Обучение машинной обработке дерева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические основы свойств древесины и древесных изделий, а также станков и оборудования для их обработки

1.1 Виды и свойства различных пород древесины и древесных материалов

1.2 Виды машин и оборудования для обработки древесины и древесных материалов в школе на уроках технологии

Глава 2. Методика проведения занятий по теме: «Технология обучения машинной обработки древесины и древесных материалов в 7 классе»

2.1 Современные педагогические технологии обучения на уроках технологии

2.2 Разработка уроков в 7 классе по теме «Технология обучения машинной обработки древесины и древесных материалов в 7 классе»

Заключение

Список литературы



Введение

Изменения социально-политической и экономической обстановки в России ставят новые задачи перед системой обучения и воспитания подрастающего поколения. Важную роль в решении этих задач играют учреждения общего образования. Именно они, в первую очередь, обеспечивают жизненное и социально-трудовое становление молодежи, соответствующее современным требованиям общества.

Ведущую роль, здесь, традиционно играет трудовая подготовка, которая направлена на воспитание трудолюбия и уважительного отношения к труду, развитие практических умений и навыков, расширение политехнического кругозора, введение в мир профессий. Накопленный в общем образовании опыт трудового обучения, сложившаяся материально-техническая база и подготовленные педагогические кадры обеспечивают возможность развития на более высоком уровне содержания подготовки молодежи к труду средствами образовательной области «Технология», которая в системе общего образования представляет главенствующую составляющую общественной практики. Эта область качественно по-новому решает проблемы трудовой подготовки школьников в новых социально-экономических условиях с учётом тенденций технико-технологического развития современного общества и мирового опыта технологического образования.

Образовательная область «Технология» является необходимой частью общего образования школьников. Она в своём содержании выражает политехническую и функционально прикладную составляющие всей общеобразовательной подготовки учащихся, предоставляя им возможность научиться осознанно, применять в практической деятельности знания основ наук. Овладение учащимися содержанием образовательной области «Технология» обеспечивает преемственность их перехода от общего к профессиональному образованию, трудовой деятельности и дальнейшему непрерывному самообразованию. Задачи же технологической подготовки школьников при таком понимании будут решаться в том случае, когда показывается применение естественнонаучных закономерностей в технологических процессах, раскрывается то общее, что характеризует все отрасли производства, создаются возможности для переноса знаний и умений в новые условия.

Обучение школьников, непосредственно, технологии обработке древесины обладает значительными образовательными и воспитательными возможностями: развивает технологическую культуру, способствует эстетическому и творческому развитию личности, более успешной самореализации, социализации в среде сверстников, профессиональному самоопределению. Овладение технологией обработки древесины учителем технологии и предпринимательства и методикой обучения ей школьников обеспечивает необходимую социальную защищенность педагога, его конкурентоспособность на рынке труда.

Для того чтобы обучение школьников обработке древесины было эффективным, необходима специальная подготовка будущего учителя технологии и предпринимательства к такой деятельности. Причём указанная подготовка должна носить интегративный характер и включать не, только формирование общепедагогических и методических умений, но и высокий уровень овладения технологией обработки древесины, эстетическое развитие будущих специалистов.

Исходя из этого, можно выделить противоречие между необходимостью развития навыков машинного труда у средних школьников и недостаточным знанием педагогом новых педагогических технологий, современного оборудования и видов древесных материалов.

Цель исследования: Выявить и апробировать различные технологии и оборудование для обучения учащихся машинной обработке дерева и древесных материалов.

Задачи исследования:

- Изучить различные виды педагогических технологий применяемых на уроках технологии;

- Раскрыть особенности использования современных станков и оборудования для обработки древесины и древесных материалов;

- Рассмотреть виды и свойства современных древесных материалов и древесины.

Методы исследования:

1. Теоретические методы

· Анализ

· Синтез

2. Эмпирические методы

· Изучение и обобщение педагогического опыта

· Мониторинг

Объект исследования: Обучение обработки древесины и древесных материалов в основной школе.

Гипотеза: Процесс совершенствования навыков машинной обработки древесины и древесных материалов у учащихся 7 класса будет проходить успешнее, если созданы условия:

- Используются различные педагогические технологии в процессе обучения;

- Используются различные станки и оборудование для машинной обработки древесины.

Предмет исследования: Технологии машинной обработки древесины и древесных материалов в 7 классе

станок древесина педагогический обработка



Глава 1. Теоретические основы свойств древесины и древесных изделий, а также станков и оборудования для их обработки

1.1 Виды и свойства различных пород древесины и древесных материалов

Древесина состоит из элементарных клеток, разнообразных по размерам и форме. Они прочно связаны между собой. Полости клеток могут быть заполнены смолами, камедями, тиллами, водой. Из клеток образуются сосуды, сердцевинные лучи, создается древесная масса.

Взрослое дерево имеет ствол, крону и корни (рисунок 1.1)

Ствол. Ствол связывает корневую систему с кроной дерева. Он проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами - вниз к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Ствол дает основную массу древесины (от 50 до 90% объема всего дерева) и имеет главное промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть - комлем.

Камбий - это живая образовательная ткань, функционирующая у древесных растений в течение десятков, сотен и даже тысяч лет. В умеренном климатическом поясе наибольшая активность его наблюдается весной и летом. Зимой камбий бездействует. Этим обуславливается слоистое строение ствола дерева. Ствол также служит для размещения и поддержания кроны. Ствол дает большую массу древесины (от 50 до 90 % объема дерева) и имеет главное промышленное значение.

