Деревянный шип для соединения столярных изделий

Столярное шиповое соединение (шип-паз)

При создании любой конструкции всегда разрабатывают методы крепления, способные обеспечить надёжность, возможность длительной эксплуатации и аккуратный внешний вид. Для решения этих задач в деревянных изделиях применяют так называемое шиповое соединение. Основным принципом крепления двух деталей является создание в одной детали шипов, а в другой пазов (проушин), в которые они вставляются. Используя столярные инструменты, обрабатывают обе детали с точным соблюдением геометрических размеров. Это обеспечивает надёжное зацепление, особенно если в качестве материала применяется фанера. После этого изделие можно использовать без применения дополнительных скрепляющих элементов. Однако для повышения надёжности применяют столярный клей или дополнительные крепёжные элементы.

Основные сведения

Одним из самых отработанных способов соединения двух деталей считается соединение типа шип–паз. Наибольшее распространение получил такой способ крепежа изделий из древесины. С его помощью скрепляют детали оконных рам, дверных проёмов, различные элементы мебели, стенки деревянных ящиков. Каждый элемент подобных изделий имеет специально изготовленный шип (или несколько штук) или паз (несколько пазов).

Виды основных соединений деталей изготовленных из дерева определены в ГОСТ 9330-76. В этом документе определены следующие характеристики подобного скрепления деревянных деталей:

  • правила сокращённого обозначения (аббревиатура) различных соединений;
  • чертежи с изображением внешнего вида;
  • допустимые размеры каждых элементов;
  • порядок и правила определения размеров каждого элемента;
  • выражения для расчета размеров необходимого режущего инструмента;
  • формула для вычисления прочности собранных элементов;
  • порядок проведения проверки и испытание на прочность.

ГОСТ 9330-76 Основные соединения деталей из древесины и древесных материалов. Типы и размеры

Согласно этому стандарту все соединения подразделяются на следующие категории:

  • угловые (концевое и срединное);
  • ящичное (в основном относится к категории угловых);
  • по кромке;
  • так называемое по длине «на ус».

Для каждой из этих категорий в стандарте утверждена своя аббревиатура (сокращённое обозначение). Эта маркировка состоит из двух заглавных букв кириллицы и одной цифры. Например, УК-2 обозначает, что речь идёт о соединении с двойным открытым сквозным шипом, УК-9 соединение «на ус» со вставным несквозным круглым шипом. Более подробно весь перечень изложен в тексте принятого стандарта.

Любой тип сопровождается подробным чертежом. На каждом из них приведена фронтальная и профильная проекции с указанием размеров, формул по вычислению каждого элемента, готовые результаты. Для получения прочного соединения стандартом определены допуски, которые необходимо соблюдать при изготовлении каждого из элементов. Подробно приведены параметры углового шипа (его длина, шаг и затупление). На основании приведенных результатов в госте разработаны рекомендации по выбору необходимого режущего инструмента. Отдельно сделаны ссылки на другие документы (стандарты) определяющие какими средствами необходимо крепить каждое из перечисленных изделий.

Виды шипового соединения

На сегодня разработано большое многообразие таких способов крепежа деревянных деталей. Все виды шиповых соединений классифицируются по следующим признакам:

  • количеству шипов;
  • их форме;
  • глубине проушины (сквозные или нет);

По первому признаку шиповые соединения бывают: одинарные, двойные, многократные. Он определяет количество изготовленных элементов крепежа. Основными формами шипа считаются:

  • прямоугольный (имеет различную длину, шаг и угол при вершине);
  • круглый;
  • треугольный;
  • так называемый «ласточкин хвост» (односторонний или двухсторонний);
  • зубчатый (с различным углом наклона);
  • угловой.

Выбор формы и размеров зависит от применяемого материала и уровня нагрузки, которую должна выдерживать вся конструкция. Большое распространение получило шиповое соединение со множеством прямоугольных шипов. Основным его достоинством считается простота изготовления и возможность применения его для любой древесины.

Разметка и изготовление проушины

Изготовление элементов начинают с выреза паза, в который будет вставляться шип. Во много качество каждого из них зависит от точности разметки и уровня используемого инструмента. Для его изготовления может использоваться фрезер, который позволяет ускорить процесс получения проушины. В домашних мастерских можно изготовить паз своими руками. Последовательность изготовления зависит от типа шипового соединения. Основная последовательность заключается в следующем. Разметка начинается с деления заготовки на три равные части. Далее ручной тонкой ножовкой производят пропилы. Затем при помощи стамески, необходимой ширины удаляют внутреннюю часть пропила, получая пазовый элемент. Окончательную обработку стенок полученного паза производят с помощью наждачной бумаги.

Разметка и изготовление шипа

Для обеспечения надёжности конструкции изготовление шипа должно начинаться с тщательной разметки. На первом этапе определяют, какого вида будет изготавливаться этот элемент, где он должен находиться. По его месту положения различают: угловое концевое, серединное и ящичное. Кроме этого необходимо определиться – сколько их будет в соединении. Одним из факторов, влияющих на количество, является толщина заготовки. Если деталь имеет толщину, не превышает сорок миллиметров, выбирают соединение с одним шипом. Если ширина находится в интервале от сорока до восьмидесяти миллиметров, изготавливают два или три. Для более толстых заготовок выпиливают тройное или многократное соединение. Опыт профессионалов показывает, что шип должен иметь толщину, равную одной трети от всего размера детали, а длина должна равняться толщине скрепляемых элементов.

