специальных столярных инструментов и соответствующим образом оборудованного рабочего места.
1.1. Строение и свойства древесины
Дерево издавна было одним из самых распространённых поделочных материалов, доступных для домашнего умельца. Изделия из дерева ценятся за прочность, красивый вид, лёгкость обработки, «теплоту» и даже приятный запах. Природный рисунок и окраска древесины многих пород дерева столь привлекательны, что они сами по себе определяют ценность изделий из древесины в зависимости от сохранности их естественного внешнего вида. Древесина - материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Её свойства во многом зависят как от породы дерева, так и от строения древесины, а также от того, к какой части ствола она относится (рис. 1): вершинной, средней или нижней (комлевой).
Рис. 1. Схема разделки стволов деревьев хвойных пород: 1 - вершинная часть (дрова и промышленная древесина); 2 - вершинный отруб (очень сучковатый, используют для получения брусков); 3 - серединный отруб (умеренно сучковатый, идёт на изготовление брусьев, пластин, досок); 4 - нижний (комлевый) отруб (наиболее ценная древесина, практически без сучков, используют для получения высококачественных пластин и досок); 5 - пень.
Для столярных работ используют древесину в виде досок, брусков и брусьев, получаемых после распиловки средней и нижней (комлевой) частей ствола, причём нижний отруб даёт самую ценную древесину.
Чтобы лучше понять свойства древесины, следует хорошо представлять себе её строение. Обычно строение древесины рассматривают на трёх главных разрезах ствола: поперечном, радиальном и тангенциальном (по касательной к годичным кольцам) (рис. 2). В центральной части ствола расположена сердцевина из рыхлой ткани. Сердцевину окружают годичные кольца - слои прироста древесины за один год жизни дерева (на поперечном разрезе они имеют вид концентрических колец, на радиальном - продольных полос, а на тангенциальном - извилистых линий). В годичном кольце различают внутренние слои из крупных светлых клеток, которые появляются весной и ранним летом, и наружные слои из мелких толстостенных клеток более тёмного цвета – область поздней древесины. В древесине некоторых пород различают ядро и заболонь. Ядро отличается наибольшей плотностью, стойкостью против загнивания и более тёмным цветом. Породы дерева, имеющие ядро, называют ядровыми. В древесине лиственных пород заболонь по качеству значительно уступает ядру. Поэтому, например, заболонь дуба в столярном деле не используют. На поперечном разрезе иногда также видны сердцевинные лучи, по которым смола, соки, дубильные и красящие вещества проникают из поздних (наружных) слоёв в более ранние (внутренние) слои. Рисунок, открывающийся на поверхности древесины после прорезания волокон годичных колец и сердцевинных лучей, называют текстурой древесины. Чем разнообразнее этот рисунок по конфигурации и цветовым оттенкам, тем ценнее древесина как отделочный материал.
Рис. 2. Главные разрезы древесного ствола и его структура: П - поперечный; Р - радиальный; Т - тангенциальный; 1 - сердцевина; 2 - годичные слои; 3 - сердцевинные лучи; 4 - заболонь; 5 - ядро; 6 - кора.
Одно из важных свойств древесины - плотность, определяющая многие другие её свойства, в особенности прочность (способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок). Чем больше плотность, тем тяжелее и твёрже древесина, тем выше её прочность и сложнее обработка. Самое «лёгкое» дерево - бальзовое (плотность его древесины всего 0,15 т/м3); самые «тяжёлые» деревья - самшит и бакаут (их плотность 1,1 т/м3). По убывающим значениям плотности древесины основные хвойные породы, используемые в столярном деле, располагаются в следующем порядке: лиственница, сосна, ель, кедр, пихта.
Лиственница обладает высокой прочностью, упругостью, долговечностью и стойкостью к загниванию, но склонна к сильному растрескиванию. Из-за обильной смолистости и резкой разницы в плотности ранней и поздней древесины годичного слоя она трудно обрабатывается. От усушки на её ровной поверхности может образоваться гофристость. Древесину лиственницы используют в кораблестроении, для изготовления элементов подводных сооружений, мебели.
Древесина сосны имеет среднюю плотность, достаточно высокую прочность и стойкость против загнивания, сравнительно легко и чисто обрабатывается. Это один из лучших строительных и поделочных материалов.
Ель по прочности и стойкости к загниванию несколько уступает сосне. Древесина белая, лёгкая и мягкая, но из-за обилия сучков обрабатывается сложнее и менее чисто, чем древесина сосны; применяют в строительстве, для изготовления музыкальных инструментов и различных поделок.
