Ověření rozebíratelných rohových spojení u MDF desek

Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta

Ústav nábytku designu a bydlení

Bakalářská práce Ověření rozebíratelných rohových spojení u MDF desek

Brno 2009/2010

Josef Votava

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Ověření rozebíratelných rohových spojení u MDF desek. zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne:........................................

Podpis studenta:…………………………..

Poděkování Mé poděkování za odborné vedení bakalářské práce patří Ing. Josefu Hlavatému. Dále bych rád poděkoval Ing. Karlu Krontorádovi, CSc. za zprostředkování zkušebních vzorků. Mé poděkování patří i mé rodině za podporu, které se mi dostávalo v průběhu celého studia.

Jméno:

Josef Votava

Název bakalářské práce: Ověření rozebíratelných rohových spojení u MDF desek

Abstrakt Předmětem bakalářské práce je posouzení pevnosti rozebíratelných rohových konstrukčních spojení, kde spojovaný materiál je polotvrdá vláknitá deska vyrobená suchým způsobem. Dále vyhodnotit použitelnost těchto rozebíratelných rohových spojení u MDF desek ve výrobě lůžkového nábytku vzhledem k pevnosti spoje a bezpečnosti uživatele. Testované demontovatelné spojení je součástí lůžkového nábytku a bylo vybráno a dodáno zadavatelem práce, který si vyžádal požadované zkoušky na ohyb v úhlové rovině na tah a tlak.

Klíčová slova: Demontovatelné spoje, druhy kování pro rozebíratelné spoje, mechanické vlastnosti demontovatelných spojů, zatížení na ohyb v úhlové rovině na tah a tlak, statická únosnost spoje, přírůstek deformace spoje.

Name:

Josef Votava

Subjekt of bachelor thesis: Verification dismountable of corner furniture joints in MDF

Abstract The subject of the bachelor thesis is to assess the strength of dismountable furniture joints, where coupled material is medium density fibreboard made dry process. Further evaluate usability these dismountable joints in MDF in production bed furniture dependent on the strength and safeness user. Tested dismountable joints is part of the bed and was choice and delivered submitter work that the solicit requisite tests on a bend in the angular plane of tension and pressure.

Key words: Dismountable joints, sorts furniture fitting for demountable joints, mechanical properties dismountable joints, strain on a bend in the angular plane of tension and pressure, static load capacity joint, addition deformation joint.

1. Obsah 1. 2. 3. 4.

Obsah ........................................................................................................................ 6 Úvod.......................................................................................................................... 8 Cíl práce .................................................................................................................... 9 Literární přehled ..................................................................................................... 10 4.1. Definice a základní pojmy .............................................................................. 10 4.2. Vlivy ovlivňující pevnost spojů ...................................................................... 11 4.3. Nábytkové kování ........................................................................................... 11 4.3.1. Spojovací kování..................................................................................... 12 4.3.2. Charakteristika mechanického spojování ............................................... 12 4.4. Charakteristika montáže nábytku v průmyslové výrobě................................. 13 4.4.1. Montážní spoje........................................................................................ 14 4.4.2. Charakteristika suché montáže ............................................................... 14 4.5. Spojování MDF desek .................................................................................... 15 4.6. Kolíkové spoje ................................................................................................ 16 4.7. Zkoušení nábytku ............................................................................................ 18 4.8. Způsoby namáhání demontovatelného kování spojů lůžkového nábytku ...... 18 4.8.1. Zatížení nábytkových konstrukcí ............................................................ 18 4.8.2. Lehací nábytek ........................................................................................ 19 4.8.3. Druhy zatížení konstrukce ...................................................................... 19 4.8.4. Druhy namáhání nábytkových spojů ...................................................... 21 4.8.5. Pevnostní vlastnosti rohových nábytkových spojů ................................. 23 4.9. Analýza současného stavu demontovatelného kování .................................... 25 4.9.1. Jednodílné spojovací šrouby ................................................................... 25 4.9.2. Šrouby s příčnými (válcovými) maticemi a závrtnou hmoždinkou........ 26 4.9.3. Trapézové spoje ...................................................................................... 27 4.9.4. Excentrické kování ................................................................................. 29 4.9.5. Ostatní spojovací kování ......................................................................... 32 4.10. Současný stav rozebíratelného kování určený pouze pro lůžkový nábytek.... 33 4.10.1. Kování závěsné ....................................................................................... 33 4.10.2. Spojovací úhelníky ................................................................................. 34 4.10.3. Spojovací úhelníky vzájemně spojené šrouby ........................................ 35 5. Stanovení řešení dané problematiky ....................................................................... 36 6. Použité materiály, zařízení a pomůcky ................................................................... 37 6.1. Charakteristika MDF (Medium Density Fibreboard) desek ........................... 37 6.2. Kování ............................................................................................................. 38 6.2.1. Přesné parametry použitého kování: ....................................................... 38 6.3. Lepidlo ............................................................................................................ 40 6.4. Pomůcky k montáži vzorků: ........................................................................... 41 6.5. Trhací stroj Instron 3365................................................................................. 41 6.5.1. Přípravky pro trhací stroj ........................................................................ 42 6.6. Druhy vzorků .................................................................................................. 44 6.6.1. Vzorky pro první etapu experimentu ...................................................... 45 6.6.2. Vzorky pro druhou etapu experimentu ................................................... 46 6.6.3. Shrnutí druhů vzorků a jejich počet ........................................................ 48 7. Metodika ................................................................................................................. 49 7.1. Metodika práce ............................................................................................... 49 7.1.1. Pracovní podmínky při montáži vzorků 1A,2B,3B: ............................... 49 7.1.2. Postup montáže ....................................................................................... 50

7.2. Metodika zkoušek rohových nábytkových spojů............................................ 51 7.2.1. Příprava stroje Instron 3365 pro experiment .......................................... 51 7.2.2. Nastavení parametrů trhacího stroje ....................................................... 51 7.2.3. Metodika zkoušky v tahu ........................................................................ 52 7.2.4. Metodika zkoušky v tlaku ....................................................................... 52 7.3. Metodika zpracování výsledků ....................................................................... 53 7.3.1. Metodika výpočtu přírůstku deformace spoje ........................................ 53 7.3.2. Metodika výpočtu statické únosnosti spoje ............................................ 55 8. Výsledky ................................................................................................................. 57 8.1. Zjištěné parametry spojů ................................................................................. 57 8.1.1. Grafy a tabulky pro zkoušku ohybu v úhlové rovině na tah ................... 58 8.1.2. Grafy a tabulky pro zkoušku ohybu v úhlové rovině na tlak ................ 61 8.1.3. Porovnání podle druhu vzorku a vlastnosti spoje ................................... 64 8.2. Porovnání s limitními hodnotami ................................................................... 66 9. Diskuze a vyhodnocení výsledků ........................................................................... 68 9.1. Průběh měření a diskuze k výsledkům ........................................................... 68 9.1.1. Deformace spoje při zkoušce na tah v úhlové rovině ............................. 68 9.1.2. Deformace spoje při zkoušce na tlak v úhlové rovině ........................... 71 9.1.3. Diskuze k výsledkům .............................................................................. 72 10. Závěr ................................................................................................................... 75 11. Summary ............................................................................................................. 76 12. Použitá literatura ................................................................................................. 77 13. Seznam tabulek ................................................................................................... 79 14. Seznam použitých obrázků a grafů ..................................................................... 80 PŘÍLOHY ....................................................................................................................... 82

2. Úvod Nábytek člověka obklopuje celý život a vlivem svého estetického a funkčního charakteru dotváří jeho životní prostředí. To je výzva pro konstruktéry, aby vytvořili nábytek vysoké užitné hodnoty, který by se stal po stránce jak estetické, tak bezpečnostní konkurence schopný a posunul toto odvětví technologicky dále. Jak již jsem výše zmínil, nábytek nás doprovází od narození až po smrt, a proto je nutné se zabývat hlavně jeho bezpečností, především jedná-li se o dětský nábytek. Bezpečnost nábytku je závislá na kvalitě použitých materiálů a volbě správné konstrukce. Dokud se nábytek vyráběl výhradně z masivního dřeva, byla volba vhodného materiálu omezena na druh dřeviny, směr vláken, vady dřeva a hustotu letokruhů. Návrh konstrukce a dimenze prvků a spojů byl podmíněn pouze zkušenostmi a citem řemeslníků.1 S rozvojem nových materiálů jako jsou např. třískové a vláknité desky, překližky, laťovky, lehčené materiály atd. se vyvinuly i nové technologie a konstrukční spoje. Úbytek dřevní suroviny a ekonomické hledisko vedou k širšímu využití těchto materiálů, které mají ovšem různé vlastnosti. Je tedy nevyhnutelné konstrukce z nich vyrobené podrobit důkladnému testování, což má za následek i tvorbu nových konstrukčních řešení z dřívějších zkušeností nemyslitelných. Dříve bezpečnost nábytku nepatřila bohužel k nejdůležitějším požadavkům. Ovšem s rozvojem nábytkářského průmyslu a zavedením hromadné výroby vznikla nutnost testovat a vyhodnocovat nové konstrukce, jelikož i zde jde o bezpečnost uživatele, ekonomičnost a životnost výrobku, která postihuje část populace a ne jen jedince. Kritickým místem výrobku jsou spoje. Právě konstrukční spoje dávají podstatnou pevnost a tuhost nábytkové sestavě. Masová výroba, a s tím související vývoz výrobků na dlouhé vzdálenosti, vedla k vývoji demontovatelného nábytku tedy i k rozebíratelným spojům. Ty musí zaručovat jednoduchou a bezporuchovou finální montáž a dostatečnou pevnost a tuhost spojení. Nábytkářské firmy vlivem početné konkurence kladou velké požadavky na kvalitu a cenu výrobku. To vede k úzké spolupráci s výrobci kování na vývoji nových způsobů konstrukčních spojení.

1)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7

8

3. Cíl práce Práce je zaměřena na problematiku rozebíratelných rohových spojení, a to výhradně v aplikaci s polotvrdou vláknitou deskou vyrobenou suchým způsobem. Cílem této práce je analyzovat stav současného demontovatelného kování a experimentální zjištění vybraného typu rozebíratelného spojení a jeho mechanických vlastností. Analyzovat způsoby namáhání demontovatelného kování a technologické faktory ovlivňující pevnost rohových konstrukčních spojů. Pro podobné zkoušky zatím nebyla vypracována žádná norma. Z tohoto důvodu byl experiment proveden podle metodických pokynů pro zkoušení rohových spojů nábytku dle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. (1999). Záměrem této práce je ověřit pevnost demontovatelného rohového spojení lůžka na ohyb v úhlové rovině v tahu a tlaku na základě dodaných vzorků zadavatelem. Vyhodnocení zkoušky bylo provedeno dle ČSN 91 0227 “Zkoušení skříňového nábytku“, ČSN 91 0401 “Skříňový nábytek – technické požadavky“ a limitní hodnoty pro namáhání spoje dle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. (1999).

9

4. Literární přehled 4.1. Definice a základní pojmy2 Síla – je fyzikální vektorová veličina, která je mírou vzájemného působení dvou těles, může způsobit deformaci, nebo změnu pohybového stavu.3 Mechanické namáhání – je takový děj, při kterém dochází k interakci mezi působícími mechanickými silami a spojem. Výsledkem tohoto děje jsou dočasné nebo trvalé změny tvaru tělesa. Deformace – změna tvaru a rozměrů tělesa způsobená působením mechanických sil. Při deformaci dochází k posunutí bodů v tělese. Deformace může být pružná (po odstranění sil se těleso vrátí do původního stavu), pružná v čase (návrat do původního stavu po určité době), trvalá, plastická (je nevratná, těleso získá nový tvar). Mez úměrnosti – můžeme ji definovat jako velikost napětí, do kterého v tělese vznikají pouze deformace pružné. Napětí – představuje míru vnitřních sil, které vznikají v tělese jako výsledek vyvolaný vnějšími silami. Toto namáhání může být v čase neměnné – statické nebo se v čase mění – dynamické. Únosnost spojů (Fmax, Mmax) – vyjadřuje maximální sílu nebo ohybový moment připadající na jednotku šířky spoje anebo jeden spojovací element. Deformace na mezi únosnosti (umax, φ

max)

– vyjadřuje maximální posunutí, anebo

úhlovou deformaci spoje, která vznikne při dosáhnutí jeho únosnosti. Koeficient poddajnosti (z) – může jít o modul posunutí, který vyjadřuje velikost síly potřebné k vyvození jednotkového posunu, anebo o torzní tuhost poddajného spoje, který je definován jako moment způsobující ve spoji pootočení 1 rad. Omezená mez únavy – zatížení spoje, při kterém spoj vydrží bez porušení stanovený počet cyklů. Únosnost – schopnost spoje odolávat vnějším silám bez jeho porušení.

2)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 3) POŽGAJ., A., CHOVANEC D., KURJATKO, S., BABIAK, M., 1997: Štruktúra a vlastnosti dreva. Príroda a. s., Bratislava, 485 s.

10

4.2. Vlivy ovlivňující pevnost spojů Vlastnosti materiálu -

mechanické (pružnost a pevnost)

-

fyzikální (vlhkost)

-

chemické

-

vnitřní struktura materiálu

Druh konstrukce -

tvar a rozměry (druh spoje, povrch lepených ploch)

-

typ spojovacích prvků

-

počet spojovacích prvků

-

vzdálenost spojovacích prvků

Opracování styčných ploch -

tolerance (vůle, těsnost)

-

hladkost povrchu

Technologie -

technologie lepení (teplota, čas, tlak, čas tvrdnutí)

-

tloušťka vrstvy lepidla

Způsob funkčního namáhání -

způsob zatížení (dynamické, statické, trvalé)

-

druh zatížení

-

vnitřní napětí v materiálech

-

vlivy okolního prostředí4

4.3. Nábytkové kování Nábytkové kování je široký sortiment součástí, konstrukčních prvků a mechanismů, které slouží k zabezpečování funkce nábytku jako celku i jeho jednotlivých funkčních součástí, a které spolupůsobí i při vytváření estetického vzhledu nábytku.5 Hlavní výrobní surovinou jsou kovy a jejich slitiny, ale nábytkové kování dává širokou možnost uplatnění i jiným materiálům, a to hlavně různým druhům plastů.

4)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 5) Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL

11

4.3.1.