Основными этапами изготовления шипа являются:

  • разметка будущего шипа (горизонтальная и вертикальная);
  • подготовка инструмента;
  • выпиливание;
  • зачистка стенок;
  • подгонка.

Разметка мест необходимых распилов производится с помощью измерительных инструментов в обеих плоскостях. Выбор инструмента для распила зависит от возможностей изготовителя. На деревообрабатывающих предприятиях эту операцию производят на специальных станках. Если планируется изготовить шип своими руками, применяют обыкновенные пилы. Наиболее подходящими считаются: лучковая пила или ножовка. После изготовления шипа производится зачистка его поверхности. Она осуществляется при помощи напильников и наждачной бумаги. Далее вставной шип подгоняют под заготовленный паз. После завершения этой операции производится его окончательная фиксация.

Шиповые соединения столярных изделий

При производстве столярных изделий основным видом соединений является шиповое, состоящее из двух элементов: шипа и гнезда или проушины.

Бруски столярных изделий соединяют между собой шиповым соединением, состоящим из двух элементов – шипа и гнезда, или проушины.

Шип – выступ на торце бруска, входящий в соответствующее гнездо или проушину другого бруска. Шипы бывают одинарными (рис. 47, а), двойными (рис. 47, б), многократными (рис. 47, в), т.е. более двух.

Цельный шип – это шип, составляющий одно целое с бруском. Вставным шипом называют шип, выполненный отдельно от бруска.

Вставной шип получают из отдельного куска древесины той же породы, что и соединяемые бруски, или из более прочной древесины. В том и в другом случае направление волокон древесины шипа должно быть долевым.

Шип с поперечным сечением в виде круга называется круглым (рис. 47, г).

Шип «ласточкин хвост» (рис. 47, д) имеет профиль в виде равнобедренной трапеции с большим основанием на торцовой грани типа; односторонний шип «ласточкин хвост» – в виде прямоугольной трапеции на торцовой грани шипа (рис. 47, е).

Зубчатый шип имеет профиль в виде треугольника или трапеции, меньшее основание которого является торцовой гранью шипа (рис. 47, ж), двукосый зубчатый шип (рис. 47, з) – равнобедренного треугольника.

Одинарные и двойные шипы применяют при изготовлении окон, рамочных дверей, мебели; шип «ласточкин хвост» – при изготовлении ящиков, коробок; зубчатые шипы – при клеевом соединении деталей (сращивании) по длине.

Для того, чтобы образовать шип, проушину, гнездо, обработанные бруски, простроганные с четырех сторон на требуемый размер, предварительно размечают (рис. 47, и, к, л, м).

Рис. 47. Виды шипов: а – одинарный; б – двойной: в – многократный; г – круглый; д – «ласточкин хвост»; е – односторонний «ласточкин хвост»; ж, з – зубчатые; и – гнездо; к, л – проушины; м – глухой шип; н – шип в потемок; о – шип в полупотемок.

Шипы в потемок (рис. 47, н) и полупотемок (рис. 47, о) используют при изготовлении рамок, мебели и др.

Шип в потемок делают не только при концевом соединении, но и в тех случаях, когда требуется, чтобы края гнезда были незаметны, так как получить ровные края гнезда не всегда удается. Чтобы скрыть этот дефект, у шипа вырезают потемок, т.е. снимают часть шипа по ширине с одной или обеих сторон.

Шипы бывают плоскими, круглыми, прямоугольными и трапециевидными.

Шип, проходящий брусок насквозь, называется сквозным. Шип, не проходящий насквозь, называется скрытым.

Шип, боковые грани которого расширяются к концу, называется «ласточкин хвост» или «награт». Если у шипа расширяется только одна боковая грань, он называется односторонним «награтом».

Боковые грани шипа называются щечками; срезанные торцовые части бруска, образующие шип, — заплечиками; торцовая часть шипа — концом. Длина шипа — расстояние от заплечика до его конца (торца), ширина — поперечный размер щечки, толщина — размер между заплечиками шипа (рис. 11).

Рис. 11. Элементы шипового соединения: 1 — шип; 2 — заплечики; 3 — щечки; 4 — проушина; 5 — гнездо.

Типы шиповых соединений в зависимости от толщины соединяемых деталей даны в табл.

Шиповые соединения столярных изделий

Шиповое соединение должно быть выполнено с величинами натягов и зазоров в пределах 0,1–0,3 мм, т. е. практически плотным.

Основными недостатками в шиповом соединении являются: невыдержанность размеров шипа по длине, толщине, непараллельность поверхностей шипа или проушины, сколы, вырывы, неплотности в шиповом соединении и др.

Прочность шипового соединения во многом зависит от правильного выбора размеров шипа.

Основные размеры шипов определяет ГОСТ 9330.

толщина одинарного шипа S = 0,4 S;

— толщина двойного шипа S1 = S3 = 0,2 S;

где S — толщина детали (рис. 12).

Расчетная толщина округляется до ближайшего большого номинального размера: 6, 8, 10, 12, 16, 20 и 25 мм.

Длина сквозного шипа должна быть равна ширине бруска, длина глухого шипа — половине ширины бруска.

Глубина гнезда делается на 2-3 мм больше длины шипа.

Концевые грани шипа рекомендуется скашивать с двух сторон под углом 25-30°, чтобы шип лучше входил в гнездо и клей меньше сгонялся со щечек шипа.

В двойных и тройных шипах площадь склеивания увеличивается в 2-3 раза и прочность соединения возрастает.

Шип «ласточкин хвост» получается наиболее прочным при угле наклона в 10°. При большем угле щечки шипа скалываются, и соединение получается менее прочным.

