Obróbka drewna

Poradnik pomocny w przyswajaniu wiedzy o własnościach drewna ze względu na obróbkę i narzędziach do jego obróbki ręcznej oraz wykonywaniu obróbki skrawaniem: cięcia , piłowania, strugania, dłutowania, wiercenia.


Podstawowe wiadomości o skrawaniu

Skrawanie jest to obróbka wykonywana w celu nadania elementom drewnianym żądanych kształtów i wymiarów. W robotach ciesielskich podstawowymi rodzajami obróbki skrawaniem są:


  • piłowanie (piłami)
  • struganie (strugami)
  • wiercenie (świdrami)
  • dłutowanie (dłutami)

Aby lepiej zobrazować skrawanie i zasady działania narzędzi skrawających, używa się pojęcia noża elementarnego (rys.1), czyli klina, – bowiem kształtem części roboczej każdego narzędzia do skrawania jest klin. Elementy jego występują w każdym narzędziu, zarówno ręcznym, jak i mechanicznym.


obróbka drewna

Rys.1. Nóż elementarny

  • Powierzchnią natarcia nazywamy powierzchnię klina, po której przemieszcza się wiór.
  • Kątem natarcia ? nazywamy kąt zawarty pomiędzy powierzchnią natarcia a płaszczyzną prostopadłą do kierunku ruchu narzędzia.
  • Powierzchnią przyłożenia nazywamy powierzchnię klina od strony obrabianego materiału. Nie powinna się ona stykać z drewnem dla uniknięcia tarcia narzędzia o materiał.
  • Kątem przyłożenia ? nazywamy kąt zawarty pomiędzy powierzchnią przyłożenia a powierzchnią skrawania (powierzchnią materiału powstałą w wyniku obróbki).
  • Krawędzią tnącą główną nazywamy prostą powstałą w wyniku przecięcia się powierzchni natarcia i przyłożenia.
  • Kątem ostrza ß nazywamy kąt zawarty pomiędzy płaszczyznami natarcia i przyłożenia. Jest on kątem rozwarcia klina, wielkością charakteryzującą ostrze.
  • Narzędzie o małym kącie ostrza łatwo pokonuje opory, jakie stawia obrabiane drewno, jednak bardzo szybko tępi się i zużywa. Do obróbki twardego drewna i płyt drewnopochodnych trzeba stosować narzędzia o większym kącie ostrza, są bardziej odporne na duże obciążenia występujące podczas skrawania.
  • Kątem skrawania ? nazywamy sumę kątów przyłożenia i ostrza. Jest to ważna wielkość związana z narzędziem, tzn. możliwa do kontroli. Od wartości kąta ?, zależy nakład energii niezbędnej do skrawania. Podczas ostrzenia narzędzi tnących, szczególną uwagę należy zwracać na zachowanie prawidłowego kąta ostrza, aby narzędzie nie straciło swojego kształtu, a przez to właściwości i przydatności do pracy, do której było przeznaczone.

Właściwości technologiczne surowca drzewnego

Przystępując do obróbki ręcznej drewna bardzo ważna jest znajomość właściwości technologicznych obrabianego drewna: jego twardość i wilgotność, strukturę, a także kierunek obróbki - wzdłuż czy w poprzek włókien.

Podatność gatunków drewna na skrawanie jest zróżnicowana. Znaczne różnice występują podczas skrawania miękkich gatunków drewna (lipa, osika, świerk, sosna, olcha, modrzew), i gatunków twardych (brzoza, buk, dąb, jesion). Dla gatunków twardych, wartość siły skrawania może być nawet dwukrotnie większa od niezbędnej siły skrawania do obróbki drewna miękkiego.


Wpływ wilgotności drewna na wartość siły skrawania nie jest znaczny i zależy od sposobu obróbki skrawaniem:

  • podczas piłowania, wiercenia i dłutowania gniazd i otworów wraz ze wzrostem wilgotności drewna zwiększa się siła skrawania, a jednocześnie zmniejszająca się po obróbce wilgotność, powoduje szorstkość obrabianej powierzchni, - podczas strugania, siła skrawania maleje wraz z przyrostem wilgotności drewna.