Кедр отличается от ели более высокой стойкостью к загниванию. Древесина желтоватая или красноватая, мягкая, легко и чисто режется; используется как отделочный материал.
Отличительная особенность пихты - прямой стройный ствол. Но из-за отсутствия смоляных ходов менее, чем ель, стойка к загниванию.
Древесина ели, пихты и кедра обладает резонансной способностью, поэтому её широко используют для изготовления музыкальных инструментов.
Лиственные породы по хозяйственному значению уступают хвойным, однако в столярном деле именно древесина лиственных пород является зачастую наиболее ценным материалом. По убывающей плотности древесины лиственные породы располагаются в таком порядке: граб, груша, яблоня, дуб, ясень, бук, вяз, клён, берёза, ольха, осина, липа.
Древесина граба очень твёрдая и износостойкая, но при высыхании часто коробится и растрескивается; применяют в производстве столярных инструментов (угольников, рубанков), музыкальных инструментов, как поделочный материал.
У дуба древесина прочная, стойкая против загнивания, хорошо гнётся, имеет красивую текстуру. Стволы дуба, долго пролежавшие в воде, приобретают сквозную чёрную окраску; такой дуб называется морёным. Широко используют в производстве мебели, как отделочный материал.
Древесина ясеня близка по свойствам и внешнему виду к древесине дуба. Сердцевинные лучи не заметны. Древесина прочная, хорошо обрабатывается, легко гнётся, обладает высокой ударной вязкостью, а потому часто идёт на изготовление ручек молотков, топоров, др. ударных инструментов.
Древесина бука плотная, легко гнётся и обрабатывается, имеет красивую текстуру, хорошо полируется; широко используется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, паркета, фанеры и пр.
Вяз, а также ильм и берест относятся к ильмовым породам. Их древесина обладает примерно одинаковыми свойствами - они достаточно твёрдые и отличаются высокой гибкостью; применяют для изготовления мебели.
Клён имеет плотную твёрдую древесину, хорошо обрабатывается. Из его древесины делают детали мебели, музыкальных инструментов, колодки рубанков и пр.
Древесина берёзы однородная, средней плотности; используется в мебельном производстве, как поделочный материал. Очень ценится древесина карельской берёзы; применяется главным образом для отделки мебельных гарнитуров.
Ольха имеет светлую, краснеющую на воздухе древесину, хорошо противостоящую увлажнению; применяют для изготовления мебели, тары, фанеры, а также как строительный материал в подводных и подземных сооружениях.
У осины древесина желтовато-белая, мягкая, однородная, легко пропитывается, хорошо колется; использует ся как строительный и как поделочный материал.
Древесина липы мягкая однородная, легко поддаётся обработке, в частности резанию стамеской, ножом, резаками; идёт на изготовление деревянной посуды, музыкальных инструментов, кадок, фанеры, различных поделок.
Груша, яблоня, вишня, белая акация относятся к редким лиственным породам. Их древесина по плотности превышает древесину бука и дуба, имеет красивый цвет, легко режется и хорошо полируется; в столярном деле используют как поделочный материал.
В качестве отделочных материалов, например для облицовки мебели, широко применяют многочисленные краснодеревные и чёрнодеревные породы (махагони, палисандр, эбеновые и др.) в виде отдельных кусков строганого шпона.
Из-за неоднородности строения дерева (его волокнистости) прочность древесины на растяжение (разрыв) вдоль волокон в 10...20 раз выше, чем поперёк волокон. Поэтому древесина практически всех пород дерева сравнительно легко раскалывается (расщепляется). Наиболее легко колется древесина осины, ели, сосны, дуба, ясеня, ольхи, бука. Труднее поддаётся раскалыванию древесина клёна, берёзы, вяза, липы, конского каштана, тополя, самшита.
К важным свойствам древесины относятся её пластичность и упругость. Упругая древесина способна восстанавливать свою первоначальную форму сразу после снятия нагрузки. Очень упруги эвкалипт, ясень, гикори (американский орех) и липа. Древесина считается пластичной, если после снятия нагрузки она не возвращается к первоначальному виду, а сохраняет форму, полученную при изгибе. Хорошо сгибаются и сохраняют заданную форму бук и берёза, поэтому их древесина часто используется для изготовления гнутой мебели. Свежая древесина изгибается лучше, чем сухая.
