家具结构设计与基本工艺.docx
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家具结构设计与基本工艺
具构造设计与制造工艺是当代家具设计至关重要课题与内容。
由于中华人民共和国几千年来老式教诲思想始终是重理论、轻实践,“君子动口不动手”,导致了国内艺术设计教诲往往偏重在艺术造型、色彩线条、美学构成等方面教学与训练,大量家具设计只停留在纸面效果图和平面制图上,学生不能自已动手用真实材料和真正构造去设计制造三维立体家具模型和家具成品,特别是在家具构造与制造上始终偏重于老式木制家具构造与制作,对当代家具工业化制造工当代材料构造设计缺少系统研究与学习,使国内家具高等教诲滞后于世界当代家具工业发展,与中华人民共和国当代蓬勃发展家具业需求脱节,这种专业教诲与社会实际脱节现象将是阻碍国内家具产业赶超世界家具发展先进水平重要因素之一。
因此,家具构造设计与制造工艺是本书编写重要章节,在本章,分别对老式与当代家具构造设计与制造工艺分别进行阐述,并结合大量实际案例进行阐明,特别是吸取了国际上当代家具中板式家具、32mm系列自装配家具、当代软体家具、充气家具、塑料家具、金属家具以及当代五金配件构造设计与应用进行了较为详实阐述,并附以大量图例辅以阐明,需要阐明是,在家具构造设计与制造工艺教学过程中,可以灵活地结合本地各类家具制造工厂,学校家具实训车间以及详细家具成品进行实操性学习与训练,依照教学内容需要,精确而详细地对不同类型家具实物产品,实行细化分解构造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办法,并辅以大量实操动手训练,才干真正学习和掌握当代家具构造设计与制造工艺,由于当代家具构造怀制造科技水平日新月异,当代家具构造设计也在不断变化与创新,特别是高新技术正在全面导入当代家具业,将全面影响家具业进步与发展,家具造型艺术设计、家具构造与工艺设计是当代家具设计过程互为依赖、互为补充辩证关系,必要在当代家具专业教学中加以强化和掌握,这是构建中华人民共和国当代家具专业教学体系中最需要注重和加强课题内容之一。
第一节老式框式家具构造设计与工艺
框式家具是指以榫结合框架为构造家具,是中华人民共和国老式结合方式,其构造合理与否直接影响到家具美观性、接合强度和加工工艺。
一、家具榫接合构造
㈠榫接合类型
榫接合是指榫头压入榫眼或榫槽接合,其各部位名称见图4-1
⒈榫眼⒉榫槽⒊榫端⒋榫颊⒌榫肩⒈直角榫⒉燕尾榫⒊椭圆榫⒋圆榫
图4-1榫接合各部位名称图4-2榫头形状
按照不同分类方式,榫可以分为不同类型
1、直角榫、燕尾榫、圆(棒)榫、椭圆榫
按榫头形状不同,可将榫分为:
直角榫、燕尾榫、圆(棒)榫、椭圆榫,如图4-2所示。
2、单榫、双榫、多榫
按榫头数目多少来分,榫头又可分为单榫、双榫、多榫(见图4-3)。
普通框架接合多采用单榫、双榫,如桌、椅框架接合。
箱框——如木箱、抽屉接合多采用多榫。
对于单榫而言,依照榫头切肩形式不同嵌板构造是框式家具中惯用构造形式,不但可以节约贵重木材,同步也比整体采用方材拼接稳定,不易变形。
将人造板或拼板嵌入木框中间,起封闭与隔离作用这种构造称为嵌板构造。
常用形式如图4-12。
,又可分为单面切肩榫、双面切肩榫、三面切肩榫、四周切肩榫(见图4-4)。
a.单面切肩榫b.双面切肩榫
c.三面切肩榫d.四周切肩榫