Różnice w budowie drewna wzdłuż i w poprzek włókien istotnie wpływają na obróbkę skrawaniem drewna litego. Ze względu na usytuowanie względem kierunku włókien w skrawanym elemencie przemieszczającego się ostrza narzędzia wyróżnia się:

  • skrawanie wzdłuż włókien, dające wióry o kształcie wąskich i długich pasemek, które może następować za słojem (rys.2a) i wówczas otrzymujemy gładką powierzchnię lub przeciw słojowi (rys.2b) i wówczas skrawanie jest trudniejsze, a obrabiana powierzchnia nierówna - skrawanie w poprzek włókien (rys.2c), dające wióry krótkie i łamliwe, - skrawanie czołowe (rys.2d), które daje wióry drobne i rozsypujące się oraz jest najbardziej uciążliwe.
obróbka drewna  w poprzek włókien

Rys. 2. Skrawanie: a) wzdłuż włókien za słojem, b) wzdłuż włókien przeciw słojowi, c) w poprzek włókien, d) czołowe [2, s.15]

Rodzaje mechanicznej obróbki drewna


Mechaniczna obróbka drewna jest to obróbka wykonywana przy użyciu maszyn i urządzeń napędzanych silnikami. Zastosowanie obróbki mechanicznej ma na celu: zwiększenie dokładności wykonania elementów, a tym samym uzyskanie wyrobów powtarzalnych (wymienialnych), umożliwienie masowej produkcji wyrobów.


Piłowanie

W praktyce ciesielskiej występuje piłowanie prostoliniowe. Piłowanie prostoliniowe może być poprzeczne, wzdłużne i skośne. Piłowanie elementów wykonuje się za pomocą pilarek. Szczelina powstała w procesie przecinania materiału nazywa się rzazem. Rzaz nie jest zazwyczaj gładki. Na gładkość rzazu ma decydujący wpływ jakość rozwarcia zębów piły i ich jednakowa wysokość. Rozwarcie zębów polega na wychyleniu parzystych zębów w jedną stronę, a nieparzystych w stronę drugą. Celem tego zabiegu jest uzyskanie rzazu o szerokości przekraczającej grubość tarczy lub taśmy piły.


Schematy cięcia na pilarkach i geometria ostrzy piły tarczowej i taśmowej została zilustrowana na rys. 1, natomiast odmiany piłowania są zilustrowane na rys. 2.

Cięcie na pilarkach

Rys. 1. Cięcie na pilarkach: a) piła tarczowa i geometria jej ostrzy, b) geometria ostrzy piły taśmowej 1 – piła tarczowa, 2 – klin rozszczepiający, 3 – stół pilarki tarczowej, 4 – element obrabiający, 5 – osłona piły tarczowej, ? – kąt przyłożenia, ß – kąt ostrza, ? – kąt natarcia, ? – kąt skrawania

piłowanie poprzeczne prostoliniowe

Rys.2. Odmiany piłowania: a) piłowanie poprzeczne prostoliniowe, b) piłowanie wzdłużne prostoliniowe, c) piłowanie skośne prostoliniowe, d) piłowanie krzywoliniowe


Struganie


Struganie drewna to zrywanie z jego powierzchni cienkich warstewek, zwanych wiórami, za pomocą wirujących noży.

Podczas suszenia drewno ulega większym bądź mniejszym odkształceniom. Niekiedy są to odkształcenia niewidoczne gołym okiem, ale mające wpływ na jakość wyrobu gotowego. Ponadto powierzchnie elementów surowych, są najczęściej chropowate, ponieważ uzyskuje się je piłowaniem. Dlatego podstawowym warunkiem dalszej obróbki kształtującej elementy z drewna jest uzyskanie powierzchni bazowych, to jest powierzchni, które w dalszej obróbce będą przylegały do stołów i przykładni czy prowadnic obrabiarek (rys.3). Schemat mechanicznego strugania obrotowego elementów drewnianych jest zilustrowany na rys.4.


Bazowanie elementu podczas wyrównywania

Rys.3. Bazowanie elementu podczas wyrównywania: a) przed wyrównaniem, b) po wyrównaniu

Schemat strugania

Rys.4. Schemat strugania obrotowego 1 – wał nożowy, 2 – stół strugarki, a - kąt przyłożenia, b - kąt ostrza, g - kąt natarcia, d - kąt skrawania, l - długość fali, ¦ - głębokość fali


Frezowanie


Na frezarce wykonuje się wyrównywanie i profilowanie wąskich powierzchni, czopowanie, wczepowanie, rowkowanie, głębienie (rys.5) oraz modelowanie i odwzorowywanie, zwane również frezowaniem krzywoliniowym.