Читайте также  Плазменная резка листового металла

Выработка шипов и проушин

При выработке шипов и проушин выполняют следующие операции: размечают шипы и проушины, запиливают, выпиливают заплечики и выдалбливают проушины. В соответствии с рабочим чертежом определяют размеры соединений, после чего приступают к разметке.

Разметка углового концевого соединения на открытый сквозной одинарный шип УК-1 для брусков толщиной 42 мм и шириной 65 мм приведена на рис. 56. Для соединения УК-1 Sl = 0,4S; S2 = 0,5(S – S1), где S – толщина бруска, равная 42 мм. Отсюда толщина шипа S1 = 0,4S = 0,4 · 42 = 16,8 мм (округленно принимаем равной 16 мм), S2 = 0,5(42 – 16) = 13 мм. В соответствии с этими данными размечают шипы. И шипы, и проушины можно размечать, используя шаблоны, с помощью которых на торцах бруска наносят риски.

Рис. 56. Разметка шипов и проушин: а – разметка линейной высоты шипа; б – нанесение риски длины шипа угольником с карандашом; в – разметка толщины шипа линейкой; г – нанесение риски рейсмусом; д – разметка концевого соединения; е – проушина; ж – шип; 1 – риска; 2 – линия пропила; 3 – линия разметки; 4 – заплечико; 5 – удаляемая часть древесины

Запиливают шипы и проушины лучковой пилой очень тщательно, так как перекос шипа приведет к перекосу створки. Если шип толще проектного размера, то при посадке в проушину он может расколоть брусок, а если тоньше, то соединение получится непрочным, так как оно будет без плотной посадки.

При пилении следят за тем, чтобы пила проходила около риски, только в этом случае получится точный размер шипа или проушины. При выработке шипов пилят только с наружной стороны риски, а при выработке проушин – с внутренней.

При начале пиления для быстрого углубления пилу ставят на ребро под углом 15–20° и, сделав несколько движений на себя, без нажима углубляют пилу, после чего пилят равномерно без нажима и рывков. После запила срезают плечики. Проушину после запила выдалбливают долотом с киянкой и зачищают стамеской.

Рисунок – Схема разметки и обработки элементов шипового соединения

В зависимости от толщины изделий, требуемой прочности бруски соединяют на один, два и более шипов. Увеличение числа шипов повышает площадь склеивания.

Шиповые соединения брусков бывают угловые концевые, серединные и ящичные.

Угловые концевые соединения брусков выполняют на шипы: открытый сквозной одинарный УК-1.

Рисунок – Размеры открытого сквозного одинарного концевого соединения брусков УК-1

Открытый сквозной двойной УК-2

Рисунок – Размеры открытого сквозного двойного концевого соединения брусков УК-2

Открытый сквозной тройной УК-3

Рисунок – Размеры открытого сквозного тройного концевого соединения брусков УК-3

Несквозной с полупотемком УК-4

Рисунок – Размеры закрытого несквозного углового концевого соединения брусков с полупотемком УК-4

Сквозной с полупотемком УК-5

Рисунок – Размеры открытого сквозного углового концевого соединения брусков с полупотемком УК-5

Несквозной с потемком УК-6

Рисунок – Размеры несквозного углового концевого соединения брусков с потемком УК-6

Сквозной с потемком УК-7

Рисунок – Размеры сквозного углового концевого соединения брусков с потемком УК-7

При изготовлении мебели все чаще применяются круглые вставные шипы (шканты). Основное преимущество соединений на таких шипах заключается в простоте и прочности угловых вязок. Применение шкантов дает возможность механизировать и автоматизировать процессы производства.

Прочность шкантового соединения зависит от следующих факторов: величины натяга (зазора) в соединении; глубины запрессовки шканта в торец бруска и в кромку парного бруска (например, соединение царги стула с ножкой); способа нанесения клея: только на стенки отверстия или шканта или на обе соединяемые поверхности; породы древесины, из которой изготовлен шкант; диаметра шканта.

По ГОСТ 9330 общая длина шканта L = 2,5-6d, где d — диаметр шканта.

Несквозные и сквозные на круглые вставные шипы УК-8

Рисунок – Размеры несквозного углового концевого соединения брусков на круглые вставные шипы УК-8

На «ус» со вставным несквозным круглым шипом УК-9

Рисунок – Размеры несквозного углового концевого соединения брусков на ус со вставными круглые вставные шипами УК-9

На «ус» со вставным несквозным плоским шипом УК-10

Рисунок – Размеры несквозного углового концевого соединения брусков на «ус» со вставным несквозным плоским шипом УК-10

На «ус» со вставным сквозным плоским шипом УК-11

Рисунок – Размеры углового концевого соединения брусков на «ус» со вставным сквозным плоским шипом УК-10

Размеры шипов и других элементов угловых концевых шиповых соединений приведены в таблице 5.

Размеры шипов и других элементов угловых концевых соединений

Справочник | Лесоматериалы | Деревянное строительство

Вы здесь

Шиповые соединения

Простейшее столярное соединение можно представить как соединение шипа в гнездо или в проушину (рис. 1). Шип — это выступ на торце бруска (рис. 2), гнездо — отверстие, в которое заходит шип. Шиповые соединения делятся на угловые концевые, угловые серединные и угловые ящичные.

В практике столяров-любителей очень часто встречаются угловые концевые соединения. Для расчета элементов таких соединений служат рис. 3 и таблица.

