Текст книги "Проектирование и дизайн мебели на компьютере"

Глава 2
Материалы и фурнитура

Формальная композиция и эргономика (см. гл. 1) абстрактны и не требуют каких-либо материалов для своего применения. При наличии воображения, карандаша и листа бумаги (или компьютера с графическими программами) легко нарисовать любую нужную и красивую вещь. Сырье, которое описывается в данной главе, само по себе никак не связано ни с эстетикой, ни с эргономикой. Конструирование же соединяет абстрактные принципы с конкретными материалами и технологиями. Задача любого конструктора – придумать, как и из чего можно сделать то, что нужно.

Мебельное производство использует самый широкий ассортимент природных и искусственных материалов. Пожалуй, спектр сырья, применяемого при изготовлении мебели, даже шире, чем в автомобильной индустрии или судостроении.

Древесина

Натуральная древесина хвойных и лиственных пород долгое время служила основным материалом для производства мебели. Программы, рассматриваемые в этой книге, ориентированы главным образом на панельно-щитовую конструкцию мебели, поэтому ограничимся перечислением основных пиломатериалов и связанных с ними общих терминов.

В современной мебели массового направления использование цельной древесины ограниченно. Прежде всего это фасады корпусной мебели и каркасы предметов для сидения и лежания. Самые распространенные породы дерева в России – сосна и береза. Применяемая в мебельном деле древесина должна соответствовать ГОСТ 16371–93, а основное требование к ней – нормированная влажность около 8 % и минимум пороков. Твердые породы (дуб, бук, ясень и другие) значительно дороже и используются для изготовления механически нагруженных или декоративно значимых деталей. Классическое столярное производство предусматривало полный цикл заготовки и обработки древесины, включая сушку и распиловку бревен. В настоящее время обычно пользуются уже готовыми пиломатериалами, полученными в результате продольной распиловки бревен.

Бруски – это пиломатериалы с размером сторон в поперечном сечении не более 100 мм, доски же обладают шириной более двойной толщины и толщиной до 100 мм. Обычная толщина доски – 20, 30 или 40 мм. Щит – деталь или заготовка, у которой ширина во много раз превышает толщину. Соотношение длины и ширины щита обычно не превышает 3:1. Более широкие поверхности называются пластями, более узкие – кромками, а поверхности бруска или доски, образующиеся при поперечном распиле, или короткие кромки щита – торцами (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Пиломатериалы

Столярный щит, или щит из массива, получается в результате сплачивания по ширине нескольких брусков (делянок). По ширине бруски склеиваются на гладкую фугу, а по длине – на мини-шип или «мышиный зуб». После склеивания делянок пласти щита подвергаются чистовой обработке: строганию и шлифованию – и могут оклеиваться лущеным шпоном. На рынке широко представлены щиты заводского изготовления из сосны, березы, бука и дуба толщиной от 16 до 50 мм, длиной до 5500 мм и шириной до 1200 мм.

Плиты и листовые материалы

Группа плит и листовых материалов имеет множество видов.

Самый старый материал этой группы, состоящий из нескольких слоев лущеного шпона лиственных или хвойных пород, склеенных между собой так, что направление волокон в смежных слоях взаимно перпендикулярно. В столярном деле обычно применяется фанера марки ФСФ, склеенная фенолформальдегидным клеем. Номинальная толщина фанеры колеблется от 3 до 18 мм, а размер листов – от 725 x 725 мм до 2440 x 2440 мм.

Изготовлены из калиброванной сухой стружки или щепы, пропитанной формальдегидными смолами. В процессе прессования при высокой температуре и давлении происходит полимеризация связующего. В результате получается плита плотностью 650–720 кг/м³. Как правило, плита обладает более или менее выраженной трехслойной структурой: сердцевина более рыхлая, а поверхностные слои плотнее. Практика показывает, что высокая плотность плиты еще не является показателем ее качества, так как прочность плиты во многом зависит от равномерности подготовки сырья и соблюдения технологического процесса.