Frezowanie drewna

Rys.5. Frezowanie drewna: a) wyrównanie, b) profilowanie, c) czopowanie, d) wczepowanie e) rowkowanie f) głębienie


Frezarka dolnowrzecionowa jest wyposażona w pionowe wrzeciono, na którym zamocowano trzpień wystający ponad stół obrabiarki. Na trzpieniu tym unieruchamia się frez nasadzany lub głowicę frezową z nożami. Wykonuje on ruch obrotowy wraz z frezem lub głowicą. Podczas przesuwania elementu obrabianego i dociskania do wirujących noży następuje frezowanie. Często, zwłaszcza podczas wykonywania złączy, stosuje się zestawy frezów nasadzanych. W celu uzyskania złożonych profilów używa się frezów profilowych. Każdy frez jest zbiorem kilku lub kilkunastu noży zamocowanych na stałe na niewielkiej tarczy lub walcu metalowym. W głowicach frezowych noże skrawające są wymienne.


Wiercenie


Otwory i gniazda o przekroju poprzecznym okrągłym wykonuje się za pomocą wiertarek poziomych i pionowych. Wiertarko-frezarkami można wykonywać otwory lub gniazda płaskie. Sposoby maszynowego wiercenia w stolarstwie oraz rodzaje otworów i gniazd przedstawiono na rys. 6. Narzędziami skrawającymi podczas wiercenia są wiertła. Ich odmiany najczęściej stosowane w produkcji stolarskiej pokazano na rys. 7. Każde wiertło składa się z trzpienia mocowanego w uchwycie obrabiarki oraz z wydłużonego elementu zakończonego częścią roboczą wyposażoną w noże skrawające. Śrubowy kształt niektórych wierteł ułatwia usuwanie wiórów z wykonywanego otworu czy gniazda. Ma to szczególne znaczenie wtedy, gdy otwór lub gniazdo są głębokie.


Sposoby maszynowego wiercenia drewna

Rys.6. Sposoby maszynowego wiercenia drewna: a) przewiercanie, b) wywiercanie, c) nawiercanie, d) pogłębianie, e) wykonywanie gniazda płaskiego na wiertarko-frezarce oscylacyjnej: 1 – element obrabiany, 2 – krańcowe położenie wiertła, 3 – gniazdo płaskie


Najczęściej używane wiertła

Rys.7. Najczęściej używane wiertła: a) wiertło śrubowe (do wiercenia gniazd i otworów głębokich), b) środkowiec walcowy dwuostrzowy (do wiercenia gniazd płytkich), c) wiertło łyżkowe (do wiercenia gniazd i otworów o poprzecznym przekroju płaskim – prostokątnym), d) wiertło cylindryczne piłkowe (do wycinania wstawek do zaprawiania sęków), e) wiertło śrubowe z pogłębianiem (do nawiercania i pogłębiania otworów do wkrętów z łbem stożkowym): 1 – wiertło, 2 – pogłębiak


Szlifowanie


Celem szlifowania drewna i tworzyw drzewnych jest wygładzanie i oczyszczanie z plam i zabrudzeń powierzchni elementów. W produkcji stolarskiej szlifowanie wykonuje się za pomocą różnego rodzaju szlifierek (rys.8). Narzędziem skrawającym jest w przypadku szlifowania narzędzie ścierne. Są to wyroby w kształcie arkuszy, taśm, krążków itp., o podłożach z papieru, tkaniny lub fibry, na których umocowana jest warstwa ścierniwa (materiału ściernego) za pomocą klejów naturalnych, syntetycznych lub ich kombinacji. Drobne ziarna twardego ścierniwa działają jak maleńkie noże skrawające i odrywają od wygładzanej powierzchni niewielkie wiórki w postaci pyłu drzewnego. Uzyskiwana gładkość powierzchni zależy od wielkości ziaren.


 Szlifierki do drewna

Rys. 8. Szlifierki : a) taśmowa, b) jednowalcowa, c) wałkowa, d) taśmowa bez stołu, e) tarczowa


Ręczna obróbka drewna


Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o dobieraniu narzędzi, sprzętu i maszyn do robót ciesielskich. O wymaganiach, jakie są stawiane narzędziom do obróbki drewna, decydują przede wszystkim czynniki związane z charakterem procesu skrawania drewna, sposobami zamocowania narzędzi, przygotowaniem narzędzi do pracy i dokładnością obróbki drewna.