Предположим, необходимо рассчитать соединение на «ус» со вставным сквозным плоским шипом (УК-11). Толщина соединяемого бруска известна (пусть s0 = 25 мм). Тогда, взяв этот размер за основу, определяем размер s1. Согласно таблице, s1 = 0,4 мм, s0 = 10 мм.

Возьмем соединение УК-8. Пусть диаметр нагеля будет 6 мм, тогда l (выбираем среднее значение — 4d) составляет 24 мм, а l1 = 27 мм. Соединения нагелями делают симметрично друг к другу и по отношению к плоскости детали, поэтому, согласно рис. 3 з, расстояние от центра отверстия под нижний нагель до центра отверстия под верхний нагель будет не менее 2d, или 12 мм; такое же расстояние и от центра отверстия нагеля до конца соединяемой детали.

На рис. 4 показаны схемы угловых серединных (тавровых) соединений, для которых при расчете необходимо соблюдать следующие основные размеры шипов и других элементов: в соединениях УС-1 и УС-2 допускается применение двойного шипа, при этом s1 = 0,2s0, l1 = (0,3…0,8) B, l2 = (0,2…0,3) В1; в соединении УС-3 s1 = 0,4s0, s2 = 0,5 (s0 — s1); в соединении УС-4 s1 = s3 = 0,2s0, s2 = 0,5 Х [ s0 — (2s1 + s3)]; в соединении УС-5 s1 = (0,4…0,5)s0, l = (0,3… 0,8)s0, s2 = 0,5 (s0—s1), b ≥ 2 мм; в соединении УС-6 l = (0,3… 0,5)s0, b ≥ 1 мм; в соединении УС-7 d = 0,4 при l1 > l на 2… 3 мм; в соединении УС-8 l = (0,3…0,5) B1, s1 = 0,85s0.

Размеры шипов и других элементов угловых концевых соединений

Соединения s1 s2 s3 l l1 h b d
УК-1 0,4s 0,5 (s — s1)
УК-2 0,2s 0,5 [s — (2s1 + s3)] 0,2s
УК-3 0,1s 0,5 [s — (3s1 + 2s3)] 0,14s
УК-4 0,4s 0,5 (s — s1) (0,5…0,8)В (0,6…0,3)l 0,7B1 ≥ 2 мм
УК-5 0,4s 0,5 (s — s1) 0,5В 0,6B1
УК-6 0,4s 0,5 (s — s1) (0,5…0,8)B 0,7B1 ≥ 2 мм
УК-7 0,5 (s — s1) 0,6B1
УК-8 (2,5…6)d l1 > l на 2…3 мм
УК-9 (2,5…6)d l1 > l на 2…3 мм
УК-10 0,4s (1…1,2)B 0,75B
УК-11 0.4s

Примечание. Размеры s0, B и B1, известны в каждом конкретном случае.

Рис. 1. Простейшие шиповые соединения: а — в гнездо; б — в проушину; 1 — шип; 2 — гнездо, проушина.

В угловых ящичных соединениях шипы повторяются многократно. В основном применяются три вида таких соединений: на шип прямой открытый (см. рис. 3, а); на шип открытый «ласточкин хвост» (см. рис. 2, д); на открытый круглый вставной шип — нагель (см. рис. 3, з).

Рис. 2. Виды шипов: а — одинарный; б — двойной; в — многократный; г — круглый; д — «ласточкин хвост»; е — односторонний «ласточкин хвост»; ж, з — зубчатые.

Часто пользуются способом соединения в шкант (нагель). Шкант — это цилиндрическая палочка из березы, дуба и т. д. Она ровно выточена и забивается в заранее просверленные отверстия — каналы, предварительно смазанные клеем. Отверстия под шканты делают в обеих деталях сразу. Шкант должен входить в отверстие туго, при помощи ударов киянки. Сверло для подготовки отверстий должно соответствовать размерам шканта. Для уменьшения диаметра шканта применяют шлифование наждачной бумагой или драчёвым напильником (риски делают не поперек, а вдоль шканта).

При выборе соединения необходимо учитывать прежде всего характер и величину нагрузки, а также то, как соединение будет сопротивляться нагрузке. Например, при соединении полки шкафа впритык со стенкой вся нагрузка будет ложиться на шурупы или шканты. Сила, с которой изделие (полка) давит на них, заставляет их сопротивляться поперечному срезу и излому. Следовательно, нагрузку здесь делают небольшую. Целесообразнее в этом случае под полочку установить деревянную рейку, плотно привинтив ее к стенке шкафа. Нагрузка увеличится, но увеличится и сопротивление ей за счет не только шурупов, но и трения между рейкой и стенкой шкафа. Значительно большую нагрузку можно допустить, если полку врезать хотя бы на небольшую глубину в массив стенки; при этом нагрузку будет воспринимать сама мебельная стенка.