Затем поверхность плиты облицовывают бумажно-смоляными (меламиновыми или карбамидными) пленками, получая ламинированную ДСП (ЛДСП). При облицовке на поверхности можно делать механическое тиснение, имитирующее поры древесины, шагрень. Ассортимент пленок включает множество рисунков, изображающих древесину разных пород, плетенку, камень, абстрактные узоры. Кроме того, существуют однотонные и металлизированные пленки. Ламинированные древесно-стружечные плиты – основной конструкционный материал для производства мебели в России.

ДСП может облицовываться декоративными бумажно-слоистыми пластиками, полимерными пленками или натуральным (строганым или лущеным) шпоном. Натуральным шпоном обычно покрывают уже раскроенные детали. Для облицовки готовых деталей сложного профиля, например фрезерованных фасадов, используют термопластичные пленки на основе поливинилхлорида и акрила. Для раскроя ламинированной деревоплиты применяются станки, оснащенные дополнительным подрезным диском. При распиловке обычной циркулярной пилой, лобзиком или ножовкой неизбежны сколы покрытия на одной из сторон плиты. После раскроя кромки деталей из ЛДСП облицовываются кромочными материалами, подбираемыми по цвету и рисунку.

Предел прочности ДСП при растяжении составляет около 0,3 МПа. На практике это означает, что для разрыва планки из ДСП толщиной 16 мм и шириной 100 мм требуется усилие около 50 кг. Предел прочности при изгибе – не менее 15 МПа. Удельное сопротивление выдергиванию шурупов из пласти – 60 Н/мм, а из кромки – 50 Н/мм.

Внимание!

Существенный недостаток ДСП – пластическая деформация. Если к детали приложена неразрушающая изгибающая нагрузка, то со временем деталь «поплывет» и изгиб останется даже после снятия нагрузки. Эта особенность материала проявляется в провисании полок, прогибе крышек столов и обязательно учитывается при конструировании изделий.

Наиболее распространены плиты толщиной 10 и 16 мм, выпускаются также плиты толщиной 18, 20, 22, 25, 32 и 38 мм. В зависимости от используемого оборудования разные производители выпускают плиты форматом 2800 x 2070 мм, 2750 x 1830 мм, 2500 x 1850 мм и 2440 x 1830 мм. При транспортировке края плит могут повреждаться, поэтому при раскрое предусматривается обрезка краев листа на ширину от 10 до 20 мм.

Medium Density Fiberboard – волокнистые плиты средней плотности, изготавливаются сухим прессованием древесного волокна с использованием вяжущих и укрепляющих органических веществ (лигнина, мочевино-формальдегидных смол и парафина) в условиях высокого давления и температуры. Этот материал обладает однородной плотностью по всей толщине плиты, а по физико-механическим свойствам полностью заменяет древесину. Плиты MDF– один из самых востребованных материалов для производства мебели, стеновых и напольных панелей, декоративных реек.

Под названием MDF скрываются три подгруппы материалов, различающихся по плотности и прочности:

• HDF (High Density Fiberboard) – плиты высокой плотности (до 1050 кг/м³);

• MDF (Medium Density Fiberboard) – плиты средней плотности (около 800 кг/м³);

• LDF (Low Density Fiberboard) – плиты низкой плотности (около 650 кг/м³).

Все перечисленные материалы могут использоваться для получения фрезерованных изделий. Плиты высокой плотности применяются для предметов сложного профиля с высокой эксплуатационной нагрузкой, например ламинированных напольных покрытий с замковым соединением. Плиты средней плотности используются для получения изделий с профилем средней сложности, а также для изделий с простым, но сильно нагруженным профилем (фасадные или каркасные мебельные элементы). Плиты низкой плотности предназначены для получения изделий с простым профилем и низкой эксплуатационной нагрузкой (стеновые панели, малонагруженные мебельные элементы).

