家具结构设计与工艺 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，家具结构设计与制造工艺是本书编写的重要章节，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最需要重视和加强的课题内容之一。第一节 传统框式家具的结构设计与工艺 框式家具是指以榫结合的框架为结构的家具，是中国传统的结合方式，其结构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。一、 家具的榫接合结构 榫接合的类型榫接合是指榫头压入榫眼或榫槽的接合，其各部位的名称见图4-1 榫眼 榫槽 榫端 榫颊 榫肩 直角榫 燕尾榫 椭圆榫 圆榫 图4-1 榫接合各部位名称 图4-2 榫头的形状按照不同的分类方式，榫可以分为不同的类型1、 直角榫、燕尾榫、圆（棒）榫、椭圆榫按榫头的形状不同，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、多榫按榫头的数目多少来分，榫头又可分为单榫、双榫、多榫（见图4-3）。一般的框架接合多采用单榫、双榫，如桌、椅的框架接合。箱框如木箱、抽屉的接合多采用多榫。对于单榫而言，根据榫头的切肩形式的不同嵌板结构是框式家具中常用的结构形式，不仅可以节约珍贵的木材，同时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，起封闭与隔离作用的这种结构称为嵌板结构。常见形式如图4-12。，又可分为单面切肩榫、双面切肩榫、三面切肩榫、四面切肩榫（见图4-4）。 a.单面切肩榫 b.双面切肩榫 c.三面切肩榫 d.四面切肩榫 图4-3 单榫、双榫、多榫 图4-4 榫头的切肩形式 3、 整体榫、插入榫根据榫头与方材之间是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的，如：直角榫、燕尾榫、椭圆榫（图4-2中 ）。而插入榫与零件是分离的，不是一个整体，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 ）。插入榫主要是为了提高接合强度和防止零件扭动，用于零件的定位与接合。为提高接合强度，圆榫表面常压有贮胶的沟纹，如图4-5所示。4、 开口榫、半开口榫、闭口榫根据接合后能否看到榫头的侧边与否，有开口榫、半开口榫、闭口榫之分（见图4-6）。直角开口榫加工简单，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，又能增加胶合面积，兼有二者的特点。 图4-5 圆榫的形状 图4-6 开口榫、半开口榫、闭口榫5、 明榫、暗榫根据榫头贯通与否，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，影响家具的外观和装饰质量，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。一般家具，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的制品，如沙发框架、床架、工作台等可采用明榫接合。 榫接合的技术要求 家具制品被破坏时，破口常出现在接合部位，因此在设计家具产品时，一定要考虑榫接合的技术要求，以保证其应有的接合强度。 直角榫1 榫头的厚度 榫头的厚度视零件的断面尺寸的接合的要求而定，单榫的厚度接近于方材厚度或宽度的0.40.5，双榫的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的斜棱。当零件的断面超过40mm40mm时，应采用双榫。 榫接合采用基孔制，因此在确定榫头的厚度时应将其计算值调整到与方形套钻相符合的尺寸，常用的厚度有：6mm、8mm、9.5mm、12mm、13mm、15mm等几种规格。 当榫头的厚度等于榫眼的宽度或小于0.10.2mm时，榫接合的抗拉强度最大。当榫头的厚度大于榫眼的宽度，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 榫头的宽度 榫头的宽度视工件的大小和接合部位而定。一般来说，榫头的宽度比榫眼长度大0.51.0mm时接合强度最大，硬材取0.5mm，软材取1.0mm。当榫头的宽度大于25mm以上时，宽度的增大对抗拉强度的提高并不明显，所以当榫头的宽度超过60mm时，应从中间锯切一部分，分成两个榫头，以提高接合强度。3 榫头的长度 榫头的长度根据榫接合的形式而定。采用明榫接合时，榫头的长度等于榫眼零件的宽度（或厚度）；当采用暗榫接合时，榫头的长度不小于榫眼零件宽度（或厚度）的1/2，一般控制在1530mm时可获得理想的接合强度。暗榫接合时，榫眼的深度应大于榫头长度2mm，这样可避免由于榫头端部加工不精确或涂胶过多而顶住榫眼底部，形成榫肩与方材间的缝隙，同时又可以贮存少量胶液，增加胶合强度。4 榫头、榫眼（孔）的加工角度榫头与榫肩应垂直，可略小，但不可大于90，否则会导致接缝不严。暗榫孔底可略小于孔上部尺寸1-2mm，不可大于上部尺寸；明榫的榫眼中部可略小于加工尺寸1-2mm，不可大于加工尺寸。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。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 材质制造圆榫的材料应选用密度大、无节无朽、无缺陷、纹理通直、具有中等硬度和韧性的木材，一般采用青冈栎、柞木、水曲柳、桦木等。2 含水率圆榫的含水率应比家具用材低2%3%，在施胶后，圆榫可汲收胶液中的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 圆榫的直径、长度圆榫的直径为板材厚度的0.40.5，目前常用的规格有6、8、10三种。圆榫的长度（L）为直径的34倍。目前常用的为32mm，而不受直径的限制。4 圆榫接合的配合要求圆榫配合孔深：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=L-h1+0.51.5。即孔深之和应大于圆榫长度0.51.5mm。圆榫与榫眼径向配合应采用过盈配合，过盈量为0.10.2mm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的破坏。涂胶方式直接影响接合强度，圆榫涂胶强度较好；榫孔涂胶强度要差一些，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、 框架结构框架是框式家具的基本结构部件，也是框式家具的受力构件，框式家具由一系列的框架构成。最简单的框架由纵横各两根方材通过榫接合而成，有的框架有嵌板，有的嵌玻璃，有的是中空的。纵向的方材称“立挺”，横向的方材称“帽头”；如框架中间再加方材，纵向的称“立档”，横向的称“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48 木框结构框架的框角接合方式，可根据方材断面及所用部位的不同，采用直角接合、斜角接合、中档接合等多种形式。1 直角接合多采用整体榫，也有用圆榫接合的。图4-9为直角接合的常见形式： 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带斜棱的开口明榫 k带切口的闭口暗榫 l圆榫图49 直角接合形式2 斜角接合斜角接合可使不易装饰的方材的端部不外露，提高装饰质量，但接合强度较小，加工较复杂。它是将两根接合的方材端部榫肩切成45的斜面后再进行接合。图4-10为斜角接合的常见形式。 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410 斜角接合形式3 木框中档接合木框的中档接合，包括各类框架的横档、立档，如椅子和桌子的牵脚档等。常见的形式如图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411 中档接合形式三、 嵌板结构嵌板结构是框式家具中常用的结构形式，不仅可以节约珍贵的木材，同时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，起封闭与隔离作用的这种结构称为嵌板结构。常见形式如图4-12。