Рис. 3. Угловые концевые соединения : а — на шип открытый сквозной одинарный — УК-1; б — на шип открытый сквозной двойной — УК-2; в — на шип открытый сквозной тройной — УК-3; г — на шип с полупотемком несквозной — УК-4; д — на шип с полупотемком сквозной УК-5; е — на шип с потёмком несквозной — УК-6; ж — на шип с потёмком сквозной — УК-7; з — на шипы круглые вставные, несквозные и сквозные — УК-8; и — на «ус» со вставным несквозным круглым шипом — УК-9; к — на «ус» со вставным несквозным плоским шипом — УК-10; л — на «ус» со вставным сквозным плоским шипом — УК-11.
Рис. 4. Угловые серединные соединения : а — на шип одинарный несквозной — УС-1; б — на шил одинарный несквозной в паз — УС-2; в — на шип одинарный сквозной — УС-3; г — на шип двойной сквозной — УС-4; д — в паз и гребень несквозной — УС-5; в — в паз несквозной — УС-6; ж — на шипы круглые вставные несквозные — УС-7; з — на шип «ласточкин хвост» несквозной — УС-8.
Читайте также  Как выбрать входную металлическую дверь советы профессионала

Из сравнения сопротивлений двух соединений (в полдерева с шурупом и в «ласточкин хвост») видно, что соединение в «ласточкин хвост» выдерживает нагрузку в три раза большую, чем соединение в полдерева с шурупом. Исходя из этого и ряда других примеров, можно сделать следующие выводы о целесообразности применения тех или иных соединений: столярная вязка должна быть выбрана в соответствии с величиной и направлением нагрузки на соединение; нагрузка должна восприниматься непосредственно самой конструкцией изделия (дополнительными креплениями могут быть шуруп, металлический угольник, шкант и т. д.); вязка с зазорами не допускается.

Склеивание следует производить только подготовленными поверхностями: чем шероховатее, например, поверхность шканта, тем надежнее он склеится с массивом.

Методы и способы соединения деревянных деталей

Начинающим домашним мастерам будет полезно узнать о методах соединения деревянных деталей. Этой теме мы посвящаем краткий ликбез, в котором будут описаны основные виды столярных соединений и сплачиваний с использованием клея, гвоздей, саморезов или шкантов, либо вовсе без них.

  • Правила выбора соединения в зависимости от типа нагрузки
  • Как сделать шиповое соединение
  • Как срастить доски на клею
  • Как сплачивать элементы несущих конструкций
  • Соединения со специальными связями

Правила выбора соединения в зависимости от типа нагрузки

Наиболее просты торцевые соединения, их применяют при необходимости нарастить деталь. Лучше всего такие соединения переносят нагрузку сжатия, однако при вырубке замков специальной формы можно достичь хорошего сопротивления скручиванию, растяжению и изгибу. Стандартный вариант торцевого соединения — с подрезкой на половину толщины обеих деталей. Срез может быть прямым или косым, при необходимости препятствовать изгибу, растяжению или скручиванию на конце каждого среза нарезают шип или тупой угол, либо делают срез ступенчатым, образуя своего рода «замок».

1 — прямая накладка вполдерева; 2 — косая накладка; 3 — прямая накладка со ступенчатым стыком; 4 — накладка вполдерева с косым стыком; 5 — косой накладной замок; 6 — соединение вполдерева с косым шипом

Угловые и боковые соединения применяются для соединения прямых деталей в ферму или каркас. Обычно эта часть конструкции опорная, поэтому основные нагрузки приходятся на смещение и сжатие. Если конструкция испытывает статичную предусмотренную нагрузку, на одной из деталей нарезают прямоугольный шип, а на другой — паз или проушину соответствующих размеров. Если возможно действие на разрыв конструкции, шип и паз нарезают в форме трапеции.

Угловые соединения: 1 — с открытым сквозным шипом; 2 — с глухим закрытым шипом; 3 — со сквозным косым шипом

Накладные крестовые и Т-образные соединения используют, как правило, для дополнительных связей между ответственными деталями конструкции. Основная нагрузка в них — на сжатие, смещение и разрыв. Первые два типа нагрузки устраняются подрубкой в полдерева или меньше с последующим совмещением деталей. Плечи зарубок принимают основную нагрузку на себя, остается лишь закрепить соединение шурупами или накладными скобами. В ряде случаев для укрепления связи используют шкант или вырубают шип с клином.

1 — крестовое соединение накладкой вполдерева; 2 — крестовое соединение с посадкой в одно гнездо; 3 — Т-образное соединение с потайным косым шипом; 4 — Т-образное соединение с прямой ступенчатой накладкой

Отдельный тип соединений — ящичные. Предназначены они для соединения досок под прямым углом. Обычно для ящичного соединения на каждой доске нарезают зубья, ширина которых равна расстоянию между ними. На разных досках зубья нарезаны со смещением, поэтому при соединении угол из досок выглядит как одно целое. Зубья также могут иметь клиновидную форму, препятствующую разрыву угла в одном направлении, либо скрепляются дополнительно клеем или гвоздями.

Ящичные угловые соединения: 1 — с прямыми сквозными шипами; 2 — с косыми сквозными шипами

Как сделать шиповое соединение

Для изготовления шипового соединения нужно обвести обе детали линией разметки по всем граням на расстоянии от торца, равном ширине соединения. На двух противоположных сторонах и торце линиями отмечается тело шипа, разметка на обеих деталях полностью идентична.

Шип подрезают с боков ножовкой для поперечного реза и скалывают древесину с помощью стамески. Ширину шипа делают на 2–3 мм больше для последующей точной обработки ножом или долотом. Паз вырезают ножовкой для продольного реза и скалывают стамеской, также оставляя небольшой припуск на обработку. Далее следует подгонка, в процессе которой детали совмещают и добиваются максимально плотного прилегания.

При Т-образном шиповом соединении на одной из деталей нарезают центральный шип или паз, а на другой выдалбливают проушину или делают две боковые подрезки в зависимости от типа первой детали. Для изготовления проушины используют стамеску, обращая наклонную часть лезвия внутрь отверстия. Если проушина не сплошная, шип делаю на 8–10 мм больше глубины и обрезают его конец в форме развернутого клина. Так при забивании шип сам себя разопрет, и деталь будет прочно посажена.

