Гибка древесины при помощи пара

Гибка древесины при помощи пара.

Или как изогнуть прочный , несгибаемый дуб по нужной вам форме без особых проблем.

Оригинал : Steambending FAQ or, how to bend tough, unbendable oak into just the right shape you need without making too much kindling
Автор : Gregg Germain
Перевод С.Б.

Гибкой древесины я занимаюсь вот уже как 13 лет и за это время построил множество пропарочных камер и испытал в действии разные системы генерации пара . То , что вы сейчас читаете , основано на чтении литературы и личном практическом опыте . Даже в основном на опыте . Работал я как правило с дубом и махогани (красным деревом) . Немного имел дело с тонким березовым шпоном . Прочие породы не пробовал , поскольку занимаюсь постройкой и ремонтом лодок . Стало быть я не могу автотитетно судить о работе с другими породами типа кедра , сосны , тополя и т.п. А раз я сам этим не занимался , то и судить об этом не могу . Я пишу здесь только о том , что испытал лично , а не просто вычитал в книжке.

После такого вот вступления давайте приступим к делу ...

Для начала существует несколько основных правил , которые всегда соблюдаются .

Пропаривая древесину для ее гибки , вы тем самым размягчаете гемицеллюлозу . Целлюлоза же является полимером , который ведет себя подобно смолам - термопластам . (Спасибо Джону МакКензи за два последних предложения).

Для этого вам одновременно необходимы тепло и пар . Я в курсе , что в Азии люди гнут древесину и просто над огнем , но та древесина однозначно довольно влажная - обычно свежесрубленная. Судостроители в древней Скандинавии заготавливали материалы для обшивки своих кораблей и клали их в болото с соленой водой , чтобы те сохраняли свою гибкость до той поры , когда нужно будет пустить их в дело . Нам , однако , не всегда удается достать для этих целей свежезаготовленную древесину и отличных результатов можно добиться и применяя древесину обычной воздушной сушки . Весьма неплохо будет , если за несколько дней до самой операции вы погрузите заготовки в воду , чтобы они набрались влаги - те викинги знали , что делали . Вам нужно тепло и нужна влага .

Главное правило касается времени пропаривания : один час на каждый дюйм толщины древесины .

Как я обнаружил , вместе с вероятностью недопарить заготовку существует и вероятность ее перепарить . Если вы в течение часа парили дюймовую доску и при попытке ее согнуть она треснула - не надо делать вывод , что время было недостаточно . Есть и другие влияющие факторы , объясняющие это , но к ним мы вернемся позднее . Более продолжительное пропаривание такой же заготовки не даст положительного результата . Неплохо в такой ситуации иметь заготовку той же толщины , что и предполагаемой для загиба и которую не жалко . Желательно от одной и той же доски . Пропаривать их надо вместе и спустя предположительно необходимое время достать пробный образец и попытаться изогнуть его по форме . Если он трещит , то дайте основной заготовке попариться еще минут десять . Но никак не больше .

Древесина :

Как правило , лучшим вариантом будет , если вы сможете найти свежесрубленную древесину . Понимаю , что столяры-краснодеравщики при этих словах вздрогнут . Но факт остается фактом - свежая древесина гнется лучше , чем сухая . Я могу взять двухметровую дюймовую доску из белого дуба , зажать один ее конец в верстаке и согнуть по любой необходимой мне кривизне - настолько податлива свежая древесина . Однако , естественно , она не останется в таком состоянии и парить ее все равно придется .

В судостроении основным злом является гниль . Если вас волнует этот вопрос , то примите к сведению , что сам факт пропаривания свежей древесины устраняет ее склонность к гниению . Поэтому можете не беспокоиться - шпангоуты у лодок обычно делаются из свежего гнутого под паром дуба и не загнивают в случае ухода за ней . Также это означает , что таким способом можно изготовить хоть заготовки для Виндзорского кресла . Однако я много работал и с дубом воздушной сушки и результат также был прекрасный .

При отборе древесины для гибки следует избегать одного - косослоя . При попытке изгиба такая заготовка может лопнуть .

Поэтому в отношении влажности древесины правила такие :

Свежая древесина лучше всего.
Древесина воздушной сушки - второй неплохой вариант.
Древесина после сушилки - третий и весьма далекий от первых двух вариант.

Если все что у вас имеется - после сушилки и ничего другого не достать - ну , тогда выбора у вас нет . Я справлялся и с таким . Но все же если удастся достать древесину воздушной сушки , это будет гораздо лучше . Буквально на той неделе я гнул доски из ореха толщиной 20 мм для транца своей яхты . Заготовки сушились на протяжении нескольких лет и их гибка прошла совершенно гладко .

