Соединения деревянных узлов и деталей столярных изделий между собой в процессе их изготовления и ремонта. Известно более 200 вариантов столярных соединений, все они условно подразделяются на торцевые, боковые, угловые и крестообразные.

Торцевое соединение (наращивание) - это такое соединение деталей по длине, когда один элемент является продолжением другого. Такие соединения бывают гладкие, зубчатые и с шипами; для большей прочности их закрепляют при помощи клея, шурупами, накладками, болтами. При столярных работах доски и бруски небольшой длины сращивают посредством соединений «впритык», «в паз и гребень», «на ус», «на рейку», «зубчатого», «вполдерева», «косым замком» и «прямым замком» (рис. 1). Все эти соединения должны выдерживать нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб так, как если бы испытаниям подвергались не составные доска или брус, а цельные, из единого куска дерева. Аналогичные соединения используют в плотничных работах при сращивании более длинных брёвен, брусьев.

Рис. 1. Способы соединения досок и брусков небольшой длины: 1 - «впритык» (встык); 2 - «в паз и гребень»; 3 - «на ус»; 4, 6 - «зубчатое» клеевое; 5 - «вполдерева»; 7 - «на рейку»; 8 - «прямым замком» накладным; 9 - «косым замком» накладным; 10 - «прямым» и «косым» натяжными замками.

При настилке полов, изготовлении дверей, различных щитов и перегородок, при обшивке стен, потолков, и т.д. доски или рейки сплачивают посредством боковых соединений «на гладкую фугу», «в четверть», «на рейку», «в паз и гребень» (рис. 2). При сплачивании «на гладкую фугу» собранные щиты дополнительно укрепляют поперечинами и наконечниками (рис. 3).

Рис. 2. Способы сплачивания досок в щиты: 1 - «на гладкую фугу»; 2 - «в четверть»; 3 - «на рейку»; 4, 5, 6 - «в паз и гребень» (прямоугольный, треугольный, «ласточкин хвост»).

Рис. 3. Способы крепления досок в щите: 1 - шпонками; 2 - наконечником «в паз и гребень»; 3, 4 - вклеенными в торец рейками; 5 - наклеенной рейкой.

Соединение двух деталей торцами под углом называется угловым. Наиболее распространены угловые соединения «вполдерева», «вполулапу», «сковороднем», «в шип» (рис. 4); они применяются, например, при вязке оконных и дверных блоков, парниковых рам и т.п. Столярные изделия собирают преимущественно на угловые шиповые соединения (рис. 5). Из них наиболее простое - с одинарным сквозным открытым шипом. Шип сопрягается с гнездом (проушиной) и должен плотно прилегать своими плоскостями к стенкам (щёчкам) проушины, что достигается соответствующей разметкой с помощью угольника и рейсмуса, а затем точными пропилами. Пропилы выполняют так, чтобы на заготовке оставалась не задетая пилой линия разметки: у шипа - с внешней стороны кромки, а у проушины - на кромках щёчек. При необходимости шип и проушину подгоняют, подчищают стамеской или плоским напильником.

Рис. 4. Угловые соединения: 1 - «вполдерева»; 2 - «вполулапу»; 3 - «сковороднем»; 4 - «в шип».

Рис. 5. Открытое сквозное угловое шиповое соединение: 1 - одинарное; 2 - двойное; 3 - тройное.

Разметку соединений «в шип» начинают с нанесения с помощью угольника поперечных карандашных рисок на конце бруска: где будет шип - по всему периметру, где проушина - только по кромкам. Длина шипа должна равняться глубине проушины или немного превышать её, а ширина – чуть меньше высоты щёчек. При разметке бруски накладывают пластями друг на друга под прямым углом; карандашные линии на гранях, сделанные после выравнивания торцов, служат отправными линиями для разметки шипа и проушины.

Шип запиливают сначала вдоль, потом поперечным пропилом удаляют пластинки лишней древесины. Не следует начинать выпиливать шип с поперечного пропила: при мягкой древесине легко зайти зубьями пилы за продольную риску. Такой шип будет ослабленным, подрезанным в самом основании. Подобная же погрешность при продольной запиловке большого ущерба столярному соединению не принесёт. При работе с твёрдыми породами дерева поперечный пропил часто делают не под прямым углом, а с чуть заметным наклоном плоскости полотна пилы к основанию шипа, это обеспечивает более плотное прилегание сопрягаемых брусков в месте их соединения Для мягкой древесины такой приём не обязателен. Для образования проушины сначала делают продольную запиловку - на ширину шипа, после чего древесину между пропилами удаляют при помощи стамески (ширина её лезвия не должна превышать толщину шипа). Древесину выбирают с двух сторон проушины, чтобы предотвратить её скалывание за пределами рисок.