Для соединения широких деталей можно использовать ящичное соединение, нарезая несколько шипов и пазов. Самый простой способ скрепить шиповое соединение — просверлить его насквозь поперек шипов и забить в отверстие деревянный шкант (оконное угловое соединение).

Как срастить доски на клею

Очень популярный метод соединения досок и брусков — продольное и поперечное склеивание. При соединении досок широкой стороной торец может быть ровным, хотя в большинстве случаев используют пазогребневый профиль. Очень важна плотная подгонка деталей, чтобы слой клея был как можно более тонким, только так можно достичь максимальной прочности. Иногда на торец, смазанный клеем, наносят небольшое количество хлопкового волокна, это повышает качество сцепки.

Доски можно соединять и в профиль, но для этого потребуется выполнить клиновидную зубчатую нарезку обоих торцов со смещением в пол зуба для разных деталей. В домашних условиях такую операцию можно выполнить с применением ручного фрезера.

Для склеивания деталей используют казеиновый клей или ПВА высокой концентрации, для придания прочности в клеящее вещество добавляют просеянную древесную муку. Поверхности покрывают клеем и выдерживают на воздухе 3–5 минут, после чего помещают под гнет или сдавливают струбцинами. Такое соединение получается прочнее самого дерева и никогда не ломается по стыку.

Как сплачивать элементы несущих конструкций

Для несущих конструкций используют два вида соединений — наращивание и сочленение. Самый простой способ срастить две детали — выполнить надрез ножовкой на половину толщины на одинаковом расстоянии от торцов, а затем сколоть топором лишнюю древесину. После сопоставления двух деталей соединение обычно скрепляют двумя накладными планками, прибитыми сбоку от разреза. Склеивание тоже возможно, но только при плотной подгонке деталей.

Надрезанные в полдерева торцы можно свести практически под любым углом, это основной метод соединения кровельных ферм. Для скрепления деталей необходима дополнительная стягивающая связь: брус прикладывают к соединенным деталям сбоку на расстоянии в 30–50 см от угла и подрубают в половину толщины по местам соприкасания, а затем скрепляют конструкцию гвоздями.

Часто вертикальные и наклонные конструкции нуждаются в опоре, например при соединении стропильной системы с балками перекрытия. В этом случае выполняется зарубка посадочных гнезд на горизонтальной балке, в которые будут вставлены стойки. Очень важно соблюдать угол наклона и делать подрубку не более чем на треть толщины бруса.

Соединения со специальными связями

Практически все столярные соединения выполняются с дополнительными укрепляющими связями. В самом простом примере роль таких выполняют гвозди или саморезы.

При наращивании деталей узел может укрепляться сквозным болтовым соединением, хомутами, скобами и глухарями, либо его просто обматывают холоднокатаной проволокой. Сращенные вертикальные опоры достаточно скрепить двумя накладными планками — деревянными или металлическими.

Угловые соединения чаще всего скрепляют скобами, накладными пластинами или уголками. В случаях, когда надо сохранить небольшую подвижность соединения, используют один сквозной болт, который либо прошивает поперек место накладки деталей, либо стягивает их в продольном направлении с минимальным отступом от накладки.

Место крепления специальной связи должно быть удалено от края не менее чем на 10 диаметров крепежного элемента и не иметь пороков. Важно помнить, что часто связи не обеспечивают общую прочность соединения, а только компенсируют неучтенную нагрузку.

Разметка и изготовление шипов и проушин

Изготовление шипов и проушин производят в следующей последовательности (рис.6).

1. Берут две заготовки (на одной будет изготовлен шип, на другой — проушина) и выполняют разметку . Для этого на каждой заготовке от торца отмеряют длину шипа или проушины, делают пометку. Затем, приложив угольник к плоскости бруска, по метке проводят линию перпендикулярно оси бруска (рис. 6, а). Так же проводят и линии по всем сторонам заготовки. Рассчитывают толщину шипа, устанавливают размеры на рейсмусе или на гребенке (рис. 6, б), затем проводят по торцу и боковым поверхностям бруска параллельные линии.

Чтобы избежать ошибок и порчи заготовки, мысленно присоединяют стыкуемые торцы (рис. 6, в) и представляют, где будет шип, а где проушина. Удаляемые части древесины помечают знаком X.

Рис. 6. Последовательность изготовления шипового соединения: а — поперечная разметка; б — продольная разметка; в — пометка удаляемых частей заготовки; 2 — продольное выпиливание шипа и проушины; д — поперечное выпиливание шипов

2. Затем по разметке выпиливают шипы и проушины (рис. 6, г, д). Перед выпиливанием производят запиливание — заготовку зажимают в заднем зажиме верстака наклонно (рис. 7, а) и делают неглубокий надрез. После чего заготовку закрепляют вертикально и выполняют пропилы (рис. 7, б) так, чтобы линии разметки были видны.

Читайте также  Можно ли резать чугун резаком?

Рис. 7. Приемы продольного пиления шиповых соединений: а — запиливание; б — окончательное выпиливание

3. Выпиливают шипы и проушины мелкозубыми продольными и поперечными пилами различных конструкций (рис. 8). Мелкозубые пилы дают менее шероховатый пропил. Удобно запиливать шипы и проушины ножовкой для пиления металлов, оснащенной полотном с прямыми и наклонными зубьями для пиления древесины. Лучковые пилы служат для продольного и поперечного, а также для криволинейного и фигурного пиления. Полотно лучковой пилы тоньше, чем у ножовок и наградок. Широкую ножовку применяют для точного глубокого пиления. Узкой ножовкой можно выпиливать контуры отверстий. Обушковая пила, мелкозубая и тонкая, служит для получения узких пропилов. Наградка — для получения пропилов, не доходящих до края доски.

