Сегментное точение: мастер-класс

Токарный станок по дереву, в отличие от его металлорежущего «собрата», издавна (изобретен Диодором Сицилийским примерно 2650 лет назад) использовался для создания поделок, предметов интерьера, мебели и деталей построек, например балясин для лестниц. С давних времен известны такие приемы декоративного точения, как смещение центров вращения (внеосевое точение), использование в сочетании с токарным станком делительной головки и узкого рубанка (в наше время вместо него применяется фрезер) для получения «витых» колонн или колонн с продольными канавками.

Понятие «сегментное точение» (или обточка набранной из сегментов заготовки для получения декоративных предметов интерьера или частей мебели), по-видимому, родилось во второй половине XX века, после появления современных клеев, ленточнопильных и ленточно-шлифовальных машин. (Некоторые специалисты приводят как контраргумент каменную вазу времен Петра Первого, имеющую диаметр около метра. Однако приклеенные к ее поверхности малахитовые сегменты не точились резцом, а полировались, поэтому этот шедевр нельзя считать продуктом сегментного точения.)

Трудоемкость сегментного точения выше, чем вытачивания из цельной заготовки: надо подобрать детали, точно разрезать их, подогнать соприкасающиеся поверхности и уж затем навинтить планшайбу на шпиндель. Зато эта технология имеет несколько неоспоримых достоинств, самое главное из которых заключается в том, что сегментная поделка, хотя бы та же ваза, смотрится красивее выточенной из цельного куска дерева.

Далее, сегментное точение стирает взаимосвязь размеров заготовки и конечного изделия, тогда как при точении из цельного куска материала диаметр поделки жестко задается размерами заготовки. Кроме того, цельную деталь из хорошо высушенной древесины не так-то просто найти. Конечно, можно начерно выточить из сырого материала, высушить, а потом уж обточить окончательно, но при таком методе надо искать место для хранения полувыточенных поделок. К тому же вес цельной заготовки может быть слишком велик для небольшого токарного станка.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Сегментным способом — из досок относительно небольшой ширины и толщины, например 25х100 мм после их распиловки на бруски и склейки — может быть создана чаша или ваза диаметром, который ограничивается только возможностями вашего токарного станка. На момент написания данной статьи я выточил чашу диаметром 300 мм и высотой 200 мм (1), используя в качестве заготовок доски не шире 80 мм и не толще 15–20 мм. В англоязычном Интернете попадаются фото чаш диаметром до 600 мм, изготовленных из 200–400 сегментов.

Несмотря на очевидность идеи, технологически сегментное точение требует большой аккуратности, чтобы заготовку не разорвало при обточке или на готовой поделке не появились щели на месте клеевых швов.

Режимы резания при обточке тоже могут отличаться от стандартных. Объем удаляемой стружки в этом случае меньше, как и дисбаланс заготовки. Поэтому, по мнению многих западных авторов, половины лошадиной силы (350 Вт) токарному станку по дереву вполне достаточно, а такую мощность имеют большинство настольных (хоббийных) станков.

Особенности режимов резания состоят в том, что при обточке заготовки из бруса резец работает поперек волокон, а волокна древесины параллельны оси вращения. При вытачивании углублений и полостей ваз из массива резец режет волокна с торца, что тоже, в общем-то, поперек. Но при сегментном точении волокна дерева в сегментах направлены вдоль главного движения (и по хордам к оси вращения), так что работа резца ближе к строганию рубанком или циклевке.

Так как волокна дерева в сегменте прямые, а вытачивается хорда, то половина сегмента точится «встреч волокнам», а половина — «по волокну», поэтому резец надо точить поострее, а подачу делать поменьше, чтобы не сколоть дерево (все равно объем снимаемого слоя при сегментном точении ниже).

По моему опыту, косой резец неприменим, основным инструментом для внешних поверхностей является полукруглый, для торцов — прямой, для внутренних — плоский овальный или специальный чашечный расточной (3). Не нужно увлекаться высокой скоростью вращения — меня, например, вполне устраивают 850 оборотов в минуту. Кроме всего прочего, меньшая скорость безопаснее в случае разрушения заготовки и ее вылета из станка.

После обточки поделка шлифуется прямо в станке наждачными бумагами 120 и 400 единиц, что дает очень гладкую поверхность.

