УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к промышленному производству, а конкретно к производству длинномерных заготовок, преимущественно из древесины с помощью криволинейных шипов, а также может быть использована при соединении всевозможных элементов конструкций, выполненных из древесных или полимерных материалов, посредством, преимущественно, клеевого соединения.
Из научно-технической и патентной литературы широко известно использование шиповых неразъемных соединений, при этом применяются шипы различной конфигурации: прямоугольные, зубчатые, трапециидальной формы.
Известно соединение заготовок из древесины по длине, впритык, с помощью синтетического связующего, в котором на торцах заготовок вдоль волокон древесины с выходом на одну из их пластей выполнены симметричные пазы, каждый из которых заполнен синтетическим связующим, причем дно пазов имеет дугообразную форму, а пазы могут быть выполнены прямоугольной или треугольной формы (Авторское свидетельство СССР №1212789, МПК 4 В 27 F 1/00. 1983 г.).
Известны клеевые соединения заготовок из древесины с использованием шипов зубчатой формы (Аксенов П.П. Технология пиломатериалов, М., «Гослесбумиздат», 1963 г., с.511, рис.210; Попов Н.А. Переработка низкосортных пиломатериалов путем склеивания. Цикл лекций. Общественный заочный институт, НТО М., «Лесная промышленность», 1964 г., с.6, рис.1).
Недостаток подобных известных конструкций заключается в том, что с течением времени происходит ослабление их прочности.
Упомянутый недостаток устраняют различными путями и средствами. В одном из шиповых неразъемных соединений деревянных деталей, включающим шип, проушину и фиксатор с вертикальным элементом, размещенном в соосных отверстиях шипа и проушины, упомянутые шип и проушину располагают с зазором по их пластям, а фиксатор выполняют из термопласта с размещенными в зазорах опорными площадками, причем последние жестко соединяют с вертикальным элементом фиксатора (Авторское свидетельство СССР №1318397, МПК 4 В 27 F 1/00, 1985 г.). В качестве недостатков этого технического решения необходимо отметить наличие композиционных материалов, различные коэффициенты расширения которых, могут приводить к деформации и даже разрушению шипового соединения. Для обеспечения нагрева и создания необходимого давления, требуется дополнительно специальное
оборудование, что усложняет технологический процесс и его аппаратурную реализацию.
Известно также шиповое несквозное неразъемное соединение деревянных деталей, включающее трапециевидное гнездо и шип с зазорами по их пластям, в котором шип изготовлен плоским с площадью поперечного сечения, равной площади входного отверстия трапециевидного гнезда с торцевыми прорезями по всей длине, в которых размещены клинья одинаковой с шипом длины и ширины (Патент РФ №2130829 МПК 6 В 27 F 1/00, 1999 г.). В данном устройстве частично устранены недостатки, присущие известному техническому решению, однако необходимость дополнительного изготовления клиньев, их позиционирование относительно прорезей, усложняет технологический процесс изготовления неразъемного соединения.
В другом известном шиповом соединении, включающим сопрягаемые заготовки с попарно расположенными пазами и вставные шипы, один из упомянутых пазов каждой пары выполнен наклонно, при этом наклонные пазы соседних попарно расположенных пазов могут быть размещены диагонально; наклонные пазы могут быть направлены в противоположные боковые стороны соединяемых заготовок; наклонные пазы могут быть размещены через одну пару попарно расположенных пазов; наконец, наклонные пазы могут быть направлены в одну из боковых сторон соединяемых заготовок (Авторское свидетельство СССР №1634497, МПК 5 В 27 F 1/00, 1988 г.). Одним из недостатков данного технического решения является необходимость точного позиционирования соединяемых заготовок относительно друг друга, а также при выполнении наклонных пазов, ориентированных различно друг относительно друга и соединяемых заготовок. Кроме того, с течением времени неизбежно происходит ослабление прочности такого соединения.