После фрезеровки и шлифовки поверхность плит MDF облагораживается пленочным или лакокрасочным покрытием. MDF выпускаются в виде ламинированных и неламинированных плит тех же форматов, что и ДСП, толщиной от 3 до 40 мм. Особое место занимают изогнутые плиты MDF, выпускаемые некоторыми производителями, обычно по заказу. Такие плиты, представляющие собой сегменты цилиндрической поверхности различного радиуса, используются для изготовления фасадов, реже стенок, окрашиваются и лакируются. Стоимость изогнутых плит высока и неизбежно переводит предметы из такого материала в верхнюю ценовую категорию. Применение подобных элементов позволяет достичь в панельно-щитовой мебели выразительной пластики, присущей столярным изделиям.

На основе ДСП и MDF выпускается ряд профилированных облицованных заготовок для изготовления столешниц, фасадов и подоконников – это так называемые производные плитные материалы, которые различаются по технологии облицовывания. Названием технологии в каталогах и прайс-листах обычно обозначают и сам материал (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Производные плитные материалы

• Постформинг – способ облицовывания кромок деталей за счет заворачивания свеса облицовочного материала с пласти на кромку с одновременным его приклеиванием. В результате получается плита длиной 2800, 3050 или 3660 мм, шириной 300, 450 или 600 мм и толщиной от 16 до 40 мм. Лицевая пласть и одна или две длинные скругленные кромки покрыты одной пленкой, а вторая пласть остается необлицованной или покрывается другой, менее декоративной пленкой. С нижней стороны столешниц на стыке пленок обычно делается каплеуловительная канавка, дополнительно покрытая герметиком. Погонажные изделия из MDF – профили для рамочных фасадов, карнизы, плинтусы, наличники – выпускаются хлыстами различной длины (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Сечение профилей MDF

• Софтформинг – технология, при которой край мебельной заготовки скругляется с выходом на лицевую плоскость и одновременно оклеивается пленкой. При этом плита, изнаночная пласть, длинные кромки и часть лицевой пласти в виде полос вдоль длинных кромок покрыты одним материалом, а остальная, центральная часть лицевой пласти – другим. Длина получаемой плиты 2800, 3050 или 3600 мм, ширина 300, 450 или 600 мм, толщина 16 или 19 мм. Для изготовления фасадов такая плита нарезается по длине (торцуется), а срезы покрываются кромочным материалом.

Изготавливаются путем горячего прессования древесного волокна. Выпускаются плиты без покрытия или ламинированные ДВП толщиной от 3 до 10 мм. Использование ДВП ограничивается ненагруженными деталями – задними стенками корпусной мебели и отдельными элементами обшивки каркасов диванов и кресел. В качественной мебели применение ДВП не приветствуется вообще.

Стекло и зеркало толщиной 4 мм часто используются в качестве заполнения рамочных фасадов. 1 м² такого стекла весит около 10 кг. Для безопасности обратную сторону зеркала обычно заклеивают самоклеящейся пленкой, чтобы избежать падения осколков. Наиболее безопасном и прочном является закаленное стекло, но после закалки оно не подлежит обработке, и можно выбрать только предлагаемые готовые варианты. Из стекол большей толщины, до 10 мм, изготавливают полки и бескаркасные двери.

Непрозрачные листовые пластики (гетинакс) используются для облицовки деталей из неламинированной ДСП, а прозрачные (акрил, поликарбонат) служат альтернативой стеклу.

Кромки и профили

Кромочные материалы используются для окантовки мебельных деталей из древесно-стружечных плит (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Отделка кромки ЛДСП

На основе бумажных пленок, раскраивая их на полосы, изготавливают материал для облицовывания кромок, имеющий довольно длинное научное название «полосовой (рулонный) материал однослойный для облицовывания кромок на основе бумаг, пропитанных смолами». В обиходе этот материал обычно называют меламиновой кромкой. От пленок, применяемых для облицовывания пластей, этот материал отличается в основном большей плотностью бумаги и наличием термоклеевого слоя. Ширина ленты обычно – 19–21 или 40 мм. Толщина меламиновой кромки – около 0,2 мм, поэтому при расчете деталей эту величину обычно игнорируют.

Достоинства кромочного материала – дешевизна, огромный выбор расцветок и рисунков, простота нанесения на прямо– и криволинейные торцы. В домашних условиях кромку можно наклеивать обычным утюгом и обрезать лезвием для пистолетного ножа. Главный недостаток меламиновой кромки – достаточно малый радиус скругления ребер. При попытке получить скругление радиусом более 0,2 мм кромка и покрытие плиты сошлифовываются полностью и неизбежно обнажается основа.