Spojovací kování

Používá se hlavně k rohovému spojení skříňového nábytku, spojení noh s luby a lubů se stolovou deskou, spojení bočnic a čel postelí, spojení sedadlového rámu a noh sedacího nábytku atd.6 Do této skupiny patří všechny typy kování a jejich části, které umožňují spojení nábytkových dílců ve všech polohách.7 Může se použít třeba jen jako doplněk k pevnému nerozebíratelnému spojení dílců lepením případně jako samostatný prvek tvořící pevné rozebíratelné spojení dílců. Jejich význam spočívá v úspoře dopravních nákladů a skladovacích prostor.

Dosáhnout pevného spojení můžeme několika různými způsoby. Nejběžnější jsou:

-

spojení zavěšením: používá se pro spojení postranic s postelovými čely

-

spojení stahovacími šrouby: v dnešní době ve velké míře používá kování s velkým počtem různých řešení např. šroub a válečková matice s vnitřním závitem, různé typy excentrů, dvoudílné spojovací šrouby se stejnou hlavou na obou dílech pro spojování skříní atd.8

Vlivem působení vnějších sil či deformací na spojovaný materiál mohou vznikat netěsnosti ve spoji, které lze snadno odstranit dotažením šroubu. Riziko samovolného uvolnění je v tomto případě malé. Spojovací kování se dnes vyrábí s protikorozní úpravou pozinkování nebo chromování z důvodu působení vlhkosti na ocelové části kování a následné ztráty pevnosti a estetického vzhledu. Vlhkost působí na kování jak z vnějšího prostředí, tak i skrze spojovaný materiál.

4.3.2.

Charakteristika mechanického spojování

V nábytkářském průmyslu se mechanické spojování používá k pevnému nebo rozebíratelnému spojení dvou stejných eventuelně různých materiálů. Mechanické spojovací prostředky můžeme rozdělit na dřevěné (kolíky, pera, lamely), prostředky na 6)

Ing. Zdeňka Křupalová, Nauka o materiálech, Praha 1999, Sobotáles, ISBN 80-85920-57-3 Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL 8) Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL 7

12

bázi plastických hmot (plastová pera, tavné plasty) a mechanické spojovací prostředky (kovové vruty, šrouby, sponky, hřebíky nebo kování). Sponky a hřebíky jsou použitelné ke zpevnění konstrukčních spojů z masivního dřeva a k připevnění tenkých konstrukčních desek jako jsou záda skříňového nábytku, dna zásuvek. V sériové výrobě je pro tyto účely použito výhradně sponek. Vruty se uplatňují při upevňování nábytkového kování, lišt a vyztužovacích vlysů. Aby se zabránilo poškození materiálu při šroubování vrutů (štípání, praskání materiálu) je nutné předvrtání otvorů. Spojovací kování se nejčastěji využívá k montáži pohyblivých částí nábytku a u demontovatelného

nábytku.

Pro

fixní

spoje

je

kování

konstruováno

jako

víceelementové, při kterém je jeden element v pohybu ve směru dráhy přitahování. Kování může být trvale spojené s dílci šroubováním samotného elementu kování, vtlačením do otvoru lůžek, lepením nebo vruty.9 Pevně spojená část kování se stává součástí dílce a tuto operaci řadíme do předmontáže. Pro volně vložené elementy kování předmontážní operace odpadá. Vzájemné pevné spojení částí kování dosáhneme našroubováním, lepením, nalisováním a šroubováním.10

4.4. Charakteristika montáže nábytku v průmyslové výrobě Pod pojmem montáž ve výrobě nábytku rozumíme trvalé nebo přechodné spojení součástí a dílců do výrobku. Montáž výrobku je lineární proces, který spočívá ve spojování součástek a dílců do vyšších montážních celků, podsestav a jejich následné sestavení do výrobku anebo přímým spojením součástek a dílců do výrobku. Montáž řádově nižších prvků nebo článků nazýváme předmontáží a montáž vyšších prvků nazýváme konečnou montáží.11 Součástka se definuje jako řádově nejnižší skladebný prvek dílce, bývá zpravidla zhotovena z jednoho druhu materiálu. Součástkou také můžeme rozumět kování, spojovací materiál, výlisky z plastů a výrobky ze skla.12 Tento sortiment zpravidla není při výrobě nábytku zhotovován. Je spíše otázkou externích dodavatelů. 9)

Ing.Arnošt Trávník, Ing.Jaroslav Svoboda, Technologické procesy výroby nábytku, 2007,Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, ISBN 978-80-7375-056-5 10) Ing.Arnošt Trávník, Ing.Jaroslav Svoboda, Technologické procesy výroby nábytku, 2007,Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, ISBN 978-80-7375-056-5 11) 12)

Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL

13

Dílec je vyšší skladebný prvek, který se skládá z určitého počtu součástek. Složením několika dílců vzniká podsestava nebo sestava. Tu můžeme buď dále opracovávat nebo se jedná již o hotový výrobek. Sestavy s funkcí nosné konstrukce označujeme jako kostry nábytku. Tyto sestavy se využívají ve výrobě lůžkového nebo sedacího nábytku. U skříňového nábytku se takovéto sestavy označují jako korpusy.13

4.4.1.

Montážní spoje14

Spoje se dělí na pohyblivé a pevné (nepohyblivé). Pohyblivé spoje dávají schopnost jednotlivým dílcům měnit svou polohu, čímž umožňují splnit jejich funkci na výrobku. Jedná se především o závěsy dveří. Při pevném spojení je naopak vyžadována pevnost a tuhost spojů a dílce svou polohu měnit nemohou. Toto spojení získáváme především lepením (kolíky, lamely, čepy, ozuby…), a také spojovacími prostředky jako jsou kování a šrouby. Vzhledem k využití kování jako spojovací součásti je možno dále spoje rozdělovat ještě na rozebíratelné a nerozebíratelné. Rozebíratelné kování je především využito u výrobků velkých rozměrů, u kterých je manipulace ve složeném stavu problematická a z pohledu dopravy také neekonomická. Tento problém se ještě více prohlubuje s nutností převážet nábytek na velké vzdálenosti.

4.4.2.

Charakteristika suché montáže15

Suchou montáž můžeme definovat jako spojení jednotlivých dílců v celek, přičemž spojovacím prostředkem není lepidlo. Buď se jedná o konstrukční úpravu vytvořenou přímo na jednotlivých dílcích, nebo je využit další mezičlánek, který umožňuje vhodné sevření, zavěšení nebo vzájemné zasunutí částí. Dílce pro suchou montáž musí byt náležitě upraveny a opatřeny spojovacími prvky. Přesnost opracování těchto konstrukčních spojů musí splňovat vysoké standardy. 13) 14) 15)

Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL

14

Je proto nutné technologicky zajistit, aby konstrukční opracování a umístění spojovacích prvků na sebe u vzájemně spojovaných dílců navazovalo. Toho dosáhneme použitím šablon nebo v sériové výrobě používáním číslicově řízených center. U těchto strojů je důležité, aby poloha dílce byla přesně vymezena a nedocházelo tak k nepřesnému opracování. Dále toto spojení musí odolávat vnějším silám a rozměrovým změnám materiálu vlivem vlhkosti. V případě uvolnění umožnit dotažení spoje. Pro zpevnění těchto spojů je vhodná kombinace kolíkového spoje a montážního kování.

Konstrukční spoje a spojovací kování používané při suché montáži: a) přišroubované kování spojující nábytkové dílce bez konstrukčního spoje, b) kolíkový konstrukční spoj neklížený, doplněný spojovacím kováním přišroubovaným na povrch nábytkových dílců, c) konstrukční spoj vytvořený aplikací spojovacího kování, d) konstrukční osazení dílců se spojovacím kováním.16

Tento způsob spojování dílců a součástí do sestav se uplatňuje při výrobě výrobků s velkými rozměry, u kterých je výhodné dodávat je v demontovatelném stavu např. skříňové stěny. Také tímto způsobem můžeme nahradit lepené spoje a tím zkrátit čas montáže o vytvrzení lepidla.

4.5. Spojování MDF desek MDF desky mohou být spojeny za pomoci lepidel a lepených spojů, které se běžně používají pro lepení masivního dřeva, a to díky homogennímu hustotnímu profilu. Pro kolíkové spoje se používají dřevěné rýhované kolíky z bukového nebo břízového dřeva. Otvory musí být hladké bez vytrhaných vláken. Toho dosáhneme použitím ostrých nástrojů s SK břity. Samotný proces vrtání je kombinací vysokých otáček nástroje (16 000 – 18 000/min) s maximálním posuvem. Výsledný otvor by měl mít o 0,2 mm větší průměr než kolík, aby se zabránilo tvorbě trhlin ve středových vrstvách MDF desky z důvodu příjmu vlhkosti kolíku a jeho následným rozměrovým

16)

Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL

15

změnám.17 Kolíkové spoje jsou pro demontovatelný nábytek důležité vzhledem ke kombinaci se spojovacím kováním. Tento způsob spojení dílců je v nábytkářském průmyslu značně rozšířen a u lůžkového nábytku velmi výhodný vzhledem k pevnosti a tuhosti konstrukce. Vruty určené pro použití do MDF desek se vyznačují vysokým poměrem závitu k průměru dříku a mírným úhlem sklonu závitu 1,5 až 2 mm/závit. Při použití vrutů v hraně je nutné předvrtání. Otvor má průměr 50 % vnějšího průměru vrutu a hloubku o cca 1mm větší než je hloubka zavrtání vrutu. Pokud by nebyla dodržena operace předvrtání otvoru pro vrut, došlo by k trhlinám ve střední vrstvě MDF desky. Díky svému homogennímu hustotnímu profilu má MDF deska lepší přídržnost vrutů v hraně než třískové desky, u kterých se hustota snižuje směrem od vnějších vrstev k vnitřním.18

4.6. Kolíkové spoje U některých demontovatelných spojů je využito kombinace spojovacího kování s dřevěnými kolíky. Díky tomu získá spoj vyšší tuhost a pevnost zejména proti působení vodorovného zatížení a střihu. Kvalitu kolíkového spoje ovlivňuje zejména: -

dřevina a kvalita dřeva použitého k výrobě kolíků (buk, bříza)

-

tvarování povrchu kolíku (hladké, drážkované)

-

lepení kolíků (pokud jsou kolíky vlepeny do styčného dílce)

-

přesnost opracování kolíků a otvorů

-

čistota kolíkového spoje

-

počet a rozměry kolíků ve spoji19

Tvarování povrchu kolíku: Drážkované kolíky mají, z důvodu lepší distribuce lepidla ve spoji, vyšší pevnost než hladké. Drážkami je odváděno přebytečné lepidlo a vzduch

17)

Doc.Dr.Ing.Jaroslav Hrázský, Doc.Dr.Ing.Pavel Král, Kompozitní materiály na bázi dřeva; Část I.:Aglomerované materiály, 2007, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně,ISBN 978-807375-034-3 18) Doc.Dr.Ing.Jaroslav Hrázský, Doc.Dr.Ing.Pavel Král, Kompozitní materiály na bázi dřeva; Část I.:Aglomerované materiály, 2007, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně,ISBN 978-807375-034-3 19) Ing. Arnošt Trávník, Výroba dřevěného nábytku – část II., Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003, ISBN 80-7157-653-0

16

z otvoru. Kolíky vyrobené technologií vtlačováním mají vyšší pevnost, než kolíky vyráběné řezáním z důvodu porušení povrchových vláken. Lepení kolíků: Má u rozebíratelných spojů význam, jen pokud je kolík přilepen ve styčném dílci. V průmyslové výrobě je používáno nejčastěji PVAC lepidlo. Přesnost opracování: Otvory pro kolíky se mají vrtat ostrým nástrojem, aby nedocházelo k vytrhávání vláken a spálení dřeva. Počet a rozměry kolíků ve spoji: Podle Ing. Trávníka se zvětšováním průměru kolíku roste únosnost spoje. Nad průměr 10 mm je nárůst pevnosti již minimální. Celková délka kolíku nesmí být menší než 30 mm. Zapuštění kolíku v průběžném dílci jsou 2/3 z tloušťky průběžného dílce. Aby nedošlo k poškození vnější plochy dílce, je nutné zachovat vzdálenost mezi dnem otvoru a vnější plochou dílce minimálně 3 mm materiálu.20 Kritickým prvkem porušení jsou vždy průběžná ramena spojů. Odolnost v průběžném rameni je limitujícím faktorem únosnosti.21 Umístění kolíků a jejich počet musíme volit tak, aby spoj splňoval předepsané požadavky. Podle doc. Ing. Joščáka je pro maximalizaci pevnosti spoje dobré umisťování kolíků od sebe nebo od spojovacího kování tak, aby porušení v okolí jednoho spojovacího prvku nezasahovalo do oblasti porušení sousedního spojovacího elementu. Podle různých autorů by se s rostoucí roztečí měla zvyšovat pevnost spoje. doc. Ing. Joščák tuto skutečnost potvrdil do rozteče 96 mm. Podle Kořeného rozdíly v pevnosti spoje v závislosti na velikosti rozteče kolíků nad 96 mm již nejsou tak výrazné.

Obr. 1 Porušení a) rohových, b) středových spojů v průběžném rameni (Joščák 1999) 20)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 21) KOŘENÝ, Adam. Mechanické vlastnosti demontovatelných nábytkových spojů. Brno, 2007. 57 s. Bakalářská práce. Mendelova univerzita v Brně.

17

4.7. Zkoušení nábytku Každý výrobce nábytku odpovídá za bezpečnost svých výrobků podle zákona 102/2001 Sb., o obecné bezpečnosti výrobků. V případě že dojde k poškození uživatele vadným výrobkem, je výrobce odpovědný za škody podle zákona 59/1998 Sb., o odpovědnosti za škodu způsobenou vadou výrobku. Z výše uvedených důvodů, a také v zájmu kvality a dobrého jména firmy, si výrobce nechá své nové produkty odzkoušet akreditovanou zkušebnou s cílem získat osvědčení, certifikaci. Posuzuje se dodržení základních a funkčních rozměrů včetně dovolených úchylek, použitý materiál, úroveň provedení, mechanické vlastnosti, jakost povrchové úpravy a zdravotní nezávadnost.22

4.8. Způsoby namáhání demontovatelného kování spojů lůžkového nábytku 4.8.1.

Zatížení nábytkových konstrukcí

Velikost, směr zatížení a jeho oblast působení u nábytkových konstrukcí stanovují normy mechanického zkoušení nábytku. Určení zatížení musí zahrnovat tzv. rozhodující případy. Mezi rozhodující případy řadíme: -

trvalé situace, které se vztahují k podmínkám normálního, běžného používání,

-

dočasné situace, které se vztahují k dočasným podmínkám např. v průběhu přepravy a skladování

-

mimořádné situace, které se vztahují k výjimečným situacím.23

Zatížení, jenž vzniká v důsledku používání výrobku, k němuž byl určen, nazýváme funkční zatížení. Zatížení nábytku, které vzniká při nevhodné manipulaci, skladování nebo přemisťování považujeme za nefunkční zatížení. Po většinu životnosti

22)

Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7 23) Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7

18

výrobku na něj působí nejčastěji statické zatížení. Výrobek je však vystaven i dynamickému zatížení, které vzniká nešetrným zacházením. Při manipulaci s nábytkem na něj působíme z hlediska směru vodorovným zatížením. Za trvalé působení můžeme považovat svislé zatížení, které je způsobeno vlastní hmotností výrobku, předmětů nebo osob.24

4.8.2.