Наиболее близким, к заявляемой полезной модели, по технической сущности и достигаемому в процессе реализации техническому результату, является клеевое соединение заготовок из древесины с помощью зубчатых шипов, в котором каждый зубчатый шип выполнен в средней части с участком постоянной толщины в его рабочем сечении (Авторское свидетельство СССР №1212790, МПК 4 В 27 F 1/00, 1984 г.). Предложенное выполнение соединения с такой формой шипа позволило повысить прочность соединения, однако оно применимо в основном для соединения двух плоских заготовок, достаточной толщины и его проблематично, а в ряде случаев и невозможно использовать для плоских заготовок малой толщины, например для соединения фанеры. Кроме того, образуемая линия сращивания сильно заметна на
соединяемых поверхностях, и полученную таким способом фанеру, невозможно использовать для внешней отделки.
Задача, положенная в основу данной полезной модели, заключается в создании узла соединения, обеспечивающего возможность соединения плоских заготовок, с повышенной прочностью соединения, в том числе и на изгиб, с минимально заметной линией сращивания.
Технический результат, достигаемый в процессе реализации данной полезной модели, состоит в получении соединения плоских заготовок, характеризующегося повышенной прочностью, причем видимая линия сращивания имеет эстетичный внешний вид.
Задача, положенная в основу данной полезной модели, с получением упомянутого выше технического результата, решается тем, что в известном узле соединения, включающем сопрягаемые заготовки, на торце одной из которых выполнен, по крайней мере, один шип с профильным оформлением, а на торце другой заготовки выполнен ответный профиль, обратный профилю шипа - контур упомянутого шипа выполнен каплеобразной формы, при этом отношение длины «L», наиболее широкой части контура шипа, к длине «l», наименее широкой части контура шипа, находится в диапазоне от 1,05 до 5, а стыковочные поверхности соединяемых заготовок - профиля шипа и ответного профиля, выполнены под углом «α» к пластям заготовок;
- а также тем, что стыковочные поверхности соединяемых заготовок могут быть выполнены плоскими или профильными, а угол «α» находится в диапазоне от 5° до 90°.
Задача, положенная в основу данной полезной модели, может также решаться тем, что в известном узле соединения, включающим сопрягаемые заготовки, на торце одной из которых выполняется, по крайней мере, несколько шипов с профильным оформлением, а на торце другой заготовки выполняется ответный профиль, обратный профилю упомянутых шипов - контур головки профиля каждого шипа является гармонично повторяющейся кривой линией, описываемой уравнением второго порядка, с шагом шипов «t», при этом отношение длины «L», в наиболее широкой части контура профиля головки шипа, к длине «l», в наиболее узкой части контура профиля - шейки головки шипа, находится в диапазоне от 1,05 до 5, а стыковочные поверхности соединяемых заготовок - профиля шипа и ответного профиля, выполнены под углом «α» к пластям заготовок;
- а также тем, что стыковочные поверхности соединяемых заготовок могут быть выполнены плоскими или профильными, угол «α» находится в диапазоне от 5° до 90°, а отношение шага шипов «t» к сумме «L» и «l» находится в диапазоне от 0,8 до 1,2;
- а также тем, что контур головки профиля каждого шипа образован сопряжением частей, по крайней мере, двух окружностей, при этом радиус окружности «R», формирующей контур головки шипа, выбран большим радиуса окружности «r», формирующей контур шейки шипа.