Сухая древесина обладает низкой теплопроводностью. Благодаря этому деревянные предметы на ощупь кажутся тёплыми. Влажная древесина быстро загнивает, плохо склеивается; изделия, изготовленные из влажной древесины, непрочные, часто коробятся, растрескиваются и рассыхаются. Лучше всего работать с древесиной той влажности, которую она будет иметь в готовой конструкции. Для Европейской территории России, например, среднее значение влажности у изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе, составляет 12...16%, а в отапливаемых помещениях - 8...10%. Древесина живых деревьев имеет максимальную влагонасыщенность. Поэтому свежесрубленное дерево рекомендуется перед использованием высушить. В процессе естественной сушки влага испаряется очень медленно. В свежесрубленном дубе, напри мер, она составляет от 50 до 70% от массы древесины, через 6 месяцев влаги остаётся около 43%, после 12 месяцев - 39% и через 18 месяцев - 27%. Древесина, используемая для столярных изделий, должна иметь влажность не выше 18%. Влажность древесины, идущей на изготовление внутренних дверей, чистого пола, оконных переплётов, не должна превышать 12%, а для мебели - 10%. Чтобы получить древесину, годную для столярных работ, её выдерживают на открытом воздухе под навесом от 1 года до 3 лет. Влажность древесины определяют специальным прибором - электровлагомером. Опытные столяры отличают сухую древесину от сырой по стружкам: стружка сухой древесины хрупкая, легко ломается в руке, а стружка сырой древесины мнётся, как мочало.
Если влажность древесины выше влажности окружающего воздуха, то избыток влаги в стенках клеток выделяется в атмосферу и древесина усыхает. Если же влажность воздуха выше влажности древесины, то она впитывает влагу из атмосферы и при этом разбухает. Поскольку влажность воздуха непрерывно меняется, то и влажность древесины не бывает постоянной - древесина то усыхает, то набухает. Наиболее заметно усыхает древесина липы, бука, ольхи, берёзы; в меньшей степени усыхает древесина ели, лиственницы, пихты; умеренно усыхает древесина сосны, дуба, осины, ясеня, клёна, тополя.
Вследствие того, что скорость усыхания различных участков древесины из-за разной их плотности неодинакова, древесина во время сушки коробится (деформируется). На рис. 3 показано, как изменяется форма брусьев, круглых лесоматериалов и досок при усушке (усадке) древесины. Воспрепятствовать усадке древесины (её деформации) невозможно - дерево «дышит», но можно несколько уменьшить её последствия, если ствол, брусья, доски распилить вдоль волокон на несколько частей и затем склеить требуемые заготовки с учётом неравномерности усушки древесины в разных направлениях. Так, в частности, поступают при изготовлении щитов из отдельных досок (рис. 4).
Рис. 3. Изменение формы (деформация) пиломатериалов при усыхании древесины (для разных ориентаций годичных колец в ней): а - брус; б - круглый лесоматериал; в - доски.
Рис. 4. Изменение формы поверхности щита, собранного из досок с разной ориентацией годичных колец, при усушке древесины: а - сердцевинных (предпочтительно); б, в, г, д - боковых; е - боковых с сердцевинными.
Древесине, как и любому другому материалу, свойственны недостатки, ухудшающие её качество и ограничивающие практическое применение. Эти недостатки принято называть пороками древесины. Самыми распространёнными пороками древесины, оказывающими существенное влияние на её обрабатываемость, являются сучки, наклон волокон, трещины, свилеватость, червоточины, гниль.
Сучки - наиболее распространённый порок. Сучки представляют собой основания ветвей, заключённые в древесине. Они, нарушая однородность строения древесины, снижают её прочность, усложняют и затрудняют обработку режущими инструментами, т.к. твёрдость их в 2-3 раза выше твёрдости окружающей древесины. На сучках резец быстро затупляется, а его режущая кромка (лезвие) иногда выкрашивается. Степень вредности сучков зависит от их размеров, формы, расположения, от состояния древесины сучка и её связи или срастания с окружающей древесиной.
Сучок вызывает местное искривление годичных слоёв, которое называется завитком. Завиток даже без сучка усложняет обработку древесины. Следы от неразвившихся в побег спящих почек, которые обнаруживают в древесине берёзы и клёна, называют глазками. Диаметр глазков не более 5 мм (сучком называют порок диаметром более 5 мм).
Сучки в лесоматериалах могут быть открытыми и заросшими. Открытый сучок выходит на боковую поверхность материала. Такой сучок обрубают вровень (заподлицо) с боковой поверхностью. Заросший сучок обнаруживают по вздутиям или другим признакам зарастания на боковой поверхности ствола.
