Как гнуть фанеру: кипячение, склейка слоёв, гибкая фанера и пропилы

Четыре способа гнуть фанеру

Выбор способа определяется радиусом, нагрузкой и тем, нужна ли деталь после гибки жёсткой. Таблица сводит всё вместе. Радиусы и деформации даны для сухой фанеры и считаются ориентиром: их проверяют образцом на оправке.

Готовую гибкую фанеру продают как «гнущуюся» или «гибкую»: Columbia Forest Products указывает минимальный радиус 12 дюймов (около 305 мм) и пишет, что меньше согнуть можно, но с большим усилием. Для 7 мм у STRUCTAply Bendiform рекомендуют 1,8 м вдоль наружных волокон и 1,0 м поперёк. Для российских панелей радиус смотрят в паспорте производителя, а без него считают то, что написано в таблице как ориентир.

Сколько фанера гнётся без разрушения

При гибке наружный слой растягивается, внутренний сжимается. Деформация наружного волокна зависит от толщины t и радиуса R: ε = t / (2R). Чем тоньше лист и больше радиус, тем она меньше, и тем ниже риск трещины.

APA, ассоциация производителей конструкционной фанеры в США, публикует минимальные радиусы для сухих панелей:

APA пишет, что это минимумы для обычных панелей без отбора и что отдельная панель всё равно может дать трещину. Наши деформации получены той же формулой ε = t / (2R) из этих радиусов. Для 1/4″ и 3/8″ они сходятся около 0,5 % поперёк и 0,2 % вдоль, у 1/2″ запас больше.

«Поперёк волокон» значит, что ось изгиба параллельна волокнам наружного слоя, а полоса гнётся поперёк них. Так тугой радиус получается легче, поэтому заготовку вырезают так, чтобы волокна лицевого шпона шли вдоль линии сгиба.

Подставим в формулу R = t / (2ε) и получим оценку для тонких листов. Данные APA получены на конструкционной фанере из хвойных пород, берёзовая ФК ведёт себя иначе, поэтому берите значения ниже как ориентир и проверяйте образцом.

Ориентир, расчёт по таблице APA. Проверьте образцом на оправке, особенно для берёзовой фанеры.

Намачивание и пропаривание

Идея в том, чтобы размягчить волокна, согнуть и дать высохнуть в форме. APA описывает приём так: намачивать надо водостойкую фанеру внешнего типа, на зону сгиба кладут мокрые тряпки, лучше с тёплой водой, и держат до насыщения, это занимает ночь. Паровая камера быстрее: два-четыре часа пара, и наружный клеевой шов при этом не страдает. Гнут, пока панель тёплая, начиная с места наибольшей кривизны.

Для берёзовой ФК на карбамидном клее такой способ рискован. Клей этого типа рассчитан на помещения и от горячего пара и воды расслаивается, поэтому для намачивания берут ФСФ. Но и тогда есть оговорки:

• Шпон вздувается, на лице появляются мелкие трещины и поднимается ворс. APA советует сушить медленно, затем зашпаклевать и отшлифовать.
• Фанера пытается вернуть форму: «It will also try to regain its original shape unless it is held rigidly in place», то есть без оправки или каркаса дуга распрямится.
• Панели, которые потом клеят, надо досушить, иначе клей не схватится.

Намоченную тонкую фанеру можно согнуть сильнее, чем сухую, но сколько именно, зависит от партии, и значение берут только по образцу. Для стула, который держит человека, такой способ без дальнейшей склейки слоёв не подходит.

Послойная склейка на оправке

Если нужна жёсткая гнутая деталь, фанеру склеивают из нескольких тонких слоёв прямо на оправке. Каждый слой гнётся легко, а склеенный пакет держит форму и несёт нагрузку.

Пружинение зависит от числа слоёв: чем тоньше слои и чем их больше, тем слабее деталь стремится распрямиться. Fine Woodworking добавляет, что при толщине слоя до 1/8″ (3,2 мм) порода дерева уже не имеет значения, всё гнётся. Поэтому три слоя по 3 мм надёжнее, чем один лист 9 мм: слои тоньше, и деформация каждого меньше.

Пропилы: гибкая петля

Гибкая петля, или living hinge, — это сетка коротких прорезей, которые превращают жёсткий лист в упругую ленту. Её вырезают лазером или фрезой. Лазером удобнее: рез тонкий, а рисунок любой. Для петель на фанере 3–4 мм хватает CO2-станка 60–80 Вт: у настольного Wattsan 0503, например, трубка 60 Вт при поле 500×300 мм.

