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[家具结构] 大幅面实木拼板结构分析与改良 黄卓君1, 徐 伟

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发表于 2020-10-9 08:01:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
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大幅面实木拼板结构分析与改良
黄卓君1, 徐 伟1,2*
(1.南京林业大学家居与工业设计学院,江苏 南京 210037; 2.江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏 南京 210037)
摘 要:实木家具在家具市场中所占份额较大,而实木拼板是实木家具十分重要的零件组成。大幅面拼板在缓解实木资源供需紧张状况的同时,也提高了大幅面板材的稳定性。根据目前拼板结构的应用现状,结合榫卯结构,对拼板结构进行了改良,使拼板具有较高的强度,且装配方便,可无胶组装,能实现可持续发展,为实木拼板结构的改良提供了一种可能,也为大幅面拼板结构的发展提供了一种思路。
关键词:大幅面;实木拼板;结构改良;榫卯

[size=1em]随着科学技术的发展,越来越多的新型材料开始运用到家具设计上,然而实木家具仍然以其特有的温润质感和天然纹理备受人们青睐。但目前我国林业资源日益匮乏,可用于家具生产的大径级天然木材也越来越少,现在桌面等大幅面家具构件多以实木窄料胶拼而成,一方面是因为拼板可以一定程度上缓解可用于制作家具优质实木资源供需不足的状况,满足市场对实木制品的需求,另一方面是因为其能解决大幅面实木面板开裂变形的问题[1]。为了实现人们对家具产品环保性能的要求以及满足现代工业化生产运输的需求,只有不断改良大幅面实木拼板的结构,实现少胶、无胶及零件标准化生产,才能使实木拼板顺应发展需求,更具市场竞争力。

[size=1em]现在主要木材输出国原木出口受到了限制,我国的优质林木资源也日渐减少,并且也已经出台了停止天然林商业性采伐的政策,这一系列举措对家具行业的木材供应产生了较大影响[2]。实木家具在家具市场中所占份额较大,而实木拼板是实木家具十分重要的零件组成[3]。在制造实木家具以满足消费者需求的过程中,较大尺寸的部件常以实木窄板为原料来制作,利用窄板拼宽能够提高木材利用率,提高大幅面家具的稳定性。但是同时也存在一些缺陷,例如表面翘曲变形、胶层开裂、指榫脱落断裂等质量问题,这些缺陷主要是在木材本身的内应力及拼板过程中木材与木材之间的内应力共同作用下产生的,其与空气中的温湿度、材料的密度、含水率、表面粗糙度、拼接方式、胶种、涂胶量、胶合压力等因素相关[4]。目前,针对上述缺陷,可通过合理配料、控制含水率,采用合理的胶合压力等手段提高拼板质量,而无胶拼板,没有了胶水的制约,板件可随湿度变化自由胀缩,通过榫卯的接合,各木材单元相互作用,使拼板稳定。

1 拼板结构现状

[size=1em]拼板的结合形式是影响拼板质量的重要因素,常用的拼板形式有平拼、斜面拼、裁口拼、凹凸拼、齿形拼、明暗螺钉拼等[5-6]。

[size=1em](1)平拼。平拼是一种采用胶黏剂胶压使两块具有平直接合面的实木窄板紧密无缝连接的拼板方式,其结构简单,木材利用率高,具有较高的生产效率。

[size=1em](2)斜面拼。斜面拼是在平拼的基础上把平直的接合面加工为斜面再进行胶压,性能与平拼相似,由于斜拼增加了胶合面积使其拼板强度略高于平拼,但因为胶接时接合面不容易对齐,容易出现拼板表面不平的现象。

[size=1em](3)裁口拼,又称高低缝拼。以这种方式拼接的拼板需要先在实木窄板接合部位加工出裁口,再进行胶压,其接合面积较大,具有良好的接合强度,并且易于对齐,不会出现拼板表面不平的现象。

[size=1em](4)凹凸拼,又称槽簧拼。以这种方式拼接的拼板需要先在实木窄板接合部位加工出槽簧口,再进行胶压,其优点是拼板接合处的凹凸结构可以掩盖开裂的胶缝,同时具有较大的胶合面积,拼板强度高,密封要求较高的部件常用此法。

[size=1em](5)齿形拼,又称指形拼。以这种方式拼接的拼板需要先在实木窄板接合部位加工出两个以上的齿形,再进行胶压,其接合面积较大,具有良好的接合强度,且拼板表面平整,但是加工较为复杂。

2 拼板结构改良

[size=1em]目前,在实际生产中拼板形式主要还是以平拼为主,虽然其具有较高的木材利用率以及较高的生产效率,但是在其拼接过程中使用了大量的胶黏剂,并且胶黏剂的使用会对拼板强度产生影响,且其胶合完成后需陈放数日,产生较多消耗。

[size=1em]大幅面板件的拼接是榫卯结构的一种,榫卯结构是中国传统实木家具制造工匠集体智慧的结晶[7]。其仅借助榫卯之间的咬合和摩擦,不用钉子,仅添加少许胶黏剂就能扣合严密[8],其中燕尾榫的力学性能突出,其在未上胶的情况下,承受拉应力的能力大于其他榫卯结构[9]。

2.1 改良设计

[size=1em]拼板改良结构示意图如图1所示。改良关键部位在两板件接合处,其由沿顺纤维方向倾斜45°、呈齿状排列的多组改良燕尾榫构成。改良燕尾榫榫头2与榫槽1间隔分布,且改良燕尾榫榫头2与改良燕尾槽1为互补关系;为保证拼板侧面平整,板件边缘处则采用改良半燕尾榫榫头3及改良半燕尾槽4,改良半燕尾榫榫头3与改良半燕尾槽4为互补关系。改良燕尾榫组数不做具体规定,由加工设备、板件尺寸、强度要求及成本等因素决定。

