实木家具的结构设计及工艺

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家具的加工和制作，历史非常悠久，一直可以上溯到商周时代。进入二十一世纪，随着工业技术的引进和世界不同文化之间的交流和融合，家具的大规模生产迎来了一段黄金时期。在实木家具研发、生产和创新过程中，会遇到一些非常典型的质量问题。而这些问题，主要与实木千差万别的特性有关。本文仅就实木家具设计过程中需要考虑的实木特性，做一个方向性的分析和探讨。具体到量化的计算，则需要具体查询相关数据得出相应的结果。
  
一、实木的伸缩率
  实木伸缩率是实木家具设计必须要充分考虑的一个核心问题，这也是实木不同于其它家具原料的一个关键指标。实木家具的结构设计，一定要为实木的伸缩预留足够的空间，否则会产生非常大的质量隐患。
  实木板材伸缩量的计算，可以先查找具体某种木材的伸缩率数值，然后通过下面的公式计算求得：
  伸缩量(mm)=板件规格(宽度mm)X伸缩率(%)
  特别说明：木材的伸缩率一般指木材横向的伸缩率，木材木纹方向的伸缩很小，一般可忽略不计。同时，也正是由于木材横竖两个方向的伸缩率差距比较大，所以凡是木材横纹竖纹拼接的位置，不是在二者之间留一定的落差，就是在连接的表面打一道工艺线。实木在伸缩的时候，横纹和竖纹部分之间的这种应力冲突是一定会存在的，采用一些特殊工艺只是为了把它的不良影响降到最低。
  
二、实木的力学特性
  实木家具设计要满足使用功能的各种要求，了解每种木材的力学特性，扬长避短，是非常必要的。只有这样，才能够在充分考虑外观、成本和性能的同时，找到一个最佳的契合点。
  1、立柱撑千斤。一个鹅卵粗细的木料，就可以支撑起一千斤的力量。这说明，木材顺着木纹的方向能够承受的压力和拉力极限是最大的。影响这种压力和拉力的因素，包括木材的材质(软硬)，有没有节疤内裂腐朽，有没有斜纹断纹，有没有弯曲变形等。
  2、三角形的稳定性。在实木家具的设计中，较多使用三角木来增加实木框架的牢固和稳定性。对于一个柜类家具来说，特别是拆装结构，正对的方向一定要有一个一定规格的板件作整体支撑，否则就容易出现摇晃不稳的情况。这个一定规格的板件，一般是矩形的，但实际上也是起到了三角的稳定性的作用。一个实木框，加胶水组死，也可以起到三角的稳定性的作用。具体是否能够满足要求，与这个实木框架的结构和用料大小有一定关系。如果一个设计制作出来的样板整体结构不稳，摇摇晃晃，就可以顺着这个方向去想办法改进加强结构。
  3、实木的内部应力，实际上是实木内部不同部位不同大小不同方向的伸缩力量综合作用的一个结果。不同树种，不同部位，实木的内部应力结构是不同的。突出表现就是，实木在加工使用的过程中，经常会即时出现变形、开裂、扭曲等现象，实际上就是内部应力释放的结果。防止实木开裂变形，就需要深入分析实木的内部应力结构，对拼板安装结构和加工工艺进行合理设计，减少内部应力的破坏性影响。加防变形条，锣防变形槽，拼压板采用对称结构(一个非常重要的设计原则)，都是解决问题常用的一些方式。
  4、实木的薄弱环节。实木某个部位的截面积越小，在横纹斜纹情况下受力断裂的风险就越大。图4是出现横纹斜纹的一个案例。横纹斜纹，一般出现在部件转折的地方，为满足造型方面的要求而产生的。出现横纹斜纹的地方，也是产品最脆弱的地方，受到外力冲击很容易直接爆裂断掉。
  5、实木的加工特性。不同材质的实木，密度、硬度、刨削打磨难易、防腐防虫难易、握钉力都是有明显差异的。在设计时，应该充分考虑到这些因素，选择合适的材料，在工艺和五金的选择上扬长避短。对比较硬的木材来说很合理的一个结构，换成较软的木材可能就不够牢固，需要在结构上进一步强化。
  
三、实木受环境影响的规律
  环境对实木材料和成品的影响，主要是温度和湿度两个方面。实木干燥的过程，就是通过升高温度和抽湿降低木材含水率的过程。每种木材的干燥都有一个合理的曲线，如果干燥过程过快期间开裂变形会更多更严重。实木的含水率与空气湿度达到平衡的时候，木材或成品是最稳定的。
  南方生产的实木家具，销售到北方以后，更容易出现开裂和变形的问题。这主要是因为北方的空气明显比南方更为干燥，空气湿度的差值有时高达5%—8%。所以，南方生产的家具到了北方，相当于还要经历一次被动的干燥过程。而产品中的水分向空气中挥发的过程，也是木材内部应力再平衡的过程。这个过程中，是很容易出现开裂和变形等问题的。解决的办法，一个是进一步降低木材干燥后的含水率，能够与北方空气的湿度达到基本平衡状态。一个是木材表面棕眼用油漆彻底封死，隔绝木材与空气中的水分移动。
  总结：一、实木家具结构设计，不同于其它材料家具结构设计的一个地方，就是要做好内部应力结构分析。即产品在温湿度发生变化的时候，要从工艺结构上找到办法避免由于实木可能的伸缩变形，而对产品结构功能造成致命的破坏。二、要找出产品整体结构中的薄弱环节，进行各个方向的耐力分析和测试，满足产品在正常的使用过程中满足稳定、牢固和功能性的要求。三、要充分考虑一种具体木材的物化特性，在结构和工艺流程设计上扬长避短，充分满足家具的结构和功能要求。