Piłowanie ręczne


Do piłowania ręcznego służą wieloostrzowe narzędzia zwane piłami. Kształt zębów tworzących uzębienie piły decyduje o jej zastosowaniu. Rozróżniamy zęby o kształcie umożliwiającym jego pracę niezależnie od kierunku ruchu piły. Zęby takie nazywamy zębami dwukierunkowymi, pozostałe zaś zębami jednokierunkowymi. W zależności od kierunku cięcia w stosunku do przebiegu włókien rozróżnia się piłowanie: wzdłuż włókien (rozrzynanie), w poprzek włókien (przeżynanie), pod kątem do włókien (wyrzynanie). Każda piła składa się z dwóch podstawowych części: uzębionej taśmy stalowej zwanej brzeszczotem oraz oprawy. Podstawowe rodzaje uzębienia pił są zilustrowane na rys.1.


Uzębienie pił

Rys. 1. Uzębienie pił


Piła poprzeczna


Piła poprzeczna (rys.2) służy najczęściej do przecinania drewna o dużym przekroju (belki, krawędziaki, kłody). Przecina się ją drewno pod kątem prostym lub ostrym do przebiegu włókien. Jej zęby mają kształt trójkątów równoramiennych. Linia grzbietu piły jest prosta, a linia uzębienia łukowa. Brzeszczot ma długość 1,0 1,5m. Obsługiwana jest przez dwoje ludzi.


Piła poprzeczna

Rys. 2. Piła poprzeczna


Piła płatnica


Piła ta ma zastosowanie przy piłowaniu mniejszych elementów oraz przepiłowaniu lub nadpiłowaniu zmontowanych elementów w miejscach trudno dostępnych. Jest to krótka piła z jedną rękojeścią o krótkim brzeszczocie długości ok. 40 50 cm (rys.3).


Piła płatnica

Rys. 3. Piła płatnica


Piła grzbietnica


Piła ta ma zastosowanie przy precyzyjnym piłowaniu lub nacinaniu małych elementów. Jest to piła z jedną rękojeścią o krótkim brzeszczocie prostokątnym wzmocnionym w górnej części stalową listwą (grzbietem) , nadającą brzeszczotowi sztywność (rys.4).


Piła grzbietnica

Rys. 4. Piła grzbietnica


Piła otwornica


Piła otwornica ma zastosowanie przy wyrzynaniu zarysów krzywoliniowych i otworów oraz przepiłowania drewna w miejscach trudno dostępnych. Jest to piła z jedną rękojeścią, posiadająca brzeszczot szerszy u nasady i zwężający się ku końcowi (rys. 5).


Piła otwornica

Piła otwornica


Piła ramowa


Piła ta ma bardzo szerokie zastosowanie w ciesielstwie i stolarstwie. W jej ramię można założyć brzeszczot szeroki do piłowania podłużnego lub wąski do piłowania krzywoliniowego. W zależności od pracy, którą piła ramowa ma wykonać, dobiera się piłę o odpowiednim kształcie zębów i szerokości brzeszczotu (rys.6). Przed przystąpieniem do pracy piła ramowa musi być wyregulowana, brzeszczot napięty za pomocą cięciwy, zęby piły powinny znajdować się w jednej płaszczyźnie. Rozwieranie zębów piły polega na wychylaniu ich w obie strony na 1/3 lub 1/2 ich wysokości. W czasie pracy należy zwracać uwagę, aby brzeszczot stale znajdował się w pozycji równoległej do płaszczyzny rzazu.Aby zaostrzyć piłę należy zamocować ją w imadle i do tego celu użyć pilnika o przekroju trójkątnym i drobnych nacięciach.


Piła ramowa

Rys. 6. Piła ramowa


Narzędzia do strugania


Strugi służą do nadania elementom drewnianym równych i gładkich powierzchni oraz doprowadzenia ich do ściśle określonego kształtu i żądanych wymiarów. Piłowanie drewna umożliwia podział materiału na części, ale nie jest wystarczające do uzyskania właściwego kształtu elementu. Powierzchnia drewna po piłowaniu jest chropowata, widoczne są rysy po zębach piły. W tym celu, po obróbce piłowaniem, stosuje się wyrównywanie i wygładzanie powierzchni. Każdy strug składa się z oprawy drewnianej lub metalowej i noża stalowego zamocowanego w oprawie. Nóż może być osadzony pośrodku oprawy lub na jej czole. Najczęściej spotykane są strugi gdzie kąt między nożem a podstawą oprawy wynosi 45o. Do strugania drewna twardego i czół stosuje się kąt 70o.Gładszą powierzchnię otrzymuje się, jeśli kąt skrawania jest duży (rys. 7).


