Vježba broj 5
Strana 1 od 13
Savijanje drva (Generalne postavke) Savijanje i modeliranje drva u razne forme je tehnika koja donosi brojne prednosti: 1. Smanjuje se drvni otpad 2. Stvaranje raznih oblika mnogo je jednostavnije i brže nego kod klasičnih načina obrade 3.
Investicije u tehnologiji savijanja nisu velike
4. Pri savijanju se troši malo snage 5. Čvrstoća i krutost savinutih dijelova je veća nego kod oblika izrađenih rezanjem 6. Površine savinutih elemenata mogu se kvalitetnije obraditi 7. U nekim slučajevima npr. proizvodnja različite sportske opreme, drške štapova za hodanje i kišobrana, nekih dijelova stolica, drvenih krugova, i dr.; savijanje je jedina ekonomična tehnika Stabilnost i naprezanja u savijanju drva Teško je savijati zrako suho drvo koje prije nije plastificirano. Takva se priprema najčešće vrši parenjem ili kuhanjem. Za nekoliko posebnih namjena nakon kuhanja koristi se na krajevima uzoraka kombinacija savijanja i prešanja (npr. elementi za pivske bačve). Ostali specijalni procesi: plastificiranje specijalnim kemijskim agensima (tekući amonijak) ili poljima visokih frekvencija koja se uspješno koriste samo na ograničene dimenzije savijanja. Osnovni razlozi koji uzrokuju probleme kod savijanja drva su loša otpornost drva na vlačna naprezanja. Savijanje drvenog štapa u kružni oblik bez destruktivnih promjena moguće je samo ako su zadovoljeni slijedeći uvjeti: εt ≥
a 2⋅R
gdje je: ε t – veličina naprezanja a – gustoća elementa R – radijus savijanja
Vježba broj 5
Strana 2 od 13
Slika 1: Naprezanje i savijanje zrakosuhog i parenog bukovog drva
Kod zrako suhog drva moguća je deformacija od 0,75 do 1,0%, odnosno radijus savijanja
a 1 1 = do . Parenje ili kuhanje čine drvo plastičnijim odnosno ε R 67 50
1,5 do 2,0%, odnosno
t
će porasti na
a 1 1 ≤ do . R 33 25
PRODENI (1921), S TEVENS i TURNER (1948) i FESSEL (1952) publicirali su krivulje otpornosti zrako suhog i parenog drva bukve i hrasta na istezanje i kompresiju. TEICHGRÄBER (1953) je pokazao da je dijagram kompresije drva u elastičnom području može prikazati kao ravna crta, te do određene granice u plastičnom području. Raspodjela tlačnog i vlačnog naprezanja poprečno na savijeno drvo prema FESSEL (1951) prikazuje slika broj (4). “a” prikazuje distribuciju pritiska i deformacije. Pritisak u dijelovima drva manje je opasan ako drvo ima veliki kapacitet za promjene oblika prilikom savijanja. Listače su prikladnija vrsta drva za savijanje od bilo koje crnogorične vrste. Velika gustoća drva bukovine, jasena, američkog oraha i brijesta ne predstavlja nikakav problem prilikom savijanja. Glavni problem kod savijanja crnogoričnog drva je nastajanje pukotina što je vjerojatno uzrokovano naglim prijelazom gustoće na granici između ranog i kasnog drva. treba imati na umu da visoka kompresija ima utjecaj na cijelu površinu drva (STEVENS i TURNER, 1948).
Vježba broj 5
Strana 3 od 13
Slika 2: Čvrstoća i naprezanje savijenog drva (zrako-suhoe ili parene bukovine i hrasta)
Bilo koja slaba točka na drvu namijenjenom za savijanje poput nepravilnosti vlakana, kvrga, pukotina, napuknuća i smolnih vrećica uzrokovati će greške. Jednako tako grešku može uzrokovati kut žice drva prema podužnoj osi četvrtače ako je veći od 5 - 10 stupnjeva. Na temelju toga samo čisto drvo bez grašaka može se koristiti za izradu savijenih elemenata. Ako se defekti ne mogu u potpunosti izbjeći trebali bi biti smješteni na konveksnoj strani ili u području neutralne osi. Pri odabiru drva za savijanje trebalo bi uzeti u obzir: dostupnost materijala, mogućnost savijanja i podnošenje pritisaka.