Ствол изучают на трех главных разрезах: поперечном, и двух продольных - радиальном и тангенциальном. Плоскость поперечного, или торцевого, разреза перпендикулярна оси ствола. Плоскость одного из продольных разрезов проходит через сердцевину ствола по радиусу торца - радиальный разрез, плоскость другого разреза - тангенциального - направлена по касательной к окружностям, образованным слоями годичного прироста. На поперечном разрезе можно указать радиальные и тангенциальные направления, а на продольных разрезах направления вдоль волокон и радиальное или тангенциальное.

Основные анатомические части ствола легко обнаружить на его поперечном разрезе. Наружная часть - кора резко отличается по внешнему виду от внутренней части - древесины, занимающей наибольший объем ствола. Древесина окружает небольшую центральную зону - сердцевину. Расположенный между древесиной и корой слой камбия для простого глаза незаметен.

Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она более или менее смещена в сторону. Сердцевина на поперечном разрезе имеет вид темного пятнышка диаметром 2-5 мм (у бузины достигает 1 см). У одних пород она имеет овальную или округлую форму, у других - треугольную (ольха), четырех- и пятиугольную (ясень и тополь) и звездчатую (дуб). Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она более или менее смещена в сторону. На продольном радиальном разрезе сердцевина имеет вид узкой коричневой прямой у хвойных пород или извилистой полоски у лиственных пород.

Древесина занимает наибольшую часть объема ствола. Диаметр ствола изменяется в широких пределах, примерно от 6-8 до 100 см. Форма поперечного сечения ствола и, следовательно, древесины чаще всего близка к окружности, но иногда сечение приобретает форму эллипса. Диаметр уменьшается по высоте ствола. В верхней части ствола древесину пронизывают сучки, представляющие собой остатки ветвей.

Кора покрывает снаружи камбий и древесину. На поперечном разрезе ствола она имеет форму кольца, окрашенного обычно значительно темнее древесины. В толстой коре взрослых деревьев различают два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный - корку (его назначение предохранять живые ткани ствола от резких колебаний температуры, испарения влаги, проникновения грибов, бактерий и механических повреждений) и внутренний слой - луб, непосредственно прилегающий к камбию. Назначение луба - проводить вниз по стволу образующиеся в листьях органические питательные вещества. У молодых деревьев кора гладкая, иногда покрытая тонкими опадающими чешуями; при утолщении ствола в коре появляются трещины, которые с возрастом дерева углубляются. По характеру поверхности кора может быть гладкой (пихта), бороздчатой (дуб), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник) и бородавчатой (бересклет). Цвет коры снаружи изменяется в широких пределах: от белого (береза), светло-серого (пихта), зеленовато-серого (осина) до серого (ясень), темно-серого (дуб), или темно-бурого (ель). С каждым годом толщина коры увеличивается. Однако вследствие малой величины годичного прироста и постепенного отпада наружных слоев в виде чешуй кора никогда не достигает такой толщины, как древесина. Относительный объем коры в стволе (без сучьев) для основных пород приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Относительный объем коры в стволе

Порода	Объем коры, %
Лиственница	22-25
Сосна	10-16
Ель	6-13
Кедр	6-10
Пихта	11-19
Дуб	14-21
Бук	7-11
Липа	12-16
Осина	11-20

Как видно из приведенных данных в таблице 1.1, объем, занимаемый корой, колеблется в пределах 6 - 25% объема ствола, в зависимости от породы, а также возраста дерева и условий произрастания. С возрастом дерева относительный объем коры снижается, с ухудшением условий произрастания, наоборот, повышается. Доля коры в объеме ствола уменьшается с увеличением диаметра ствола.

Промышленное использование кроны невелико. Из листьев (хвои) получают витаминную муку, лекарственные препараты, пихтовое масло; из ветвей - технологическую щепу для производства тарного картона, древесностружечных и древесноволокнистых плит.

В таблице 1.2 приводятся данные об относительном объеме частей дерева [1]. Данные таблицы сугубо ориентировочны, так как они могут изменяться с возрастом дерева и в зависимости от внешних условий.

Таблица 1.2 - Относительный объем частей дерева

Порода	Объем частей дерева, %
	Ствол	Корни	Ветви
Лиственница	77-82	12-15	6-8
Сосна	65-77	15-25	8-10
Ясень	55-70	15-25	15-20
Бук	55-70	20-25	10-20
Клен	65-75	15-20	10-15
Береза	78-90	5-12	5-10

Исходя из данных таблицы 1.2, видим, что наибольший объем ствола и наименьший объем корней имеет береза; у ясеня - самый маленький объем ствола и самый большой объем ветвей; у бука также маленький объем ствола, но при этом самый большой объем корней.

Заболонь, ядро, спелая древесина. Древесина наших лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. При этом у отдельных пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая - заболонью.

В том случае, когда центральная часть ствола отличается меньшим содержанием воды, т. е. является более сухой, ее называют спелой древесиной, а породы - спелодревесными. Породы, имеющие ядро, называют ядровыми. Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называют заболонными (безъядровыми).

Из древесных пород ядро имеют: хвойные - сосна, лиственница, кедр; лиственные - дуб, ясень, ильм, тополь. Спелодревесными породами являются из хвойных ель и пихта, из лиственных бук и осина. К заболонным породам относятся лиственные: береза, клен, граб, самшит.