Данный материал – более совершенная рулонная кромка шириной от 19 до 38 мм и толщиной от 0,4 до 3 мм. Толстая кромка позволяет получить скругление ребер деталей 2 мм и более, что является обязательным требованием безопасности для любой мебели в Евросоюзе. В России эта норма пока касается только детской мебели.

Для наклейки термопластичных кромок в промышленных условиях применяются кромкооблицовочные станки и клей-расплав на основе этиленвинилацетата. Выпускаются также кромки с предварительно нанесенным клеевым слоем, которые можно наклеивать в домашних условиях с помощью строительного фена и малогабаритного фрезера. При конструировании толщина термопластичных кромок учитывается обязательно.

Используется для окантовки деревоплиты толщиной 16 мм. На детали профиль надевается со значительным усилием и удерживается за счет трения. При желании можно дополнительно закрепить подобный профиль на клей.

Выпускается шириной 16 мм и бывает двух видов:

• П-образный, накладной;

• Т-образный, врезной.

П-образные профили очень просто монтировать, при этом они скрывают мелкие сколы и неровности торца плиты, а ребро получается скругленным. При неаккуратном распиле деталей в домашних условиях подобные кромки могут радикально спасти положение. Основной недостаток ПВХ-профилей – по краю окантованной детали образуется закругленный бортик высотой около миллиметра.

Для монтажа врезного профиля в торце плиты необходимо профрезеровать паз. Врезные Т-образные профили применяются, в частности, в торговом оборудовании и мебели для общественных мест. Поврежденный профиль легко заменить без разборки мебели.

Довольно дорогой, но очень прочный и долговечный материал. Использование этих профилей ограничено мебелью соответствующего стиля. Для закрытия торцов и соединения столешниц выпускаются торцевые и соединительные накладки, профиль которых повторяет сечение столешницы.

Настильные и обивочные материалы

Мягкие элементы мебели чаще всего выполняются из различных видов пенополиуретана (ППУ, поролон).

Существуют следующие марки поролона:

• стандартные (ST);

• повышенной жесткости (EL);

• жесткие (HL);

• мягкие;

• супермягкие (HS);

• высокоэластичные.

Маркируется поролон по типу, плотности и жесткости (например, марка EL2540 означает, что поролон повышенной жесткости, плотность – 25 кг/м³, жесткость – 4 кПа). Нередко в российских каталогах указывается только плотность, например «марка 30», без уточнения категории. Скорее всего, жесткость подобного ППУ приблизительно соответствует европейскому обозначению ST. ППУ плотностью менее 25 кг/м³ считается исключительно упаковочным материалом и для изготовления мебели использоваться не должен.

Для спинок, подлокотников и подголовников может использоваться стандартный поролон плотностью 25–30 кг/м³, а для сидений и матрацев желательно применять материал с плотностью выше 30 кг/м³. Поролон повышенной жесткости плотностью 25–30 кг/м³ может использоваться при изготовлении сидений и матрацев с учетом планируемых на них нагрузок (от 60 до 80 кг). При плотности свыше 30 кг/м³ ограничений по нагрузке нет, но такой поролон лучше использовать в сочетании со смягчающим настилом из марки HS.

Марки мягкого и сверхмягкого поролона (наиболее распространены HS2520, HS3030 и HS3530) широко применяются для изготовления спинок мебели. Кроме того, марка HS3530 самостоятельно используется для изготовления сидений, а сверхмягкий ППУ – при изготовлении чехлов для поролоновых подушек. Выпускается поролон в виде листов различного размера толщиной от 10 до 100 мм и формованных блоков.

Пружинные блоки – наиболее традиционный компонент мягкой мебели. Изготовление пружинных блоков произвольного размера и формы – весьма сложная задача, поэтому сейчас блоки зависимых и независимых пружин чаще применяются в производстве матрацев.

