家具结构设计与工艺

1家具结构设计家具结构设计与制造工艺是现代家具设计的至关重要的课题与内容。由于中国几千年来的传统教育思想一直是重理论、轻实践，“君子动口不动手”，导致了我国的艺术设计教育往往偏重在艺术造型、色彩线条、美学构成等方面的教学与训练，大量的家具设计只停留在纸面的效果图和平面制图上，学生不能自已动手用真实的材料和真正的结构去设计制造三维立体的家具模型和家具成品，尤其是在家具结构与制造上一直偏重于传统木制家具的结构与制作，对现代家具工业化制造工现代材料结构设计缺乏系统的研究与学习，使我国的家具高等教育滞后于世界现代家具工业的发展，与中国当代蓬勃发展的家具业的需求脱节，这种专业教育与社会实际脱节的现象将是阻碍我国家具产业赶超世界家具发展先进水平的重要因素之一。所以在本章，分别对传统与现代家具的结构设计与制造工艺分别进行阐述，并结合大量的实际案例进行说明，尤其是吸取了国际上现代家具中板式家具、32mm系列自装配家具、现代软体家具、充气家具、塑料家具、金属家具以及现代五金配件的结构设计与应用进行了较为详实的论述，并附以大量的图例辅以说明，需要说明的是，在家具结构设计与制造工艺的教学过程中，可以灵活地结合当地的各类家具制造工厂，学校的家具实训车间以及具体的家具成品进行实操性学习与训练，根据教学内容需要，准确而详细地对不同类型的家具实物产品，实施细化分解结构设计与制造工艺教学法，大量用案例教学，示范教学和现场教学方法，并辅以大量的实操动手训练，才能真正学习和掌握现代家具结构设计与制造工艺，由于现代家具结构怀制造的科技水平日新月异，现代家具的结构设计也在不断的变化与创新，特别是高新技术正在全面导入现代家具业，将全面影响家具业的进步与发展，家具造型艺术设计、家具结构与工艺设计是现代家具设计过程互为依赖、互为补充的辩证关系，必须在现代家具专业教学中加以强化和掌握，这是构建中国现代家具专业教学体系中昀需要重视和加强的课题内容之一。一般的术家具都是由若干零、部件按照一定的接合方式配合而成，木家具常见。结合方式有榫接合和五金件接合两大类。接合方式的合理与否直接影响到家具的美观性、接合强度和加工工艺过程。现将木家具中常见结构方式分述如下第一节家具的榫接合结构榫接合的类型榫接合是传统框式家具所常用的接合方式，它是通过榫头压人榫眼或榫槽接合而成的，其各位的名称见图。榫结合各部位名称2榫结合有多种类型，而根据其应用于家具中的部位不同，主要可归纳如下：从摔头数目多少来看，有单榫、双榫，多榫（箱榫）之分（见图）。对于单榫而言，根据榫肩的切榫形式，又可分为单面切肩、双面切肩、三面切肩和四面切肩等形式。由于四面切肩形式在加工过程中难以保证精度，所以较少采用。榫头切榫形式整体榫于插入榫形式一般桌椅的框架多采用单榫和双榫，而多榫常用子像抽屉、木箱等箱框的接合中。2整体榫与插入榫根据榫头和方材之间是否分离的关系，有整体榫和插人榫之分。整体榫是在木质零件的端部直接加工而成，而插人榫的零件和榫头是分离的，分别单独加工，插入接合。如图中直角榫和燕尾榫都是整体榫；圆榫、榫片等属于插人榫。3开口榫和闭口榫根据接合后能否看到榫头的侧边与否，或榫头是与榫槽还是与榫眼接合，有单榫双榫多榫3开口榫、闭口榫和半开口榫之分（图）。开口榫加工容易，但强度欠佳且影响美观，有时为突出材质的肌理和结构特点而有意识地加以应用。闭口榫接合强度较高，外观也好。半开口榫兼有二者的特点，既可防止榫头侧向移动，又可增加胶合面积以提高接合强度。开口榫和闭口榫形式4明榫和暗榫按榫头贯通与否，又有明榫和暗榫之分（图）。明榫的榫端外露，影响家具的外观和涂饰质量，但接合强度较大；而暗榫可避免桦端外露，增加产品的美观性，所以，一般家具多采用暗榫接合。明榫和暗榫形式方榫接合的技术要求家具受损坏大多数出现在其榫接合部位。榫的接合要保证足够的强度，就必须符合一定的尺寸和要求。就方榫来说，主要的技术要求如下。