Более сложными (в изготовлении) являются соединения с двойным и тройным шипами. При изготовлении многошипового соединения разметка шипов и проушин, независимо от их числа, выполняется аналогично разметке одинарного шипа. Зато в процессе создания шипов добавляется дополнительная операция - выборка древесины между шипами. Такие соединения наиболее часто используют, например, при изготовлении рам для картин, выдвижных ящиков письменных столов, корпусов телевизоров и т.п. Ещё сложнее потайные и полупотайные соединения с несквозными и сквозными шипами (рис. 6). Соединение открытым шипом «в ласточкин хвост» годится для многих изделий. Разметка такого соединения несколько отличается от разметки прямых шипов. Сначала размечают и выпиливают только одни шипы (или проушины). Затем соединяемые бруски накладывают друг на друга под прямым углом и карандашом или шилом очерчивают контуры проушин (или шипов). Полученные риски с помощью угольника и линейки переносят по периметру на противоположную сторону бруска. Дальнейшие операции по запиловке и выдалбливанию не отличаются от описанных выше. Угол «ласточкина хвоста» обычно составляет не более 15°.

Рис. 6. Потайные и полупотайные угловые шиповые соединения: 1 - несквозное с полупотёмком; 2 - сквозное с полупотёмком; 3 - несквозное с потёмком; 4 - сквозное с потёмком.

Сложнее выполнить соединение «на ус». Разметка брусков для такого соединения делается при помощи угольника, рейсмуса, малки (для разметки под углом 45°). Разметку начинают угольником так же, как и для обыкновенного шипового соединения, но риски наносят только по кромкам брусков. На пласти брусков риски наносят с помощью малки. Затем на внутренних кромках при помощи рейсмуса размечают шипы. Разметку проушины выполняют после того, как будет спилен (под углом 45°) и зачищен стамеской конец бруска. Для сквозного соединения «впотёмок» готовый шип уменьшают по ширине, а для несквозного - и по длине, после чего по размеру шипа узкой стамеской для него выдалбливают гнездо.

Соединение двух деталей под прямым или косым углом в средней их части (но не торцами, как при угловом соединении) называется крестообразным, или крестовидным. Такое соединение выполняется только внакладку, чаще всего «вполдерева», реже «в четверть» или «в треть» (рис. 7). При соединении «вполдерева» пазы выбирают в обеих деталях, при других соединениях допускается выборка паза только в одной из них.

Рис. 7. Крестовидное соединение: 1 - «вполдерева»; 2 - «в треть»; 3 - «в четверть»; 4 - с зарубкой одного бруса.

Наиболее распространёнными сборочными единицами при изготовлении столярных изделий являются рамки, коробки и щиты. Последние могут быть сплошными, сплоченными из дощечек либо вырезанными из древесно-стружечной плиты или многослойной фанеры требуемой толщины, и полыми, сделанными из рамки, облицованной с двух сторон фанерой, оргалитом или твёрдым пластиком (например, листами гетинакса, текстолита). Как правило, углы рам и коробок вяжут открытым многошиповым соединением. При повышенных требованиях к качеству изделия (например, чтобы снаружи шипы соединений не были видны) угловую вязку выполняют косым («на ус»), скрытым («в потёмок») соединением «в паз и гребень», «на рейку» и т.п. (рис. 8).

Рис. 8. Косые («на ус») угловые (ящичного типа) соединения: 1 - шиповое «в потёмок»; 2 - «на рейку»; 3 - «в паз и гребень».

Как правило, все столярные соединения выполняют на клею. Однако в ряде случаев их дополнительно укрепляют деревянными нагелями, шипами (шкантами), шпонками или клиньями. Выбор того или иного элемента и способа крепления зависит от размеров и конструкции закрепляемых деталей. Нагели, или деревянные гвозди, изготовляют из дуба, клёна, ясеня или берёзы. Чтобы забить нагель, в соединяемых деталях просверливают отверстия (сквозные или несквозные) по размерам выбранного нагеля или исходя из размеров соединяемых деталей (рис. 9). Кромки нагеля перед забивкой округляют. Наиболее часто при помощи нагелей закрепляют угловые соединения оконных рам, дверей, парниковых рам, рамок для картин и зеркал.

Рис. 9. Угловые соединения (рамочного типа) на нагелях и шпонках: а - с вставной прямой шпонкой (верхняя шпонка поставлена неправильно, нижняя - правильно); б - с вставной угловой шпонкой; в, г - с прямым нагелем; д - с угловым нагелем; е - с пластинчатой шпонкой.

Шипы (шканты) также изготовляют из древесины твёрдых пород. Они бывают цилиндрические, прямоугольные и квадратные. Нижний конец шипа делают слегка заострённым, и для забивки его высверливают отверстие с диаметром, чуть меньшим диаметра (размеров) шипа (рис. 10). Посредством шкантов закрепляют преимущественно крестовые соединения брусьев, шпал, брёвен, например соединения стропил на коньке крыши, а также некоторые угловые соединения.

Рис. 10. Соединения на шипах (шкантах): 1 - крестовидное с цилиндрическим шипом; 2 - угловое на двух цилиндрических шипах; 3 - угловое на трёх прямоугольных шипах.