Однако у некоторых безъядровых пород (береза, бук, осина) наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называется ложным ядром. Молодые деревья всех пород не имеют ядра и состоят из заболони. Лишь с течением времени образуется ядро за счет перехода заболонной древесины в ядровую.

Ядро образуется за счет отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, углекислого кальция. В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других - на 30-35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая.

Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тис) или плавным (орех грецкий, кедр). В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую функцию. Древесина заболони легко пропускает воду, менее стойка против загнивания, поэтому при изготовлении тары под жидкие товары использовать заболонь следует ограниченно.

Физическими свойствами древесины называются такие, которые определяют без нарушения целостности испытываемого образца и изменения ее химического состава, т. е. выявляют путем осмотра, взвешивания, измерения, высушивания.

К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, плотность, влажность и связанные с ней изменения - усушка, разбухание, растрескивание и коробление. К физическим свойствам древесины относится также ее электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.

Внешний вид древесины определяется ее цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.

Цвет. Цвет древесине придают находящейся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.

Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от белого (осина, ель, липа) до черного (черное дерево). Древесина пород, произрастающих в жарких и южных районах, имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Так, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня - бурый, грецкого ореха - коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Древесина ольхи, имеющая в свежесрубленном состоянии светло-розовый цвет, вскоре после рубки темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Древесина дуба, полежавшая долгое время в воде, приобретает темно-коричневый и даже черный цвет (мореный дуб). Меняется окраска древесины и в результате поражения ее различными видами грибов. На окраску древесины оказывает влияние также возраст дерева. У молодых деревьев древесина обычно светлее, чем у более старых. Устойчивым цветом обладает древесина дуба, груши и белой акации, самшита, каштана.

Цвет древесины имеет важное значение в производстве мебели , музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид. Цвет древесины некоторых пород улучшают, подвергая различной обработке, - пропариванию (бук), протравливанию (дуб, каштан) или окрашиванию различными химическими веществами. Цвет древесины и его оттенки характеризуют обычно определениями - красный, белый, розовый, светло-розовый и лишь при особой необходимости по атласу или шкале цветов.

Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.

Блеск - способность направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском обладают зеркально гладкие поверхности, отражающие световой поток строго направленно. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.

Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана,

Радиальные поверхности, где площадь, занятая сердцевинными лучами, наибольшая, также создают блеск (особенно у клена, ильма, бука, дуба, белой акации, платана, красного дерева, атласного дерева, айланта). Древесина бархатного дерева (осина, липа, тополь) имеет шелковистый блеск.

Блеск придает древесине красивый вид и может быть усилен полированием, лакированием, вощением или оклеиванием прозрачными пленками из искусственных смол.

Текстура определяет декоративную ценность древесины и имеет значение при изготовлении мебели, различных поделок, при украшении музыкальных инструментов. При использовании прозрачных лаков можно усилить и ярче выявить текстуру древесины.

Для получения красивой текстуры применяют и различные способы обработки древесины; лущение кряжей ножом с волнистым лезвием или под углом к направлению волокон, неравномерное прессование и др.

Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы - сосна, ель. Дуб имеет запах дубильных веществ, бакаут и палисандр - ванили. Приятно пахнет можжевельник, поэтому его ветви применяют при запаривании бочек. Большое значение имеет запах древесины при изготовлении тары. В свежесрубленном состоянии древесина имеет более сильный запах, чем после высыхания. Ядро пахнет сильнее заболони. По запаху древесины можно определить отдельные породы.

Макроструктура. Для характеристики качества древесины иногда достаточно определить следующие показатели макроструктуры: ширину годичных слоев и содержание поздней древесины в годичных слоях.

Ширина годичных слоев определяется числом слоев, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на поперечном срезе. Образцы сечением 20Ч20 мм должны иметь гладко зачищенные торцы. На торце проводят линию перпендикулярно к годичным слоям и подсчитывают число целых слоев N. Длину l участка измеряют в сантиметрах. Число годичных слоев в 1 см вычисляют с точностью до 0,5 слоя по формуле [1]:

n = N/l. (2.1)

Ширина годичных слоев оказывает влияние на свойства древесины. Для древесины хвойных пород отмечается улучшение свойств, если в 1 см насчитывается не менее 3 и не более 25 слоев. У лиственных кольцесосудистых пород (дуб, ясень) увеличение ширины годичных слоев происходит за счет поздней зоны и поэтому увеличиваются прочность, плотность и твердость.

Для древесины лиственных рассеянососудистых пород (березы, бука) нет такой четкой зависимости свойств от ширины годичных слоев.

На образцах из древесины хвойных и кольцесосудистых лиственных пород определяют содержание поздней древесины m (в процентах). На тех же образцах измерительной лупой с погрешностью 0,1 мм измеряют ширину поздней зоны д в каждом годичном слое; полученные значения суммируют и подсчитывают процент поздней древесины с погрешностью 1 % по формуле:

m = ?д/l*100, (2.2)

где ?д - общая ширина поздних зон, см;

l - общее протяжение тех годичных слоев, в которых измерялась ширина поздней зоны, см.

Процент поздней древесины является достаточно надежным показателем качества древесины. Чем выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность, а, следовательно, и выше ее механические свойства.