Рис. 8. Пилы, применяемые для выпиливания шиповых соединений: а — лучковая; б — ножовка широкая; в — ножовка узкая; г — обушковая; д — наградка; 1 — полотно; 2 — стойка; 3 — поперечина; 4 — тетива; 5 — закрутка; 6 — ручка; 7 — зубья

4. После выпиливания проушин их выдалбливают с помощью долота (рис. 9, а), зачищают и выравнивают стамеской (рис. 9, б). (Слово «стамеска» произошло от немецкого слова, означающего «долбящее железо».) Долотом выдалбливают отверстия и углубления различной формы. Ручка долота сверху оснащена металлическим кольцом, предохраняющим ее от растрескивания под ударами киянки. Лезвие долота затачивают под углом около 35°. Стамеской зачищают шипы, гнезда и проушины, срезают фаски, выдалбливают с легким постукиванием киянкой гнезда в мелких деталях. Лезвие стамески затачивают под углом 20. 25° и тщательно правят оселком.

Рис. 9. Инструменты для выдалбливания проушин: а — долото; б — стамеска

Заготовку перед выдалбливанием проушины или гнезда устанавливают на подкладную доску, крепят к крышке верстака струбциной или зажимом. Переднюю поверхность долота обращают ко дну проушины. Режущую кромку долота устанавливают перпендикулярно волокнам на линию разметки (рис. 10, а). Долото держат вертикально и наносят удар по его ручке киянкой. Долото вытаскивают, режущую кромку устанавливают от зарубки по вырезаемой проушине на 5. 8 мм с наклоном, ударяют по долоту, наклоняют его и скалывают слой древесины на глубину 4. 8 мм (рис. 10, б). Линию продольной разметки оставляют. Затем вырубают проушину еще глубже (рис. 10, в).

Рис. 10. Последовательность выдалбливания проушины: а — поперечное надрубание дна; б — наклонное вырубание; в — углубление дна; г — долбление с противоположной стороны

Когда выдолблено больше половины глубины проушины, заготовку переворачивают на 180° и долбят с другой стороны, чтобы не скалывалась древесина при выходе из нее долота (рис. 10, г).

Гнездо долбят аналогично, но поочередно от обеих линий разметки. Если волокна древесины имеют косослой или завитки возле сучков, то размеры шагов при долблении уменьшают в два-три раза.

5. Для плотного соединения шипа и проушины их подгоняют стамеской или напильником, срезая излишки в нужный размер. Заготовку крепят на верстаке и, соблюдая меры предосторожности, срезают стамеской тонкие стружки с обрабатываемой поверхности, как это изображено на рисунке 11.

Рис. 11. Обработка шипов и проушин в размер: а, б — стамеской; в — напильником

Окончательную пригонку соединяемых поверхностей шипа и проушины производят напильником так, чтобы шип входил в проушину плотно при нажатии рукой или несильном ударе киянкой.

6. Склеивание шипового соединения осуществляют по технологии, уже изученной вами. На склеиваемые поверхности наносят клей, выдерживают на воздухе, пока клей не впитается в поры древесины. Затем детали соединяют и помещают в зажим до полного отвердевания клея (рис. 12).

Рис. 12. Зажим шипового соединения при склеивании

7. После склеивания изделие крепят на верстаке и производят зачистку поверхностей рубанком или напильником (рис. 13). При строгании шипового соединения рубанок следует передвигать от края к центру бруска, чтобы торцы шипов и проушин не откалывались.

Рис. 13. Крепление и зачистка изделия после склеивания: а — по пласти; б — по кромкам

Вы убедились, насколько трудоемко в изготовлении шиповое соединение. Однако при массовом производстве изделий с высокой точностью, без пригонки, шипы, проушины и гнезда вырезают фрезами на шипорезных станках при движении заготовок по конвейеру.

Практическая работа «Расчет размеров шиповых соединений рамки»

  1. Получите задание у учителя на изготовление рамки с шиповым соединением.
  2. Рассчитайте размер шипа.
  3. Рассчитайте толщину ушек.
  4. Сделайте эскизы шипа и проушины с простановкой размеров.

Практическая работа «Разметка, изготовление и сборка шипового соединения»

  1. По рассчитанным вами ранее размерам разметьте шиповое соединение для изготовления рамки.
  2. Выпилите шипы.
  3. Выпилите и выдолбите проушины.
  4. Подгоните стамеской или напильником шипы и проушины до их плотного соединения.
  5. Склейте шиповые соединения и зажмите их в струбцины, проверив равенство диагоналей рамки.
  6. Зачистите выданные учителем склеенные шиповые соединения.

Новые слова и понятия

Шиповые соединения: концевые, серединные, ящичные; шип, гнездо, проушина. Разметка, запиливание и выпиливание шипов и проушин, гребенка, вырубание проушин, долбление гнезд, долото, стамеска, подгонка шипа и проушины, пилы: лучковая, ножовка, обушковая, наградка; склеивание, зачистка шипового соединения.

Столярные соединения древесины разъемные и неразъемные

При изготовлении столярно-строительных изделий применяют самые разнообразные соединения. Различают соединения разъемные и неразъемные. Разъемные соединения могут быть жесткими (на винтовых или клиновых стяжках, вставных круглых шипах, шкантах и др.) и шарнирными на петлях, а также съемными, стационарными (несъемными). Неразъемные соединения выполняют посредством склеивания, на плоских или круглых шипах с клеем, гвоздях, шпильках, нагелях, шурупах, скобах и т.п.