Задача, положенная в основу данной полезной модели, может также решаться тем, что в известном узле соединения, включающим сопрягаемые заготовки, на торце одной из которых выполняется, по крайней мере, несколько шипов с профильным оформлением, а на торце другой заготовки выполняется ответный профиль, обратный профилю упомянутых шипов - контур головки профиля каждого шипа и ответного профиля, является гармонично повторяющейся линией, представляющей собой сопрягающиеся кривые второго порядка, с шагом шипов «t», при этом отношение длины «L», в наиболее широкой части контура профиля головки шипа, к длине «l», в наиболее узкой части контура профиля - шейки головки шипа, находится в диапазоне от 1,05 до 5, а стыковочные поверхности соединяемых заготовок - профиля шипа и ответного профиля, выполнены под углом «α» к пластям заготовок;
- а также тем, что стыковочные поверхности соединяемых заготовок могут быть выполнены плоскими или профильными, угол «α» находится в диапазоне от 5° до 90°;
- а также тем, что заготовки выполнены или из листового материала, или из древесного массива, или из МДФ, или из ДСП, или из ДВП, при этом в качестве листового материала использована или фанера, или пластик;
1
2
- а также тем, что контур шипов и контур ответного профиля, представляет собой сопрягающиеся дуги, по крайней мере, двух окружностей, при этом угол разворота β дуги, формирующей контур головки шипа, и угол разворота β дуги, формирующей контур ответного профиля, обратного профилю головки шипа, выбран больше 180°;
- а также тем, что перед соединением заготовок друг с другом, на поверхность шипа, взаимодействующую с поверхностью обратного профиля, наносится клей, в качестве которого используют формальдегидный клей или клей ПВА.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 показан вид сверху, подготовленных для соединения, двух заготовок, на торце одной из которых выполнен шип, а на торце другой заготовки выполнен профиль,
обратный профилю шипа; на фиг.2 показан вид сверху соединения двух заготовок, на торце одной из которых выполнено несколько шипов, а на торце другой заготовки выполнен профиль, обратный профилю указанных шипов; на фиг.3а показано сечение шипа по А-А, изображенного на фиг.1; на фиг.3б показано сечение соединения по Б-Б, изображенного на фиг.2; на фиг.4 показаны в изометрии две заготовки, подготовленные для соединения, на торце одной из которых выполнен шип, а на торце другой заготовки выполнен профиль, обратный профилю шипа.
Узел соединения (фиг.1) может состоять из двух сопрягаемых заготовок 1 и 2, на торцах одной из них выполнен шип 3, на торце другой - профиль 4, обратный профилю шипа 3. Упомянутый шип 3 выполняется каплеобразной формы, причем отношение величины «L» - длины в наиболее широкой части головки 5 шипа 3, к величине «l» - длине в наиболее узкой части - шейки 6 шипа 3 выбирается из диапазона от 1,05 до 5. Стыковочные поверхности 7 (фиг.1), сопрягаемых заготовок 1 и 2 могут быть выполнены плоскими (фиг.3а) или профильными. Соединение заготовок 1 и 2, осуществляется посредством шипа 3, который взаимодействуя с профилем 4, по их стыковочным поверхностям 7, образует прочное замковое соединение. Ширина «L» головки 5 шипа 3 выбирается больше ширины «l» шейки 6 шипа 3, что обеспечивает высокопрочное соединение заготовок 1 и 2 при приложении к узлу соединения усилия, направленного вдоль продольной оси заготовок 1 и 2.
Стыковочные поверхности 7, соединяемых заготовок 1 и 2, выполняются под углом «α» к пластям заготовок. Угол «α» может варьироваться в диапазоне от 5° до 90°. Стыковочные поверхности 7 могут выполняться плоскими или профильными, в зависимости от требований прочности, которую должен обеспечивать изготавливаемый узел соединения. Выбирая значение угла «α», а также отношение длин «L» и «l», обеспечивают выполнение узла соединения сопрягаемых заготовок требуемых размеров и с заданной прочностью.
Используя предлагаемую конструкцию узла соединения, можно осуществлять соединение заготовок любой криволинейной формы в виде окружности, эллипса, овала и т.д. При необходимости, на стыковочные поверхности 7 профиля шипа 3 и ответного профиля 4, наносится слой клея, осуществляя неразъемное соединение заготовок 1 и 2.
В другом варианте узел соединения двух заготовок (фиг.2) может быть осуществлен посредством выполнения на торце одной из них 1, нескольких шипов 3 с профильным оформлением, а на торце другой заготовки 2 выполнением ответного профиля 4, обратного профилю упомянутых шипов. Контур головки 5 профиля
каждого шипа является гармонично повторяющейся кривой линией, описываемой уравнением второго порядка, с шагом шипов «t», при этом отношение длины «L», в наиболее широкой части контура профиля головки 5 шипа, к длине «l», в наиболее узкой части контура профиля - шейки 6 головки шипа, находится в диапазоне от 1,05 до 5. Стыковочные поверхности 7 соединяемых заготовок - профиля 5 шипа 3 и ответного профиля 4, могут выполняться под углом «α» к пластям заготовок, который выбирается из диапазона от 5° до 90°. Отношение шага «t» шипов 3 к сумме «L» - длины в наиболее широкой части контура профиля головки 5 шипа 3 и «l» - длины в наиболее узкой части контура профиля - шейки 6 головки шипа 3, находится в диапазоне от 0,8 до 1,2. Варьируя отмеченные выше параметры, изготавливают требуемый узел соединения.