1榫头的厚度榫头厚度视工件大小和接合的要求而定，一般单榫厚度接近于开榫方材断面厚度的0.4~0.5为了易于插入榫眼，常将榫端的两边或四边削成30度的斜棱；当零件断面尺寸大于40mm*40mm加时，应采用双榫，这样既增加接合强度，又可防止方材的扭动。双榫的总厚度应是工件宽度（或厚度）的1/2-1/3左右。由于榫接合采用基孔制，在确定榫头厚度时应将其计算值调整到与木凿或方形套钻规格相符的尺寸。榫头厚度常有6mm,8mm,9.5mm,12mm,13mm,15mm等几种规格。经验表明，当榫头厚度等于榫眼宽或比榫眼宽度小0.1~0.2即间隙配合时，抗拉强度昀大。当榫头厚度大于榫眼宽时，一方面易引起缺胶而降低接合强度，4另一方面容易使被接合件在装配时产生端头劈裂，所以不可取。各种榫接合形式的榫头厚度及其尺寸值可参照表中的经验公式进行计算。2榫头的宽度单榫的榫头宽视工件大小和接合部位而定，切肩单榫的肩宽约为工件宽度的1/3。当榫头宽度在40以上时，榫头的宽度的增大对抗拉强度的提高并不明显。因此，应从中间锯切一部分，分成两个榫头，以提高接合强度。一般来说，榫头宽度比榫眼长度大0.5~1.0mm，即过盈配合时，接合强度为昀大。其中，硬材为0.5mm，软材为1.0mm。3榫头的长度榫头的长度根据接合形式而定。对于明榫，榫头长度一般要略大于榫眼深度（约大3~5mm），以便接合后刨平。对于暗榫，榫头长度不应小于榫眼零件厚度（或宽度）的1/2。暗榫榫头与榫眼配合时，两者之间一般有2mm左右的间隙，既可避免因榫头加工不精确或涂胶过多而顶住榫眼底部以致使榫肩与方材间形成缝隙，又可以贮存少量胶液，增加胶合强度。4榫眼与榫孔的加工角度榫头与榫肩应垂直，可略小，但不可大于90度，否则会导致接缝不严。暗榫孔底可略小于孔上部尺寸1~2mm，不容许超过上部尺寸；明榫的榫眼中部可略小于尺寸1~2mm，但不要大于基本尺寸。567891011榫头与榫眼允许角度和弯曲5榫接合对木纹方向的要求榫头的长度方向应顺纤维方向，横向易折断，斜向也不理想。榫眼应开在纵向木纹上，弦切面或径切面上，开在端头易崩裂，并且接合强度小，所以要避免。第二节圆榫接合的技术要求圆榫是断面形状为圆形的一种插入榫，现在较常见的插入榫是圆榫，主要用于板式部件的接合与定位，当用于定位时，还需专用连接件接合；而用作结构件时，不需用其他专用连接件。也可以用于方材的组框接合。以圆榫取代方榫（整体榫），可以节约木材，简化生产工艺，提高劳动生产率，并且圆榫加胶接合后可获得较大的接合强度，所以有较大的优越性，适合于大批量的生产。为了提高接合强度，一般装配时应先在榫孔中或圆棒表面施胶。圆棒表面常压有贮胶的沟纹，根据沟纹的形状不同，又可把圆棒分为直纹、斜纹、网纹等形式。而定位用的圆棒因不需施胶，因此表面无沟纹。图为常见圆榫形式。二圆榫接合的技术要求1圆榫用材及其含水率要求制造圆榫所用的木材应该比重大，无节无朽，纹理通直，一般用青冈栋，柞木，水曲柳等硬材。圆榫一般要保持干燥。用于刨花板家具接合时，圆榫的含水率一般应比刨花板的低2%~3%，这样施胶后，圆榫可吸收胶液中的水分而润胀，与刨花板紧密接合，增加接合强度2板式部件圆榫接合的尺寸和配合要求1）圆榫直径。圆榫直径应根据板件的厚度而定，对于厚板，圆榫直径d与板厚关系是：d=0.4B,对于较薄或特殊需要的板，d＝0.5B.2)圆榫长度。一般为其直径的3~4倍，即L＝(3~4)d122)圆榫长度。一般为其直径的5~6倍，即L＝(3~4)d,常用的为30—60mm。（3）圆榫配合孔深：垂直于板面的孔，其深度h1＝0.75板厚或＜15mm；垂直于板端的孔深h2=圆榫长-h1＋O.5—--1.5mm。（4）圆榫与榫眼的径向配合：有过盈配合与间隙配合两种，公差一般为正或负0.1—0.2mm.。基材为刨花板时，过盈量过大会引起刨花板内部的破坏。定位圆榫需用间隙配合，定位的一端不要涂胶。(5)圆榫数量的确定。