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 Сергея Баркалова

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