Галина Серикова - Справочник мастера столярно-плотничных работ

Рис. 71. Основные элементы шиповых соединений: а, б – плоские шипы; в – круглый шип; г – гребень; д – шпунт; е – шкант; ж – проушина; з – гнездо для плоского шипа; и – гнездо для круглого шипа; к – рейка

Прежде чем начать выполнять шипы, пазы и т. д., надо подготовить детали по длине, обработать торцевые стороны и проверить заготовки на наличие дефектов.

Шиповые соединения регламентируются ГОСТом 9330-76 и подразделяются на:

1) открытые, при которых в соединениях видна поверхность верхней грани шипа;

2) сквозные, при которых торец шипа выходит на видимую поверхность торцевой гранью;

3) с полупотемком, при котором верхняя грань шипа видна только частично;

4) с потемком, то есть все боковые грани шипа не видны после выполнения соединения;

5) «на ус» – соединение, при котором грани фиксируемых брусков срезаны под углом в 45°.

Кроме того, шиповые соединения бывают угловыми, по длине и кромкам. Угловые соединения делятся на концевые, срединные и ящичные. Все они используются для соединения деталей объемных конструкций, например ящиков.

Угловые концевые соединения представлены на рис. 72. Наиболее прочными из них являются соединение на открытый сквозной одинарный прямой шип и соединение «на ус». Толщина одинарного шипа должна составлять 0,4 толщины бруска.

Рис. 72. Разновидности угловых концевых соединений на шип: а – открытый сквозной одинарный; б – открытый сквозной одинарный «на ус»; в – с полупотемком несквозной; г – с потемком несквозной; д – шканты несквозные; е – шканты несквозные «на ус»; ж – вставной плоский несквозной; з – вставной плоский сквозной

Чтобы при сборке изделия не допустить выворачивания брусков в соединении, используются соединение на шип с полупотемком (несквозной и сквозной) или с потемком (несквозной и сквозной). При необходимости скрыть торец шипа применяются соединения с несквозным шипом. При этом следует соблюсти следующие размеры:

1) ширина шипа должна составлять 0,6–0,7 ширины бруска;

2) длина несквозных шипов – 0,5–0,8 ширины бруска;

3) длина полупотемка – 0,3–0,5 длины шипа.

По сравнению с соединением на открытый прямой шип соединения на шканты (несквозные, сквозные под прямым углом, несквозные «на ус») менее прочные. Однако они чаще используются при изготовлении мебели, поскольку являются менее трудоемкими, чем другие шиповые соединения, и более экономичными в плане расхода древесины (примерно до 10 %). Обычно мебель не испытывает таких нагрузок, которые могли бы разрушить данное соединение. Поскольку она чаще всего изготавливается из ДСП, выполнение в которых шипов и проушин весьма проблематично вследствие особенностей структуры материала, шкантовые соединения обеспечивают соответствующую прочность.

При изготовлении шкантов также необходимо придерживаться определенных параметров:

1) диаметр шканта должен составлять 0,4 толщины бруска;

2) длина шканта должна быть в 2,5–6 раз больше его диаметра;

3) расстояние между шкантами и от края бруска до шканта составляет 2–3 диаметра шканта.

Если используется соединение под углом в 90°, чтобы прочность в торце и кромке сопрягаемых брусков была равной, в них запрессовывают шканты: в торец на глубину 0,55 длины, в кромку – на 0,45 длины шканта. Например, длина шканта составляет 50 мм, тогда в торец его запрессовывают на глубину 27,5 мм (50 × 0,55), а в кромку – на 22,5 мм (50 × 0,45).

Клеевое соединение на шкантах определяется их конструкцией (рис. 73).

Рис. 73. Конструкция шканта: а – шкант; б – калибр; в – схема изготовления калибра

Для них используют древесину твердых лиственных пород, из которой делают заготовки цилиндрической формы с рифленой поверхностью (это необходимо для того, чтобы с них не стекал клей). С торцевых сторон шкантов сняты фаски. Для выполнения рифления разработаны специальные калибры в виде стальной пластины, в которой проделаны четыре конусных отверстия, диаметр которых на 0,5 мм меньше, чем диаметр шканта. Верхняя образующая конусного отверстия снабжена зубьями высотой 0,5 мм, которые сделаны надфилем. Заготовку нужно вставить в отверстие калибра и ударить молотком. После прохода через калибр на ее поверхности остается рифление.

Под шкант выбирают гнездо диаметром, соответствующим его размеру.