Lehací nábytek

K největšímu zatížení dochází při tzv. nefunkčním používání např. skákání po ložné ploše. Dále působí: 1)

vlastní zatížení konstrukčními prvky

2)

zatížení hmotností osob

3)

způsob ležení, manipulace a zacházení s výrobkem

4)

zatížení při montáži, manipulaci, skladování a dopravě25

4.8.3. Druhy zatížení konstrukce26 Působení mechanické síly na konstrukci dělíme na přímé zatížení a nepřímé zatížení (vynucené) např. působením změny vlhkosti, teploty, vlivem nerovného podkladu atd.

Zatížení –vnější mechanické síly, působící na výrobek, obecně můžeme rozdělit z různých hledisek: a) z hlediska vzniku -

prvotní

-

druhotné – reakce

b) podle charakteru působení -

statické

-

dynamické

24)

Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7 25) Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7 26) Tamtéž

19

c) podle místa působení -

objemové

-

povrchové (plošné)

c1) podle velikosti plochy -

osamělé síly (soustředěné zatížení)

-

spojité zatížení

c2) podle rozložení -

rovnoměrné

-

nerovnoměrné

d) z hlediska času délky působení -

trvalé (stálé)

-

občasné

d1) podle opakování -

jednorázové

-

cyklické27

Zatížení statické, při němž se vnější síla působící na těleso pomalu a rovnoměrně zvětšuje. Pokud konstantní síla působí na těleso po dlouhou dobu, vzniká trvalé zatížení.28 Dynamické zatížení, při němž síla působí ihned plnou hodnotou. V případě střídavého působení síly, přičemž se mění její velikost i směr, hovoříme o kmitavém zatížení.29 Soustředěné zatížení je síla působící na ploše několikrát menší, než je plocha konstrukce. Rovnoměrně rozdělené zatížení je síla působící po celé délce nebo ploše konstrukčních prvků stejnou hodnotou.30

27)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 28) Tamtéž 29) Zdeňka Křupalová, Nauka o materiálech, Praha 1999, SOBOTÁLES, ISBN 80-85920-57-3 30) JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7

20

Zatížení nábytkových konstrukcí můžeme dále rozdělit: 1) z hlediska času a důvodu a) stálé – vlastní hmotnost b) nahodilé -

při používání

-

při manipulaci, skladování a dopravě - mimořádné

2) z hlediska změn v prostoru a) pevné, změna polohy a intenzity b) volné, zatížení může působit v různých sestavách, mohou měnit svou polohu a intenzitu31

4.8.4.

Druhy namáhání nábytkových spojů32

Spoje nábytkových konstrukcí, a zvláště spoje demontovatelné, jsou nejvíce náchylné na porušení a tvoří tak nejslabší článek výrobku. Podle Doc. Ing. Joščáka rozdělujeme namáhání nábytkových spojů do šesti druhů (obr.2).

a)

smyk v úhlové rovině

d) ohyb v úhlové rovině

b)

smyk v příčné rovině

e) ohyb v příčné rovině

c)

namáhání v tahu

f) namáhání v krutu

V konstrukci nábytku jsou dílce vystaveny nejčastěji kombinaci různých druhů namáhání silami nebo momenty sil. Nejnebezpečnějším případem namáhání je ohybovým momentem v úhlové rovině. Zkouška na únosnost tohoto spoje se provádí na tah a tlak za použití univerzálního trhacího stroje. Jinak řečeno styčná a průběžná ramena jsou od sebe roztahovány nebo stlačovány.

31)

Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7 32) JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7

21

Obr. 2 Druhy namáhání spojů (Joščák 1999)

“Průběh a vznik napětí ve spoji je komplikovaný a je obtížné jej bez simulace odhadnout. V průběhu namáhání dochází k vytahování spoje a vztah obou ramen se mění.”(Kořený, 2007, s. 6)33

Obr. 3 Zatížení spoje na ohyb v úhlové rovině (Joščák 1999)

a) tlak,

33)

b) tah

KOŘENÝ, Adam. Mechanické vlastnosti demontovatelných nábytkových spojů. Brno, 2007. 57 s. Bakalářská práce. Mendelova univerzita v Brně.

22

4.8.5.

Pevnostní vlastnosti rohových nábytkových spojů

Ze zkoušek, které provedl doc. Ing. Pavol Joščák, CSc. bylo vybráno několik druhů spojení pro jejich vzájemné posouzení v teoretické části práce (Tab. 1). Nejvyšší statickou pevnost spojů u plošných dílců dosahují průběžně lepené spoje např. na čistý pokos. Ostatní spoje jako kolíkový, šroub a matice, konfirmát, excentr nedosahují takové únosnosti. Hlavním důvodem vysoké pevnosti oproti neprůběžným spojům je větší styčná plocha spojovaných dílců, a také fakt, že pevnost lepené spáry je větší, než pevnost dřeva. Dalším významným faktorem je rozdílná tvrdost konstrukčního materiálu a spojovacího prostředku, který může obsahovat kovové části.34 Tab. 1 Statická pevnost vybraných rohových spojů plošných dílců z DTD 18 povrchově dokončených folii (podle Joščáka 1999)

Tlak Tah Počet φ z φ z Mu Mu Druh spoje -5 -5 měření [Nm/dm(el)] max [°] 10 rad/Nm [Nm/dm(el)] max [°] 10 rad/Nm x x x x x x Pokos 30 78 3,7 59 30 2,1 89 Dřevěný kolík 30 17 3,4 275 18 4,0 298 Konfirmátový šroub 20 25 4,6 150 27 5,4 180 Šroub - matice 30 19 5,0 210 25 4,4 169 Excentr 20 9 12,4 115 15 13,2 136 Mu – únosnost v úhlové rovině, φ max – deformace na mezi únosnosti z – koeficient poddajnosti, x – aritmetický průměr

Rozdílné tvrdosti materiálů vstupující do spojení jsou hlavním důvodem rozdílné poddajnosti u spojů. Průběžné spoje mají podstatně nižší poddajnost, než spoje kolíkové. Největší poddajnost je charakteristická pro spoje demontovatelné, kde dochází při zatížení spoje k otlačení materiálu spojovacím elementem. Vzniká tak větší deformace, což zvyšuje poddajnost. Můžeme tedy říci, že čím je únosnost spoje vyšší, tím je poddajnost nižší a naopak.35

34)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 35) JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7

23

Obr. 4 Deformace spojů při dlouhodobém zatížení (Joščák 1999)

Legenda: DK 132 – spoj dřevěný kolík, materiál DTD povrchově dokončený laminací, tloušťka 18 mm DK 131 – spoj dřevěný kolík, materiál DTD povrchově dokončený laminací, tloušťka 16 mm EX 132 – spoj excentr, materiál DTD povrchově dokončený laminací, tloušťka 18 mm

Z uvedeného grafu (Obr. 4) je patrné, že deformace a tudíž i únosnost spoje je závislá jak na zvoleném druhu spojení, tak i na tloušťce materiálu, který je spojován. Podle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. se zmenšováním tloušťky zvětšuje deformace z důvodu zmenšené styčné plochy. To způsobuje větší možnost otlačení dřeva kovovými spojovacími elementy. Podle výzkumu Vassila Jivkova (Lesotechničeskij Universitet – Sofia, Bulharsko 2002) se použitím ABS olepovací pásky zvýší maximální ohybová pevnost v průměru o 15 - 20 % (rozdílnost hodnot je zapříčiněna druhem pásky a druhem použitého lepidla). Tento jev Vágner vysvětluje ve své práci tím, že ABS hrana zpevňuje boční plochu na průběžném rameni a je tedy nápomocna k zamezení tvorbě trhlin, čímž oddaluje celkovou destrukci spoje. Nábytkové spoje vykazují nejmenších pevnostních hodnot při cyklickém zatížení. Podle doc. Ing. Joščáka se omezená mez únavy pohybuje od 40 % do 60 % ze statické únosnosti. K největšímu vlivu na pevnost, a také k největší míře deformace, dochází u

24

demontovatelného kování, což je způsobeno uvolňováním spojení a zvýšením poddajnosti. K velmi nepříznivým vlivům patří cyklické zatížení. Snížení únosnosti po 200 cyklech činí 0,14 % - 36 %. Dále trvalá pevnost spoje na excentr a na kolíkový spoj je 30 – 40 % z krátkodobé statické pevnosti.36

4.9. Analýza současného stavu demontovatelného kování Pro snadnější transport, balení a manipulaci jsou dílce výrobků spojovány rozebíratelně. K tomuto účelu bylo vyvinuto množství typů spojovacího kování, které drží části koster nábytku bez lepidla (mechanicky). Spojení může být provedeno buď za pomoci pouze kování, kombinací kování s kolíky, nebo perem vloženým na sucho.37 Podle konstrukce se kování dělí na:

a) jednodílné spojovací šrouby b) šrouby s příčnými (válcovými) maticemi a závrtnou hmoždinkou c) trapézové kování d) excentrické kování e) ostatní spojovací kování

4.9.1.

Jednodílné spojovací šrouby

Podle Nutscheho jsou jednodílné spojovací šrouby vhodné na racionální rohovou montáž konstrukčních desek a není nutné je kombinovat s kolíky. Pro zvýšení pevnosti, zvláště proti zatížení střihovému a zamezení deformace materiálu v okolí šroubu, je vhodné dodatečné kolíkování. V průmyslové výrobě nábytku je tato kombinace zvláště výhodná u všech typů demontovatelného kování pro rohové spoje, kvůli přesnému vymezení spoje, kdy je nutné zajistit přesnou návaznost spoje na spojovaných dílcích, aby byla finální montáž rychlá a jednoduchá.

36)

JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80228-0921-7 37) Ing. Arnošt Trávník, Výroba dřevěného nábytku – část II., Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2003, ISBN 80-7157-653-0

25

Častá demontáž u tohoto spojení není vhodná z důvodu povolování šroubů vzniklé deformací vnitřního závitu v materiálu. Tomu lze částečně zamezit injektáží otvoru syntetickou pryskyřicí nejčastěji PVAC. Oproti vrutům, které mají kónický tvar a způsobují tak roztržení desky, jsou tyto jednodílné spojovací šrouby navrženy tak, aby k tomuto jevu nedocházelo. Tyto šrouby jsou charakteristické třemi částmi o různých průměrech. První s nejmenším průměrem je závitová část. Pak následuje širší část, která tvoří hlavu šroubu a je bez závitu. Poslední částí je koncové osazení šroubu tvořící límec zamezující přílišné zahloubení. Z tohoto důvodu je nutné tyto šrouby předvrtávat stupňovitým vrtákem. Závit šroubu je hluboký a ostrý a při zašroubování si vyřízne závit do materiálu. Z tohoto důvodu je pak oproti vrutům umožněno šroub několikrát vyšroubovat a zašroubovat bez ztráty pevnosti spojení. Šrouby se vyrábí v délkách 38 : 50 : 70 mm s křížovou nebo imbusovou hlavou, kterou lze schovat pod plastovou krytku.

Obr. 5 Jednodílný spojovací šroub (podle Nutscheho 2003)

4.9.2.

Šrouby s příčnými (válcovými) maticemi a závrtnou hmoždinkou

Šrouby s maticemi jsou v nábytkářské výrobě velmi rozšířené. Slouží ke spojování korpusů skříňového nábytku, podnoží, nosných částí stolů a koster sedacího nábytku. Tento druh kování je konstruován jako víceelementový, přičemž jedna část kování je v pohybu vlivem přitahování šroubu. Z technologického hlediska musí být otvory pro šroub a matici co nejtěsnější, aby se zabránilo otlačování kování do spojovaného materiálu vlivem dynamického zatížení. Také častá demontáž a necitelné dotahování může způsobit deformaci spoje a snížení jeho tuhosti. Místo válcové matice lze použít

26

spojovací hmoždinku s hlavičkou, která je zapuštěna do boku korpusu. Z tohoto důvodu není vyžadováno dodatečné kolíkování. Hmoždinky mohou být z plastu nebo kovu.

a)

b)

Obr. 6 Spojovací šroub: a) se spojovací hnoždinkou , b) válcová matice (podle Nutscheho 2003)

4.9.3.

Trapézové spoje

Trapézový typ kování je víceelementový. Jeden díl je přišroubován pomocí vrutů do jednoho dílce a tvoří tak rohové spojení. Druhý díl je přišroubován (nalisován) k druhému dílci. Samotné spojení dílců je vytvořeno na základě spojení těchto dvou elementů. Toho lze dosáhnout podle konstrukce kování buď spojovacím šroubem, spojení za pomoci kovového excentru (Obr.10), nebo za pomoci upínací ocelové desky (obr.11). Spojení je velmi pevné, rychlé a doporučuje se ho kombinovat s kolíkovým spojem. Vzhledem ke konstrukci působí kování esteticky rušivě. Je převážně používáno ke konstrukci zabudovaných skříní. Do této skupiny kování řadíme i lichoběžníkové spojky. Jedná se o plastové jednodílné spojovací elementy, které spojují vodorovné dílce (pevné police) do nichž je nalisován plastový čep elementu a k boku korpusu je připevněn pomocí plastové objímky a vrutu. Toto kování je vhodné pro použití v systému 32 pro upevnění polic. Dále se používá k připevnění soklové lišty nebo stolové desky k podnoží. V těchto případech je doporučená kombinace s kolíkovým spojem z důvodu zvýšení pevnosti a k vymezení vzájemné polohy dílců.

27

a)

b)

Obr. 7Trapézové spojovací kování a) spojené šroubem, b) kovovým excentrem (podle Nutscheho 2003)

a)

b)

Obr. 8 Trapézové kování a) spojené upínací kovovou deskou, b) malý spojovací trapézový prvek vhodný k připevnění polic nebo půdy (podle Nutscheho 2003)

28

4.9.4.