Strugi

Strug

Rys. 7. Strugi: a) drewniany, b) metalowy


Zależnie od pracy, jaką chcemy wykonać strugiem, i od potrzebnego stopnia wygładzenia powierzchni, posługujemy się różnorodnymi strugami. Zdzierak służy do zdzierania wierzchniej warstwy drewna po piłowaniu. Nóż zdzieraka ma owalny profil ostrza, dlatego ostrugana zdzierakiem powierzchnia drewna ma powierzchnię pofalowaną (rys. 8).


Strug Zdzierak

Rys.8. Zdzierak: a) widok ogólny, b) widok od spodu, c)


Równiak służy do wyrównywania powierzchni po obróbce zdzierakiem, który pozostawia podłużne bruzdy. Nóż równiaka ma prostą krawędź tnącą (rys. 9).

Równiak strug

Rys.9. Równiak: a) widok ogólny, b) widok od spodu, c) nóż


Gładzik wyrównuje nierówności pozostałe po równiaku. Daje powierzchnie gładką, lecz niezupełnie płaską, bo jest krótki. Oprawa gładzika jest podobna jak równiaka z tym, że kąt ustawienia ostrza w oprawie jest nieco większy. Nóż gładzika zaopatrzony jest dodatkowo w odchylacz strużyn, dociskany do noża specjalną śrubą. Odchylacz odchyla strużyny i dzięki temu ułatwia struganie. Im bliżej ostrza noża ustawiony jest odchylacz, tym cieńsze otrzymuje się strużyny i gładszą powierzchnię (rys. 10).

strug Gładzik

Rys. 10. Gładzik: a) widok, b) nóż z odchylaczem, c) działanie odchylacza


Spust wyrównuje i wygładza powierzchnię struganego drewna na dużej powierzchni. Spust jest długi (70÷90 cm) i nie ślizga się po wzniesieniach jak w poprzednio omówionych strugach, lecz stopniowo je zbiera (rys. 11).

 strug Spust

Rys. 11. Spust


Ośnik służy do zdejmowania kory i usuwania drobnych gałązek i wystających sęczków z okrąglaków oraz do strugania z grubsza brzegów desek nieobrzynanych i okorkowych (rys. 12).


strug Ośnik

Rys. 12. Ośnik


Narzędzia do dłutowania ręcznego


Niektóre rodzaje połączeń ciesielskich wymagają wykonania w drewnie gniazd, bruzd lub otworów o różnym kształcie. Wykonuje się je za pomocą narzędzi zwanych dłutami. Dłuto składa się z noża i uchwytu. Kąt ostrza dłuta ciesielskiego jest duży i wynosi 40o. Ostrze dłuta powinno przechodzić prostopadle przez oś uchwytu. Ostrze ma różne kształty, zależnie od przeznaczenia dłuta.


Dłuta płaskie z prostymi powierzchniami bocznymi, służą do wybierania gniazd (rys.13)


Dłuto płaskie

Rys. 13. Dłuto płaskie z prostymi powierzchniami bocznymi


Dziubaki są to dłuta płaskie ze ściętymi powierzchniami bocznymi, które służą do wybierania małych gniazd i ociosywania desek od czoła (rys. 14).


Dłuto płaskie ze ściętymi powierzchniami

Rys. 14. Dłuto płaskie ze ściętymi powierzchniami bocznymi


Grzbietaki są to dłuta płaskie, które służą do wybierania małych gniazd i ociosywania desek od czoła (rys.14).


Dłuto grzbietak

Rys.14. Dłuto grzbietak


Dłuta gniazdowe (przysieki) służą do wybierania otworów głębokich (rys. 15).


Dłuto gniazdowe

Rys. 15. Dłuto gniazdowe


Dłuta gniazdowe (przysieki) służą do wybierania otworów głębokich (rys. 15).


Dłuto żłobak

Rys. 16. Dłuto żłobak


Nacinaki są to dłuta płaskie, szerokie, które służą do wyznaczania nacięć oraz wyrównywania powierzchni (rys. 17).


Dłuto płaskie szerokie

Rys. 25. Dłuto płaskie szerokie (nacinak)