Сучки в пиломатериалах подразделяют: по форме разреза (круглые, овальные и продолговатые), по положению (пластевые, кромочные, ребровые, торцевые и сшивные), по степени срастания с окружающей древесиной (сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся), по состоянию древесины сучка (здоровые, загнившие и гнилые). Отрицательное влияние сучков на обрабатываемость древесины зависит от её породы. Например, при отёсывании топором и строгании рубанком сосновые сучки обрабатываются легче, чем еловые. При обработке древесных материалов с сучками необходимо следить за тем, чтобы направление движения режущего инструмента совпадало с направлением волокон древесины сучка. Это устранит образование выколов при работе топором и крупных задиров при работе строгальным инструментом.
Наклон волокон (косослой) - это отклонение направления волокон от продольной оси пиломатериала. Раньше этот порок называли косослоем. Различают тангенциальный и радиальный наклоны волокон (рис. 5). Тангенциальный (рис. 5, а) наклон (природный) обусловлен спиральным расположением волокон в растущем дереве. Он обнаруживается на поверхности круглых лесоматериалов, с которых снята кора, и по направлению трещин в коре. Кромки доски, полученной из такого дерева, надо обрабатывать (строгать, тесать) в противоположных направлениях, чтобы обработка была по слою. При раскрое широкой доски с наклонными волокнами на узкие заготовки неизбежно перерезание большого числа волокон древесины, что снижает прочность деталей. В этом случае целесообразно раскроить доску по направлению волокон древесины. Широкая доска, полученная из такого ствола, при усушке подвержена поперечно-продольному или спиральному короблению (образованию крыловатости) (рис. 5, в). Радиальный (рис. 5, б) наклон (искусственный) выявляется при перерезании волокон древесины закомелистых стволов. Кромки доски, полученной из такого дерева, надо обрабатывать в одном направлении. Чтобы уменьшить прорезание волокон и улучшить использование древесины, длинную доску предварительно раскраивают на два отрезка. Отрезок доски от закомелистой части раскраивают так, чтобы направление пропилов было параллельно её кромкам (по сбегу). Широкая и длинная доска, заготовленная из такого ствола, при усушке принимает желобчатую форму (без продольного коробления).
Рис. 5. Доски, полученные из лесоматериала с косослоем: а - тангенциальным; б - радиальным; 1 - ствол дерева; 2 - доска (стрелками обозначены правильные направления строгания и тесания); в - крыловатость (скручивание доски после усушки).
Трещины появляются как в растущем дереве, так и в срубленном. В растущем дереве различают трещины метиковые, отлупные и морозные. Метиковые трещины - это внутренние трещины, начинающиеся от комля и идущие вдоль ствола к вершине, разделённые перемычками цельной древесины. Отлупные трещины - это отслоения по годичному слою; снаружи ствола они не видны. Морозные трещины представляют собой наружные разрывы, идущие в глубь ствола в радиальном направлении. В срубленной древесине трещины возникают главным образом под действием внутренних напряжений при сушке. Трещины облегчают раскалывание круглых лесоматериалов, но ограничивают их использование.
Свилеватость - извилистое (волнистое) или беспорядочное (путаное) расположение волокон. Волнистая свилеватость с извилисто изогнутыми волокнами чаще встречается в комлевой части ствола берёзы и клёна; путаная свилеватость бывает преимущественно в древесине наростов типа капов. Свилеватость древесины затрудняет её обработку топором и рубанком, снижает прочность при растяжении, сжатии и изгибе, но повышает сопротивление раскалыванию. Свилеватость создаёт красивую текстуру, поэтому её можно считать условным пороком древесины. Во многих случаях свилеватость является достоинством древесины.
Червоточины - повреждения, которые наносят древесине насекомые, проделывающие в ней ходы различной глубины и формы.
Гниль вызывается вредоносной жизнедеятельностью в теле дерева или в древесине низших растений - грибков.
Для изготовления столярных изделий используется как натуральная древесина - необработанные лесоматериалы и пиломатериалы, так и древесные материалы - шпон, фанера, столярные плиты, древесно-стружечные плиты (ДСП), древесно-волокнистые плиты (ДВП).
Необработанные лесоматериалы (кругляки), или сортаменты, получают из спиленных деревьев после очистки их от ветвей и раскряжёвки (разделения) ствола на части требуемой длины и толщины. Пиломатериалы получают распиловкой или фрезерованием брёвен, стволов вдоль волокон. Основные виды пиломатериалов: брусья, бруски, шпалы, доски, обаполы. Шпон - тонкие листы древесины, срезаемые с брёвен на специальных станках. Фанера - древесный материал, склеенный из 3 и более листов шпона; бывает необлицованная и облицованная шпоном древесины ценных пород или синтетической плёнкой. Столярные плиты состоят из узких реек, оклеенных с обеих сторон шпоном. Фанерная плита - древесный материал, склеенный из 7 и более листов шпона. ДСП изготовляют посредством горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим (синтетической смолой); ДВП - путём горячего прессования (твёрдые плиты) или сушки под давлением (мягкие плиты) «ковра» из древесных волокон, полученных при размоле древесины.