Vježba broj 5
Strana 4 od 13
Slika 3: Čvrstoća i naprezanje savijenog drva kod dvije vlažnosti nakon različitih procesa parenja
Veći broj vrsti drva može se savijati u zelenom stanju odmah nakon što se odvoji od debla. Zrako suho drvo vlažnosti između 17 – 25% je naj prikladnije za savijanje zbog slijedećih razloga: 1.
Rijetko se pojavljuju greške nakon otpuštanja iz pritisnog kalupa
2. Trajanje sušenja nakon savijanja je vrlo kratko 3. Deformacije za vrijeme sušenja po svršetku savijanja su male
Vježba broj 5
Strana 5 od 13
Slika 4: Distribucija naprezanja u savijenom drvu
Priprema drva za savijanje Plastičnost drva kao osnovnog uvjeta za savijanje efektivno se postiže parenjem: obično se koristi zasićena vodena para sa približno 100 °C (102-105°C). Parenje traje 1 sat / 25 mm debljine drva. Moguće je korištenje pare visokog pritiska čime se ubrzava proces plastifikacije, ali pritisci iznad 2 kp/cm2 mogu uništiti drvo. Umjesto parenja moguće je kuhanje, ali dolazi do pojave nejednoličnog bubrenja drva i do prevelike apsorpcije vlage. Trajanje parenja ovisi o vlažnosti, dimenzijama i vrsti drva, a smatra se da je postignuta dovoljna plastičnost kada je u centru obratka postignuta temp. od 70 °C. Metode i mašine za savijanje drva
Slika 5: savijanje drva prema metalnim oblicima
Ručno savijanje hladnog drva je vrlo rijetko. Drvo koje nije nikako tretirano moguće je savijati samo ako su radijus zakrivljenosti i debljina drva koji savijamo u odnosu
Slika 6:
r 1 ≤ . d 50
Vježba broj 5
Strana 6 od 13
Slika 7:
Hladno savijano drvo ima tendenciju vračanja gotovo u prvobitni položaj. Za savijanje drva na manje radijuse potrebno ga je prethodno plastificirati kao što je to prije navedeno. Pareni elementi male debljine mogu biti savijani preko metalnih oblika kao što je pokazano na slici br 5. Neki deblji elementi npr. za sita, bačve i dr. mogu se savijati u ručno upravljanim mašinama prikazanim na slici 6. Ako je veličina radijusa savijanja manja od približno trideseterostrukog iznosa debljine pojava pukotina je neizbježna. MICHAEL THONET je pred kraj 19-stog stoljeća otkrio da učvršćivanjem metala ili sličnog materijala otpornog na razvlačenje sa konveksne strane drva kojeg savijamo možemo izbjeći nastanak pukotina. Debljina takvog metalnog elementa mora biti prilagođena debljini drva koje savijamo, te radijusu na koji savijamo. Ona iznosi 0,2 do 2 mm, sa prosjekom od 0,75 do 0,88 mm. Pri tome optimalna brzina savijanja kreće se oko 40
Vježba broj 5
Strana 7 od 13
stupnjeva u sekundi. Slika 7. pokazuje izradu U-oblika od pripremne faze (gornja slika) do završetka operacije (donja slika).
Slika 8:
Za strojno savijanje mehanički, fizički i tehnološki preduvjeti su približno isti kao i kod ručnog savijanja. Na strojevima za savijanje koriste se snage od 1,5 do 3 kW. Slika 8. prikazuje shematski različite tipove mašina za savijanje sa ručnim pogonom. Drugi tip su okretne stolne mašine slika 9.
Vježba broj 5
Strana 8 od 13
Slika 9:
Mogućnosti savijanja drva Kapacitet upijanja celuloze kontrolira hidroskopno ponašanje drva. Iako postoje različita mišljenja stručnjaka oko još nerazjašnjenih činjenica, znamo da su hidroksilne grupe od velike važnosti posebno u koordinaciji spaja međusobno susjednih molekula. Struktura drveta je značajno promijenjena tokom savijanja i oblikovanja koje slijedi. Razmatrajući činjenice možemo očekivati da će se i higroskopske izoterme također promijeniti pri hladnom postupku odnosno pri savijanju, pri tretmanu visokom frekvencijom ili kombinacijom parenja i savijanja.