Excentrické kování

V dnešní době je excentrické kování nejrozšířenější demontovatelné kování pro nábytkářský průmysl. Vyrábí se v různých podobách, funkcích a materiálech. Spoje jsou pevné a dobře rozebíratelné. Použití tohoto typu kování je doporučeno v kombinaci s kolíky a je vhodné i pro použití v systému 32. Otvory pro kování musí být vrtány ostrými nástroji, aby nedocházelo k otřepům a spálení dřeva. Je velmi důležitá návaznost vrtaných otvorů navzájem mezi dílci a také jejich přesnost. Otvory musí být rovněž dostatečně přesné bez zbytečných vůlí, aby nedocházelo při dynamickém namáhání k pohybu ocelových částí kování ve dřevě a následným deformacím materiálu nebo snížení tuhosti spoje.

Různé provedení excentrického kování se mohou lišit (podle on-line katalogu Hettich 2010) : Excentr: rozměry – podle tloušťky desky materiálem – zinková slitina, plast povrchová úprava – bez povrchové úpravy, niklovaný, bronz druh drážky – křížová, šestihranná, kombinace Kolík:

rozměrem – průměr, délka materiálem – kov, kombinace s plastem druh závitu – metrický, samořezný

Výhody a nevýhody kolíkového a excentrického spoje (podle Kořený 2006):

Výhody kolíkového spoje: -

Rychlý

-

Levný

-

Pevnost spoje

-

Univerzálnost

Nevýhody kolíkového spoje: -

Nutnost lepení

-

Nelze znovu rozebrat

29

Výhody excentru:

-

Demontovatelný

(snížení

nákladů

na

přepravu,

manipulaci

a

skladovatelnost) -

Jednoduchá montáž (montáž může provést přímo zákazník)

-

Rychlá, suchá a čistá montáž

-

Snižuje výrobní náklady (odpadá nutnost zdvojených boků a půd, ovšem náklady zvyšuje samotné kování)

-

Nevýhody excentru:

-

Drahý

-

Strojně náročnější vrtání otvorů

-

Oproti kolíkovému spoji nižší pevnost

-

Nutná

kombinace

s dalším

spojovacím

prostředkem

(kolíky,

konfirmát…)38

Obr. 9 Excentrické spojovací kování Rastex s průchozím kolíkem a křížový šroub s krytem (podle Nutscheho 2003)

38)


30

Obr. 10 Excentrické spojovací kování s neprůchozím kolíkem (podle Nutscheho 2003)

Obr. 11 Spojovací kování s excentrem uloženým v plastovém pouzdře a kolíkem (podle Nutscheho 2003)

31

Obr. 12 Spojovací element s malým excentrickým šroubem a spojovací šroub (podle Nutscheho 2003)

4.9.5.

Ostatní spojovací kování

Do kategorie ostatní kování jsou zahrnuty různé spojovací úhelníky, plastové rohové elementy nebo spojovací kování na bázi zápustných misek různé konstrukce (kombinace s úhelníkem, excentrický šroub a jiné spínací mechanismy).

Obr. 13 Spojovací kování s vloženým úhelníkem a zápustné misky sepnuté dohromady (podle Nutscheho 2003)

32

Obr. 14 Spojovací plastový element a úhelník vhodný pro systém 32 (podle Nutscheho 2003)

4.10.Současný stav rozebíratelného kování určený pouze pro lůžkový nábytek Podle konstrukce se kování dělí na: -

Kování závěsné

-

Spojovací úhelníky

-

Spojovací úhelníky vzájemně spojené šrouby

4.10.1. Kování závěsné Závěsné kování je velice vhodný pro použití u lůžkového nábytku, u něhož se předpokládá častá demontáž, jelikož nedochází k opotřebení součástí. Při zatížení statickou silou kolmo na směr délky postranice dochází díky tvaru háčků k dotažení spoje. Tato síla je také nepřetržitě vyvíjena vlastní vahou postranice a roštu postele.

33

Nevýhoda tohoto spojení je při působení vodorovných sil, které zapříčiňuje vznik horizontálních výchylek čela39. To je způsobeno vůlemi v uchycení háčku a štěrbiny. Proto vznikají i jiné konstrukční řešení zavěšení kování s minimalizací těchto výchylek. Proti nechtěnému uvolnění spoje jsou některé druhy kování doplněna o zámek. Na postranici a čelo působí statický nebo dynamický ohyb, který se ve spoji projevuje jako zatížení střihové. Toto zatížení se přenáší i na vruty, kterými je kování přichyceno ke konstrukci lůžka. Je tedy výhodné, aby vruty byly střídavě rozmístněny a nepůsobily současně v jednom směru po vláknech. Výsledná pevnost spoje je závislá na odporu proti ustřižení a vytažení vrutu z plochy materiálu.40

Obr. 15 Lůžkové kování závěsné s háčky, jazýčky, čepy41

4.10.2. Spojovací úhelníky Tento způsob spojení je výhodné používat v kombinaci s kolíkovým spojem pro zvýšení jeho pevnosti, navíc tak docílíme i přesného vymezení polohy postranice vůči čelu. Fixace samotného úhelníku na spojované části je zajištěna vruty, šrouby s rozpěrným pouzdrem nebo jejich kombinací. Spojení je velmi pevné a tuhé. Pokud použijeme k dosažení spojení pouze úhelník, bez kombinace s kolíky, je veškeré zatížení (střihové a ohybové) směrováno na vruty a šrouby. Je tedy dobré vruty umístit střídavě, aby nepůsobily v jednom směru po vláknech (čelo postele). U aglomerovaných materiálů je to vhodné pro rozložení zatížení. Zpětná demontáž výrobku je s tímto řešením možná, ale pevnost spojení se snižuje s každým povolením a utažením vrutu. 39)

Ing. Arnošt Trávník, Řízení jakosti, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2002, ISBN 80-7157-588-7 40) Ing.Jindřich Drápela a kolektiv, Výroba nábytku; Technologie, Praha 1980, SNTL 41) Isaac lord [online]. United Kingdom : 2007 [cit. 2010-02-26]. Bed Connecting Bracket . Dostupné z WWW: .

34

Při necitelném dotažení může navíc dojít i ke strhnutí vnitřního závitu v materiálu a spoj se tak stane defektním. Možným způsobem, jak tento spoj vyztužit, je použít injektáž PVAC pryskyřice do otvorů pro vruty. Další možností je využití šroubů s rozpěrným pouzdrem, kde nedochází k takovému opotřebování při demontáži jako u vrutů.

Obr. 16 Spojovací úhelník kombinace vrutů s šrouby (podle on-line katalogu Hettich)

4.10.3. Spojovací úhelníky vzájemně spojené šrouby Jak jsem výše zmínil je použití spojovacích úhelníků vzhledem k časté demontáži problematické, protože dochází k povolování spoje dotaženého vruty. Eliminace tohoto jevu je možná, pokud použijeme například kombinaci se šrouby, jak je znázorněno na Obr. 17. Můžeme také použít upravených spojovacích úhelníků, které se skládají ze dvou částí. Spojení je dosaženo mezi těmito částmi šroubem. Potom je možná demontáž spoje aniž by došlo k povolení nebo deformaci na rozmezí spojení dílec a kování. U tohoto typu spoje je smykové zatížení přenášeno na čepy kování nebo na háček. Pokud spojovací kování není vybaveno žádným závěsným systémem, je nutné použití více šroubů pro spojení obou dílů kování.

Obr. 17 Spojovací úhelník Stabilofix od firmy Hettich a zavěšení na čepech (podle on-line katalogu Hettich)

35

5. Stanovení řešení dané problematiky Konstrukce lůžkového nábytku je nejvíce namáhána při nefunkčním používání, a to dynamicky. Dalším významným zatížením je zatížení statické, které působí na lehací plochu imitující spánek uživatele nebo sezení na okraji konstrukce postele. Do skupiny nefunkčního zatížení patří i manipulace s nábytkem, kde je spoj vystaven ohybu v úhlové rovině, a je podle kapitoly 4.8.4. nejméně pevný ze všech možných variant namáhání spoje. Rozebíratelné rohové spoje, dodané externí firmou, byly podle požadavků zadavatele zkoušeny na univerzálním trhacím stroji Instron 3365, který působil na spoje zatížením ohybem v úhlové rovině zaměřeným na tlak a tah. Zkoušení a metodika byla provedena dle metodických pokynů pro zkoušení rohových spojů nábytku dle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc (1999). Zpracování výsledků a zhodnocení pevnosti spojů bylo provedeno podle ČSN 91 0227 “Zkoušení skříňového nábytku“, ČSN 91 0401 “Skříňový nábytek – technické požadavky“ a limitní hodnoty pro namáhání byly převzaty z publikace “Pevnostné navrhovanie nábytku”, 1999, Technická univerzita vo Zvolene. Byla použitá konstrukce spojů, jejichž dílce jsou vyrobeny z aglomerovaného materiálu MDF o síle 25 mm a jsou spojeny excentrickým spojovacím kováním s kombinací kolíkového spoje. Pro lepší analýzu demontovatelných spojů je práce navíc doplněna o zkoušku spojů vyrobených z MDF o síle 18 mm. Získaná data byla porovnána s údaji mechanické pevnosti referenčních vzorků, jejichž spojení bylo dosaženo lepenými kolíky bez kování. Výchozím předpokladem byla nejvyšší pevnost lepených spojů a následně spojů rozebíratelných.

36

6. Použité materiály, zařízení a pomůcky 6.1. Charakteristika MDF (Medium Density Fibreboard) desek MDF desky jsou vyrobené suchým způsobem, díky čemuž mají při vrstvení koberce vlhkost nižší než 20 %. Jejich hustota se pohybuje od 600 – 800 kg/m3 a vyrábějí se působením teploty a tlaku s přídavkem syntetické pryskyřice. Surovinou mohou být jak jehličnaté tak i listnaté dřeviny, můžeme se však setkat i s použitím exotických dřevin. Mezi netradiční suroviny patří například sláma, bagasa a jiné jednoleté rostliny. Na mechanické vlastnosti MDF desky má vliv obsah pryskyřice ve dřevě. Její vetší množství není pro pevnost desek vhodné. Pro výrobu těchto desek suchým způsobem jsou vhodná krátká a hladká vlákna.42 Při výrobě se do MDF desek přidává syntetická pryskyřice, díky níž má pak deska lepší užitné vlastnosti a rovnoměrnou hustotu. Průměrný nános UF pryskyřice se pohybuje kolem 8-10 %. Nebo může být nahrazena PF pryskyřicí o nánosu 6-8 . Odolnost desky vůči vlhkosti můžeme zvýšit přidáním melamínu nebo parafínu.43 Plochý hustotní profil a homogenní středová vrstva předurčuje MDF desku ke snadnému opracování bočních ploch. Za tímto účelem se při výrobě MDF desek provádí parní injektáž. Pára působí na středové vrstvy desky a ty se tak stávají elastičtější a lépe stlačitelné.

Tab. 2 Požadavky na MDF desky pro použití v suchém prostředí (Hrázský, Král 2007)

Rozsah jmenovitých tloušťek (mm) Zkušební Jednotka >2,5 >4 až >6 až >9 až >12 >19 >30 postup 1 až 2,5 >45 až 4 6 9 12 až 19 až 30 až 45 Bobtnání po ČSN EN % 45 35 30 17 15 12 10 8 6 24 hod. 317 ČSN EN Rozlupčivost N/mm2 0,65 0,65 0,65 0,65 0,60 0,55 0,55 0,50 0,50 319 Pevnost ČSN EN N/mm2 23 23 23 23 22 20 18 17 15 v ohybu 310 Modul ČSN EN pružnosti N/mm2 - 2700 2700 2500 2200 2100 1900 1700 310 v ohybu Vlastnosti

42)

Doc.Dr.Ing.Jaroslav Hrázský, Doc.Dr.Ing.Pavel Král, Kompozitní materiály na bázi dřeva; Část I.:Aglomerované materiály, 2007, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně,ISBN 978-807375-034-3 43 Tamtéž

37

6.2. Kování Pro testovaný demontovatelný rohový spoj bylo zadavatelem zvoleno excentrické spojovací kování. V současnosti se jedná o nejrozšířenější typ demontovatelného kování používaného v nábytkářském průmyslu. Toto kování je vyráběno v mnoha různých provedeních a k jeho výhodám patří kromě rychlé montáže, resp. demontáže také malé rozměry. K dotažení spoje můžeme použít křížový šroubovák, plochý šroubovák nebo šestihranný klíč. Celé kování se skládá ze dvou elementů – excentrického tělesa a kovového kolíku (někdy také označován jako táhlo). Více o tomto typu kování v kapitole 4.9.4.

6.2.1.

Přesné parametry použitého kování:

Použité v MDF 25: 1) Excentrické těleso: Označení: neuvedeno Materiál: zinková slitina Povrchová úprava: bez povrchové úpravy Druh drážky: kombinace křížové a šestihranné drážky Rozměry:

Obr. 18 Rozměry excentrického tělesa použitého v MDF 25

38

2) Kolík: Označení: neuvedeno Materiál: ocel Povrchová úprava: bez povrchové úpravy Druh závitu: samořezný závit Druh drážky: křížová Rozměry:

Obr. 19 Rozměry kolíku (táhla) použitého v MDF 25

Použité v MDF 18: 1) Excentrické těleso: Označení: Hettich Rastex 15 Materiál: zinková slitina Povrchová úprava: bez povrchové úpravy Druh drážky: kombinace křížové a šestihranné drážky Rozměry:

Obr. 20 Rozměry excentrického tělesa použitého v MDF 18

39

2) Kolík: Označení: Hettich Twister DU 243/232 Materiál:ocel, plast Povrchová úprava: pozinkovaná, plast černý Druh závitu: samořezný závit Druh drážky: křížová Rozměry:

Obr. 21 Rozměry kolíku (táhla) použitého v MDF 18

6.3. Lepidlo Ponal Super 3 Ponal Super 3 se řadí k jednosložkovým lepidlům na dřevo pro lepení podle DIN EN 204/D3. Lepidlo je ze syntetických pryskyřic na bázi polyvinilacetátu. Umožňuje lepení montážní jak v interiéru, tak i exteriéru, případně plošné lepení a spárování. Má velmi vysokou lepící pevnost, bezbarvou a elastickou lepenou spáru, umožňuje vodotěsná lepení a je dobře odolní proti stárnutí. Vzhledem ke změně zabarvení se dá použít i u kritických druhů dřev.