При обработке древесины режущими инструментами происходит перерезание полых анатомических элементов (сосудов) и на поверхности древесины образуются неровности. У таких пород, как дуб, ясень, грецкий орех, величина структурных неровностей значительная. Так как древесина указанных пород используется для отделки изделий, то перед полированием необходимо уменьшить величину этих неровностей. Для этого производится специальная операция, которая называется порозаполнением.

Влажность древесины. В растущем дереве вода необходима для его жизни и роста, в срубленной древесине наличие воды нежелательно, так как приводит к ряду отрицательных явлений.

Влажностью (абсолютной) древесины называется отношение массы воды к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах

В древесине различают воду связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Свободная вода заполняет полости клеток и пространства между клетками, а связанная находится в толще клеточных стенок. Свободная вода удерживается механическими связями и удаляется легко; связанная вода удерживается физико-механическими связями, и удаление этой воды требует дополнительных затрат энергии. Связанная вода оказывает значительное влияние на свойства древесины.

Общее количество воды в древесине складывается из свободной и связанной. Максимальное количество связанной воды составляет примерно 30 % при температуре 15-20оС. Предельное количество свободной воды зависит от плотности, т.е. от того, как велик объем пустот в древесине, который может быть заполнен водой.

Состояние древесины, при котором свободная вода отсутствует, а клеточные стенки содержат максимальное количество связанной воды, называется гигроскопичностью или пределом насыщения клеточных стенок. Предел гигроскопичности соответствует максимальной влажности клеточных стенок при увлажнении древесины в насыщенном водой воздухе. Предел насыщения клеточных стенок - максимальная влажность клеточных стенок свежесрубленной древесины или при хранении ее длительное время в воде. При этом в полостях клеток содержится и некоторое количество свободной воды. Таким образом, влажность предела насыщения клеточных стенок составляет 30 % для пород умеренного климата.

Влажность предела гигроскопичности при температуре 15-20оС составляет 30 % и мало зависит от породы древесины.

Влажность предела гигроскопичности с повышением температуры снижается и при 100оС составляет 19-20 %

Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая - длительное время находившаяся в воде, ее влажность выше 100 %; свежесрубленная - влажность 50-100 %; воздушно-сухая - долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15-20 %; комнотносухая - влажность 8-12 %; абсолютно сухая - влажность древесины около 0 %.



Таблица 2.4 - Средняя влажность свежесрубленной древесины

Порода	Влажность %
Ель	91
Лиственница	82
Пихта	101
Сосна обыкновенная	88
Сосна кедровая сибирская	92
Липа мелколистная	60
Осина	82
Ольха	84
Тополь	93
Береза	78
Бук	64
Вяз	78
Дуб	50
Ясень обыкновенный	36

Из данных таблицы 2.4 видно, что самая высокая влажность свежесрубленной древесины у пихты, а самая низкая у ясеня обыкновенного.

Высыхание древесины. При длительном хранении срубленной древесины на воздухе или в помещении происходит испарение воды. При этом вначале удаляется свободная вода, находящаяся в полостях клеток, а затем и связанная. При высыхании древесины испарение воды происходит с поверхности сортамента и вода из более влажных внутренних слоев передвигается к наружным. Таким образом, наблюдается неравномерное распределение воды по толщине материала. Чем больше толщина материала, тем больше неравномерность распределения воды.

Скорость высыхания зависит от метеорологических условий, способов укладки и вида сортимента. Теплая, сухая погода ускоряет сушку. Короткие и тонкие пиломатериалы сохнут быстрее длинных и толстых. В промышленности наиболее распространено два способа сушки: атмосферная и камерная.

Камерная сушка проводится в специальных помещениях, называемых лесосушильными камерами. В качестве агента сушки используется воздух, нагреваемый в калориферах. В сушильных камерах контролируется состояние воздуха и влажность древесины. Продолжительность камерной сушки значительно меньше, чем атмосферной.

При атмосферной сушке в качестве агента используется атмосферный воздух без искусственного его подогрева. Состояние воздуха не регулируется.

Перед атмосферной сушкой пиломатериалы должны подвергаться антисептированию во избежание поражения их деревоокрашивающими грибами. Для лучшей циркуляции воздуха применяется разреженная укладка пиломатериалов. Атмосферная сушка считается законченной при достижении 20-22 % влажности. Продолжительность сушки пиломатериалов разной толщины в различных климатических зонах колеблется от 2-3 месяцев до одного-двух сезонов.

При атмосферной или камерной сушке древесина приобретает устойчивую влажность. Такое состояние устанавливается, если упругость водяных паров окружающего воздуха будет равна упругости паров воды у поверхности древесины. Состояние воздуха характеризуется определенной температурой и относительной упругостью пара. Каждому сочетанию температуры и относительной упругости пара соответствует определенная устойчивая влажность древесины. Эта влажность не зависит от породы, но зависит от направления процесса. При поглощении (сорбции) воды из воздуха устойчивая влажность древесины меньше, чем при высыхании (десорбции). Разницу между значениями устойчивой влажности при сорбции и десорбции называют гистерезисом сорбции. При этом следует иметь в виду, что при сорбции и десорбции изменяется содержание только связанной воды. Измельченная древесина (стружки, опилки) имеет большую удельную поверхность и ничтожно маленький гистерезис (0,2 %), и ее устойчивую влажность называют равновесной. Для пиломатериалов толщиной более 15 мм и шириной более 100 мм гистерезис составляет 2,5 %.