Соединения на шпонах применяют в основном для увеличения жёсткости и повышения сопротивляемости изгибу составных балок (брусьев). Шпонки вставляют в специальные пазы верхнего и нижнего элементов составной балки (бруса) со стороны соприкасающихся поверхностей. Зажатые между элементами (например, при помощи стягивающих болтов), они препятствуют сдвигу этих элементов друг относительно друга под действием на балку (брус) изгибающих усилий. По отношению к соединяемым элементам различают шпонки продольные, поперечные, косые и клиновидные (рис. 11). Чтобы не ослаблять поперечное сечение балок, глубина гнёзд под шпонки должна быть не более 1/3 высоты элемента, но не менее 2 см. Соединения на шпонках используют преимущественно для усиления балок перекрытия.

Рис. 11. Соединение на шпонках: 1 - продольных; 2 - поперечных; 3 - косых (диагональных); 4 - клиновидных.

Помимо деревянных крепёжных элементов в столярных изделиях используют шурупы, гвозди, реже - болты, стальные хомутики, уголки, накладки. С помощью шурупов закрепляют петли, ручки и замки окон и дверей, а также штапики, обкладки и т.п. Довольно часто шурупы используют при сборке мебели (например, разборных книжных полок, шкафов, столов, диванов), а также при сооружении встроенных шкафов, антресолей, перегородок.

В соединяемые детали шурупы ввинчивают отвёрткой, но ни в коем случае нельзя забивать шурупы молотком, чтобы не нарушать целостность древесины. Для шурупов большого диаметра предварительно высверливают отверстия диаметром, составляющим 0,7...0,8 диаметра тела шурупа, и глубиной до 1/3 его длины. При ввинчивании шурупа в древесину вдоль волокна (в торец доски или бруска) в отверстие под шуруп для большей плотности вставляют, например, отрезок поливинилхлоридной изоляции от электрического провода. Чтобы обеспечить надёжное крепление шурупов в древесно-стружечной плите, в ней предварительно высверливают отверстия, в которые заливают жидкий столярный клей и вставляют отрезок мягкой пластмассовой трубочки с ввинченным в неё шурупом или болтом, когда клей затвердеет, шуруп или болт будут прочно закреплены в плите.

Крепление столярных соединений гвоздями встречается реже, будучи, как правило, вспомогательным. В древесине гвозди удерживаются силой трения, возникающей под давлением изогнутых волокон древесины на поверхность забитого гвоздя и во многом зависящей от диаметра и длины гвоздя, плотности древесины, её структуры и влажности, а также от направления забивки гвоздя относительно волокон.

Для крепления столярных соединений, как правило, берут гвозди не длиннее 60 мм. Толщина большинства гвоздей (их диаметр) составляет 1/20...1/25 их длины. Длина гвоздя считается оптимальной, если она в 2,5-3 раза превышает толщину прибиваемой детали. Необходимо, однако, учитывать, что оптимальный по длине гвоздь может оказаться слишком толстым для соединяемых деталей - при забивании он не сдавливает, уплотняет волокна древесины, а расщепляет их, что приводит к образованию, трещины, зачастую значительной. Особенно опасны такие разрывы древесины на концах деталей, т.к. сводят на нет прочность соединения. Чтобы избежать этого, острый кончик гвоздя надо откусить кусачками или затупить молотком. Такой гвоздь при забивании не раздвигает, расщепляет волокна древесины, а сдавливает и рвёт их, в этом случае трещина не появляется и соединение не теряет прочность. Если соединение закрепляют несколькими гвоздями, то расстояние (шаг) между ними должно быть не менее 15 d в направлении вдоль волокон и не менее 4 d - поперёк волокон (d - диаметр гвоздя). От конца детали до крайнего гвоздя расстояние также должно быть не менее 15 d и 4 d вдоль и поперёк волокон соответственно (рис. 12).

Рис. 12. Крепление соединений гвоздями: 1 - схема наиболее рационального расположения забиваемых гвоздей; 2, 3 - перекрёстная косая забивка; 4 - параллельная косая забивка; d - диаметр гвоздя.

Плотная, твёрдая древесина (например, лиственницы, дуба, бука, берёзы) удерживает гвозди лучше, чем менее плотная (например, ели, сосны, осины). При забивании гвоздя в деталь из древесины твёрдых пород рекомендуют предварительно высверлить отверстие на глубину 1/2 длины гвоздя. В свилеватой древесине гвозди удерживаются крепче, чем в древесине с прямыми волокнами.

Забивать гвозди рекомендуют под углом к направлению волокон древесины, при такой забивке прочность крепления увеличивается, прибитую деталь труднее оторвать от основной. Перекрёстная косая забивка гвоздей надёжнее параллельной косой. Если длина гвоздя превышает общую толщину соединяемых деталей, то при забивке выступающий конец гвоздя загибают поперёк волокон древесины, что на 25% повышает прочность соединения.