Technické údaje: - Odolnost proti teplu:

Watt 91> 7 N/mm2

- Hodnota pH:

cca 3

- Lepící pevnost:

dle DIN EN 204, skupina zatížení D3

- Hustota:

cca 1,1 g/cm3 40

- Teplota zpracování:

od +5 °C (Okolní prostředí, materiál, lepidlo)

- Otevřená doba:

10 – 12 minut při teplotě prostředí 23°C

- Spotřeba:

cca 150 g/m2

Lepený povrch musí být zbaven nečistot a mastnoty. Doporučená vlhkost materiálu je 8-12 %. Je možné použít jednostranné i oboustranné lepení. Lepidlo se na povrch nanáší za pomoci štětce, hřebene z umělé hmoty, ručního válečku nebo strojově.

Lisovací doba u dřeva: cca 15 – 20 min. při 20°C cca 25 – 30 min. při 10°C44

6.4. Pomůcky k montáži vzorků: Kladivo, gumová palice, akumulátorová vrtačka, křížový bit s nástavcem, křížový šroubovák, momentový klíč, montážní přípravky.

6.5. Trhací stroj Instron 3365 Na tomto stroji byla provedena zkouška tlaku a tahu v úhlové rovině na připravených vzorcích. Jedná se o mechanický zkušební stroj s maximálním zatížením 50 kN. Je složen z ocelového rámu a pojízdného příčníku, který může být osazen čelistmi, tlačným břevnem popř. tlačnou deskou. Celého pohybu příčníku je dosaženo přes šroubový mechanismus, který je spojen přes převodovou skříň s jednosměrným motorem. Naměřené hodnoty jsou zaznamenávány počítačem a zpracovány za pomoci programu Bluehill v.2.22. Průběh celé zkoušky je určen předem připraveným skriptem metodiky. Na obrázku 22 je trhací stroj zachycen při průběhu zkoušky na ohyb v úhlové rovině na tah.45

44) 45)

Technický list lepidla Ponal Super 3 EM systémy 3300 [online]. 2007 [cit. 2010-04-30]. Igitur.cz. Dostupné z WWW: <www.igitur.cz>.

41

Obr. 22 Univerzální trhací stroj Instron 3365

6.5.1.

Přípravky pro trhací stroj

Aby bylo možné provést měření tohoto typu, musí být trhací stroj Instron 3365 vybaven následujícími speciálně navrženými přípravky: -

Základová deska s drážkou

-

2x vozík s délkou 380 mm

-

Tlačné břevno s drážkou

Základová deska46 Tato ocelová deska o rozměrech 420 x 400 x 20 mm je používána u obou měření jak tlakem, tak i tahem v ohybu v úhlové rovině. Ze spodní strany desky jsou vyřezány závity pro uchycení ke spodní hlavě trhacího stroje. Je zhotovena z ocele třídy 11600 a její horní plocha je vybroušena na hladkost Ra1,6. Ve středu desky je vyfrézována drážka hloubky 1mm, úhel drážky je 120°, proto aby okraje drážky neomezovaly pohyb vzorku v průběhu deformace.

46)


42

Obr. 23 Základní deska Vozík délky 380 mm41 Rozměry vozíku jsou 380 x 91 x 19 mm. Tato pomůcka je použita při zkoušce na tah v úhlové rovině a skládá se ze dvou vozíků, které se při zkoušce pohybují po základové desce. Plynulý pohyb těchto vozíků je zajištěn pomocí 6 ložisek typu 626 ZZ oil roll. Osy ložisek jsou zafrézovány do ocelové desky (tloušťka 10 mm) vozíku a přichycena šrouby.

Obr. 24 Vozík délky 380 mm

Tlačné břevno47 Tlačné břevno o celkových rozměrech 380 x 40 x 100 mm je použitelné u obou typů měření tahem i tlakem v úhlové rovině. Tento přípravek je složen z ocelového hranolu o rozměrech 380 x 24 x 25 mm, v jehož středu je přivařen ocelový profil 100 x 100 x 15 mm, ve kterém jsou vyřezány závity pro uchycení k horní hlavě trhacího

47)


43

stroje. Ve středu břevna se nachází vyfrézována drážka o hloubce 1 mm a její úhel je 120°.

Obr. 25 Tlačné břevno

6.6. Druhy vzorků Pro měření mechanických vlastností demontovatelného spoje byly vyrobeny 4 typy vzorků. Veškeré vzorky mají shodné rozměry, liší se pouze zvoleným druhem spojení nebo tloušťkou materiálu. Tvar vzorků je podobný písmenu L. Na všech typech vzorků byla provedena zkouška na ohyb v úhlové rovině v tahu a tlaku. V první etapě experimentu byla ověřena funkčnost přípravků a potvrzení správnosti zvolené metodiky. Tento test proběhl na 1 typu vzorku. Další 3 typy vzorků byly použity pro zjištění mechanických vlastností v ohybu v úhlové rovině na tah a tlak a získané hodnoty byly analyzovány a porovnány mezi sebou. Bližší specifikace a parametry vzorků jsou uvedeny v následujících odstavcích a na výkresech v příloze práce.

Tab. 3 Označení vzorků použitých v experimetu

Označení vzorků Druh spoje Kolíkový lepený Excentr + kolíky Excentr + kolíky Kolíkový lepený

Materiál DTD-L 18 MDF 25 folie OR MDF 18 surová MDF 28 surová

44

Označení Etapa zkoušky První 1A Druhá 1B Druhá 2B Druhá 3B

Testované demontovatelné spojení je součástí lůžka, kde plní funkci rohového spojení mezi čely a postranicemi a zároveň je využíváno jako noh (Obr. 26). Další obrázky lůžka jsou vloženy v příloze práce.

Obr. 26 Testované rohové spojení a jeho funkce ve výrobku

6.6.1.

Vzorky pro první etapu experimentu

Vzorky 1A (Obr. 27) jsou složeny ze dvou částí, jejichž spojení je dosaženo lepeným kolíkovým spojem (dřevěný kolík BK 6 ks Ø8x35mm). Jejich šířka je 400 mm a délka ramene je 160 mm. Použitý materiál pro jejich výrobu byla DTD-L o tloušťce 18 mm. Boční plochy nebyly dokončeny žádnou olepovací páskou ani masivky. Bližší specifika jsou uvedena na výkresové dokumentaci v příloze práce. Úkolem těchto vzorků v experimentu bylo ověření správné funkčnosti přípravků a správnosti metodiky. Na základě výsledků této zkoušky byly stanoveny východiska pro následující experimenty. Tento vzorek byl vyroben ve firmě Josef Votava – JV stolařství na kotoučové pile – formátovací, více vřetenová kolíkovací vrtačka.

45

Obr. 27 Ilustrativní obrázek vzorku 1A

6.6.2.

Vzorky pro druhou etapu experimentu

Pro druhou etapu experimentu byly zhotoveny 3 typy vzorků. Jejich šířka je 400 mm a délka ramene 160 mm. Typ vzorku 1B (Obr. 30) byl dodán externí firmou. Vzorek se skládá ze dvou částí a je spojen za pomoci excentrického spojovacího kování v kombinaci s nelepenými kolíky (dřevěný kolík BK 4 ks Ø8x35mm, 2 ks excentrické kování). Toto spojení je jednoduše a rychle rozebíratelné. Vzorek je vyroben z plošného materiálu MDF o tloušťce 25 mm a je povrchově dokončen folií s dekorem ořechu. Podélné hrany vzorku jsou upraveny touto folii také. V rámci této práce byl spoj zatížen v univerzálním trhacím stroji na ohyb v úhlové rovině na tah a tlak.

Obr. 28 Ilustrativní obrázek vzorku 1B

46

Vzorek nesoucí označení 2B (Obr. 29) je vyroben z plošného materiálu MDF 18 surová. Tento vzorek není povrchově dokončený. Jeho rozměry jsou 400 mm šířka a 160 mm délka ramene. Vrtání otvorů pro kolíky a excentrické kování jsou zcela totožné se vzorkem 1B viz výkres příloha práce. Použité excentrické kování však bylo odlišné masivnějším provedením viz kapitola 6.2.1. Vzorek byl zatížen v ohybu v úhlové rovině na tah a tlak a zjištěné mechanické hodnoty byly porovnány se vzorkem 1B. Výsledkem je zhodnocení vlivu tloušťky spojovaného materiálu na tento druh spoje. Vzorek byl vyroben ve firmě Josef Votava – JV stolařství na kotoučové pile – formátovací, více vřetenová kolíkovací vrtačka a na svislé jednovřetenové vrtačce.


Pro srovnání mechanických vlastností excentrického a kolíkového spoje byl do měření zařazen vzorek 3B (Obr. 30). Skládá se ze dvou částí spojených lepeným kolíkovým spojem (dřevěný kolík BK 6 ks Ø8x35mm) do písmene L a je vyroben z plošného materiálu MDF 28 surová. Plochy ani hrany nejsou nijak dokončeny. Vrtání otvorů pro kolíky je totožné se vzorkem 1B a 2B, pouze se liší nahrazením excentrického kování za dřevěný kolík Ø 8x 35mm. Vzorek byl vyroben ve firmě Josef Votava – JV stolařství na kotoučové pile – formátovací, více vřetenová kolíkovací vrtačce.

47


6.6.3.

Shrnutí druhů vzorků a jejich počet Tab. 4 Počet vzorků v experimentu

Shrnutí druhů vzorků a jejich počet Označení Druh spoje Materiál Počet (ks) Zkouška tah (ks) Zkouška tlak (ks) Kolíkový lepený DTD-L 18 10 5 5 1A Excentr + kolíky MDF 25 folie OR 10 5 5 1B Excentr + kolíky MDF 18 surová 10 5 5 2B Kolíkový lepený MDF 28 surová 10 5 5 3B Celkem:

40

48

20

20

7. Metodika Vzhledem

k absenci

norem,

zabývajících

se

problematikou

zkoušení

mechanických vlastností rohových nábytkových spojů, bylo měření provedeno dle metodických pokynů pro zkoušení rohových spojů nábytku dle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. Výsledky byly zpracovány v aplikaci na korpusový nábytek dle norem ČSN 91 0401, ČSN 91 0227 a limitní namáhání spoje podle publikace “Pevnostné navrhovanie nábytku”, 1999, Technická univerzita vo Zvolene.

7.1. Metodika práce 7.1.1.

Pracovní podmínky při montáži vzorků 1A,2B,3B:

Teplota: 19 °C Relativní vlhkost: 35 %

U vzorků byla vyvinuta maximální snaha o dodržení stejných podmínek, aby nedošlo ke zkreslení výsledků v odlišnostech montáže nebo výroby:

-

stejná teplota a vlhkost pracovního prostředí

-

stejný objem lepidla vpraveného do otvorů pro kolíky

-

shodná velikost síly při utahování excentru demontovatelného kování

-

doba sestavení

-

doba lisování

-

vlhkost materiálu v rozmezí 5,3 – 6,7 %

Nestejné parametry: -

velikost lisovacího tlaku (subjektivní nastavení)

49

7.1.2.

Postup montáže

Vzorky s lepeným kolíkovým spojem (1A, 3B) Do otvorů v boční ploše se vpravilo lepidlo injekčním aplikátorem o množství 0,5 ml (Obr. 31), což odpovídá nánosu 796,2 g/m2, a rozetřelo se v otvoru pro rovnoměrný nános. Po té se do otvorů narazili kladivem kolíky a přeteklé lepidlo bylo odstraněno. Otevřená doba lepidla nepřekročila 1 minutu. Dále bylo do otvorů v ploše druhého dílce naneseno lepidlo o množství 0,3 ml, což odpovídá nánosu 746,3 g/m2. Obě části vzorku byly sraženy dohromady gumovou palicí a umístěny do montážních přípravků na 12 hodin (Obr. 34).

Obr. 31 Aplikace lepidla do otvoru pro kolík a následné rovnoměrné rozetření

Obr. 32 Lisování spoje lepených vzorků 3B, 1A v montážních přípravcích

Vzorky s excentrickým spojovacím kováním v kombinaci s nelepeným kolíkovým spojem (1B,2B)

Tyto vzorky jsou zcela rozebíratelné, proto při jejich montáži nebylo používáno žádné lepidlo. Do otvorů v boční ploše byly kladivem naraženy kolíky a do otvorů v ploše vtlačena excentrická tělesa. Na ploše druhého dílu do otvorů o průměru 5 mm 50

byly částečně našroubovány kovové kolíky (táhla) excentru. Pro tento typ kovového kolíku není potřeba závrtná hmoždinka nebo rozpěrné pouzdro, protože je opatřen samořezným závitem. Konečné dotažení kolíku je provedeno momentovým klíčem silou 4 Nm. Dále se pomocí gumové palice oba dva dílce vzorku srazily dohromady a spoj byl zajištěn částečným dotažením excentrického tělesa křížovým šroubovákem. Finální dotažení bylo provedeno momentovým klíčem na 6 Nm.

7.2. Metodika zkoušek rohových nábytkových spojů Laboratorní podmínky: - teplota: 22°C - relativní vlhkost vzduchu: 31 % 7.2.1.

Příprava stroje Instron 3365 pro experiment 1.

Očištění trhacího stroje a přípravků od nečistot a prachu.

2.

K základní desce je připevněna spodní hlava trhacího stroje šrouby.

3.

Základní deska s hlavou se umístní na trhací stroj a zajistí kolíkem.

4.

Horní hlavu připevníme na tlačné břevno trhacího stroje šrouby.

5.

Umístění břevna a horní hlavy na trhací stroj a zajištění kolíkem.

6.

Zapnutí trhacího stroje a počítače. Spuštění ovládací a zaznamenávající software.

7.

Pokud provádíme zkoušku tahem, umístíme vozíky. Pokud je zkouška prováděna na tlak, bod 7 se vynechává.

8.

7.2.2.

Umístění vzorků na základní desku resp. na vozíky.

Nastavení parametrů trhacího stroje

Tato nastavení jsou platná pro všechny vzorky měřené v tlaku i tahu: -

Předzatížení…………………10 N

-

Rychlost předzatížení………..8 mm/min

-

Rychlost stlačování………….10 mm/min

-

Vzorkovací frekvence……….1,0 s

51

7.2.3.