Пропарочные камеры

Совершенно никчему , и даже вредно для результата гибки стремиться изготовить абсолютно герметичную камеру . Пар должен покидать ее . Если не обеспечить ток пара через камеру , согнуть заготовку не удастся и результат будет таков , как будто вы парили ее всего пять минут . Мне после всех своих опытов это знакомо .

Камеры могут быть самых разных форм и размеров . Она должна быть достаточно большая , чтобы заготовка как бы находилась в подвешенном состоянии и вокруг всех сторон ее обтекал пар . Неплохой результат получится из сосновых досок сечением порядка 50 х 200 . Один из способов обеспечить "подвешивание" заготовки состоит в том , чтобы просверлить сквозные отверстия в боковых стенках камеры и вбить туда круглые деревянные стержни из лиственной древесины . С их помощью заготовка не будет касаться дна и площадь закрытой древесины будет минимальна . Однако и не стоит делать камеру такого размера , чтобы количества генерируемого пара было недостаточно для заполнения ее объема . Камера должна быть такой , чтобы внутри было влажно и пар катился волнами . А значит , размеры камеры должны соответствовать возможностям парогенератора ( ну или наоборот) .

Когда мне нужно было согнуть пятиметровую махоганиевую доску сечением порядка 200 х 20 для новой рубки моей яхты , я изготовил камеру из сосновых досок сечением 50 х 300 . В качестве парогенератора выступал 20-литровый металлический бак . Источником энергии являлась пропановая горелка . Вещь совершенно замечательная , поскольку удобна и мобильна . Производительность 45000 BTU (1 BTU ~ 1 кДж) . Это алюминиевый баллон на трех лапах и с одной горелкой диаметром 200 мм.

Недавно я обнаружил в каталоге West Marine пропановую горелку производительностью в 160 000 BTU за $50 и приобрел и ее. С ее помощью я могу гнуть шпангоуты хоть для "Constitution" .

Когда я говорю "один час пропарки на дюйм толщины" , то имею в виду один час СЕРЬЕЗНОГО НЕПРЕРЫВНОГО пропаривания . Поэтому котел должен быть таким , чтобы обеспечивать пар на протяжении необходимого времени . Я пользовался для этих целей новой 20-литровой емкостью для горючего . Класть заготовки в камеру можно только тогда , когда установка вышла на полную мощность и камера полностью заполнена паром . Надо абсолютно гарантировать , что вода не кончится преждевременно . Если такое случится и вам придется доливать воду , лучше бросить это дело . Доливание холодной воды затормозит генерацию пара.

Один из способов максимального использования воды состоит в том , чтобы камера стояла под небольшим наклоном и водяной конденсат внутри стекал обратно в котел . Но при этом необходимо , чтобы штуцер , по которому пар поступает внутрь , был ближе к дальней стенке . Другой способ - сделать сифонную систему , обеспечивающую пополнение его уровня по мере выкипания воды .

Вот как выглядит фото такой системы :

На снимке вы видите деревянную камеру , расположенную слегка под наклоном . Прямо под ней находится котел парогенератора . Они соединены друг с другом посредством шланга от радиатора . Если присмотреться повнимательнее , то можно заметить Г-образную трубу , выходящую у основания котла слева . На фото это плохо видно , но вертикальная ее часть на самом деле полупрозрачна и таким образом мы будем знать об уровне воды внутри котла. Слева от котла видно белое ведро , в котором находится вода для подпитки . Приглядитесь , и заметите коричневую трубку , соединяющую ведро с вертикатьной частью трубы - уровнемера. Поскольку ведро находится на возвышении , соблюдается сифонный эффект : с падением уровня воды в основном котле вода поступает в него из ведра . Его можно время от времени доливать , но делать это крайне осторожно , чтобы она не устремилась быстро в котел и слишком не охладила бы его .

Чтобы свести к минимуму необходимость долива воды в процессе пропаривания , начинать работу лучше с доверху наполненным ведром . Я сам предпочитаю оставлять в котле небольшой воздушный зазор .

У многих камер на торце имеется дверца , через которую можно при необходимости двигать заготовки и вынимать их при необходимости. К примеру , если вы занялись изготовлением гнутых шпангоутов и вам хотелось бы управиться с этим по возможности за день , вы растапливаете котел и (при выходе на полную мощность) кладете внутрь первую заготовку . Спустя 15 минут кладете вторую . Еще спустя 15 - третью и так далее . Когда пришло время первой , вы ее вынимаете и гнете . Я исхожу из того , что эта процедура займет менее 15 минут . Когда она сидит на месте , вторая уже на подходе ... и т.д. Это позволяет выполнить огромную работу и избежать перепаривания .