Параметры из открытых гайдов (все ориентиры, проверяйте образцом):

• Рисунок. Craftcloset называет три типа: прямые прорези, кирпичная раскладка со смещением рядов и ромбы с волнами для гибки в двух направлениях. Прямые проще и дают равномерную дугу.
• Размеры для фанеры 3 мм. Ширина прорези 0,5–1 мм, длина 60–90 % ширины петли, расстояние между прорезями 1–2 мм. На станке с резом 0,2–0,4 мм такую ширину получают двумя соседними линиями. Чем гуще прорези, тем мягче изгиб и слабее деталь.
• Направление. Длинная ось прорези перпендикулярна сгибу, то есть прорези идут вдоль оси изгиба. Для дерева Craftcloset советует прорези поперёк волокон, у фанеры и МДФ австрийский производитель лазерных станков Trotec направление волокон не считает критичным.
• Толщина. Тот же производитель называет фанеру материалом, который чаще всего рекомендуют для гибки с пропилами. Волнистый рисунок подходит до 3 мм, ромбовидные соты до 5 мм.
• Склейка внутри. В берёзовой фанере бывают пятна клея во внутренних слоях, которые лазер не прорежет, и в плотной сетке петли это даёт непропил. Тогда меняют лист.

Минимальный радиус петли зависит от рисунка, и общей цифры в открытых источниках нет: его находят пробой на полоске. Петля теряет жёсткость, поэтому её применяют для крышек шкатулок, абажуров ночников и обшивки, а не для несущих деталей. Примеры изделий: шкатулка из фанеры, ночник из фанеры и акрила, деревянный 3D-конструктор. Общие принципы раскладки и макета для лазера описаны в статье про изделия из фанеры на лазере.

Расчёт: спинка стула R400

Задача: спинка с внутренним радиусом 400 мм, дуга 60°, ширина 300 мм, склейка из трёх слоёв. Начнём с деформации одного слоя: ε = t / (2R). Для слоя 4 мм на радиусе средней линии внутреннего слоя 402 мм: 4 / 804 = 0,50 %. APA даёт для поперечной гибки около 0,52 %, значит запаса нет. Для слоя 3 мм: 3 / (2 × 401,5) = 0,37 %, запас около 30 %. Поэтому ниже считаем на трёх слоях по 3 мм, итоговая толщина 9 мм.

Длина дуги. Средняя линия пакета идёт по радиусу 400 + 4,5 = 404,5 мм. L = R × θ = 404,5 × π/3 ≈ 423,6 мм. Наружный слой длиннее: радиус 400 + 7,5 = 407,5 мм, дуга 426,7 мм. Слои проскальзывают друг по другу, поэтому режут все одной длины: 426,7 мм плюс по 5 мм на подрезку торцов, итого 436,7 мм, округляем до 440 мм.

Число листов. Заготовка 440×300 мм, три на спинку. Из листа 1525×1525 по длине 1525 мм вмещаются три заготовки (3 × 440 = 1320 мм), по ширине пять (5 × 300 = 1500 мм), всего 15. На одну спинку три, значит, лист закрывает пять спинок. На четыре стула нужен один лист 3 мм и 3 заготовки остаются в запасе. Волокна лицевого шпона должны идти вдоль стороны 300 мм, то есть вдоль оси сгиба.

Оправка. Пуансон идёт по радиусу 400 мм, матрица по 409 мм (400 + 9). Хорда пуансона для дуги 60°: 2 × 400 × sin 30° = 400 мм, стрелка 400 × (1 − cos 30°) ≈ 53,6 мм. Одно кружало вырезают из фанеры 18 мм в габарите около 440×100 мм. При шаге 75 мм на ширину 300 мм нужно 5 кружал на половину, всего 10.

Время на ЧПУ. Периметр заготовки кружала около 1,1 м, на десять штук 11 м. Фреза Ø6, два прохода по 9 мм при подаче 3240 мм/мин (из статьи про режимы фрезеровки): t = 11 000 × 2 / 3240 ≈ 6,8 мин. Выбор фрезы и способа реза для 18 мм смотрите в разборе чем резать фанеру по толщинам. Лазер 18 мм не прорежет, но подойдёт для тонких слоёв и для петель.

Струбцины. Дуга длиной около 424 мм с шагом струбцин 90–100 мм даёт 5 рядов, по три в ряду (два края и середина): 15 штук. Это ориентир, на практике проверяют, что зазоров между слоями нет.

Типичные ошибки

• Гнут вдоль волокон наружного слоя. По таблице APA такой радиус в 2,5 раза больше, чем поперёк, и при радиусе 400 мм 4-миллиметровый лист даст трещину.
• Сухой материал и тугой радиус. Если радиус меньше расчётного, берут слои тоньше, а не давят сильнее.
• Мало струбцин. Между ними остаются зазоры, клей не схватывается, а слои расходятся. Зажимают от середины к краям.
• Перегрев и недосушка клея. На слишком тёплой оправке ПВА схватывается раньше, чем собран пакет, а на сырой фанере не схватывается совсем. Время и температуру смотрите в паспорте клея.
• Надежда, что форма сохранится без склейки. После сушки намоченная фанера возвращается к исходной форме, если её не держит каркас или клей.
• Нет проверочного образца. Любую партию фанеры сначала гнут полоской 300×50 мм на оправке, а потом режут весь лист.

После гибки спинку отшлифовывают и покрывают. Чем покрыть, написано в статье про отделку мебели из фанеры, а как собрать корпус и рассчитать прогиб — в статье про стеллаж и стол из фанеры.