Нетканые материалы (ватин, синтепон, флизелин) используются для формирования настила на пружинных блоках и покрытия элементов из поролона. Для набивки подушек и мягких валиков используются поролоновая крошка, холофайбер и силиконовые шарики.

Мебельные ткани разделяются на технические и облицовочные (декоративно-мебельные). Технические ткани (бязь, бортовка, тик) применяются для внутреннего покрытия: обивка низа кресел, бельевых ниш, спальных мест. Ассортимент декоративных тканей очень широк и включает в себя гобелен, жаккард, флок, плюш, велюр, шенилл, скотчгард. Для обивки мебели также используются натуральная и искусственная кожа и замша.

Фурнитура и аксессуары

Особенность современного подхода к конструированию мебели состоит в использовании массово производимых готовых элементов – фурнитуры и аксессуаров. Фурнитура (от французского fourniture) – вспомогательный подсобный материал в каком-либо производстве. В мебельном деле фурнитурой являются все элементы, служащие для соединения и сопряжения деталей, а также любые готовые металлические или пластмассовые детали и узлы. Аксессуары (от французкого accessiires), или дополнения, – обычно достаточно сложные готовые конструкции, предназначенные для использования в составе мебели: выкатные корзины, лифты для одежды и т. п.

Исходя из названия понятно, что речь пойдет об изделиях, предназначеных для скрепления между собой различных деталей.

• Шурупы с потайной головкой – применяются для крепления большинства металлических и пластмассовых деталей к деревоплите и дереву. Размеры шурупов и винтов обозначаются двумя числами, первое из которых – диаметр резьбовой части, второе – общая длина. Чем больше диаметр и глубина резьбы, тем большее усилие может выдержать шуруп.

• Шканты, или цилиндрические вставные шипы, – изготавливаются из твердых пород дерева или пластмассы. В мебели из ДСП не могут противостоять продольным усилиям, то есть выдергиванию, и обязательно дублируются другими стяжками. Вместе с тем шканты хорошо воспринимают все поперечные нагрузки и служат для точного позиционирования сопрягаемых деталей (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Шкант, конфирмат, уголки

• Стяжка-шуруп (евровинт, стяжка одноэлементная, Direkta-2, конфирмат) – самый популярный крепеж, выпускается под разными торговыми названиями с диаметром резьбы от 5 до 8 мм и длиной 50 или 70 мм. Стяжка с меньшим шагом витков и с большим заострением резьбы обеспечивает более прочное соединение. Первые четыре витка резьбы – конические и слегка зазубренные, поэтому стяжка работает как метчик или самонарезной винт, обеспечивая нарезку ровной качественной резьбы для размещения остальных витков без нарушения структуры плиты. Небольшой диаметр шляпки часто позволяет, применив усилие, утопить стяжку заподлицо с поверхностью плиты без предварительного зенкования отверстия.

• Металлический мебельный уголок – состоит из пяти элементов: уголка, двух винтов с потайными головками и двух резьбовых футорок. При сборке уголок крепится винтами к соединяемым деталям с помощью металлических или пластмассовых футорок с внутренним резьбовым отверстием. При завинчивании винта он давит конусом своей головки на конусную боковую поверхность отверстия в уголке, смещая всю присоединяемую деталь и притягивая ее. Такая стяжка очень прочна и проста в установке, но выступающие внутрь изделия уголки мешают при эксплуатации мебели (например, поставить коробку в шкаф вплотную к его стенке не удастся).

• Пластмассовый уголок с крышкой – закрепляется к ДСП обычными шурупами. Прочность такого крепления невысока, но выглядит оно очень аккуратно. Пластмассовые уголки не требуют присадки и часто используются для сборки «по месту» малонагруженных узлов встроенной мебели и шкафов-купе.

• Стяжка винтовая или стяжка-бочонок, – состоит из двух частей: винта и бочонка – цилиндрической детали с поперечным резьбовым отверстием (рис. 2.6). На боковой поверхности изделия всегда видна головка винта, которая обычно закрывается пластмассовой заглушкой, а на пласти сопрягаемой детали – торец бочонка, который также можно замаскировать заглушкой.