1.2. Основные приёмы обработки древесины
Изготовление любого столярного изделия (будь то полка для книг, табурет или оконная рама) начинают с разметки - нанесения с помощью разметочных инструментов на подготовленную поверхность заготовок линий (рисок) и точек, указывающих габаритные размеры деталей, а также пределы или границы их обработки. При разметке стремятся к тому, чтобы исключить попадание недопустимых пороков древесины в заготовку. Разметка необходима также для обеспечения плотного и прочного соединения отдельных деталей между собой. Основные разметочные инструменты: различные линейки, складные метры, штангенциркуль, транспортир, угольники, ярунок, малка, рейсмус, отволока и чертилка, шило и карандаш. Инструменты для разметки, как правило, имеют масштабную шкалу с делениями. В некоторых случаях пользуются приспособлениями, .не имеющими шкалы, к ним относятся шаблоны. Разметка по шаблону представляет собой только копирование очертаний шаблона на заготовке. Применение шаблонов целесообразно при раскрое материала на криволинейные заготовки.
Выполнив разметку, приступают к обработке древесины. Обработка, посредством которой изменяют размеры, форму и внешний вид древесины без изменения её химического состава, называется механической. Последняя может производиться вручную, станками или машинами. Основные способы ручной обработки древесины, доступные для выполнения в домашних условиях, основываются на раскалывании и резании (рис. 6).
Рис. 6. Основные способы ручной обработки древесины.
Раскалывание - разделение древесины по слоям вдоль волокон инструментом клиновидной формы. Такой инструмент не перерезает волокна древесины, а лишь расщепляет их. Раскалывание используют при заготовке колотых сортаментов - паркетной и бондарной клёпки, топорищ и ручек, кровельной плитки (щепы), штукатурной дранки, а также дров. Во многих случаях раскалывание эффективнее пиления, т.к. позволяет простыми приёмами наиболее полно использовать дефектную и дровяную древесину. Инструменты для раскалывания - топоры, клинья - называют деревораскалывающими.
Резание - обработка, при которой разрушаются связи между частицами древесины по строго заданному направлению. Резание осуществляют следующими приёмами: перерубание и тесание, пиление, строгание, циклевание, цинубление, долбление, сверление, резание ножом и шлифование. Цель такой обработки - получение изделия нужной формы и размеров, с требуемой шероховатостью поверхности.
Перерубание и тесание - основной приём плотничных работ, связанных с первичной обработкой древесного сырья, преимущественно в виде круглых лесоматериалов. Инструменты для перерубания и тесания: топоры и тёсла.
Пиление - процесс закрытого резания древесины пилами для разделения её на части. Пила представляет собой многорезцовый инструмент, на рабочей кромке которого расположены зубья (резцы). Прорезь (щель), образующаяся в древесине при пилении, называется пропилом.
Строгание - резание древесины ножами, при котором траекторией резания является прямая, совпадающая с направлением рабочего движения. Для строгания прямолинейного, криволинейного, плоского и профильного существуют различные рубаночные инструменты (струги).
Циклевание - резание с целью получения высокой чистоты поверхности путём тонкой зачистки древесины твёрдых пород; выполняют резцом, установленным так, что сам процесс резания приближается к скоблению. Инструмент - цикля, которая может быть в виде простой металлической пластины с заточенной кромкой, часто такую пластину закрепляют в деревянной колодке.
Цинубление - резание, выполняемое с целью выравнивания больших плоскостей под облицовку, а также для зачистки и создания шероховатости поверхности под склеивание. Инструмент для цинубления (цинубель) имеет вид рубанка с круто установленным ножом, на лицевой стороне которого нарезаны параллельные дорожки, образующие на лезвии мелкие зубья. При строгании эти зубья на обрабатываемой поверхности делают многочисленные царапины (мелкие желобки).
Долбление - резание древесины для получения различных выемок, гнёзд и проушин, необходимых для выполнения столярных соединений. Режущими инструментами являются долота, иногда стамески, а вспомогательным инструментом для нанесения ударов - молотки.
Сверление - резание древесины вращающимся инструментом с одновременной подачей его в направлении, параллельном оси вращения. Цель сверления - образование отверстий в древесине. Режущим инструментом при сверлении служат свёрла, вращаемые коловоротом, дрелью или воротком, а также бурава.