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[size=0.8em]图1 拼板改良结构示意图
1.改良燕尾槽;2.改良燕尾榫榫头;
3.改良半燕尾榫榫头;4.改良半燕尾槽

[size=1em]在板件拼接时,构件A的改良燕尾榫榫头2需先对准构件B上相应的改良燕尾槽1,以保证拼接过程中改良半燕尾榫榫头3能够正确插入改良半燕尾槽4;然后对整块板件均匀地施加与水平板件呈45°方向的力,使板件发生位移,各组改良燕尾榫匹配咬合,以完成拼接,拼板拼接过程及组合示意图如图2、图3所示。

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[size=0.8em]图2 拼板拼接过程示意图

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[size=0.8em]图3 拼板组合示意图

2.2 改良优势

[size=1em]燕尾榫之间存在互扣作用,并且有较大的接触面积,增加了榫头和榫槽间的摩擦力,另外梯形的榫能够提供较高的接合强度,使榫卯在受力时不易断开,其是目前研究发现的最为牢固的一种榫卯接合形式。此改良结构充分利用了燕尾榫的这一优势,使其具有较高的接合强度。

[size=1em]新型燕尾榫结构使板件在拼接完成后,除受到在板件顺纤维方向与水平板件呈45°均匀的力时才可发生位移,在受到其他方向的力时均能卡紧,不产生晃动,实现紧密连接,即在正常使用状态时拼板所受的力不会使其松脱,拼板连接稳固。此改良结构简单,装卸方便,可无胶拼接,能够避免涂胶的弊端,满足人们对环保的要求,利于实现可持续发展。

[size=1em]构件A与构件B结构相同,即用于拼接的各板件为相同的标准化部件,能够适应现代工业化生产,便于实现大批量制造,并且省去了涂胶组坯的工序、场地及时间,在某种程度上提高了生产效率。

3 小结

[size=1em]通过结构设计来改善实木家具产品的质量,是合理利用资源、节约资源的一条路径[10]。家具的结构设计和工艺设计是家具制作的核心,因此需要以结构为切入点来解决生产使用过程中存在的实际问题[11]。大幅面实木拼板作为实木家具零部件重要的组成部分,其拼板结构方式还有深入研究的空间。设计中的改良燕尾榫拼板结构强度优良,装配方便,可无胶组装,能实现可持续发展,为实木拼板结构的改良提供了一种可能。

[size=1em]参考文献:

[size=1em][1] 刘涛,陈于书.实木桌面板防变形的结构措施研究[J].家具与室内装饰,2017(2):70-71.

[size=1em][2] 杨子倩,吴智慧.改性木材用于实木家具的构造特征与创新设计[J].包装工程,2015,36(14):10-13+38.

[size=1em][3] 陈云云,李军.大规模定制生产模式下实木拼板工序的研究[J].家具与室内装饰,2018(1):110-111.

[size=1em][4] 洪璐,孙德林,刘明辉,等.提高实木拼板尺寸稳定性的方法[J].林产工业,2016,43(2):34-35+39.

[size=1em][5] 申立乾,陈于书.实木柜门防变形结构研究[J].家具与室内装饰,2016(1):88-89.

[size=1em][6] 张仲凤,张继娟.家具结构设计[M].北京:机械工业出版社,2012.

[size=1em][7] 王安正,关惠元.基于传统榫卯结构的家具可拆卸性设计研究[J].家具,2017,38(6):49-53.

[size=1em][8] 朱云,申黎明.面向用户装配的实木家具榫卯结构设计[J].林业工程学报,2018,3(3):142-148.

[size=1em][9] 薛坤.传统家具榫卯结构的性能与设计进化研究[D].南京:南京林业大学,2013.

[size=1em][10] 王燕帅.实木家具开裂变形原因分析以及解决办法[J].现代装饰(理论),2014(2):236-237.

[size=1em][11] 李爽,徐伟.家具传统榫卯结构分析与改良设计实践[J].家具与室内装饰,2019(5):44-45.


Structural Analysis and Improvement of Large-format SolidWood Panels
[size=1em]HUANG Zhuo-jun1, XU Wei1,2*
[size=1em](1.College of Furnishing and Industrial Design,Nanjing Forestry University,Nanjing Jiangsu 210037,China; 2.Jiangsu Co-innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources,Nanjing Jiangsu 210037,China)

[size=1em]Abstract:Solid wood furniture is an important part of the furniture market,and solid wood panels are also an indispensable part of solid wood furniture parts.The large-format panel has improved the stability of the large-format sheet while alleviating the tight supply and demand of solid wood resources.According to the application status of the current jigsaw structure,the author has improved the splicing structure by combining the tenon structure,so that the splicing structure has higher strength,and the assembly is convenient.It can be assembled without glue and can achieve sustainable development.The improvement of the plate structure provides a possibility and also provides an idea for the development of large-format panel structures.

[size=1em]Key words:large-format;Solid wood splicing;structural improvement;tenon


[size=1em]中图分类号:TS653

[size=1em]文献标识码:A

[size=1em]文章编号:2095-2953(2019)10-0051-03

[size=1em]收稿日期:2019-07-17

[size=1em]基金项目:国家重点研发计划资助项目(2017YFD0601104);南京林业大学2019年大学生创新创业训练计划项目(201910298045H)

[size=1em]第一作者简介:黄卓君(1997-),女,本科生,主要从事家具结构设计方面的研究,E-mail:467249216@qq.com

[size=1em]*通讯作者:徐 伟(1975-),男,教授,博士,主要从事家具与木制品工程方面的研究,E-mail:xuwei@njfu.edu.cn



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