Допуски и посадки в столярном деле: минимальные зазоры при врезке и сборке конструкций
При соединении элементов из древесины с высокой точностью допустимые отклонения определяются не только конструкцией, но и свойствами самого материала. Дерево подвержено изменению линейных размеров при изменении влажности, поэтому расчет зазоров при врезке выполняется с учетом диапазона колебаний размеров.
Величины, заложенные в проект, часто ориентированы на диапазон от -0,3 до +0,5 мм при влажности заготовок в пределах 8–10 %.
Для соединений шип-паз применяют стандартные посадки, аналогичные механическим, но с учетом пластичности древесины. Для плотной стыковки с возможностью разборки допускается натяг в пределах 0,05–0,1 мм на сторону.
В условиях повышенной влажности зазор увеличивают до 0,2 мм. Для постоянных соединений шип фиксируют в пазу с зазором не более 0,02 мм, при этом для твердых пород значения уменьшаются до 0,01 мм, чтобы исключить образование щелей при высыхании.
В случае соединений в ус практикуется минимальный зазор до 0,1 мм при подгонке вручную. На торцевых соединениях щель не должна превышать 0,2 мм на метр длины при проверке калиброванной линейкой.
В изделиях класса "А" нормативным считается щель до 0,1 мм. При изготовлении рамочного щита угол должен соответствовать 45° с отклонением не более 2' (двух угловых минут). При превышении погрешности углового реза выше 0,5° зазор между углами становится заметным.
Для соединений на шкантах или нагелях при влажности материала 9–10 % посадку рассчитывают с минимальным натягом 0,05–0,15 мм. В условиях пониженной влажности заготовок рекомендуется использовать натяг до 0,2 мм, обеспечивая плотное вхождение.
При монтаже вручную допустим диаметр отверстия на 0,1 мм меньше диаметра нагеля. Превышение этого значения снижает прочность и требует применения клея с компенсацией зазора.
В соединениях типа ласточкин хвост минимальный зазор между направляющими гранями составляет 0,03 мм, при длине шипа до 50 мм. При длине до 80 мм допускается зазор до 0,05 мм. В случае твердых пород, как дуб или ясень, при высыхании возможно увеличение зазора до 0,08 мм. Для исключения этого эффекта рекомендуется врезку производить при относительной влажности воздуха 55–60 %.
В конструкциях с врезными стальными или латунными деталями посадку рассчитывают с учетом коэффициента линейного расширения древесины (в среднем 0,0037 мм/мм на 1 % влажности). При влажности 12 % и ширине паза 40 мм изменение ширины при понижении до 8 % составит 0,6 мм.
Это значение учитывают при проектировании зазора между металлической деталью и стенкой паза. Рекомендуемый зазор в таких случаях — не менее 0,4 мм, особенно в поперечном направлении.
Для вклеиваемых шипов или пробок при врезке вручную под кистевой клей предпочтительно использовать зазор 0,05–0,1 мм. При применении ПВА можно допустить 0,2 мм, если обеспечена равномерная посадка без перекоса. При использовании эпоксидных составов допустимы зазоры до 0,3 мм, но не более, иначе снижается равномерность склеивания по площади контакта.
Шпонки из твердой древесины в пазах рамных соединений фиксируются с зазором до 0,05 мм по ширине и до 0,1 мм по высоте. В случае клиновых соединений расчет производится с учетом усилия вдавливания, при этом клин должен обеспечивать смятие волокон на 0,3–0,6 мм. При превышении этого значения возможны трещины в торце. Нагрузочные соединения не допускают зазора между шипом и пазом более 0,1 мм, даже с клеевым заполнением.
В щитах из шпунтованной доски стандарт DIN 68126 предписывает допуск ±0,3 мм по ширине паза. Для тонких элементов (менее 12 мм толщиной) допустимо отклонение не более 0,2 мм. При соединении ламелей в мебельных фасадах зазор между пластями на свет не должен превышать 0,05 мм, а по торцу — 0,1 мм. При превышении этих значений требуется дополнительная калибровка.
На практике при ручной врезке применяют шаблоны из стали или оргстекла с контролируемым размером до 0,02 мм. Стамески и ножи должны быть заточены с углом реза 25–30° при зеркальной поверхности спинки. Притупление на 0,2 мм уже снижает точность подгонки на 0,1 мм. Ножовки с толщиной пропила 0,5–0,7 мм позволяют контролировать зазор при выпиливании "в линию", а при работе по разметке с допуском в 0,1 мм требуется использовать пилы с полотном 0,4 мм.
Механическая обработка на фрезерах с каретками и упорами требует точной установки. При ширине заготовки до 60 мм допустимое отклонение от параллельности — не более 0,1 мм. При сборке рамочных конструкций с продольной длиной до 1200 мм щель между элементами не должна превышать 0,2 мм. При проверке на просвет под прямым светом расстояние в щели до 0,1 мм считается нормативным для категории "плотная сборка".
Для заготовок из сосны или ели с влажностью 10 % усушка по ширине составляет около 1,5 мм на 100 мм при снижении до 6 %. Это значение закладывают в расчет плотности посадки при врезке. В случае с буком или клёном усадка выше — до 2 мм на ту же ширину, что требует компенсации зазора до 0,3 мм в конструкциях с закрытым контуром. При вклейке без учета этого параметра возможен отрыв деталей при высыхании.
В мебели, рассчитанной на сезонное использование, применяют подвижные соединения с продольным зазором до 0,4 мм и поперечным до 0,2 мм, что компенсирует расширение при повышенной влажности. В столешницах на столярных шурупах допускается зазор до 1 мм на длине 600 мм. Такие соединения обеспечивают компенсацию без деформации конструкции.
При применении клееных шипов в производстве фасадов толщина клеевого слоя ограничивается 0,1–0,15 мм. При увеличении выше 0,2 мм возрастает риск снижения прочности склейки и ухудшения внешнего вида. В случае с фанерой и ЛДСП при врезке на шкант зазор между элементами не должен превышать 0,1 мм, иначе материал начнет крошиться при усадке клея.
Нормативы DIN 68100 и ГОСТ 9622-87 указывают на предел отклонения шипа по ширине до 0,3 мм при ручной обработке и до 0,1 мм при механизированной. В изделиях столярного класса "П" допускается отклонение не более 0,05 мм на длине до 200 мм. При сборке дверных полотен по шипам и пазам с клеевым заполнением приемлем зазор до 0,2 мм по ширине, но не более 0,1 мм по высоте, иначе возможен перекос полотна при эксплуатации.
При сборке в условиях мастерской важно использовать стабилизированные заготовки с выдержкой 7–10 суток при влажности 50 % и температуре 18–20 °C. Только после этого возможно достичь стабильной подгонки с допуском до 0,05 мм. При применении сырой древесины расчёт посадки должен предусматривать дальнейшую усадку не менее 1,5 % по ширине и 0,3 % по толщине, что эквивалентно 1,2 мм и 0,3 мм соответственно для заготовок 80×20 мм.