СКЛЕЙКА

Я использую для склейки водостойкий клей Titebond-2 (с синей этикеткой). На его полное высыхание уходит примерно 12–18 часов. Обращаю ваше внимание, что подобные клеи не переносят замораживания, и потому рекомендую покупать их в проверенных магазинах, где они хранятся при плюсовой температуре. Некачественный клей или плохая склейка чреваты разрушением вращающейся сборки, что очень опасно (2).

ШАГ ЗА ШАГОМ К НАМЕЧЕННОЙ ВАЗЕ

Для освоения технологии сначала стоит сделать простую чашу или подобную ей поделку с одним рядом из десятка-полутора сегментов. Для этого из доски нужно вырезать лобзиком круг для заготовки дна (или выпилить ножовкой восьмигранник). Кроме этой заготовки, надо сделать крепежную бобышку высотой 40–50 мм (склеить ее можно из двух кругов, выпиленных из доски 25 мм или обрезков щита 18 мм). Дно приклеиваем по центру стопки бобышек, а к ним привертываем шурупами планшайбу. По моим наблюдениям, планшайбы из комплекта настольных токарных станков по дереву имеют недостаточное количество крепежных отверстий, но это легко исправить 4-миллиметровым сверлом и дрелью (4). Пришурупливать лучше черными саморезами по гипсокартону (они лучше закалены, да и Ph2 более вынослив, чем «позидрайв») (5).

Минимум на моей планшайбе — 8 отверстий, но избыток крепления всегда лучше, чем вылетевшая из станка заготовка, тем более что этот деревянный волчок способен натворить немало бед, не говоря уж о потерянном времени и испорченных материалах.

Теперь режем сегменты. В простейшем случае для разметки потребуется шаблон из картона. Циркулем чертим две окружности: одну с диаметром, чуть большим внешнего диаметра поделки (то есть с запасом), и вторую — на 20–30 мм меньше диаметра донышка. Проводим два радиуса, прикинув, чтобы угол между ними «разумное» целое число раз умещался в 360 градусах (например 30 или 45 градусов). Полученный шаблон (он имеет вид трапеции) накладываем на рейку попеременно узкой стороной то к себе, то от себя и размечаем рейку так, чтобы все резы были между сегментами и отходов не получилось вовсе (это будет небесполезно в дальнейшем, при работе с ценными породами дерева). Собственно, плоской должна быть только нижняя (при разметке и приклейке) сторона рейки, так как верхняя и боковые будут обточены. При отсутствии фуговального или рейсмусного станка достаточное выравнивание достигается обычным ручным рубанком.

Напилив сегментов мелкозубой ножовкой, лобзиком с мелкозубой пилкой или ленточной пилой, надо без зазоров склеить кольцо из сегментов. Поскольку точность и простота склейки прямо пропорциональны точности распиловки, западные токари предпочитают использовать ленточную пилу — она обеспечивает распил строго под прямым углом. Но и электролобзиком при достаточной аккуратности можно нарезать тонкие рейки под прямым углом. Для этого рейку нужно зажать в тиски верстака, чтобы ее верхняя плоскость была в плоскости стола, а отпиливаемый конец выступал в сторону. Электролобзик следует вести большей частью подошвы по столешнице. Мои опыты показали, что склейка кольца разом без зазоров, как правило, не удается, лучше поступить иначе.

Кладем на стол мягкую подкладку, на нее — кусок толстого стекла или стальную пластину, а сверху — абразивом вверх лист наждачной бумаги около 120 единиц и шлифуем склеиваемые поверхности, помечая карандашом складываемые сегменты. Склеиваем их по три-четыре и сжимаем струбцинами.

После высыхания подгоняем сборки одну к другой шлифовкой и склеиваем их в кольцо, скрепляя резиновым жгутом или скотчем (подойдет самый дешевый).

Дожидаемся высыхания клея и переходим к шлифовке кольца. Наиболее аккуратный способ — ручной, опять же с помощью листа наждачной бумаги (80–120 единиц), положенного абразивом вверх на ровную поверхность. Если для сегментов использовалась рейка со строгаными поверхностями, то объем шлифовки будет небольшой, и отшлифовать плоскость кольца удастся быстро.