Усушка. Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Она начинается после полного удаления из древесины свободной влаги и с начала удаления связанной влаги, т.е. когда ее влажность снизится за предел насыщения клеточных стенок.

При распиловке сырых бревен на доски предусматривают припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры. Усушка зависит от плотности древесины: чем больше плотность, тем выше ее усушка. Поздняя древесина годичных слоев усыхает больше, чем ранняя.

Влагопоглощение. Влагопоглощением древесины называется ее способность поглощать воду из окружающего воздуха, при этом увеличивается в древесине содержание связанной воды. Влагопоглощение зависит от температуры и относительной упругости пара воздуха. Поглощение воды из воздуха происходит постепенно, замедляясь до предела гигроскопичности. Влагопоглощение не зависит от породы древесины.

Влагопоглощение древесины относится к ее отрицательным свойствам. Для уменьшения влагопоглощения древесину покрывают лаками, красками, проводят термическую обработку, пропитку искусственными смолами и пр.

Разбухание. Разбухание - это свойство древесины обратное усушке и подчиняется тем же закономерностям. Разбуханием называется увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении содержания связанной воды.

Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности, увеличение свободной воды (заполняющей полости клеток) не вызывает разбухания. Наибольшее разбухание происходит в тангенциальном направлении и наименьшее - вдоль волокон.

Так же как и усушка, разбухание является отрицательным свойством древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положительную роль: обеспечивает плотность соединений в бочках, лодках, деревянных трубах и судах.

Водопоглощение. Водопоглощение - способность древесины поглощать капельножидкую воду. Водопоглощение происходит при непосредственном контакте древесины с водой. При этом в древесине увеличивается содержание как связанной, так и свободной влаги. Общее количество свободной воды зависит от объема полостей в древесине. Водопоглощение зависит от породы древесины, от ее плотности; чем больше плотность древесины, тем меньше объем полостей, которые могут быть заполнены свободной водой, и, следовательно, водопоглощение будет меньше.

Водопоглащение ядра меньше, чем у заболони. Скорость водопоглощения больше у образцов с большими размерами торцевой поверхности. С повышением температуры также ускоряется процесс водопоглошения. Максимальная влажность древесины при водопоглощении приведена в таблице 2.5 [3].

Таблица 2.5 - Максимальная влажность древесины при водопоглощении

Порода	Влажность, %
Лиственница	126
Сосна	185
Ель	212
Кедр (сосна кедровая)	220
Пихта	268
Граб	93
Дуб	116
Береза	135
Осина	185
Тополь	212

Из данных таблицы 2.5 видно, что наиболее высокую влажность имеет пихта, а самую низкую - граб.

Плотность древесины. Плотность материала характеризуется отношением его массы к объему. Измеряется плотность в килограммах на метр кубический или в граммах на сантиметр кубический.

Плотностью древесинного вещества называется отношение массы к объему клеточных стенок. Так как элементный химический состав древесины практически одинаков для разных пород, то и плотность древесинного вещества примерно одинакова для всех пород. Она в среднем равна 1,53 г/см3.

Плотность древесины зависит от влажности и для сравнения значения плотности всегда приводят к единой влажности, которая составляет 12 %.

Между плотностью и прочность древесины существует тесная связь. Чем больше толщина клеточных стенок, тем больше плотность и, следовательно, прочность древесины.

Пористость древесины определяется объемом внутренних пустот (полостей клеток, межклеточных пространств) и выражается в процентах от объема древесины в абсолютно сухом состоянии.

Пористость зависит от плотности древесины: чем больше плотность, тем меньше пористость древесины. Значение пористости колеблется в пределах от 40 до 77 %.

В таблице 2.6 приведены средние значения плотности для различных пород.

Таблица 2.6 - Средние значения плотности

Порода	Плотность в абсолютно сухом состоянии, кг/м3	Плотность при влажности 12 %, кг/м3
Лиственница	630	660
Сосна обыкновенная	470	500
Ель	420	445
Кедр	410	435
Пихта сибирская	350	375
Граб	760	800
Дуб	650	690
Клен	650	690
Ясень обыкновенный	640	650
Бук	640	670
Береза	600	650
Орех грецкий	-	590
Ольха	490	520
Осина	470	495
Липа	470	495

Из данных таблицы 2.6 видно, что плотность древесины колеблется в очень широких пределах. Причем наибольшую плотность имеют граб, а наименьшую - пихта сибирская.

Плотность древесины имеет большое практическое значение. Древесину с высокой плотностью (самшит, граб, бук, клен, груша) особенно ценят на производстве за ее прочность и хорошую обрабатываемость.

Древесина лиственных кольцесосудистых пород имеет неодинаковую плотность, ранняя часть годичного слоя у нее пористая, поздняя более плотная. Такая древесина труднее поддается лакированию и полированию, но обладает другими ценными свойствами, например, хорошо гнется. Древесина хвойных пород обладает малой плотностью, а рассеяннососудистых лиственных пород - высокой плотностью, поэтому она чисто обрабатывается, хорошо лакируется иполируется.

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться действию усилий. К механическим свойствам древесины относятся прочность и деформативность, а также некоторые эксплуатационные и технологические свойства.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушения под действием механических усилий; характеристикой ее является предел прочности - максимальное напряжение, которое выдерживает древесина без разрушения. Показатели пределов прочности устанавливают при испытании древесины на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и редко при кручении.

Деформативностью называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил.

Прочность древесины при растяжении. Испытание на растяжение вдоль волокон проводят на образцах сложной формы.