Slika 10:
Vježba broj 5
Strana 9 od 13
Slika 11:
Mehaničke mogućnosti. Bilo koji postupak savijanja je kompleksan fenomen do stupnja ovisnosti o vrsti drva, gustoći, sadržaju vlage, debljini uzorka, radijusu savijanja, a možda i o kemijskom sastavu. TEICHGRÄBER (1953) u potpunosti je dokazao da mehaničke mogućnosti ovise na zanimljiv način od debljine drva do stupnja savitljivosti i može potaknuti pad u mehaničkoj kvaliteti ili uzrokovati njeno povećanje. Dijagram treba dobro proučiti. On pokazuje, npr. da je snaga loma uvijek znatno smanjena u odnosu na puno drvo, model elastičnosti i udarni otpor postoje veći pogotovo ako je debljina spojenih dijelova manja i ako se mjere približe vanjskim zonama. Ovo dosta raznoliko ponašanje što se tiče modula elastičnosti ili udarnog otpora je značajno. Kako bi osušeni obradci zadržali danu zakrivljenost treba ih sušiti zajedno s kalupom i trakama na 8 – 12 % vlažnosti uz problematiku jednaku onoj kod običnih obradaka. Savijanje uz istodobno sljepljivanje (lameliranje) Mogućnosti savijanja drva bez hidrotermičke obrade su male i uglavnom ovise o dimenzijama elementa koji želimo saviti. Dobro je poznata činjenica da je furnire i druge tanke trake od drva lako savinuti bez oštećenja čak i na male radijuse. Zbog svojih elastičnih sposobnosti ti će se elementi pokušati vratiti u svoj prvotni oblik. Iz tog razloga moraju na neki način biti zadržani u željenom obliku. To je metoda lameliranog savijanja pri čemu se koristi lijepljenje i na taj se
Vježba broj 5
Strana 10 od 13
način može dobiti mali radijus i potrebna debljina. Važno je da svaki pojedini list bude iste debljine, da ne bude oštećen ili načet propadanjem. Sadržaj vlage bi trebao biti ispod 20%.
Slika 12:
Nekada su gotovo sve vrste lijepila smatrane pogodnima za ove operacije. Međutim, praktično se koriste samo urea formaldehidna lijepila ili formalni oblici lijepila. Metoda prešanja između muškog i ženskog predloška je ograničena. Razlog tome je prikazan na slici 12. Vidljivo je da pritisak prati cosinus funkcije i zbog toga bi bilo nemoguće proizvesti polukružni oblik na taj način. Problem može biti riješen stavljanjem u metalni okvir. S ekonomskog stajališta ovi uvjeti nisu zadovoljavajući. Dakako najbolja metoda korištenja jednakog pritiska preko cijele površine savijanja je pomoću hidraulične preše. Koriste se fleksibilne gumene cijevi. Druga metoda je korištenje gumenih ploha ili vreća.
Slika 13:
Vježba broj 5
Strana 11 od 13
Slika 14: Slika 15:
Furniri smiju imati sadržaj vlage oko 15%. Slaganje lameliranih ploča ovisi uglavnopm o vrsti ljepila koje se koristi. Toplina potrebna za polimerizaciju ljepila uvodi se u lamele putem pare, tople vode ili struje. Novija metoda uključuje i korištenje strujom zagrijanih ploča. Slika (13) daje primjer takove metode.
Izrada kalupa za savijanje:
Vježba broj 5
Strana 12 od 13
Sila prešanja: F
=
k ⋅h ⋅(E ⋅n1 + E"⋅ n 2 )⋅b 1 2 ⋅l3 k-koef. vrste drva (k=1-crnogorica, k=1,2-bjelogorica) h-veličina progiba E-modul elastičnosti u smjeru vlakanaca E"-modul elastičnosti u smjeru okomito na vlakanca nl, n2 -broj listova furnira (uzdužni i poprečni smjer vlakanaca) b-širina paketa s-debljina listova furnira l-dužina paketa Distribucija sile u kalupu: -nije svuda ravnomjerna
Vježba broj 5
Fn = F ⋅ cosα Zbog toga se kalupi izrađuju na specifičan način:
F1’ = F ⋅ cos γ F2 = F ⋅ cos β F2” > F’ ⋅ µ
Strana 13 od 13