Metodika zkoušky v tahu

Po instalaci přípravků na trhací stroj se umístní dva vozíky na očištěnou plochu základní desky tak, aby podélná hrana vozíku byla rovnoběžná s drážkou v základní desce. Středem plochy vozíků na délku je pro větší stabilitu vzorku nalepena textilní páska a na ní je zakreslena osa středu pro přesnější vymezení polohy vzorku. V dalším kroku byl vzorek označen číslem a umístěn na střed přípravku. Pro nastavení vzorku do výchozí polohy testu spustíme předzatížení 10 N. Po spuštění testu na vzorek působí síla a roste v něm napětí a deformace až do její maximální hodnoty. Po ukončení testu je vzorek vyjmut z přípravku trhacího stroje a označen číslem. Dle nastaveného skriptu stroje jsou zaznamenaná data tlakového zatížení (N) a tlakové protažení (mm) uložena a dále statisticky zpracována. Průběh testu ohybu v úhlové rovině na tah je znázorněn na Obr. 33.

Obr. 33 Znázornění umístění vzorku v přípravku trhacího stroje

7.2.4.

Metodika zkoušky v tlaku

Pro tento typ zkoušky se nepoužívají vozíky. Vzorek je vložen mezi základní desku a tlačné břevno do drážek. Z tohoto důvodu je příprava testu v tlaku méně náročná než zkouška v tahu. Trhací stroj je spuštěn do výchozí polohy tak, aby bylo možné označený vzorek volně vsunout do horní a spodní drážky a byla tak zajištěna jeho stabilita. Drážky musí být ve vycentrované poloze vůči sobě. Pokud je vzorek připraven, je spuštěno předzatížení 10 N. Po spuštění testu roste ve vzorku napětí a po dosažení maximální hodnoty se test ukončí. 52

Po ukončení testu je vzorek vyjmut z přípravku trhacího stroje. Dle nastaveného skriptu stroje jsou zaznamenaná data tlakového zatížení (N) a tlakové protažení (mm) uložena a dále statisticky zpracována. Průběh testu ohybu v úhlové rovině na tlak je znázorněn na Obr. 34.

Obr. 34 Znázornění umístění vzorku v přípravku trhacího stroje

7.3. Metodika zpracování výsledků 7.3.1.

Metodika výpočtu přírůstku deformace spoje

Dle normy ČSN 91 0401 “Skříňový nábytek – technické požadavky“ musí být maximální rozdíl posuvu půdy proti dnu x ≤ 0,3 % výšky korpusu. Podle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. toto posunutí je příčinou změny úhlu o 0,003 rad. Platí tedy:

φlim = 0,003 rad

Obr. 35 Schéma zkoušky přírůstku deformace spoje (Joščák 1999)

53

Podle plochy průběžného ramene, tvořící rohový spoj ve výrobku, se stanoví velikost síly namáhání spoje. Pro plochy menší jak 0,35 m2 budeme spoj zatěžovat ohybovým momentem Mp = 9 Nm. Pokud je plocha větší než 0,35 m2 spoj budeme namáhat Mp = 18 Nm.48

Vyhodnocení zkoušky:

φs < φlim – spoj vyhovuje φs ≥ φlim – spoj nevyhovuje48

Výpočet přírůstku deformace:

M uc = M u ⋅ n Mu – průměrná hodnota únosnosti spoje v Nm/1 element Muc – celková únosnost spoje ve výrobku v Nm n – počet spojovacích elementů ve spoji

M ucd =

M uc umax

Mucd – velikost ohybového momentu potřebná k posunu x o 1 mm v Nm/mm umax – průměrná hodnota tlakového protažení při maximálním tlakovém zatížení v mm

xr =

Mp M ucd

xr – reálný posuv půdy oproti dnu v mm Mp – zvolená velikost působení ohybového momentu podle plochy největšího dílce v Nm

48)


54

ϕs =

ϕlim xmax

⋅ xr

φs – reálná změna úhlu způsobená deformací spoje v rad. φlim – limitní změna úhlu podle doc. Ing. Joščáka (1999) 0,003 rad. xmax – rozdíl posuvu půdy proti dnu x = 0,3 % na výšku korpusu v mm

7.3.2.

Metodika výpočtu statické únosnosti spoje49

Vzorky popsané v kapitole 6.6 podrobíme testu v univerzálním trhacím stroji Instron 3365 dle kapitoly 7.2. Ze získaných dat vypočteme maximální ohybové namáhání spoje v tlaku a tahu a stanovíme vhodnost resp. nevhodnost spoje.

Obr. 36 Tvar a označení rozměrů zkušebního tělesa

Únosnost v tlaku:

M tl = Fmax ⋅

r − 2h 1000 2

Mtl – únosnost spoje v tlaku v Nm/1 element Fmax – maximální zatížení v N r – délka vnějšího ramene spoje v mm (Obr. 36) h – tloušťka ramene spoje v mm (Obr. 36)

49)


55

Únosnost v tahu:

Mt =

Fmax r − h ⋅ 2 1000 2

Mt – únosnost spoje v tahu v Nm/1 element Celkovou únosnost spoje stanovíme podle vzorce pro neprůběžné spoje:

M uc = M u ⋅ n Muc - celková únosnost spoje ve výrobku v Nm Mu – průměrná hodnota únosnosti spoje v Nm/1 element n – počet spojovacích elementů ve spoji výrobku50

Podle doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. (1999) se stanoví limitní namáhání rohového spoje podle plochy největšího z dílců. Pokud je plocha menší než 0,35 m2, spoj bude namáhaný ohybovým momentem Mp = 15 Nm. Jestliže je plocha větší než 0,35 m2, spoj bude namáhaný 36 Nm.

Vyhodnocení zkoušky:

2.Mp < Muc – spoj vyhovuje 2.Mp ≥ Muc – spoj nevyhovuje50

50)


56

8. Výsledky První část výsledkové kapitoly je zaměřena na vyhodnocení vlastností spojů a jejich vzájemné porovnání. Vzorky lišící se tloušťkou a druhem materiálu nebo použitím lepeného kolíkového spoje oproti demontovatelnému jsou referenční skupiny pro posouzení rozdílnosti chování rozebíratelného spoje. Ve druhé části kapitoly jsou zjištěné vlastnosti (parametry) spojů porovnány s limitní hodnotou a je rozhodnuto, zda spoj ve zkoušce vyhověl nebo nevyhověl.

8.1. Zjištěné parametry spojů Výsledky zkoušky jsou prezentovány jako grafy závislosti tlakového zatížení (N) na tlakovém protažení (mm). V grafu, týkajícího se dané skupiny namáhání, jsou zobrazeny všechny vzorky stejného typu.

57

8.1.1.

Grafy a tabulky pro zkoušku ohybu v úhlové rovině na tah

Obr. 37 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 2B materiál MDF 18 spojení za pomoci excentrického kování a kolíkového spoje

Průběh grafu je ovlivněn použitím kovového spojovacího prostředku. Kov jako tažný prvek je pomalu ohýbán až do porušení MDF desky a tvorby trhlin. Vzorek číslo 1 byl ze statistického vyhodnocení vyloučen (X) z důvodu technických problémů.

Tab. 5 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 18 vzorek 2B

791,58673 950,83868 923,04907 917,98456 959,71033

Tlakové protažení při maximálním tlakovém zatížení (mm) 7,23634 11,34590 13,81927 12,16728 13,70256

937,89566

12,75875

47,08236

936,94388

12,93492

47,03458

20,49614

1,20574

1,02891

Maximální tlakové zatížení (N) X1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka

Přírůstek deformace spoje (rad.) Při zatížení Při zatížení 9 Nm 18 Nm 0,00254 0,00508

Únosnost v tahu (Nm/1 element) 39,73765 47,73210 46,33706 46,08282 48,17746

Celková únosnost spoje v tahu (Nm) 282,49416 58

Obr. 38 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 1B materiál MDF 25 spojení za pomoci excentrického kování a kolíkového spoje

Jako v případě vzorku 2B je výsledný průběh grafu ovlivněn vlastnostmi kovu sloužící jako spojovací element.

Tab. 6 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 25 vzorek 1B

1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka

Maximální tlakové zatížení (N)

Tlakové protažení při maximálním tlakovém zatížení (mm)

Únosnost v tahu (Nm/1 element)

1071,44714 1103,68262 1236,90833 1213,69446 1118,14221

4,32228 4,95304 4,69846 4,89579 4,78296

50,89374 52,42493 58,75315 57,65049 53,11175

1148,77495

4,73051

54,56681

1118,14221

4,78296

53,11175

72,34174

0,24863

3,43623



Obr. 39 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 3B materiál MDF 28 spojení za pomoci lepeného kolíkového spoje

Průběh grafu je závislý na pevnosti lepené spáry. Po překonání meze únosnosti lepeného spoje působí kolíky už jen vzpěrem, únosnost spoje klesá a deformace se zvětšují.

Tab. 7 Vlastnosti (parametry) lepeného kolíkového spoje v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 28 vzorek 3B

2632,0249 2417,22241 2252,30322 2472,37793 2378,71167


2430,52803

1,95575

113,38413

2417,22241

1,92632

112,76343

138,72496

0,06972

6,47152

Maximální tlakové zatížení (N) 1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka


Únosnost v tahu (Nm/1 element) 122,78396 112,76343 105,06994 115,33643 110,9669


8.1.2.

Grafy a tabulky pro zkoušku ohybu v úhlové rovině na tlak

Obr. 40 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 2B materiál MDF 18 spojení za pomoci excentrického kování v kombinaci s kolíkovým spojem nelepeným

Průběh grafu je ovlivněn použitím kovového spojovacího prostředku. Vzorek číslo 1 byl ze statistického vyhodnocení vyloučen (X) z důvodu technických problémů.

Tab. 8 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 18 vzorek 2B

320,83051 381,30435 357,00943 401,96194 380,00864


380,07109

17,53532

33,33223

380,65649

17,58222

33,38357

18,37185

0,34553

1,61121

Maximální tlakové zatížení (N) X1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka


Únosnost v tlaku (Nm/1 element) 28,13683 33,44039 31,30973 35,25206 33,32676

Celková únosnost spoje v tlaku (Nm) 199,99338

61

Obr. 41 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 1B materiál MDF 25 spojení za pomoci excentrického kování v kombinaci s kolíkovým spojem nelepeným

Průběh grafu u vzorku číslo 5 se vyznačuje nižší pevností a většími deformacemi spoje. Po prozkoumání dotyčného vzorku po testu bylo zjištěno větší průhyb kovových kolíků (táhel) excentrického kování než u ostatních vzorků. Deformace spojovaného materiálu nebyla odlišná od ostatních vzorků. Jedná se tedy o závadu použitého kování.

Tab. 9 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 25 vzorek 1B

483,83859 484,25372 477,24799 467,96695 419,06506


466,47446

16,32732

36,29171

477,24799

15,99418

37,12989

27,311

1,90438

2,1248

Maximální tlakové zatížení (N) 1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka


Únosnost v tlaku (Nm/1 element) 37,64264 37,67494 37,12989 36,40783 32,60326


62

Obr. 42 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 3B materiál MDF 28 spojení za pomoci lepeného kolíkového spoje

U vzorků MDF 28 3B spojených lepenými kolíky se jednotlivé hodnoty maximálního tlakového zatížení projevovaly většími rozdíly, než tomu bylo u jiných vzorků.

Tab. 10 Vlastnosti (parametry) lepeného kolíkového spoje v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 28 vzorek 3B

1 2 3 4 5 Průměrná hodnota Medián Směrodatná odchylka


Tlakové protažení při maximálním tlakovém zatížení (mm)

Únosnost v tlaku (Nm/1 element)

1111,33484 1105,3584 815,15546 799,20764 889,65686

8,90518 9,70424 10,39046 9,67759 8,62366

81,72757 81,28806 59,94653 58,77373 65,42536

944,14264

9,46023

69,43225

889,65686

9,67759

65,42536

153,75004

0,70357

11,30678



63

8.1.3.

Porovnání podle druhu vzorku a vlastnosti spoje

Obr. 43 Srovnání dosažených hodnot celkové únosnosti spoje (Nm) mezi jednotlivými vzorky a rozdíl velikosti únosnosti spoje v tahu a tlaku

Z uvedeného grafu (Obr. 43) je patrné, že největších únosností dosahují spoje lepené s kolíky. Limitní hranice statické únosnosti spoje Mp = 72 Nm je vyznačena v grafu. 3000

18 2500

16 14

2000

12 10

1500

8 1000

6 4

500

2 0


Maximální tlakové protažení (mm)

20

Tah deformace Tlak deformace Tah zatížení Tlak zatížení

0 MDF 18 2B MDF 25 1B MDF 28 3B DTD-L 18 1A Demontovatelné spojení

Lepené spojení

Obr. 44 Porovnání maximálního tlakového protažení (mm) mezi jednotlivými vzorky a tlakového zatížení (N)

64

Z krabicových grafů (Obr. 45-46) jsou patrné výsledky pevnosti spojů a jejich odolnost vůči tlakovému zatížení. Největší odolnost měly vzorky MDF 28 3B, spojené lepenými kolíky, a nejmenší pevnost dosáhly vzorky MDF 18 2B, spojené excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky, spojení bylo demontovatelné.

Obr. 45 Srovnání maximálního tlakového zatížení konstrukčních spojů namáhané na ohyb v úhlové rovině na tah (graf vytvořený v programu Statistica 9.0)

Obr. 46 Srovnání maximálního tlakového zatížení konstrukčních spojů namáhané na ohyb v úhlové rovině na tlak (graf vytvořený v programu Statistica 9.0)

65

8.2. Porovnání s limitními hodnotami Tato kapitola výsledků přejímá zjištěné vlastnosti (parametry) z kapitoly 8.1 a porovnává je s limitními hodnotami únosnosti a deformace spoje. Použité normy, metodiky a limitní hranice hodnot jsou uvedeny v kapitole 7.3. Metodika zpracování výsledků.