Широко используют шиповые соединения, которые подразделяют на угловые и по длине. Угловые шиповые соединения бывают концевыми, серединными и ящичными. Шипы могут быть цельными и вставными, плоскими, клиновыми (зубчатыми) и круглыми, сквозными и не сквозными, полупотайными и потайными. Соединения по кромке (ширине) различают на гладкую фугу, в четверть в паз на рейку, в паз и гребень, а по длине подразделяют на усовое и зубчатое клеевые соединения.

Для изготовления оконных и дверных коробок, оконных переплетов (створок, форточек, фрамуг), рамочных дверных полотен и щитов встроенной мебели, рамок столярных, перегородок, других изделий применяют угловые шиповые соединения. На одной детали делают шип, а на конце присоединяемой к ней другой детали — проушину или гнездо. Соединяя такие детали под углом 90°, получают рамки, коробки, ящики, каркасы.

Угловые концевые усовые соединения используют в сопряжениях в углах наличников, плинтусов, карнизных брусков. Запиливание их концов под углом 45° производят в специальном приспособлении — стуеле. Для изготовления рамок щитов и столярных перегородок, каркасов панелей стен применяют простые угловые соединения: впритык прямым торцом или вполдерева. Элементы таких соединений скрепляют гвоздями, нагелями, скобами в рамки и каркасы, которые обшивают досками, облицовывают фанерой, древесноволокнистыми или цементно-стружечными плитами.

Угловые ящичные соединения используют при изготовлении мебельных и других столярных ящиков. Прочные и трудоемкие соединения обеспечивают шипы «ласточкин хвост».

Соединение по длине на ус со склеиванием

Изготовление элементов соединений

Для этого применяют ручные и электрофицированные инструменты, деревообрабатывающие станки и линии. Соединение нагелями, гвоздями, шурупами и другими крепежными изделиями. Детали и сборочные единицы изделий и конструкций могут соединяться и дополнительно крепиться нагелями, гвоздями, шурупами, саморезами, болтами, скобами, хомутами, зубчатыми пластинами и др.

Нагель представляет собой деревянный, металлический или пластмассовый стержень круглого, квадратного, прямоугольного или крестообразного сечения. Деревянные нагели круглого сечения называют шкантами. Нагели применяют для скрепления врубок, шиповых, кромочных и других соединений. Их вставляют в отверстия или гнезда.

В угловых шиповых соединениях деревянные нагели устанавливают на клею.

Отверстия под нагели высверливаются электродрелью. Оси отверстий должны быть перпендикулярны к поверхности соединяемых элементов. Отверстия должны обеспечивать плотную посадку нагелей. Отклонение размеров между центрами отверстий для нагелей составляют: для входных отверстий ±2 мм, для выходных отверстий поперек волокон древесины ±5 мм и для выходных отверстий вдоль волокон древесины ±10 мм.

Металлические нагели крестообразного сечения применяют для скрепления угловых шиповых соединений. Их забивают в древесину без предварительного высверливания отверстий. Заменять деревянные и металлические нагели в шиповых соединениях обычными гвоздями запрещается, так как они могут ржаветь, портить внешний вид соединений и снижать их прочность.

Пластинчатые нагели — вкладыши (шпонки) прямоугольного сечения, плотно защемляемые в древесине и предотвращающие сдвиг отдельных элементов конструкций относительно друг друга.

Соединение на гвоздях широко используют при изготовлении щитов опалубки, наката перекрытий, рабочих настилов подмостей и лесов, панелей стен, перекрытий и дощато-гвоздевых ферм крыши, настилке полов, обшивке стен, перегородок, потолков фрезерованными досками, древесными плитами. В соединениях элементов из древесины хвойных и мягко-лиственных пород гвозди, независимо от их диаметра, забивают молотком без предварительного высверливания отверстий для них. При соединении элементов из древесины твердолиственных пород и березы гвоздями диаметром до 6 мм их забивают без сверления отверстий.

Гвозди диаметра более 6 мм забивают в заранее высверленные отверстия, диаметр которых должен составлять 0,9 мм диаметра гвоздя, а глубина — 0,6 мм длины гвоздя. Это облегчает забивание гвоздей, предотвращает их гнутье и растрескивание (раскалывание) древесины. В древесноволокнистые плиты, тонкую фанеру и гипсокартонные листы (сухую штукатурку) гвозди забивают без сверления под них отверстий. При применении толстой фанеры, древесностружечных и цементно-стружечных плит в них высверливают отверстия немного меньшего диаметра с диаметром гвоздя или шурупа.

Болтовые соединения применяют в несущих деревянных конструкциях (составных балках, фермах и др.) из бревен, брусьев и толстых досок. Помимо нагелей, гвоздей, шурупов, саморезов и болтов для соединения плотничных конструкций применяют костыли, скобы, анкеры, хомуты и зубчатые пластины.

В деревянные пробки, заделанные в каменных стенах, забивают ерши, а через их отверстия гвоздями, шурупами, саморезами закрепляют оконные или дверные коробки, перегородки. Костыли (крюки) забивают в деревянные стены или пробки в каменных стенах крюком вниз, а к ним прикрепляют хомутами или проволочными скрутками элементы стропил или ферм крыши. Скобами скрепляют врубки сращивания, элементы каркасных домов и стропильных систем.