1
2
Еще один предлагаемый вариант выполнения узла соединения включает сопрягаемые заготовки 1 и 2, на торце одной из которых выполняется несколько шипов 3 с профильным оформлением, а на торце другой заготовки выполняется ответный профиль 4, обратный профилю упомянутых шипов 3, при этом контур шипов 3 и контур ответного профиля 4, представляет собой сопрягающиеся дуги, по крайней мере, двух окружностей, причем угол разворота дуги «β», формирующей контур головки 5 шипа 3, и угол разворота дуги «β» формирующей контур ответного профиля 4, обратного профилю головки шипа 3, выбраны больше 180°.
Одним из наиболее простых, в части практической реализации, вариантом выполнения заявляемого узла, является узел соединения, включающий сопрягаемые заготовки 1 и 2, на торце одной из которых выполняется, по крайней мере, несколько шипов 3 с профильным оформлением, а на торце другой заготовки выполняется ответный профиль 4, обратный профилю упомянутых шипов, при этом контур головки 5 профиля каждого шипа 3, образован сопряжением, по крайней мере, двух окружностей, при этом радиус окружности «R», формирующей контур головки 5 шипа 3, выбран большим радиуса окружности «r», формирующей контур шейки 6 шипа 3. Такая конфигурация профиля шипов достаточно просто реализуется на современном оборудовании и может использоваться в производстве длинномерных заготовок, в том числе и из отходов древесины, предварительно удалив дефектные зоны.
Практически заявляемый узел соединения изготавливается следующим образом. При сращивании листового материала, представляющего, например фанеру, толщиной 4-6 мм, край заготовок фрезеруется на станке с ЧПУ под углом 60° по контуру, представляющему две, многократно повторяющиеся, незамкнутые окружности,
переходящие друг в друга, причем расстояние между точками перехода должно быть меньше диаметра любой из окружностей.
2
На отфрезерованные торцевые поверхности 7 наносят слой формальдегидного клея в количестве, достаточном для впитывания и покрытия равномерным слоем. Клей необходимо наносить два раза с интервалом в 2-3 минуты. Заготовки 1 и 2 состыковывают по полученному гармоничному контуру, и помещают в пресс, предварительно на верхнюю и нижнюю поверхности заготовок, кладут бумагу. Прессование производится в течение 2-3 минут, при температуре плит пресса 130°С и давлении 5-10 кг/см. По окончании процесса прессования, заготовки остывают, при необходимости, приклеившуюся сверху и снизу бумагу снимают на шлифовально-калибровальном станке.
При сращивании листового материала, представляющего, например, массив древесины, край заготовок фрезеруется на станке с ЧПУ под углом 90° по заданному криволинейному контуру. На отфрезерованные стыковочные поверхности 7 наносят слой клея ПВА, в количестве достаточном для впитывания и покрытия стыковочных поверхностей 7 равномерным слоем. Состыкованный, по выполненному контуру, листовой материал помещают в пресс под давление. Время полного отвердевания клея составляет при горячем способе прессования около 10 минут, при холодном - до 24 часов. При сращивании заготовок из древесного массива, стыковочные поверхности 7 могут быть выполнены профильными, для увеличения площади стыка. Фрезы для обработки подбираются таким образом, чтобы получить на стыковочных поверхностях заготовок профиль и контр-профиль.
Простота конструкции заявляемого узла соединения, позволяет организовать его серийное изготовление, в условиях современного производства, с использованием имеющегося стандартного оборудования, современных технологий и материалов.