Разрезание - частный случай резания, выполняется ножом или стамесками, а также специальными инструментами для резьбы по дереву.
Шлифование - резание, при котором в качестве резцов служат абразивные зёрна, наклеенные на бумагу или ткань. Такая бумага или ткань называются шлифовальной шкуркой. Острые кромки и углы абразивных зёрен при движении шкурки по обрабатываемой поверхности срезают тонкие и узкие стружки; чем меньше зерно, тем тоньше стружки и глаже поверхность.
1.3. Организация рабочего места
Прежде чем приступить к столярным работам, надо правильно организовать своё рабочее место. Необходимо иметь свободную площадь для размещения рабочего стола или верстака, устройств и приспособлений для закрепления обрабатываемой заготовки, полок и (или) ящиков для хранения инструментов. Решить эту проблему довольно просто тому, кто имеет индивидуальный дом, дачу или садовый домик. Намного сложнее организовать удобное рабочее место в городской квартире. Приходится проявить немало смекалки, используя для работы балкон, лоджию, уголок прихожей или другое подходящее место, приделывать откидные доски к подоконнику, превращать на время письменный стол в верстак. Чтобы шум, создаваемый при работе инструментами, не беспокоил соседей, под ножки рабочих столов и верстаков рекомендуется подложить войлок или любой другой мягкий материал. Для работы топориком полезно иметь тяжёлый деревянный чурбан. Если на чурбане сделать уступы, то на нём можно будет работать пилой, стамеской и дрелью. В крайнем случае можно положить на колени отрезок массивной доски или плиты и накрыть её тряпкой, после чего на ней можно обтёсывать заготовку (небольшую). Лучше всего для организации столярных мастерских использовать подвальные и подсобные помещения. При организации мастерской её оборудуют столярным верстаком, на котором удобно выполнять все столярные работы, подбирают комплект столярных инструментов и необходимых приспособлений.
1.4. Столярные соединения
При огромном многообразии столярных изделий все они состоят из ограниченного набора элементов: брусков, досок, коробок, рамок, щитов. К этому набору могут добавляться профилированные детали и крепёжные элементы. Основные конструктивные элементы - цельные или клеёные бруски и доски, из которых при помощи столярных соединений собираются главные сборочные единицы - щиты, рамки, коробки. Щит может быть сплошным и полым, последний представляет собой рамку, облицованную с одной или с двух сторон фанерой, оргалитом или каким-либо другим листовым материалом.
Наиболее распространённым типом соединения отдельных элементов (деталей) в сборочные единицы является угловое соединение «в одинарный прямой сквозной шип», или просто «в шип». Такие соединения применяют главным образом при вязке рамок и коробок. Соединения «в шип» могут быть как одинарными, так и многошиповыми; последние прочнее одинарных и используются при изготовлении рам, дверей и других тяжёлых изделий.
Более сложные соединения - «в ласточкин хвост» (рис. 7) и «на ус», прямыми шипами «в полупотёмок» и «в потёмок». Обычно «на ус» (рис. 8) да ещё шипом «в потёмок» и «в полупотёмок» вяжут рамки для картин, фотографий, зеркал, а также коробочки и шкатулки из древесины ценных пород.
Рис. 7. Угловое соединение открытым шипом «в ласточкин хвост»: а - одинарным; б - тройным.
Рис. 8. Угловое соединение «на ус»: а - сквозным шипом; б - глухим шипом «в потёмок».
Рис. 9. Угловые соединения на шпонах: а - с вставной прямой шпонкой; б - с угловой шпонкой.
Угловые соединения часто выполняют «на ус» посредством деревянных прямых или угловых штырей (нагелей) и шпонок (рис. 9). Основная сложность реализации таких соединений - необходимость обеспечения соосности отверстий для нагелей (шпонок) в соединяемых брусках (досках), причём диаметр отверстий для нагелей не должен превышать трети толщины брусков. Нагели делают из древесины твёрдых пород, длина их берётся равной глубине двух соответствующих отверстий.
При сплачивании досок по кромке (например, при настилке полов), помимо соединений «в паз и гребень» («в шпунт»), широко используют соединения «на гладкую фугу», «в четверть» и «на рейку». При сплачивании щита доски подбирают так, чтобы и» кромки были одноимёнными (заболонь к заболони, сердцевина к сердцевине), а соседние пласти взаимно противоположными. Собирают щиты при помощи шпонок, а торцы закрепляют наконечниками «в паз и гребень» либо рейками. Для фиксации взаимного положения приготовленных к сплачиванию досок их маркируют - наносят на поверхность порядковые номера или специальный рисунок, например треугольник (рис. 10). При маркировке досок треугольниками чётко определяется и последовательность сплачиваемых досок, и их относительное расположение. Небольшие отрезки досок, реек и брусков соединяют по длине способами «впритык», «в паз и гребень», «на ус», «вполдерева», «на рейку» и «на зубчатое клеевое».