При наличии запасной планшайбы можно сделать приспособление для шлифовки в виде фанерного круга с наклеиваемой двусторонним скотчем наждачкой, который привернут к планшайбе. Навертываем ее а шпиндель и проводим шлифовку на токарном станке. При наличии орбитальной шлифмашины такой метод тоже применим.

Ленточной или плоскошлифовальной (вибрационной) шлифмашиной кольцо отшлифовать, как правило, не удается — ленточная «зарывается», а плоскошлифовальная недостаточно производительна, да и вибрация вредна для суставов рук.

Отшлифованное кольцо приклеиваем на будущее донышко и прижимаем грузом до полного высыхания — если использовать сине-этикеточный (водостойкий) Titebond-2, на это уйдет приблизительно 12 часов (у других клеев время высыхания может быть другим).

Накрутив планшайбу на станок, приступаем к обточке. Сначала убираем эксцентриситет, снимая внешние выступы на гранях (6).

Тут надо быть аккуратным — вращающиеся выступы не видны, и резец надо подводить очень медленно, чтобы он внезапно не «зарылся» в заготовку. В противном случае он может вылететь из рук или погнуться (я однажды погнул резец, сделанный из полукруглой стамески), да и деталь легко испортить.

Итак, начерно с припуском обтачиваем деталь снаружи. Переставив подручник, обрабатываем внутреннюю сторону чаши: сначала резцом, а потом сразу шлифуем (7). Затем следует вторая перестановка подручника и чистовое выравнивание наружной поверхности поделки. Такая последовательность хороша тем, что сначала внешний многогранник оказывается обточенным до тела вращения, а затем многогранное отверстие превращается в круглое.

На этом этапе можно оценить реальную толщину стенки, которая иной раз оказывается меньше расчетной из-за неточной склейки или не вполне осевого крепления сборки на планшайбу. Но в первом опыте лучше чуть отклониться от запланированных размеров, чем прорезать стенку насквозь либо обнаружить невозможность вытачивания поделки. К тому же при окончательной наружной обточке предмета с готовой полостью можно получить более тонкие стенки, так как усилие от резца идет на сжатие, а не на разрыв клеевых швов.

Уже первый опыт в сегментном точении покажет вам, насколько трудно добиться тонких, незаметных и полностью склеенных швов при сборке кольца из 10–15 сегментов. Количество сегментов определяется несколькими соображениями. Во-первых, художественным решением будущего изделия, например сочетанием в каждом кольце разных пород дерева и сдвигом этих сборок на некоторый угол, отчего получаются наклонные ступенчатые узоры или узоры, подобные древнегреческим орнаментам. Второе соображение — ширина исходной планки относительно диаметра будущего изделия. Вписывание круга в восьмигранник отправит в стружку больше дерева, чем 16-сегментная заготовка. При диаметрах больше 200 мм и работе с ценными породами дерева это может быть весьма существенно.

⇒ ПРИМЕЧАНИЕ: если вы хотите сделать поделку из нескольких колец (уровней), то сначала нужно убрать эксцентриситет (обточкой выступов), а затем выровнять плоскости, к которым вы будете приклеивать следующие кольца.

ВАЗЫ С «ОКНАМИ»

На Западе, да и у наших любителей получило распространение вытачивание поделок с нарочно оставленными «окнами» между сегментами. Таким способом делают вазы для сухих цветов, чаши для чего-то сухого и крупного, плафоны для светильников, цилиндрические шкатулки и прочие негерметичные предметы. Сборка и склейка таких поделок имеют несколько отличий.

Сначала, как обычно, будущее дно поделки приклеиваем к крепежной бобышке, ее привертываем к планшайбе, а планшайбу навинчиваем на шпиндель. Обточив края дна до симметричности, подносим к его торцу карандаш и чертим круг (а лучше два) около края диска.

Снимаем планшайбу со станка, размечаем угломером или транспортиром кольцо на нужное количество секторов и приклеиваем сегменты (для их выравнивания как раз и нужны карандашные окружности). Затем кладем сборку сегментами вниз и ставим груз на центр хвостовика планшайбы. После высыхания клея навинчиваем планшайбу на станок и выравниваем резцом торцевую поверхность сегментов до плоскости, проверяя ее стальной линейкой (8). Затем приклеиваем следующий круг сегментов. Для уменьшения биения заготовки на шпинделе обтачиваем первый круг сегментов снаружи после высыхания приклейки третьего (9), однако при тяжелом станке или небольшой поделке этого можно и не делать.