Tab. 11 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 18 2B spojený excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky

Vzorek MDF 18 2B (rozebíratelné spojení) Namáhání na ohyb v úhlové rovině Zkouška statické únosnosti spoje

Zkouška přírůstku deformace spoje

Deformace Statická Limitní Limitní Vyhodnocení Vyhodnocení spoje při Druh únosnost Vyhodnocení hodnota hodnota zkoušky pro zkoušky pro zatížení (rad.) zatížení spoje zkoušky (Nm) (rad.) 9 Nm 18 Nm (Nm) 9 Nm 18 Nm Tah

282,49

Tlak

199,99

> 72

Vyhovuje

0,00254 0,00508

Vyhovuje

0,00493 0,00986

< 0,003

Vyhovuje

Nevyhovuje

Nevyhovuje Nevyhovuje

Tab. 12 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 25 1B spojený excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky

Vzorek MDF 25 1B (rozebíratelné spojení) Namáhání na ohyb v úhlové rovině Zkouška statické únosnosti spoje


Deformace Statická Limitní Limitní Vyhodnocení Vyhodnocení spoje při Druh únosnost Vyhodnocení hodnota hodnota zkoušky pro zkoušky pro zatížení (rad.) zatížení spoje zkoušky (Nm) (rad.) 9 Nm 18 Nm (Nm) 9 Nm 18 Nm Tah

327,40

Tlak

217,75

> 72

Vyhovuje

0,00081 0,00163

Vyhovuje

0,00422 0,00844

66

< 0,003

Vyhovuje

Vyhovuje

Nevyhovuje Nevyhovuje

Tab. 13 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 28 3B spojený za pomoci lepených kolíků

Vzorek MDF 28 3B (nerozebíratelné spojení) Namáhání na ohyb v úhlové rovině Zkouška statické únosnosti spoje


Deformace Statická Limitní Limitní Vyhodnocení Vyhodnocení spoje při Druh únosnost Vyhodnocení hodnota zatížení (rad.) hodnota zkoušky pro zkoušky pro zatížení spoje zkoušky (Nm) (rad.) 9 Nm 18 Nm (Nm) 9 Nm 18 Nm Tah

680,30

Tlak

416,59

> 72

Vyhovuje

0,00016 0,00032

Vyhovuje

0,00128 0,00255

< 0,003

Vyhovuje

Vyhovuje

Vyhovuje

Vyhovuje

Obr. 47 Srovnání dosažených hodnot deformace spoje (rad.) mezi jednotlivými vzorky a rozdíl velikosti změny úhlu ramene spoje v tahu a tlaku (φlim = 0,003 rad.)

Nejzřetelnější překročení limity deformace spoje dosáhly spoje v ohybové rovině v tlaku z důvodu jejich nižší pevnosti a schopnosti snášet větší tlakové protažení oproti spojům testovaných v ohybové rovině na tah.

67

9. Diskuze a vyhodnocení výsledků Díky průběhu měření a získaným výsledkům jsem dospěl k poznatkům, shrnutým v této kapitole.

9.1. Průběh měření a diskuze k výsledkům Vzorek MDF 25 1B je hlavním předmětem této práce. Byl dodán zadavatelem pro posouzení jeho mechanických vlastností a vhodnosti použitého demontovatelného kování. Dle požadavků zadavatele na něm byly provedeny zkoušky v tahu a tlaku na ohyb v úhlové rovině.

9.1.1.

Deformace spoje při zkoušce na tah v úhlové rovině

Vzorek byl umístněn do přípravků trhacího stroje a byl předzatížen silou 10 N. V tomto bodě vzorek nevykazoval žádné deformace (Obr. 48). Po spuštění testu deformace spoje překračuje dovolenou limitu přírůstku deformace (Obr. 49). Test je ukončen po překonání maximálního zatížení statické pevnosti spoje. Během testu nebyly pozorovány žádné trhliny nebo deformace spojovaného materiálu.

Obr. 48 Vzorek v předzatíženém stavu (10 N)

68

Obr. 49 Vzorek překračuje dovolenou limitu deformace (φlim = 0,003 rad.)

Po provedení testu byl spoj demontován na výchozí dílce. Byly zaznamenány změny v materiálu i kování. Největší deformace materiálu je kolem kovového kolíku (táhla) v průběžném rameni spoje, jenž měl tendenci k vytažení z otvoru směrem ven (Obr.50 a). Samotný kovový kolík byl ohnut, přičemž k největšímu prohnutí došlo v oblasti závitu (Obr.50 b).

a)

b)

Obr. 50 Deformace okolí otvoru pro kovový kolík a ohnutí závitové části kolíku

U otvorů pro kovový kolík ve styčném rameni nebylo pozorováno žádné otlačení nebo deformace (Obr. 51). Bylo to způsobeno vůlí vrtání otvoru pro kovový kolík, který se může vyhnout do strany, aniž by otlačil stěny otvoru. Dalším důvodem jsou dřevěné kolíky, které brání většímu vyhnutí a otlačení kovového dílu do méně tvrdého

69

materiálu MDF. Podle mého názoru je ovšem výhodnější mezeru mezi kovovým kolíkem a stěnou otvoru minimalizovat např. plastovou objímkou, aby se ohýbající kovový kolík mohl opřít o stěny otvoru, a tím zvýšit tuhost spoje. Další výhodou je zvětšení styčné plochy čímž se rozloží zatížení v otvoru a sníží se tak deformace spoje. Toto řešení kovového kolíku bylo použito u vzorku MDF 18 2B, kde k žádnému otlačení také nedocházelo, i když vůle kolíku v otvoru byla minimální. Ovšem u otvorů pro dřevěné kolíky, jejichž drážkování bylo rovné, bylo otlačení do materiálu zcela zřetelné (Obr. 52 a). Otlačení bylo způsobeno rozdílem tvrdosti materiálů MDF a masivu BK, a také neschopností kolíku rovnoměrně rozložit zatížení na stěny otvoru. U dřevěných kolíků se spirálovitým drážkováním se tato deformace okolního materiálu neobjevila (Obr. 52 b). Domnívám se, že je to způsobeno lepším rozložením zatížení po stěnách otvoru kolíku.

Obr. 51 Deformace otvorů pro kovový kolík ve styčném rameni vzorku MDF 25 1B

a)

b)

Obr. 52 Porovnání deformací otvorů pro dřevěné kolíky u vzorků a) MDF 25 1B, b) MDF 18 2B

70

9.1.2.

Deformace spoje při zkoušce na tlak v úhlové rovině

Vzorek byl vložen do přípravků určených pro test v ohybové rovině na tlak a bylo spuštěno předzatížení (10N). Vzorek v tomto výchozím stavu testu nevykazoval žádné změny tvaru ani jiné deformace (Obr. 53). Po spuštění testu deformace spoje překračoval vzorek limitní hodnotu φlim = 0,003 rad. (Obr. 54). Test byl automaticky ukončen po dosažení maximálního tlakového zatížení (N). Během testu se neobjevily žádné viditelné trhliny ani na boční ploše průběžného dílce, které se u ostatních vzorků vyskytly. Tato odlišnost je způsobena vzdáleností otvorů v ploše průběžného ramene od hrany dílce, která je větší než u vzorků vyrobených z materiálů o menší tloušťce. Dalším vlivem bylo dokončení boční plochy průběžného dílce dekorační fólii, jenž zpevňuje povrchové vrstvy materiálu a brání tak vzniku trhlin. Deformace otvorů a spojovacího kování jsou stejné jako v případě zkoušky na tah.

Obr. 53 Vzorek v předzatíženém stavu (10N)

Obr. 54 Vzorek překračuje dovolenou limitu deformace (φlim = 0,003 rad.)

71

Během testu vzorek MDF 25 1B nevykazoval žádné viditelné trhliny na boční ploše průběžného dílce kvůli zakrytí této plochy fólií. Po testu byla fólie z boční plochy částečně odstraněna a vzorek byl opětovně zatížen a porovnán se vzorkem MDF 18 2B (Obr. 55).

Obr. 55 Boční plochy průběžného dílce zatížené na tlak. Horní obrázek vzorek MDF 25 1B, Spodní obrázek vzorek MDF 18 2B

9.1.3.

Diskuze k výsledkům

Z uvedeného grafu (Obr. 43) je patrné, že největších únosností dosahují spoje lepené s kolíky. Rozdíl hodnot mezi vzorky, spojenými stejným způsobem, je zapříčiněn větší tloušťkou spojovaného materiálu, která působí ve spoji větší styčnou plochou. Únosnost v tahu je podle výsledků větší než v tlaku. Můžeme tedy předpokládat, že spoje namáhané v kostře lůžka na tlak jsou kritickým bodem pevnosti ve výrobku. Pro srovnání hodnot únosností vlivem změny materiálu byly do grafu zařazeny také výsledky referenčního vzorku 1A, který byl vyroben z DTD-L 18 a spojen pomocí lepených kolíků. Zajímavostí tohoto vzorku je malý rozdíl ve statické únosnosti v tahu a tlaku, který je 29,74 Nm. Zatímco u vzorku 1B vyrobeného 72

z MDF 25 je tento rozdíl 109,65 Nm. DTD-L 18 spojenou lepeným kolíkovým spojem můžeme tedy považovat, co se směru zatížení týče, za vyrovnanější spoj. Grafy a hodnoty průběhu zkoušky vzorku DTD-L 18 1A jsou v příloze práce. Limitní hranice Mp = 72 Nm statické únosnosti spojů je vyznačena v grafu. Z výsledků je patrné, že všechny spoje tuto minimální hranici únosnosti spoje překonaly, a jsou tedy způsobilé k použití jako konstrukční spoje nábytku. Z krabicových grafů (Obr. 45-46) jsou patrné výsledky pevnosti spojů a jejich odolnost vůči tlakovému zatížení. Největší odolnost měly vzorky MDF 28 3B spojené lepenými kolíky a nejmenší pevnost dosáhly vzorky MDF 18 2B spojené excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky. Použití těchto grafů má za účel statistické zhodnocení stability pevnosti spojů. Z krabicových grafů je zřejmé, že nejstabilnějšími spoji s nejmenším výskytem extrémů jsou spoje demontovatelné, které udávaly podobné hodnoty pevností u všech vzorků. Na druhé straně vzorky spojené lepenými kolíky dosahovaly hodnot pevností s větším rozptylem. Můžeme je tedy považovat za méně stabilní spoje oproti excentrickému spojení. Tyto výkyvy hodnot mohou být zapříčiněny spojením mnoha faktorů, jako jsou například drobné výrobní nepřesnosti nebo lidský faktor při kompletaci a samotném laboratorním měření. Vliv může mít samozřejmě i samotný materiál např. vadné kování, zhoršená mechanická pevnost dřevěného kolíku, způsobená vadou ve dřevě nebo nerovnoměrně rozložená vlhkost spojovaného materiálu.

Chování spoje při zatížení dobře vykreslují grafy průběhu zkoušek. Vliv kovových spojovacích části nebo lepidla je dobře viditelný na velikosti tlakového protažení (mm) na Obr. 44. U rozebíratelných spojů, které jsou spojeny kovovými excentry, dochází při tlakovém zatížení k postupnému ohýbání ocelových kolíků. Dřevěné kolíky v tomto spojení nejsou lepené a mohou se tedy v otvoru posouvat v závislosti na směru zatížení. Ohýbání kovových elementů probíhá až po vytažení jejich závitu z průběžného dílce (Obr. 50 a), kdy pevnost spoje klesá. Hodnoty tlakového protažení tohoto typu spoje jsou tedy vysoké. U spojů lepených je velikost tlakového protažení převážně závislá na pevnosti a pružnosti lepené spáry. Pro dosáhnutí většího tlakového protažení u lepených spojů je nutno vyvinout mnohem větší síly, než u spojů demontovatelných. Tyto spoje jsou však

73

schopny této síle déle odolávat. Můžeme říci, že lepené spoje jsou oproti demontovatelnému spojení křehčí. Vliv velikosti styčné plochy na tlakové protažení je významný pouze u zatížení v ohybové rovině v tahu. Ohybová zatížení v tlaku nevykazují velké rozdíly v závislosti na tloušťce materiálu.

Tyto deformace vzorků a jejich velikost je velmi důležitá pro posouzení normované limitní hodnoty přírůstku deformace. To znamená, že rameno spoje v pravoúhlém spojení se může maximálně odchýlit o 0,003 rad. při ohybovém zatížení podle velkosti plochy největšího dílce 9 Nm a 18 Nm viz kapitola 7.3. Posuzovaný spoj, který v této práci nese označení MDF 25 1B byl dodán externí firmou, která si vyžádala ověření pevnosti spoje z hlediska statické únosnosti a přírůstku deformace spoje při ohybovém namáhání. Dle požadavku zadavatele byla určena zkouška na ohyb v úhlové rovině na tah a tlak dle metodických pokynů Doc. Ing. Pavola Joščáka, CSc. Spoj při zkoušce statické únosnosti dosáhl hodnoty v tahu 327,40 Nm a v tlaku 217,75 Nm. Porovnáním vůči limitní hodnotě 72 Nm je spoj zcela vyhovující. Přírůstek deformace spoje byl stanoven pro dvě zatížení ohybovým momentem. Jelikož je spoj použit jako rohové spojení u lůžkového nábytku, kde je předpoklad velikosti plochy dílců větší jak 0,35m2, je spoj posuzován při ohybovém zatížení 18 Nm. V tomto zatížení spoj dosáhl přírůstku deformace v tahu 0,00163 rad. a v tlaku 0,00844 rad. Porovnáním vůči limitní hodnotě 0,003 rad. je spoj vyhovující v tahu, ale v tlaku již tuto limitu překročil. Ovšem z důvodu charakteru použití spoje v lůžkovém nábytku, kde spoj je převážně namáhán na smyk v příčné rovině, a také s přihlédnutím, že spoj je zpevněn vnitřním rámem lůžka, jsou výsledné přírůstky deformace nižší. Z tohoto důvodu lze toto spojení označit za vyhovující jako konstrukční spoj lůžka. Pro přesné statistické zhodnocení vlastností spojů se dá tato bakalářská práce, i přes omezené množství vzorků, považovat za nezávislý a praktický základ pro další testování.

74

10. Závěr Demontovatelné spoje dosahují nižší pevnosti než spoje lepené. Vytvoření kvalitního rozebíratelného spoje v opakované výrobě, který by lůžkovému nábytku zaručil dostatečnou pevnost a tuhost, je složitý proces technického, technologického a ekonomického rázu. Hlavním cílem této práce bylo ověření pevnosti a tuhosti demontovatelného spoje u materiálu MDF o tloušťce 25 mm. Tento konstrukční spoj tvoří rohové spojení u lůžkového nábytku a byl dodán externím zadavatelem pro posouzení jeho vlastností a vhodnosti pro dané použití. V rámci této práce byly testovány i jiné spoje, které zde plnily funkci referenčních vzorků. Použitý způsob testování na ohyb v úhlové rovině v tahu a tlaku vychází z požadavku zadavatele. Tento druh zatížení při běžném užívání odpovídá namáhání při manipulaci s lůžkem. Výsledné hodnoty vlastnosti spoje byly porovnány s normovanou limitou a byla vyhodnocena vhodnost spoje pro použití u lůžkového nábytku. Podle zjištěných experimentálních hodnot a následného posouzení je testovaný spoj schopen odolávat namáhání na ohyb v úhlové rovině při manipulaci s lůžkem. Pro dosažení dobrých vlastností spoje je nutné dodržovat správné skladování plošného materiálu a přesnost opracování musí u těchto konstrukčních spojů splňovat vysoké standardy. Je nutné technologicky zajistit, aby konstrukční opracování a umístění spojovacích prvků, u vzájemně spojovaných dílců, na sebe navazovalo. Pro snížení deformace vláknitého materiálu v okolí otvoru dřevěného kolíku doporučuji použití kolíků se spirálovitým drážkováním oproti rovnému drážkování. Jako další pokračování zkoušek testovaného spoje lze navrhnout zatížení cyklickým namáháním v ohybové rovině, podle ČSN EN 1728 “Nábytek bytový – Sedací nábytek – Zkušební metody pro stanovení pevnosti a trvanlivosti” čl. 6.14, a posouzení přírůstku deformace vůči normované limitě. Dále zkoušku statickým zatížením okrajů postele svisle působící silou podle normy ČSN EN 1725 “Nábytek bytový – Postele a matrace – Bezpečnostní požadavky a zkušební metody”.