Рис. 10. Пример маркировки досок при сплачивании их по кромкам.
Практически все столярные соединения выполняют на клею. Другие способы соединений - на гвоздях, шурупах, с помощью накладных и врезных металлических деталей - в столярных изделиях встречаются значительно реже, являясь, как правило, вспомогательными. Они используются преимущественно при стыковке под углом плоских деревянных деталей (досок, щитов). Угловые соединения «на фугу» или «в четверть» (рис. 11) с креплением гвоздями или шурупами непрочны. Соединение можно упрочить, если крепить доску не к доске, а к достаточно прочному подкладочному бруску. При этом необходимо, чтобы направление их волокон было либо только продольным, либо только поперечным, т.к. при высыхании древесина имеет разную усадку вдоль и поперёк волокон. Если соединяемые детали выполнены из древесины с различной степенью усыхания, то со временем или стык разойдётся и потеряет жёсткость, или в детали, которая меньше подвержена усыханию, появятся трещины. Кроме того, доски в ящичных соединениях устанавливают правой пластью наружу, т.к. левая пласть может растрескаться. При креплении стыка шурупами под них рекомендуется высверливать отверстия, чтобы не расщепить соединяемые детали. Тонкую дощечку легко расколоть даже небольшим гвоздиком: остриё гвоздика раздвигает, расщепляет волокна древесины, а сравнительно толстый стержень (тело гвоздика) довершает образование трещины. Особенно опасны такие трещины на концах дощечек. Чтобы избежать этого, острый кончик гвоздя надо откусить кусачками или затупить молотком. Тогда гвоздь при забивании не расщепляет волокна древесины, а сдавливает и рвёт их, отчего доска не треснет. Шляпку гвоздя обычно сплющивают в направлении волокон древесины, а забив заподлицо, слегка утапливают её в древесину. Эти места перед окраской или облицовкой декоративным покрытием следует зашпатлевать.
Рис. 11. Угловые соединения на гвоздях и шурупах: а - «на гладкую фугу»; б - то же с подкладочным бруском (крепление досок к бруску шурупами повышает жёсткость соединения); в, г - «в четверть» на шурупах и гвоздях.
1.5. Отделка столярных изделий
Отделка - завершающая операция в процессе изготовления столярного изделия. Цель отделки: защитить древесину от нежелательного воздействия внешней среды; предохранить от загрязнения; увеличить прочность изделия в целом и прочность соединений, особенно клеевых; предохранить от загнивания и проникновения в древесину вредителей, а также придать готовому изделию декоративный вид, сделать его красивым. Для этого древесину после обработки покрывают защитными слоями. Покрытия бывают прозрачные, не закрывающие, а, наоборот, подчёркивающие текстуру древесины, и непрозрачные, полностью закрывающие древесину. Прозрачные покрытия применяют, как правило, для отделки изделий из древесины ценных пород с красивой текстурой, а также изделий из древесины, не относящейся к ценным породам, но имеющей выразительный естественный рисунок. Непрозрачные покрытия наносят преимущественно на изделия из низких сортов дерева главным образом в качестве защитного слоя. Однако и такие покрытия могут быть красивыми и выразительными. Этого достигают подбором красок различных цветов и оттенков, нанесением их специальными способами. Такова, например, окраска поверхностей, имитирующая рисунок и цвет древесины ценных пород (например, дуба, ореха), а также окраска под мрамор, кожу и т.п. Наиболее простым, доступным способом отделки непрозрачным покрытием является окраска изделий из дерева (однотонными) клеевыми и масляными красками, эмалями и нитроэмалями.
Чтобы усилить естественный цвет и текстуру древесины, иногда применяют отбеливание, обжиг и протравливание (морение). В качестве отбеливающего средства используют перекись водорода (для любой древесины), щавелевую (для дуба, клёна) и цианистую (для любого шпона и посиневшей древесины сосны) кислоту. Отбеливающий состав наносят на обрабатываемую поверхность неметаллической кистью с искусственной щетиной или хлопчато-бумажной тряпкой, намотанной на деревянный стержень. По окончании отбеливания остатки отбеливателя удаляют, а древесину тщательно промывают тёплой водой.
Для обжига древесины используют пламя газового резака или паяльной лампы, после чего древесину счищают щёткой из стальной или латунной проволоки. В результате резче и чётче проступают более твёрдые части годичных колец.