Разрушение происходит в виде разрыва волокон. Характер разрыва волокон может быть длинноволокнистый или защепистый для древесины с высокой прочностью, и гладкий или раковистый для древесины с малой прочностью. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть предела прочности при растяжении вдоль волокон, т.е. 6,5 МПа. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины. В таблице 2.8 приведена прочность древесины при растяжении вдоль волокон.

Таблица 2.8 - Прочность древесины при растяжении вдоль волокон

Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %
	12	30 и более
Лиственница	125	96
Сосна	103	79
Ель	103	79
Кедр	90	69
Пихта сибирская	67	51
Акация белая	176	109
Береза	168	126
Ясень	145	109
Граб	141	106
Осина	125	94
Бук	123	92
Липа	121	91
Ольха	101	76
Тополь	91	68



Из данных таблицы 2.8 видно, что при влажности 12 % наибольший предел прочности при растяжении имеет акация белая, а наименьшую - пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочность при растяжении обладает береза, а наименьшей - пихта сибирская.

Прочность древесины при сжатии. Испытание древесины на сжатие вдоль волокон является наиболее распространенным. Это объясняется простотой приложения нагрузки, а также и тем, что древесина оказывает большое сопротивление сжатию волокон.

Средняя величина предела прочности для всех пород составляет 50 Мпа (при влажности 12 %). Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 10 раз. В таблице 2.9 приведена прочность древесины при сжатии вдоль волокон.

Таблица 2.9- Прочность древесины при сжатии вдоль волокон

Порода	Предел прочности при влажности, %
	12	30 и более
Лиственница	64,5	25,5
Сосна	48,5	21,0
Пихта сибирская	39,0	17,5
Граб	60,0	26,5
Ясень	59,0	32,5
Бук	55,5	26,0
Липа	45,5	24,0
Ольха	44,0	23,5
Осина	42,5	19,0
Ель	44,5	19,5
Кедр	42,0	18,5
Акация белая	75,5	41,5
Клен	59,5	28,0
Дуб	57,5	31,0
Орех грецкий	55,0	24,0
Береза	55,0	22,5
Вяз	48,0	25,0
Тополь	39,0	18,0



Из данных таблицы 2.8 видно, что наибольший предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности 12 % имеет акация белая, а наименьший - тополь и пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочностью обладает акация белая, а наименьшей - пихта сибирская.

Прочность древесины при статическом изгибе. Испытания проводят на образцах прямоугольного сечения размером 20Ч20Ч300 мм. Образец располагают на опорах и нагружают двумя нажимными.

Излом может быть защепистым, что свидетельствует о высоком качестве древесины, и гладким с небольшими тупыми выступами у древесины низкого качества. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 100 МПа, т.е. в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси бруска, встречаются случаи работы древесины на изгиб, когда волокна ее направлены поперек оси бруска.

Композиционные древесные материалы можно разделить на две подгруппы: клееная древесина и материалы на основе измельченной древесины. Отдельно рассматривается массивная древесина с модифицированными свойствами.

Клееная древесина.

Понятием клееная древесина охватывается три вида материалов - слоистая клееная древесина, массивная клееная древесина и комбинированная клееная древесина. К слоистой клееной древесине относится продукция, полученная из шпона: фанера, фанерные плиты, древесные слоистые пластики, а также гнутоклееные изделия. К массивной клееной древесине относится продукция, полученная из массивной древесины: клееные доски, бруски, брусья, плиты, используемые в качестве полуфабрикатов, заготовок, деталей и изделий. К комбинированной клееной древесине относятся материалы, полученные путем сочетания массивной древесины и шпона, - столярные плиты.

Некоторые из перечисленных разновидностей клееной древесины представляют собой не материалы, а готовые изделия: другие - перерабатываются в рамках одного производственного предприятия и не являются товарной продукцией.

Фанера. Этот наиболее распространенный слоистый древесный материал представляет собой три и более склеенных между собой листов лущеного шпона с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях. Фанера используется в строительстве, судостроении, вагоностроении, машиностроении и других отраслях промышленности. Многообразное и широкое применение фанеры обусловлено тем, что по сравнению с пиломатериалами она обладает меньшей анизотропностью; пониженной способностью разбухать, усыхать, коробиться и растрескиваться, может быть изготовлена в виде больших листов при сравнительно малой толщине; легко принимает криволинейную форму и имеет другие преимущества.

Фанерные плиты. Эти клееные материалы включают не менее семи слоев лущеного шпона и имеют значительную толщину: 8-78 мм. Фанерные плиты используются в вагоностроении, сельхозмашиностроении, автостроении, также их используют для изготовления лыж, ручек и крюков хоккейных клюшек, для цельноклееных детских клюшек. Плиты могут быть облицованы строганым шпоном. Для внутренних слоев используют березовый, липовый, сосновый шпон.

Древесные слоистые пластики. Этот композиционный материал изготавливают в процессе термической обработки под большим давлением из листов шпона, склеенных синтетическими клеями. Древесные слоистые пластики используют в электротехнике, судостроении (материал для дейдвудных подшипников), машиностроении в качестве конструкционного, самосмазывающего, антифрикционного материала.

Столярные плиты. Эти композиционные материалы, применяемые в мебельной промышленности, судостроении, вагоностроении и строительстве, изготавливаются из реечных щитов, оклеенных с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона. Для изготовления щитов плит используют древесину хвойных и мягких лиственных пород.