图4-3单榫、双榫、多榫图4-4榫头切肩形式
3、整体榫、插入榫
依照榫头与方材之间与否分离可分为整体榫与插入榫。
整体榫是直接在方材零件上加工而成,如:
直角榫、燕尾榫、椭圆榫(图4-2中⒈⒉⒊)。
而插入榫与零件是分离,不是一种整体,单独加工后再装入零件预制孔或槽中。
如:
圆(棒)榫、片榫(图4-2中⒋)。
插入榫重要是为了提高接合强度和防止零件扭动,用于零件定位与接合。
为提高接合强度,圆榫表面常压有贮胶沟纹,如图4-5所示。
4、开口榫、半开口榫、闭口榫
依照接合后能否看到榫头侧边与否,有开口榫、半开口榫、闭口榫之分(见图4-6)。
直角开口榫加工简朴,但强度欠佳且影响美观。
闭口榫接合强度较高,外观也好。
半开口榫介于开口榫与闭口榫之间,既可防榫头侧向滑动,又能增长胶合面积,兼有两者特点。
图4-5圆榫形状图4-6开口榫、半开口榫、闭口榫
5、明榫、暗榫
依照榫头贯通与否,榫接合又可分为明榫接合与暗榫接合(见图4-7)。
明榫榫端外露,影响家具外观和装饰质量,但接合强度大;暗榫可避免榫端外露以增强美观,但接合强度弱于明榫。
普通家具,为保证其美观性,多采用暗榫接合,但受力大且隐蔽或非透明涂饰制品,如沙发框架、床架、工作台等可采用明榫接合。
㈡榫接合技术规定
家具制品被破坏时,破口常出当前接合部位,因而在设计家具产品时,一定要考虑榫接合技术规定,以保证其应有接合强度。
直角榫
1.榫头厚度
榫头厚度视零件断面尺寸接合规定而定,单榫厚度接近于方材厚度或宽度0.4~0.5,双榫总厚度也接近此数值。
为使榫头易于插入榫眼,常将榫端倒楞,两边或四边削成30°斜棱。
当零件断面超过40mm×40mm时,应采用双榫。
榫接合采用基孔制,因而在拟定榫头厚度时应将其计算值调节到与方形套钻相符合尺寸,惯用厚度有:
6mm、8mm、9.5mm、12mm、13mm、15mm等几种规格。
当榫头厚度等于榫眼宽度或不大于0.1~0.2mm时,榫接合抗拉强度最大。
当榫头厚度不不大于榫眼宽度,接合时胶液被挤出,接合处不能形成胶缝,则强度反而会下降,且在装配时容易产生劈裂。
2.榫头宽度
榫头宽度视工件大小和接合部位而定。
普通来说,榫头宽度比榫眼长度大0.5~1.0mm时接合强度最大,硬材取0.5mm,软材取1.0mm。
当榫头宽度不不大于25mm以上时,宽度增大对抗拉强度提高并不明显,因此当榫头宽度超过60mm时,应从中间锯切一某些,提成两个榫头,以提高接合强度。
3.榫头长度
榫头长度依照榫接合形式而定。
采用明榫接合时,榫头长度等于榫眼零件宽度(或厚度);当采用暗榫接合时,榫头长度不不大于榫眼零件宽度(或厚度)12,普通控制在15~30mm时可获得抱负接合强度。
暗榫接合时,榫眼深度应不不大于榫头长度2mm,这样可避免由于榫头端部加工不精准或涂胶过多而顶住榫眼底部,形成榫肩与方材间缝隙,同步又可以贮存少量胶液,增长胶合强度。
4.榫头、榫眼(孔)加工角度
榫头与榫肩应垂直,可略小,但不可不不大于90°,否则会导致接缝不严。
暗榫孔底可略不大于孔上部尺寸1-2mm,不可不不大于上部尺寸;明榫榫眼中部可略不大于加工尺寸1-2mm,不可不不大于加工尺寸。
5.榫接合对木纹方向规定
榫头长度方向应顺纤维方向,横向易折断。
榫眼开在纵向木纹上,即弦切面或径切面上,开在端头易裂且接合强度小。
圆榫
1.材质
制造圆榫材料应选用密度大、无节无朽、无缺陷、纹理通直、具备中档硬度和韧性木材,普通采用青冈栎、柞木、水曲柳、桦木等。