Соединение «на ус» вставным плоским шипом (несквозным и сквозным) при сравнении с цельными шиповыми соединениями проигрывает в прочности, но дает возможность замаскировать торцы соединяемых деталей. Оно усиливается, если использовать двойной вставной шип, толщина которого равна одной пятой толщины бруска (а толщина одинарного вставного шипа в 2 раза больше).

Если соединяются тонкие бруски, тогда шипы изготавливаются из шпона толщиной 2 мм, при этом толщина несквозных шипов составляет 0,75 ширины бруска, а сквозных – 1–1,2.

Угловое срединное соединение на одинарный шип (сквозной и несквозной) в проушину или несквозной шип в паз выполняют на кромке бруска либо по отдельности под каждый шип. В первом случае длина шипа составляет 0,3–0,8 ширины бруска с проушиной, а во втором – 0,2–0,3 ширины бруска с пазом.

Угловое срединное соединение на шип под названием «ласточкин хвост» бывает сквозным и несквозным. В последнем случае шип углубляется на половину толщины бруска. При этом его длина составляет 0,3–0,5 ширины присоединенного бруска, а угол наклона равен 10°. Соединение на шип «ласточкин хвост» (сквозной) рекомендуется для фиксирования корпусов шкафов, сундуков и т. п., а глухой «ласточкин хвост» предназначен для скрепления боковых и лицевых стенок ящиков и др.

Угловое соединение в паз и гребень (несквозной) правильно ориентирует деталь во время сборки. Длина гребня равна 0,3–0,5 толщины бруска. Такой вариант соединения используется для установки полок, например в шкафах.

Особой прочностью отличаются ящичные угловые соединения на шип (прямой открытый) и на шип «ласточкин хвост» (открытый и полупотайной), у которых толщина прямых шипов равна 6–16 мм (градация – 2 мм), толщина широкой части шипов «ласточкин хвост» – 0,85 толщины бруска, угол наклона – 10°. Шипы не следует размещать непосредственно у кромки, расстояние между ними должно быть не менее 0,75 толщины бруска.

Ящичные соединения на шкант (открытый и несквозной) характеризуются тем, что площадь склеивания у них не очень большая, что сказывается на прочности. Поэтому данный вариант рекомендуется использовать в том случае, если основные нагрузки на шкант направлены на срез, а не на растяжение. Количество шкантов (диаметр – 8–10 мм, длина – 30–40 мм) в соединении может быть увеличено (но не более 4 шт.), что, естественно, усиливает прочность фиксации, но при этом возрастают сложности, связанные с подгонкой и сборкой деталей.

Ящичное соединение «на ус» вставной рейкой (материалом для нее обычно служит фанера) чаще всего используется тогда, когда требуется замаскировать торцы соединяемых элементов. Его можно дополнительно усилить металлическим уголком и т. п. Ширина рейки и толщина соединяемых плит идентичны, а толщина составляет 4–6 мм.

Соединение по кромке на вставную рейку достаточно прочное, особенно если последняя изготовлена из древесины с поперечным направлением волокон (ширина – 20–30 мм, толщина – 0,4 толщины заготовки) или из фанеры (толщина – 3–6 мм).

Некоторые виды угловых соединений показаны на рис. 74.

Рис. 74. Разновидности угловых срединных и ящичных соединений: 1 – на шип: а – одинарный сквозной и несквозной; б – «ласточкин хвост»; в – паз и гребень несквозной с одним или двумя заплечиками; г – прямой открытый; д – «ласточкин хвост» полупотайной; е – «ласточкин хвост» открытый; 2 – на шкант: а – открытый; б – несквозной; в – «на ус»; г – на вставную

Если используется шиповое соединение с проушиной, то сопрягаемые поверхности необходимо подготовить с высокой точностью, размечая их рейсмусом. Кроме того, следует придерживаться правил, которые минимизируют дальнейшую подгонку (рис. 75):

1) зона пропила захватывает половину ширины риски;

2) при выполнении проушины зона пропила должна находиться с внутренней стороны рейки, то есть в теле проушины;

3) при выполнении шипа зона пропила должна располагаться с наружной стороны риски, то есть в теле щечек;

Рис. 75. Методика разметки: а, б – плоских шипов и проушин; в, г – шипов и проушин для соединения «ласточкин хвост»; 1 – зона пропила; 2 – риска

4) для разметки соединения «ласточкин хвост» используют карандаш и малку. При выполнении шипа зона пропила должна проходить рядом с риской с наружной стороны шипа. После этого размечают проушины, у которых зона пропила должна находиться рядом с риской с внутренней стороны проушины.