Западные авторы рекомендуют приклеивать сегменты к донышку, заранее приклеенному на навернутую планшайбу, прямо на выключенном станке (особенно при очень большом количестве сегментов или конечных размерах поделки). Сам процесс приклейки сегментов при этом способе требует, по-хорошему, наличия делительной шкалы на планшайбе или между ней и корпусом станка. На подрезечник кладем магнит, на него — стальную линейку, сегмент кладем на линейку и приклеиваем, линейку отодвигаем, шпиндель проворачиваем на нужный угол, линейку примагничиваем обратно, по ней клеим следующий сегмент, и так по кругу. Выложив круг, его надо хорошенько прижать при помощи куска фанеры, поджатого к заготовке задней бабкой. После сушки фанерку убираем, торцевую поверхность сегментов выравниваем резцом или шлифбумагой на колодке и приклеиваем следующий круг.

⇒ ПРИМЕЧАНИЕ: будьте аккуратны — небольшое отклонение от плоскости торцевой поверхности предыдущего ряда приводит к плохой склейке и повышает вероятность разрыва поделки. Проверяя плоскость, используйте точные стальные линейки, а не деревянные или алюминиевые.

ВАЗЫ С УЗКИМ ГОРЛОМ

Узкогорлые вазы делаем в два этапа. Сначала собираем и обтачиваем нижнюю часть вазы до самого большого по диаметру участка и снимаем планшайбу со станка. Затем на другой планшайбе (и бобышке) собираем, в смысле склеиваем из сегментов, верхнюю часть вазы, начиная с горлышка и до толстой части. Плоскости стыков торцуем, верх вазы отрезаем от планшайбы и приклеиваем к нижней части, к горлышку прижимаем конусом задней бабки прокладку в виде фанерного круга, и место стыка обтачиваем до незаметности.

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Резцы в сегментном точении тоже имеют свою специфику. Первая их особенность — заточка на более острый угол, так как поделка менее прочная, чем цельное бревно, и лучше уменьшить усилие резания. Резцы желательно почаще подтачивать.

Вторая особенность — наиболее подходящим оказался не реер (полукруглый резец), а плоская стамеска с чуть закругленными углами. Для торцевания незаменим резец в виде скошенного влево косяка, изготовленный из плоской стамески и имеющий прямую режущую кромку.

Как правило, сегментным методом делают полые предметы, поэтому не обойтись без чашечного резца. В продающихся комплектах резцов его обычно нет, но его легко изготовить из 20-миллиметровой стамески при помощи УШМ и точила и снабдить самодельной рукояткой подлиннее — мне приходилось видеть резцы с почти полуметровыми рукоятками, хотя для настольного станка и 200-миллиметровой достаточно.

Еще один важный аксессуар, носящий английское название bowl rest (можно перевести как «кривой подручник»), очень облегчает обточку внутренних поверхностей.

В отличие от обычного подручника, у этого полочка изогнута в горизонтальной плоскости в виде латинской буквы S. Такой изгиб приближает точку опоры резца на подручнике к заготовке при расточке полостей, что уменьшает вибрацию, понижает шум и улучшает качество поверхности.

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ТОЧЕНИИ ДРЕВЕСИНЫ

Очень рекомендую плексигласовый «щиток токаря», закрывающий все лицо. Направления разлета стружки с резца самые непредсказуемые, но одно направление известно точно — в лицо токарю. К тому же вращающаяся сегментная заготовка фактически является центробежным вентилятором с широкими лопастями и узкими прорезями, и стружка раздувается достаточно далеко — после работы всё в радиусе двух-трех метров оказывается покрыто стружкой. Очков недостаточно — деревянная пыль летит в глаза поверх стекол и снизу вверх, обходя стекла.

Еще следует опасаться разрушения заготовки или ее вылета из станка, поэтому стоять лучше между точкой резания и задней бабкой, а не нагибаться над деталью. (Хотя, по моему опыту, куда ни встань, вылетевшая из станка ваза все равно будет двигаться по непредсказуемой траектории. У меня однажды заготовка даже прокатилась вверх по стене!)

Остальные рекомендации по ТБ приводить не буду — читайте инструкцию к станку и учебники по столярке.

Автор: Алексей Алесковский

Май 2008 г.