Рис. 2.6. Винтовая и коническая стяжки

• Коническая стяжка – появилась из-за стремления убрать головку винта с лицевой поверхности. В результате винт, проходящий насквозь через присоединяемую деталь собираемого каркаса мебели, был заменен штоком, вворачиваемым непосредственно в пласть детали или в запрессованную в нее футорку. В основной детали сверлятся два отверстия: одно в торце, для штока, другое – перпендикулярно первому, в пласти, для бочонка. Шток, на котором проточена коническая канавка, проходит через поперечное отверстие корпуса, вдоль оси которого выполнено резьбовое отверстие с винтом. Наконечник винта имеет заостренную коническую форму и при заворачивании винта заходит в коническую проточку штока, смещая его вместе с присоединяемой деталью к торцу основной, чем и достигается напряжение в соединении.

• Эксцентриковая стяжка – состоит из литого металлического эксцентрика, футорки и штока (рис. 2.7). В пласть присоединяемой детали заподлицо с ней вворачивается или впрессовывается металлическая или пластмассовая футорка, в которую вворачивается шток стяжки с Т-образной головкой. Существуют конструкции стяжек, у которых шток заворачивается непосредственно в материал присоединяемой детали без использования футорки.

Рис. 2.7. Эксцентриковые стяжки

Главное отличие эксцентриковых стяжек друг от друга – диаметр эксцентрика. Чем он больше, тем больше ход стяжки и стягивающее усилие. Используются эксцентрики диаметром 25, 15 или 12 мм. При сборке изделия шток проходит через отверстие в торце основной детали и его головка оказывается в середине поперечного отверстия, просверленного в ее пласти. В это отверстие устанавливается эксцентрик, захватывающий головку штока своей внутренней эксцентриковой поверхностью. При дальнейшем повороте эксцентрик, затягивая головку штока внутрь, сначала сближает соединяемые детали, а затем создает необходимое усилие в сопряжении. Эксцентрики закрываются пластмассовой заглушкой.

• Шарнирные эксцентриковые стяжки – позволяют соединять детали под углом, отличным от 90°, что особенно важно при изготовлении угловых шкафов и тумб. Стяжками с длинным штоком можно соединять три детали одновременно, например две полки и стенку между ними. Существуют и стяжки с двумя эксцентриками – для сборки «неудобных» соединений.

• Межсекционные стяжки – пара из винта и высокой гайки, снабженной головкой (рис. 2.8), предназначенная для соединения стенок отдельных шкафных секций или модулей.

Рис. 2.8. Межсекционная стяжка

Правильный выбор вида и количества соединительной фурнитуры обеспечивает жесткость и прочность конструируемой мебели. Каждое сопряжение панелей требует не менее двух стяжек, в промежутках между которыми рекомендуется устанавливать шканты. На практике считается, что надежность соединения протяженностью 0,6 м обеспечивается двумя-тремя винтовыми стяжками и двумя-тремя шкантами.

Полкодержатели представляют собой различного вида штифты диаметром от 4 до 6 мм, вставляемые в вертикальные стенки. Конструктивные особенности полкодержателей касаются материала и формы той части, на которую опирается полка. Нагрузка на каждый полкодержатель не должна превышать 20 кг. Сами полкодержатели способны выдержать и больший вес, но обычно сначала разрушается гнездо в вертикальной пласти. «Врагом» полкодержателей оказывается зазор между торцом полки и стенкой. В случае крепления полок различными стяжками, как это часто практикуется, наиболее слабым местом оказывается полка, расщепляющаяся вокруг штока стяжки или конфирмата (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Механизм разрушения полкодержателей и стяжечных соединений

Для разрушения полки над присадочным отверстием в торце достаточно меньшего усилия, чем для вырывания уголка или полкодержателя или излома всей полки. Точная присадка и отсутствие люфта в отверстиях способствует прочности соединения, а слабо затянутая или перекошенная стяжка разрушается быстро. Приведенный пример показывает, почему надежнее «опирать» детали одну на другую, а не «подвешивать» конструкцию мебели на стяжках.