Композиционные материалы на основе измельченной древесины.

Древесностружечные плиты (ДСтП). Этот композиционный материал получают путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесностружечные плиты широко используются в производстве мебели, строительстве и других областях.

Древесные частицы получают путем переработки технологического сырья (низкокачественной древесины), технологической щепы, а также отходов деревообрабатывающих и фанерных производств, частично опилок. В качестве связующего для производства древесностружечных плит применяют чаще всего карбамидные, а также фенолформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. У однослойной плиты размеры древесных частиц и содержание связующего примерно одинаковы по всей ее толщине. У трехслойной плиты внутренний слой отличается от наружных слоев размерами частиц и содержанием связующего. У многослойной плиты - более трех слоев, симметрично расположенных относительно среднего слоя.

Для придания древесностружечным плитам био- , водо- и огнестойкости в них вводят антисептики. Перспективны плиты с ориентировочными частицами - для строительства, плиты с пониженной материалоемкостью и высоким качеством поверхности - для мебельного производства и тонкие однослойные плиты непрерывного прессования - для тары, панелей.

Древесноволокнистые плиты (ДВП). Это слоистый материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки сформированной в виде ковра массы из древесных волокон. Древесными волокнами условно названы клетки, их обрывки и группы, получающиеся при разломе древесины (щепы).

Древесноволокнистые плиты применяют в строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве мебели, автомобилей, вагоно-, судостроении и в других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

Массы древесные прессовочные (МДП). Это смеси, точнее, готовые композиции, полученные в результате совместной обработки частиц древесины и синтетических смол. МДП предназначаются для изготовления методом горячего прессования деталей машин, строительных деталей и товаров народного потребления. Таким способом изготавливают втулки, блоки, шкивы, подоконные доски. Массы древесные прессовочные подразделяются на три типа: МДПК - из частиц шпона (крошки), МДПС - из стружки, МДПО - из опилок.

Композиции древесно-клеевые. Эти смеси состоят из измельченной древесины и связующего; предназначены для изготовления формованной тары. Для приготовления смеси используют стружку длиной 10-20 мм, шириной 1-3,5 мм и толщиной 0,1-0,4 мм из древесины хвойных и мягких лиственных пород, а также связующее на основе мочевиноформальдегидных смол. В качестве гидрофобной добавки применяют парафин.

Арболит. Это строительный материал, относящийся к категории легких бетонов, иногда его называют «деревобетоном». В состав арболита входит древесный заполнитель, неорганическое вяжущее и вода. В качестве древесного заполнителя используют дробленые отходы лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Ветви, сучья, вершинки, горбыли, рейки, срезки сначала перерабатывают в щепу, которую, в свою очередь, на молотковых мельницах превращают в дробленку.

В качестве вяжущего используют портландцемент. Для нейтрализации действия водорастворимых веществ, замедляющих схватывание и твердение цемента, а также снижающих прочность материала, в арболитовую массу вводят минерализаторы: хлористый кальций, жидкое стекло и сернокислый алюминий совместно с известью. Арболит био- и огнестоек, обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, удерживает гвозди, морозостоек.

Фибролит. Это также строительный материал, представляющий собой смесь древесной стружки, портландцемента, химических добавок. Для фибролита из древесины преимущественно хвойных пород изготавливается специальная стружка толщиной от 0,25 до 0,5 мм шириной 2-6 мм. Стружку смешивают с вяжущим и добавками (хлористым кальцием, жидким стеклом и др.), затем смесь формируют и прессуют. Фибролитовые плиты легко обрабатываются, био- и огнестойки, удерживают гвозди. Применяются для строительства каркасных домов.

Плиты цементно-стружечные. Более правильное название: цементно-древесностружечные плиты (ЦДСтП). Это строительный материал, который изготавливают прессованием древесных частиц (таких же, как и для ДСтП) с портландцементом и химическими добавками. Плиты предназначаются для ограждающих конструкций деревянных домов. Плиты водо-, морозо-, био- и огнестойки, нетоксичны, хорошо обрабатываются.

Ксилолит. Это строительный материал, состоящий из смеси опилок или древесной муки с магнезиальным вяжущим. Используется в виде плиток для покрытия полов, отделки стен и других целей. Ксилолит - износостойкий, негорючий, водоупорный материал высокой прочности.

Модифицированная древесина.

Модифицированной называют цельную древесину с направленно измененными физическими или химическими методами свойствами. Различают пять способов модифицирования и соответствующие виды продукции.

Древесина термомеханической модификации. Иначе этот вид продукции называют прессованная древесина (ДП). При прессовании (обычно в плоскости поперек волокон) предварительно пропаренной или нагретой древесины происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Для получения ДП используют мягкие и твердые лиственные, а также хвойные породы. Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная древесина. Она обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. В воде прессованная древесина разбухает, и задержанные деформации возвращаются. Однако в некоторых случаях разбухание и распрессовка ДП могут быть полезными, например, в уплотнительных устройствах гидравлических машин. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами, полимерами.

Древесина химико-механической модификации. При этом способе модификации древесину предварительно (или одновременно) обрабатывают аммиаком, мочевиной или другими веществами, а затем уплотняют. Лигнамон - материал из древесины, подвергнутой обработке аммиаком, прессованию и сушке.