沿板件结合方向某一单列圆榫数量为：x=(w-2c)/A+1式中：x—圆榫数量；w—接合板件宽度；c—第一个圆榫距板边距离，一般=2d;A—两圆榫的间距，一般100-110mm,但必须又是多孔钻钻头中心距的倍数，可取64,96,128等。2.3框架圆榫接合的技术要求圆榫直径d=0.4so圆榫长度L=(5.5~6)d孔深L1=L+2~3mmb1=2db2=2d端孔深L2=0.55L(2)斜角接合时，配合尺寸如下：圆棒直径d=0.4so圆榫长度L=(5.5~6)d孔深L1=L+2~3mmb1=2db2=3d圆棒数目不超过4个。超过4个。133家具主要部件的结构凡是由俩个或两个以上的零件构成的家具的独立安装部分，称为家具部件，如：家具的拼板、空心板、覆面刨花板、木框门、箱框抽屉等。家具一般是由部件组装而成。下面介绍几种主要部件的结构形式与接合方法。3.1拼板采用特定的结构形式将窄的实木板拼合成所需宽度的板材称为拼板。它常见于实木台面板，实木门板和椅座面板等处。为了避免和减小拼板的收缩量和翘曲量，单板木板的宽度应有所限制。有些工厂规定，当板宽超过200mm时，应锯成两块使用。采用拼板结构，除了限制板块的宽度外，同一拼板零件中的树种和含水率也应一致，以保持形状稳定。常见拼板结构见图3-20。141516家具的门，除采用转动开启方式外，还可平移、转动平移、折叠平移等多种开启方式。采用平移或兼有平移功能的开启方式，可以节省转动开门时所必须的空间，所以门滑道在越来越多的产品中被广泛应用。门开启方式以昀常用的移17门滑道为例，它主要由滑轮、滑轨、和限位装置组成，根据承载能力的安装方式不同，可选择多种不同形式的产品。在门板上下钻孔装滚轮，并用螺钉固定在门板上；在柜体的顶板底面与底板面分别开槽，安装导轨及限位装置。安装具体技术要求尺寸见图。拆叠－平移开启方式，将滑动装置与铰链结合起来，以实现柜门的开启，常用的配件、安装结构及技术要求如图。181920213.2框架件结构框架是框式家具的基本结构件，也是框式家具的受力构件，框式家具均由一系列的框架构成。有的框架中间嵌有各种板件，有的框架嵌有玻璃或镜子。昀简单的框架就是仅由两根立边与两根帽头，用榫接合而成。常见的实木桌、椅、凳等的脚架则是较复杂的框架结构，立体框架结构。图3－1为框架的基本结构，是由立边、帽头、及若干根立撑与横撑构成。图3－1木框结构1.木框2.嵌板3.帽头4.立边5.横撑6.立撑3.2.2框架角的接合方式根据框架立边与帽头的端面是否外露，可分为直角接合、斜角接合两种。分别介绍如下：（1）直角接合的基本方法直角接合的概念：是指框架接合后，其立边或帽头的端面外露，其特点接合强度较高，但外形欠美观。常用的接合方法有：直角开口贯通直角开口不贯通单（双）榫接合单（双）榫接合22直角开口不贯通单（双）榫接合直角半开口贯通单榫直角半开口不贯通单榫插入圆棒榫连接件接合23直角闭口不贯通榫开口燕尾榫（2）斜角接合的基本方法斜角接合的概念：是指框架接合后，其立边与帽头的端面都不外露。其特点是外表美观，但接合强度较低。斜角接合的基本方法主要有：双肩斜角暗榫接合、双肩斜角交叉暗榫接合，双肩斜角开口榫（单、双）接合，单肩斜角明（暗）榫接合，插入暗榫接合，插入明榫接合，插入圆榫接合。如图3－3。单肩斜角切双肩斜角闭口榫双肩斜角开口榫斜角开口贯通榫插入三角榫插入圆棒榫图3－3斜角接合的基本方法3.2.3框架中撑接合的基本方法框架中撑接合的基本方法，主要有直角明（暗）榫、直角纵向明（暗）榫，插入圆榫、直角槽榫、直角双向开口榫、燕尾榫、对开十字槽、分段直角榫对接等多种方法。如图3－4所示。直角不贯通单榫闭口燕尾榫斜口燕尾榫带企口直角明24榫接合对开十字槽接合直角暗榫十字对接插入圆棒榫接合格肩榫接合开口燕尾榫接合图3－4框架中撑接合的基本方法3.2.4框架嵌板结构3.2.4.1嵌板的概念在框架内嵌入实木板、人造板、玻璃、镜子等，统称为木框嵌板。3.2.4.2嵌板的方法木框嵌板有槽榫嵌板和裁口嵌板两种基本方法。（1)槽榫法嵌板：是在木框立边与帽头的内侧开出槽沟，在装配框架