2.含水率
圆榫含水率应比家具用材低2%~3%,在施胶后,圆榫可汲收胶液中水分而使含水率提高。
圆榫应保持干燥,不用时要用塑料袋密封保存。
3.圆榫直径、长度
圆榫直径为板材厚度0.4~0.5,当前惯用规格有¢6、¢8、¢10三种。
圆榫长度(L)为直径3~4倍。
当前惯用为32mm,而不受直径限制。
4.圆榫接合配合规定
圆榫配合孔深:
垂直于板面孔,其深度h1=0.75板厚或≤15mm;垂直于板端孔深h2=L-h1+0.5~1.5。
即孔深之和应不不大于圆榫长度0.5~1.5mm。
圆榫与榫眼径向配合应采用过盈配合,过盈量为0.1~0.2mm时强度最高。
但用于板式家具中,基材为刨花板时,过大会引起刨花板内部破坏。
涂胶方式直接影响接合强度,圆榫涂胶强度较好;榫孔涂胶强度要差某些,但易实现机械化施胶;圆榫与榫孔都涂胶时接合强度最佳。
二、框架构造
框架是框式家具基本构造部件,也是框式家具受力构件,框式家具由一系列框架构成。
最简朴框架由纵横各两根方材通过榫接合而成,有框架有嵌板,有嵌玻璃,有是中空。
纵向方材称“立挺”,横向方材称“帽头”;如框架中间再加方材,纵向称“立档”,横向称“横档”(见图4-8)。
1-木框2-嵌板3-帽头
4-立边5-横档6-立档
图4-8木框构造
框架框角接合方式,可依照方材断面及所用部位不同,采用直角接合、斜角接合、中档接合等各种形式。
1.直角接合
多采用整体榫,也有用圆榫接合。
图4-9为直角接合常用形式:
a-单面切肩榫b-开口明榫c-半开口明榫
d-燕尾榫e-开口燕尾榫f-半开口暗榫
g-开口明双榫h-开口暗双榫i-闭口暗双榫
j-带斜棱开口明榫k-带切口闭口暗榫l-圆榫
图4-9直角接合形式
2.斜角接合
斜角接合可使不易装饰方材端部不外露,提高装饰质量,但接合强度较小,加工较复杂。
它是将两根接合方材端部榫肩切成45°斜面后再进行接合。
图4-10为斜角接合常用形式。
a-单面切肩榫b-闭口榫c-开口榫
d-斜角开口明双榫e-插入三角榫f-圆榫
图4-10斜角接合形式
3.木框中档接合
木框中档接合,涉及各类框架横档、立档,如椅子和桌子牵脚档等。
常用形式如图4-11。
a-暗榫b-闭口燕尾榫c-斜口燕尾榫
d-带企口直角明榫e-嵌槽十字接合f-直角暗榫十字接合
图4-11中档接合形式
三、嵌板构造
嵌板构造是框式家具中惯用构造形式,不但可以节约贵重木材,同步也比整体采用方材拼接稳定,不易变形。
将人造板或拼板嵌入木框中间,起封闭与隔离作用这种构造称为嵌板构造。
常用形式如图4-12。
a-裁口法嵌板
b-槽榫法嵌板
图4-12嵌板构造
四、拼板构造
㈠拼板
用窄实木板胶拼成所需要宽度板材称为拼板,老式框式家具桌面板、台面板、柜面板、椅座板、嵌板以及钢琴共鸣板都采用窄板胶拼而成,为了尽量减少拼板产生收缩和翘曲,用于拼板单板块宽度应有所限制。
同步,同一拼板中板块树种及含水率应一致,以保证形状稳定。
1.板接合办法
拼板接合办法有:
平拼、企口拼、搭口拼、穿条拼、插入榫拼、螺钉拼等办法,如图4-13所示:
a-平拼b-搭口拼c-企口拼
d-插入榫拼e-穿条拼f-螺钉拼
图4-13拼板方式
2.板镶端构造
当木材含水率发生变化时,拼板变形是不可避免,为防止和减少拼板发生翘曲现象,常采用镶端办法加以控制。
办法如图4-14所示:
图4-14板镶端构造
㈡接长