Наиболее широко распространена отделка древесины протравливанием при помощи морилки. Способ чрезвычайно прост и доступен. Различные по составу морилки придают дереву разные цветовые оттенки в зависимости от породы дерева. При этом, однако, следует помнить, что свежеморёные поверхности древесины выглядят несколько темнее, чем после высыхания. Поэтому сначала рекомендуют сделать пробу, т.к. в результате глубокого проникновения морилки в поры древесина меняет цвет, который впоследствии восстановить практически невозможно; чтобы придать древесине изначальный вид, приходится счищать довольно толстый слой с поверхности изделия.
Для изделий из ценных пород дерева, а также фанерованных декоративным шпоном и инкрустированных, применяют один-единственный вид отделки - нанесение прозрачных покрытий. Различают два вида прозрачной отделки - матовую и глянцевую. Выполняются они различными способами и дают возможность получать поверхности от бархатистых, почти не отражающих свет, до зеркальных, похожих на полированное стекло. Основными способами прозрачной отделки являются вощение, лакирование, полирование, лессировка, глазуровка.
Наилучшим средством для покрытия деревянных поверхностей в доме издавна считался пчелиный воск. При вощении воск (или воскосодержащая мастика) заполняет поры в древесине, сглаживает её поверхность, которая при этом слегка темнеет, но благодаря тому, что световые лучи лучше отражаются от гладкой поверхности, цвет дерева становится как бы сочнее, а его рисунок ярче, контрастнее. Это особенно заметно на такой породе дерева, как дуб. Обработанная воском древесина сосны и ели приобретает слегка желтоватый оттенок, с шелковистым блеском и приятным запахом. Воск не образует на поверхности древесины плёнки, а заполняет трещины и крупные поры в ней, облегчая уход за деревянными изделиями, при этом древесина не герметизируется, а продолжает «дышать». Навощённая поверхность водонепроницаема и устойчива к механическим воздействиям. Наряду с пчелиным используется воск растительного происхождения и искусственные восковые мастики.
Восковые покрытия иногда закрепляют тонким слоем лака, наполовину разбавленного политурой. Чаще, однако, лакировка деревянных изделий является вполне самостоятельным способом создания прозрачного покрытия, обладающего хорошими защитными свойствами и придающего изделию нарядный вид. Покрывать лаками можно древесину всех пород дерева без исключения. Лакировке подлежат как отдельные детали, собранные в узлы, так и полностью готовые изделия.
Наивысшее качество прозрачной отделки дерева даёт его полировка. Она заключается в нанесении на лакированную поверхность десятков и сотен тончайших слоёв политуры - спиртового раствора смолы растительного происхождения, в результате чего лаковому покрытию придаётся зеркальный блеск и высокая механическая прочность. Лучшей является шеллачная политура.
Неповторимый природный рисунок и цветовую гамму натуральной древесины практически невозможно превзойти, как бы ни были совершенны техника и технология имитации древесины под редкие и ценные породы дерева, например карельской берёзы, ореха, красного дерева, палисандра и, конечно же, капов - наростов на дереве. Но изделия из натуральной древесины ценных пород очень дороги. Поэтому предметы мебели и другие изделия из дерева предпочитают изготавливать из менее ценных пород и затем облицовывать (офанеровывать) готовые детали или изделия целиком дорогим шпоном. Столярная обработка шпона отличается от обработки цельной древесины: его не пилят (в обычном смысле), а режут стамеской, специальными резаками или особыми, т.н. фанерными, пилами. Не строгают, а шлифуют шкуркой или циклюют циклей. Для шпона существует лишь один вид соединения - на клею. Иногда шпон дополнительно подкрашивают, чтобы усилить естественную окраску, контраетнее выявить рисунок. Например, шпон бука и клёна подкрашивают в более тёмные тона, позволяющие выявить рисунок древесины, который в естественном виде часто бывает невыразительным. Подкрашивают шпон также в тех случаях, когда общий рисунок строится на контрастах, резких переходах от светлого к тёмному либо когда надо сделать наборный рисунок, а под руками имеется шпон только одного цвета. Подробнее см. в статье 3. Отделка столярных изделий, 6. Фанерование.
Лит.: Чистяков Л.С., В помощь начинающему столяру, М., 1984; Дом и усадьба, М., 1989; Шепелев А.М., Справочник домашнего мастера, М., 1989; его же, Декоративная отделка индивидуальных домов, М., 1992; Сахаров М.Д., Инструменты сельского столяра и плотника, М., 1993; Нипель Ф., Мастеру на все руки, пер. с нем., кн. 1, М., 1993.