У дверцы есть и другая важная функция . Она даже не должна быть из твердого материала - на моей маленькой камере для этих целей служит просто висящая тряпка . Я говорю "висящая" , потому что пар должен исходить наружу с торца (раз необходим поток пара). Нельзя допускать того , что в камере создастся избыточное давление , затрудняющее поступление пара внутрь . А кроме того сама по себе картина деревянного ящика , из которого клубами валит пар , выглядит достаточно круто - прохожие просто столбенеют . Второе назначение дверцы - предотвратить попадание в камеру холодного воздуха снизу заготовок .

Гибка

Итак , будем считать , что древесина у нас варится ( с приятным запахом) и шаблоны готовы . Постарайтесь все организовать таким образом , чтобы операция по выемке заготовки из камеры и ее гибка прошли быстро и гладко. Важнее всего тут время . У вас на это есть считанные секунды . Как только древесина готова , быстро вынимаете ее и тут же гнете . Насколько быстро это позволяет человеческая ловкость . Если прижим к шаблону требует времени , гните просто руками (если это возможно) . Для шпангоутов своей яхты ( которые имеют двойную кривизну ) я вынимал заготовки из камеры , совал один конец в зажим и гнул этот конец а затем и второй просто руками . Старайтесь обеспечить больший загиб , чем это необходимо для шаблона , но не намного . А уже потом крепите ее к шаблону .

Но еще раз повторяю - кривизну древесине необходимо придать немедленно - в течение первых пяти секунд . С каждой секундой остывания древесины она становится менее податливой .

Длина заготовок и кривизна на концах

Практически невозможно изготовить заготовки точной длины и ожидать , что удастся обеспечить загиб в районе концов. У вас просто не хватит для этого силы . По этой причине , если вам нужна заготовка длиной в метр , а толщина ее при этом более 6 мм , вам лучше отрезать кусок метра в два и гнуть его . Я просто исхожу из предположения , что вас в мастерской нет гидравлического пресса - у меня самого его точно нет . Вырезая заготовку с запасом , помните , что чем она короче , тем труднее будет гнуться.
А ежели она будет с запасом , то у конца реальной детали будет бОльшая кривизна - у дюймовой дубовой доски последние 150 мм получаются абсолютно прямые . В зависимости от требуемого на конце радиуса может оказаться необходимым прибегнуть в таких местах к резьбе по дереву и при выборе материала учитывать требуемую толщину .

Шаблоны

После пропаривания заготовки и ее зажима на шаблоне необходимо выждать сутки для полного охлаждения . Когда с заготовки снимаются струбцины , она несколько распрямляется . Степень этого зависит от структуры и типа древесины - заранее сказать сложно . Если заготовка уже имеет некоторый естественный изгиб в нужном направлении , которым можно воспользоваться (я по возможности стараюсь так и делать) , степень распрямления будет меньше . Поэтому если вам необходима определенная кривизна окончательного изделия , шаблон должен обладать большей кривизной .

Насколько большей ?

Тут мы имеем дело с чистой черной магией и я лично не могу дать вам каких-либо цифр . Одно я знаю точно : несравнимо проще разогнуть излишне загнутую заготовку , чем догнуть холодную недогнутую (при условии что у вас нет гигантского рычага) .

Предостережение . Если вы гнете заготовки для ламинирования , шаблон должен быть точно по форме заготовки в ламинате - у меня редко бывали случаи большого разгиба хорошо гнутой клееной древесины .

Существует бесконечное множество вариантов шаблонов для гибки . И совершенно не имеет значения , какой из них вы выберете , если случайно окажетесь владельцем заводика по производству струбцин - никогда их не бывает слишком много . Если гнется древесина толщиной более 12 мм , шаблон должен обладать значительной механической прочностью - нагрузки он будет испытывать довольно высокие . Как это выглядит , можно посмотреть на фото в начале статьи.
Довольно часто люди при гибке пользуются металлической полосой с наружной стороны загиба . Это помогает равномерно распределить напряжения по длине заготовки и избежать трещин . Особенно это справедливо , если снаружи волокна располагаются под углом к поверхности .

Ну вот пожалуй и все мои соображения на данный момент . Если что еще придет в голову , добавлю позже .

Грэг Гермэйн