为了节约材料,不但仅是宽度方向拼板,长度方向上胶接也越来越多被应用,惯用于餐台面等较长零件上。
惯用接长方式有:
对接、斜面接和指形接合等办法,如图4-15所示:
a-对接b-斜面接c-侧面齿榫接
d-“S”形接e-插入圆榫接f-正面齿榫接
g-曲线零件接长h-曲线零件接长
图4-15接长构造
㈢胶厚
断面尺寸大部件和稳定性有特殊规定部件不但在长度和宽度上胶接,还需要在厚度上胶合。
厚度胶合重要采用平面胶合,各层拼板长度上接头要错开。
五、箱框构造
箱框是由四块以上板材构成框体或箱体,如老式衣箱、抽屉等。
惯用接合办法有直角多榫接合、燕尾榫接合、直角槽榫接合、插入榫接合、以及金属连接件接合等接合方式,如图4-16所示:
图4-16箱框构造
六、古典家具构造
中华人民共和国古典家具,特别是明式家具在家具史上享有胜誉,以简洁而华贵箸称。
而其独特构造也给中外专家留下了深刻印象。
柏林一份18世纪家具目录提到从前“选帝侯珍藏”中一座装饰华丽中华人民共和国黄花梨拔步床:
“床架奇特之点在于其构造中没有采用一根钉子。
所有其她方面也显示出制作者艺术造诣和技巧。
”
图4-17为中华人民共和国古典家具榫卯构造示意图:
a-几面框架构造b-牙条与牙头接合形式
c-几腿框架构造d-抱肩榫e-褂榫
f-马蹄腿与圆腿形式g-方角桌局部构造分解
h-架子床顶围栏榫构造i-翘头案大边与翘头料构造j-斜双肩切角榫k-托泥双肩双榫
l-牙条牙头与柜腿构造m-案头夹头榫n-方香几腿霸王撑构造
o-斜肩夹角榫构造p-架子床围花椎构造q-扶手楔钉榫接合形式
r-椅后腿与座面构造s-方香几腿霸王撑构造t-托泥桌几构造
u-燕尾箱榫v-柜门框构造w-桌腿局部构造分解
y-柜整体构造及节点分解
图4-17中华人民共和国古典家具榫卯构造
七、当代实木家具构造
随着当代化大工业生产不断发展,家具产品部件化生产成为家具工业化生产主流,老式家具榫卯构造已不能满足工业化生产规定,榫接合逐渐被五金件接合所代替。
例如:
1.实木方材角连接,图4-18;
2.实木框脚连接,图4-19;
3.桌脚与裙板可拆装连接,图4-20;
4.框架类实木椅连接,图4-21;
5.框架类实木床连接,图4-22;
图4-18实木方材角连接图4-19实木框脚连接
图4-20桌脚与裙板可拆装连接
图4-21框架类实木椅连接图4-22框架类实木床连接
也有设计师将老式构造与当代工艺有机地相结合,由鲁德·爱克司南设计“迈克斯”桌即采用了这一办法。
台脚框架采用老式开口明榫接合,而脚架之间用不锈钢横档用螺钉连接,台面采用螺杆、螺母连接,在这里,明榫接合不但起到了构造作用,同步也具备装饰效果。
如图5-23所示。
图4-23“迈克斯”桌及其构造
八、框式家具生产工艺
㈠、家具生产工艺
家具生产工艺是指运用各种家具材料,按照设计技术规定,通过一系列复杂加工和装饰工艺,而获得一定类型家具产品全过程。
㈡、框式家具生产工艺
框式家具生产工艺如图4-24所示:
毛 净 榫头加工 部 部 总
干 配 料 基准面加工 料 榫槽、眼加工 件 件 装 涂
燥 料 加 相对面加工 加 型面加工 装 加 配 饰
工 工 平面修整 配 工
胶合
弯曲
图4-24 框式家具工艺流程
1.干燥
为了防止加工好零部件变形、增长尺寸稳定性,以及提高其表面涂饰质量,所有方材、板材在配料前都必须进行干燥。
2.配料
按照零件尺寸规格和质量规定,将成材锯割成各种规格、形状毛料加工过程称为配料。