Предварительная химическая обработка вызывает изменение клеточных стенок, древесина пластифицируется, ей легко придать новую форму. Пластифицированная аммиаком древесина поглощает воду, разбухает и распрессовывается. Воздействием повышенной температуры можно уменьшить эти недостатки. Из цельной пластифицированной аммиаком прессованной древесины изготовляют детали мебели, паркет, музыкальные инструменты.

Древесина термохимической модификации. Это материал, получаемый пропиткой древесины мономерами, олигомерами или смолами и последующей термообработкой для полимеризации или поликонденсации пропитывающего состава. В некоторых случаях наблюдается химическая прививка модификатора к полимерным компонентам древесины. Древесину пропитывают чаще всего фенолформальдегидными смолами, например, в виде водного раствора фенолоспиртов, смолами фуранового типа, полиэфирными смолами.

Модификация древесины синтетическими смолами снижает ее гигроскопичность, водопоглощение и водопроницаемость, уменьшает разбухание, повышает прочность, жесткость и твердость, но часто снижает ударную вязкость. Модифицированная этим способом древесина используется в строительных конструкциях, мебельном, лыжном производствах.

Древесина радиационно-химической модификации. В данном случае полимеризация введенных в древесину веществ происходит под воздействием ионизирующих излучений. Древесину пропитывают метилметакрилатом, стиролом, винилацетатом, акрилонитрилом и другими мономерами, а также их смесями. Такой способ модификации также улучшает формоустойчивость, механические и эксплуатационные свойства древесины. Модифицированная древесина используется для паркета, деталей машиностроения и других целей.

Древесина химической модификации. Это древесина, подвергнутая обработке аммиаком, уксусным ангидридом или другими веществами, изменяющими тонкую структуру и химический состав древесины. Обработку аммиаком предпринимают, как уже отмечалось, для повышения податливости древесины, а также для самоуплотнения при сушке и изменения цвета. Обработку уксусным ангидридом проводят с целью ацетилирования древесины, т.е. введения ацетильных групп в состав ее химических компонентов. У ацетилированной древесины лишь несколько изменяются механические свойства, но существенно снижается водо- и влагопоглощение, разбухание и усушка. Ацетилированную древесину целесообразно использовать для изготовления изделий повышенной формоустойчивости.



1.2 Виды машин и оборудования для обработки древесины и древесных материалов в школе на уроках технологии

При ручной столярной работе много сил и времени отнимает заготовка материала и его черновая обработка. Облегчить и ускорить заготовку помогают ручные электрические машины для обработки древесины.

Промышленность выпускает электрические рубанки и пилы на 220 В однофазного и трехфазного тока, а также универсальные деревообрабатывающие станки однофазного и трехфазного тока на 220 В (8). Двигатели трехфазного тока более мощны и могут работать в непрерывном режиме, однофазного -- требуют периодической остановки для охлаждения. При выполнении небольших по объему работ и те и другие двигатели пригодны, но однофазные легче приспособить к электропитанию через бытовую сеть.

Преимущество работы ручными электромашинами заключается в их высокой производительности за счет большего количества ударов по дереву за единицу времени, чем при ручной работе. Чистота обработки поверхности также зависит от количества режущих ударов. Так, при одном и том же числе оборотов пила с мелкими зубьями даст более чистый пропил, чем пила с крупными зубьями; валик, имеющий четыре ножа, будет строгать чище двух-ножевого и т. д. Повышает чистоту работы и уменьшение скорости подачи детали на режущую часть.

Обрабатывать древесину ручными электромашинами можно двумя способами: перемещая машину по детали или деталь по неподвижно закрепленной машине. Для столярного дела более пригоден второй способ, так как он дает мастеру возможность чувствовать характер обработки и видеть поверхность детали. Первый способ можно применять лишь для грубой обдирки и раскроя. Поэтому, если электромашину нельзя прикрепить.к верстаку подошвой вверх, для столярной работы она не годится.

В этом отношении универсальный переносной станок удобнее, чем электропила и электрорубанок, так как нож и пила в нем уже встроены как нужно, и деталь по плоскости рабочего стола перемещают руки мастера. Основным недостатком встроенных переносных универсальных станков по сравнению с электрорубанком является меньшая чистота строгания. Это объясняется тем, что частота вращения валика и пилы в таком станке одинакова, в то время как в электрорубанке валик, вращаемый за ремень, имеет в четыре раза большую скорость, чем электропила (соответственно 10--12 тыс. и 2,5 тыс. об/мин). Другие недостатки таких станков -- их малая масса, отчего детали обрабатываются неточно из-за вибрации, и небольшие размеры рабочей плоскости, на которой трудно удержать большую деталь или щит. Чтобы этого избежать, необходимо увеличить размер рабочего стола, поэтому целесообразно встроить станок в верстак заподлицо с его верхней плоскостью. В этом случае большая деталь может лежать на рабочем месте и продвигаться без перекоса.

Если характер работы зуба ручной пилы не отличается от работы зуба электропилы, то строгание ножевым валиком принципиально отличается от строгания рубанком. Валик выбирает серпообразную в сечении стружку небольшой длины. Поэтому остроганная электрорубанком поверхность древесины имеет поперечные бугорки -- волны, заметные глазом и наощупь. Избежать их можно, лишь работая на специальных массивных станках с очень высокой скоростью вращения вала (до 20 тыс. об/мин) или при очень малой непроизводительной подаче. Поэтому, строгая на станке деталь, необходимо оставлять всякий раз припуск на чистовую обработку вручную.