75

11. Summary Dismountable joints reach a lower strength than the joints bonded. Creation high – quality demountable joint in repeated production, which would bed furniture ensures sufficient strenght and rigidity is complex technical, technological and economic process. The main objective of this study was to verify the strenght and stiffness dismountable joint in MDF of a thickness of 25 mm. This constructional joint creature corner connection in bed furniture and was supplied external submitter to assess its properties and suitability for the use. In this work, were tested as well as other joints, which have function as reference samples. The method use to test the bending angle of the plane in tension and pressure based on the requirements of the submitter. This type of loading at common usage is occurs when manipulation with bed. The resulting values of properties of joints were compared with standardized limit and evaluate its suitability for use in bed furniture. According to the observed experimental outcome and assessment is tested joint capable of withstanding the strain of the bend angle in the plane at manipulation with bed. To achieve good properties of connections must comply with proper storage of board materials and precision machining of these constructional connection must meet high standards. Is technologically necessary to ensure that the processing and location fasteners at each followed by each of the connected components. To reduce the deformation of fibrous material around the hole for nog recommend the use of nog with spiral grooves compared straight grooves. As a continuation of the test trials joints suggest cyclic loading in the bending plane according to ČSN EN 1728 “Domestic furniture – Seating – Test methods for the determination of strength and durability” article 6.14 and assessment growth against the deformation limit. Futher examination of the static load side of the bed vertically acting force according to ČSN EN 1725 “Domestic furniture – Bed and mattresses – Safety requirements and test methods”.

76

12. Použitá literatura − JOŠČÁK, Pavol, Pevnostné navrhovanie nábytku, 1999, Technická univerzita vo Zvolene, ISBN 80-228-0921-7 − POŽGAJ., A., CHOVANEC D., KURJATKO, S., BABIAK, M., 1997: Štruktúra a vlastnosti dreva. Príroda a. s., Bratislava, 485 s. − NUTSCH, Wolfgang. Odborné kreslení : Základy konstrukce pro truhláře. Praha : Europa-Sobotáles, 2007. 315 s. ISBN 978-80-86706-20-7. − DRÁPELA, Jindřich, et al. Výroba nábytku : Technologie. Praha : SNTL, 1980. 488 s. − KŘUPALOVÁ, Zdeňka. Nauka o materiálech. Praha : Sobotáles, 2003. 240 s.ISBN 80-85920-57-3. − NUTSCH, Wolfgang. Konstrukce nábytku : Nábytek a zabudované skříně. Praha : Grada Publishing, 2003. 400 s. ISBN 80-247-0220-7. − HRÁZSKÝ, Jaroslav; KRÁL, Pavel. Kompozitní materiály na bázi dřeva : Část I.: Aglomerované materiály. Brno : MZLU v Brně, 2007. 253 s. ISBN 978-80-7375034-3. − GANDELOVÁ, Libuše ; HORÁČEK, Petr; ŠLEZINGEROVÁ, Jarmila. Nauka o dřevě. Brno : MZLU v Brně, 2008. Mechanické vlastnosti dřeva, s. 176. ISBN 97880-7157-577-1. − TRÁVNÍK, Arnošt; SVOBODA, Jaroslav. Technologické procesy výroby nábytku. Brno : MZLU v Brně, 2007. 222 s. ISBN 978-80-7375-056-5. − TRÁVNÍK, Arnošt. Výroba dřevěného nábytku-část II.. Brno : MZLU v Brně, 2003. 198 s. ISBN 80-7157-653-0. − TRÁVNÍK, Arnošt. Řízení jakosti. Brno : MZLU v Brně, 2002. 196 s. ISBN 807157-588-7. − ŠIMEK, M. Furniture joint testing - purpose, methods and types. In ŠIMKOVÁ, P. MendelNet 2005, Contemporary state and development trends of forest in cultural landscape. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2005, s. 121--123. ISBN 80-7157-902-5. − POLÁŠEK, J. Zkoušení nátěrových hmot a povrchových úprav : Nábytek. Část II. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2003. 61 s. ISBN 807157-660-3.

77

− KOŘENÝ, Adam. Mechanické vlastnosti demontovatelných nábytkových spojů. Brno, 2007. 57 s. Bakalářská práce. Mendelova univerzita v Brně. − VÁGNER, Adam. Zkoušení pevnosti rohového nábytkového spoje. Brno, 2008. 46 s. Bakalářská práce. Mendelova univerzita v Brně. − ČSN 91 0227. Zkoušení skříňového nábytku. Praha : Úřad pro normalizaci a měření, 1986. 27 s. − ČSN 91 0401. Skříňový nábytek : Technické požadavky. Praha : Úřad pro normalizaci a měření, 1986. 4 s. − ČSN 91 0001 Dřevěný nábytek : Technické požadavky. ČNI PRAHA, 2007. 13 s − Technický list lepidla Ponal Super 3 − Isaac lord [online]. United Kingdom : 2007 [cit. 2010-02-26]. Bed Connecting Bracket . Dostupné z WWW: . − EM systémy 3300 [online]. 2007 [cit. 2010-04-30]. Igitur.cz. Dostupné z WWW: <www.igitur.cz>. − Hettich,e-catalog [online]. 2000 [cit. 2010-04-30]. Hettich.com. Dostupné z WWW: .

78

13. Seznam tabulek Tab. 1 Statická pevnost vybraných rohových spojů plošných dílců z DTD 18 povrchově dokončených folii (podle Joščáka 1999) ................................................................ 23 Tab. 2 Požadavky na MDF desky pro použití v suchém prostředí (Hrázský, Král 2007) ................................................................................................................................ 37 Tab. 3 Označení vzorků použitých v experimetu ........................................................... 44 Tab. 4 Počet vzorků v experimentu ................................................................................ 48 Tab. 5 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 18 vzorek 2B .......................................................... 58 Tab. 6 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 25 vzorek 1B .......................................................... 59 Tab. 7 Vlastnosti (parametry) lepeného kolíkového spoje v ohybu v úhlové rovině namáhané na tah MDF 28 vzorek 3B ..................................................................... 60 Tab. 8 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 18 vzorek 2B ......................................................... 61 Tab. 9 Vlastnosti (parametry) demontovatelného rohového spojení v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 25 vzorek 1B ........................................................ 62 Tab. 10 Vlastnosti (parametry) lepeného kolíkového spoje v ohybu v úhlové rovině namáhané na tlak MDF 28 vzorek 3B .................................................................... 63 Tab. 11 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 18 2B spojený excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky .............................................................................. 66 Tab. 12 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 25 1B spojený excentrickým kováním v kombinaci s nelepenými kolíky .............................................................................. 66 Tab. 13 Vyhodnocení zkoušky u vzorku MDF 28 3B spojený za pomoci lepených kolíků ...................................................................................................................... 67

79

14. Seznam použitých obrázků a grafů Obr. 1 Porušení a) rohových, b) středových spojů v průběžném rameni (Joščák 1999) 17 Obr. 2 Druhy namáhání spojů (Joščák 1999) ................................................................. 22 Obr. 3 Zatížení spoje na ohyb v úhlové rovině (Joščák 1999) ....................................... 22 Obr. 4 Deformace spojů při dlouhodobém zatížení (Joščák 1999)................................. 24 Obr. 5 Jednodílný spojovací šroub (podle Nutscheho 2003) .......................................... 26 Obr. 6 Spojovací šroub: a) se spojovací hnoždinkou , b) válcová matice ...................... 27 Obr. 7Trapézové spojovací kování a) spojené šroubem, b) kovovým excentrem .......... 28 Obr. 8 Trapézové kování a) spojené upínací kovovou deskou, b) malý spojovací trapézový prvek vhodný k připevnění polic nebo půdy (podle Nutscheho 2003) .. 28 Obr. 9 Excentrické spojovací kování Rastex s průchozím kolíkem a křížový šroub s krytem................................................................................................................... 30 Obr. 10 Excentrické spojovací kování s neprůchozím kolíkem (podle Nutscheho 2003) ................................................................................................................................ 31 Obr. 11 Spojovací kování s excentrem uloženým v plastovém pouzdře a kolíkem ....... 31 Obr. 12 Spojovací element s malým excentrickým šroubem a spojovací šroub ............ 32 Obr. 13 Spojovací kování s vloženým úhelníkem a zápustné misky sepnuté dohromady ................................................................................................................................ 32 Obr. 14 Spojovací plastový element a úhelník vhodný pro systém 32 (podle Nutscheho 2003) ....................................................................................................................... 33 Obr. 15 Lůžkové kování závěsné s háčky, jazýčky, čepy............................................... 34 Obr. 16 Spojovací úhelník kombinace vrutů s šrouby (podle on-line katalogu Hettich) 35 Obr. 17 Spojovací úhelník Stabilofix od firmy Hettich a zavěšení na čepech ............... 35 Obr. 18 Rozměry excentrického tělesa použitého v MDF 25......................................... 38 Obr. 19 Rozměry kolíku (táhla) použitého v MDF 25 ................................................... 39 Obr. 20 Rozměry excentrického tělesa použitého v MDF 18......................................... 39 Obr. 21 Rozměry kolíku (táhla) použitého v MDF 18 ................................................... 40 Obr. 22 Univerzální trhací stroj Instron 3365 ................................................................. 42 Obr. 23 Základní deska ................................................................................................... 43 Obr. 24 Vozík délky 380 mm ......................................................................................... 43 Obr. 25 Tlačné břevno .................................................................................................... 44 Obr. 26 Testované rohové spojení a jeho funkce ve výrobku ........................................ 45 Obr. 27 Ilustrativní obrázek vzorku 1A .......................................................................... 46 Obr. 28 Ilustrativní obrázek vzorku 1B .......................................................................... 46 Obr. 29 Ilustrativní obrázek vzorku 2B .......................................................................... 47 Obr. 30 Ilustrativní obrázek vzorku 3B .......................................................................... 48 Obr. 31 Aplikace lepidla do otvoru pro kolík a následné rovnoměrné rozetření ... 50 Obr. 32 Lisování spoje lepených vzorků 3B, 1A v montážních přípravcích ........... 50 Obr. 33 Znázornění umístění vzorku v přípravku trhacího stroje................................... 52 Obr. 34 Znázornění umístění vzorku v přípravku trhacího stroje................................... 53 Obr. 35 Schéma zkoušky přírůstku deformace spoje (Joščák 1999) .............................. 53 Obr. 36 Tvar a označení rozměrů zkušebního tělesa ...................................................... 55 Obr. 37 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 2B materiál MDF 18 spojení za pomoci excentrického kování a kolíkového spoje .................................................. 58 Obr. 38 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 1B materiál MDF 25 spojení za pomoci excentrického kování a kolíkového spoje .................................................. 59 Obr. 39 Graf zkoušky v úhlové rovině na tah vzorku 3B materiál MDF 28 spojení za pomoci lepeného kolíkového spoje......................................................................... 60

80

Obr. 40 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 2B materiál MDF 18 spojení za pomoci excentrického kování v kombinaci s kolíkovým spojem nelepeným ........ 61 Obr. 41 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 1B materiál MDF 25 spojení za pomoci excentrického kování v kombinaci s kolíkovým spojem nelepeným ........ 62 Obr. 42 Graf zkoušky v úhlové rovině na tlak vzorku 3B materiál MDF 28 spojení za pomoci lepeného kolíkového spoje......................................................................... 63 Obr. 43 Srovnání dosažených hodnot celkové únosnosti spoje (Nm) mezi jednotlivými vzorky a rozdíl velikosti únosnosti spoje v tahu a tlaku ......................................... 64 Obr. 44 Porovnání maximálního tlakového protažení (mm) mezi jednotlivými vzorky a tlakového zatížení (N) ............................................................................................. 64 Obr. 45 Srovnání maximálního tlakového zatížení konstrukčních spojů namáhané na ohyb v úhlové rovině na tah (graf vytvořený v programu Statistica 9.0) ............... 65 Obr. 46 Srovnání maximálního tlakového zatížení konstrukčních spojů namáhané na ohyb v úhlové rovině na tlak (graf vytvořený v programu Statistica 9.0) .............. 65 Obr. 47 Srovnání dosažených hodnot deformace spoje (rad.) mezi jednotlivými vzorky a rozdíl velikosti změny úhlu ramene spoje v tahu a tlaku (φlim = 0,003 rad.) .......... 67 Obr. 48 Vzorek v předzatíženém stavu (10 N) ............................................................... 68 Obr. 49 Vzorek překračuje dovolenou limitu deformace (φlim = 0,003 rad.) .................. 69 Obr. 50 Deformace okolí otvoru pro kovový kolík a ohnutí závitové části kolíku ........ 69 Obr. 51 Deformace otvorů pro kovový kolík ve styčném rameni vzorku MDF 25 1B .. 70 Obr. 52 Porovnání deformací otvorů pro dřevěné kolíky u vzorků a) MDF 25 1B, b) MDF 18 2B ............................................................................................................. 70 Obr. 53 Vzorek v předzatíženém stavu (10N) ................................................................ 71 Obr. 54 Vzorek překračuje dovolenou limitu deformace (φlim = 0,003 rad.) .................. 71 Obr. 55 Boční plochy průběžného dílce zatížené na tlak. Horní obrázek vzorek MDF 25 1B, Spodní obrázek vzorek MDF 18 2B................................................................. 72

81

PŘÍLOHY

82

Ověření rozebíratelných rohových spojení u MDF desek

Recommend Documents