在配料过程中,最重要应注意四个方面问题:
保证质量、按质选材、配料方案与加工办法、合理拟定加工余量。
按质选栈规定依照新产品质量规定,合理选用木材树种、级别、含水率、纹理方向等,在保证质量前提下节约优质材料。
配料方案与加工办法拟定是影响材料出材率一种重要因素,应依照材料类型、毛料零件尺寸等合理拟定配料方案及加工办法。
配料方案可采用直接下锯法、划线下锯法、先刨削在配料或综合下锯法。
重要加工工具为园锯及细木工带锯机。
加工余量是指经配料后所得毛料尺寸与零件尺寸之差。
毛料必要通过多道加工,才可以得到形状、尺寸、质量等方面均符合设计规定零件,因而,加工余量是必要。
若加工余量太大,则加工次数增多,减少生产率,加工精度与表面质量减少;若加工余量过小,也很难保证质量与精度,因此要依照零件加工详细状况,合理拟定加工余量。
3.毛料加工
毛料加工重要涉及两个方面内容:
基准面加工与相对面加工。
为了保证后工序加工质量,必要先在毛料上作出对的基准面,作为精基准,因而方材毛料加工,总是从基准面加工开始,基准面涉及平面、侧面、端面三个面,可依照不同工艺选取加工基准面。
基准加工普通在平刨或铣床上完毕,端面也可在带推架园锯或双端椐上加工。
基准面加工后,还需对毛料别的表面进行刨削加工,使其与基准面之间有对的相对位置,使毛料具备规定断面尺寸。
4.胶合
实木材胶合涉及:
宽度上胶拼、接长、胶厚三个方面内容。
其接合形式在前面已讲述过。
为了节约贵重木材,在当代家具生产中常会用到贴面工艺,在基材上贴覆装饰性较好材料,如:
薄木、胶合板、三聚氰氨纸、木纹纸等等。
特别是薄木贴面工艺被广泛应用于高档实木家具产品中,薄木在贴覆前先用剪板机剪裁并用拼缝机拼接,才干上胶贴,采用热压或冷压加压固化,普通采用热压方式。
5.弯曲
弯曲零件重要可通过方材弯曲、薄板胶合弯曲、模压成型及锯口弯曲办法得到。
方材弯曲是运用木材自身特性,经木材软化解决后,加压使木材弯曲并干燥定型。
木材软化解决可采用水热解决、高频加热解决及化学药剂解决。
薄板胶合弯曲就是将一摞涂胶薄板加压弯曲,压力保持到胶层固化,而制成弯曲零件。
薄板胶合弯曲重点在于模具投入设计与制造。
模压成型是运用模具,将拌胶(或不拌胶)木质或非木质碎料,加热加压制成弯曲零件办法。
锯口弯曲可分为纵向锯口弯曲与横向锯口弯曲。
是将材料锯口后加压弯曲办法,如图4-25所示。
a-纵向锯口弯曲b-横向锯口弯曲
图4-25锯口弯曲
6.净料加工
方材净料加工涉及:
榫头加工、榫槽或榫眼加工、型面加工及表面修整四个方面内容。
榫头运用开榫机或铣床加工。
榫槽加工普通在刨床、铣床、或万能圆锯机上完毕。
榫眼加工普通在钻床或铣床上完毕,加工方榫眼须在钻床上装方形套装。
型面加工重要指边角线型与曲面加工,普通在铣床上加工,部份或运用压刨。
表面修整重要用来除去加工所产生各种表面不平度,加工设备为净光机或砂光机。
7.部件装配
将加工好零件组装成为部件,如将方材拼接成面板框架。
8.部件加工
零件组装成部件后,有部件需进行进一步加工,亦也许存在某些误差,需要修整。
9.总装配
将零件、部件组装成产品。
10.涂饰
成品普通须经涂饰工艺,可以起到保护与装饰作用。
按漆膜与否透明,可将涂饰分为透明涂饰和不透明涂饰。
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