（木材科学与技术专业论文）板式家具角部结合性能的研究.pdf

摘要 角部结合设计是家具结构设计的重要组成部分。板式家具的角部结合性能严重影 响着其整体的力学结构性能，强度和模拟抗弯刚度( e i ) + 是衡量角部结合性能高低的 两个重要指标。板式家具角部结合的强度值和模拟抗弯刚度值随着其连接接口形式( 圆 榫、胶结合、各种五金连接件等) 、连接方式( t 型、l 型等) 、基材( 中密度纤维板、 刨花板等) 等影响因素的不同而改变。本文先是对各种常见的角部结合试件的挠度( 位 移) 一载荷值进行了实验测定，然后利用线形同归和材料力学等知识计算出了备种角 部结合的强度值和模拟抗弯刚度值( e i ) + ，并从各个方面分别对它们进行了比较、分 析。研究结果表明，板式家具角部结合的接口形式、连接方式、基材特征等各个因子 都不同程度地影响着角部结合的整体性能。 关键词：板式家具角部结善、度模拟抗弯刚度 a b s t r a c t c o r n e rj o i n t s d e s i g ni s a n i m p o r t a n tf a c t o r i nf u r n i t u r es t r u c t u r e d e s i g n a n dt h e s t r e n g t ho fp a n e l t y p ef u r n i t u r ei s i n f l u e n c e db yt h ep r o p e r t yo fc o r n e rj o i n t s s i m u l a t e d s t i f f n e s s ( e i ra n ds t r e n g t ha r et w ok e yp a r a m e t e r so ft h ep r o p e r t yo fc o m e rj o i n t sw h i c h w e r ev a r i e db yc h a n g i n gt h ec o n n e c t o r s ( p i nd o w e l ，g l u ea n dh a r d w a r e ) ，a s s e m b l ef o r m s f r - t y p ea n dl - t y p e ) a n ds u b s t r a t e ( m e d i u md e n s i t yf i b e r b o a r da n dp a r t i c l e b o a r d ) a tf i r s t ， t h ev a l u eo fe l o n g a t ea n dc o r r e s p o n d i n gl o a do fv a r i o u sc o m e r j o i n tp a r t sw a st e s t e db y e x p e r i m e n t s t h e nt h el i n e rr e g r e s s i o na n dm a t e r i a lm e c h a n i c sw e r ee m p l o y e dt oa n a l y z e a n dc a l c u l a t et h es i m u l a t e ds t i f f n e s s ( e o + a n ds t r e n g t hb a s e do nt h ed a t ad e d u c e df r o m m e a s u r e m e n t so nc o m e r j o i n tp a r t s t h er e s u l t so fc a l c u l a t i o n sa n de x p e r i m e n t ss h o w e dt h a t t h ep r o p e r t yo fc o m e r j o i n t so np a n e l t y p ef u r n i t u r ew a sa f f e c t e db yt e r m so fc o m e rj o i n t l i s t e da b o v e k e y w o r d s ：p a n e l t y p ef u r n i t u r e c o m e rj o i n t s t r e n g t h s i m u l a t e ds t i f f n e s s 板式家具角部结合性能的研究1 i 前言 家具业是一个伴随着人类生活和科技发展而发展的产业，是一个古老而年轻的产业。 说它古老是因为家具的起源可以追溯到六千年前，说它年轻是因为科学系统的研究家具 的历史只有半个多世纪。家具行业又是一个综合性产业，涉及到环境、资源、能源、化 学工业( 塑料、涂料、粘合剂等) 、机械加工设备和工具、五金配件、标准化管理、质检、 包装贮运等各个领域。从某种意义上讲，家具行业的发展状况，是衡量一个国家、地区、 民族的两个文明及科技经济发展水平的一面镜子”“。 与世界发达国家相比，我国家具产业还很滞后。以家具标准化体系为例，我国1 9 7 9 年参加国际标准化组织家具技术委员会( i s 0 t c l 3 6 ) ，到1 9 9 8 年底，仅完成起草、审定 并批准发布的标准有家具通用技术条件与基础标准，家具产品实验方法标准、家具用化 学涂层实验方法标准、家具用部分辅助材料及实验方法标准等三个层次共1 1 0 个标准( 其 中，国家标准8 3 个，轻工行业标准2 7 个) 。在我国现行的1 l o 个有关家具的标准中，9 5 年前发布的有8 2 个，占7 5 ，9 5 年后发布的有2 8 个，仅占2 5 ，其中涉及到表面装饰 和力学性能的多为9 0 年以前所制定，而且现行家具标准的内容很不完善。如q b t 3 6 6 1 2 一1 9 9 9 软体家具弹簧软床垫未对床垫的舒适度、弹簧摩擦声、衬垫层抗压强度、垫 面弧度等涉及使用性能的质量指标作出规定。又如床类产品仅在g b t 3 3 2 8 - - 1 9 9 7 床类 主要尺寸标准中对单层床和双层床规定主要尺寸，而这类产品国际标准化组织已制定 出了儿童床安全性能测试方法、民用摇床及折叠床安全要求，民用带梯双层床安全性能 及测试方法、软体家具耐烟蒂和模拟火柴点燃后的阻燃性测试方法等标准，我国尚未采 用。此外，板式家具、弯曲木家具、屏风以及竹、藤家具等门类至今还没有标准。国人 关注的绿色家具，虽去年推出了“绿色选择评定标准”，但尚未得到广泛的应用。依靠成 熟的行业标准，欧洲家具业的劳动生产率平均值超过了1 5 万美元，美国达到了1 2 万美 元，而我国平均值仅为5 万美元”。“。上述表明，我国已发布的家具标准中有一人部分 术能得到及时的修订和适时的版本转换，可见标准化 作已落后丁家具行业发展的要求， 与国际先进水平相比还有较人差距。 去年底，我国加入了世界贸易组织( w t o ) ，根据我国政府的承诺，今年我国的家具 进口关税已从2 2 下调至1 1 ，到2 0 0 5 年家具进口关税将f 调至零”。开放市场，无疑 将加剧已经非常激烈的市场竞争。 二次世界人战后，新材料、新i ：艺、新技术的不断涌现所催生的现代板式家具( k d 和r t a 家具) 冈为性能稳定、质量改善、肖省木材资源，产鼎搬运、装配方便等优点及 适合i ：业化、现代化生产的特点已成为世界各国发展家具产品的土旋律，逐渐成为t 甘= 界 家具制造业的朝r i 和主流产品。现代板式家具已成为拉动家具业迅速发展的新亮点。而 在我国，传统的设计方法与手段已不能满足i 业化生产现代板式家具的要求，已经成为 制约我国家具l ：业现代化的瓶颈。为j ，赶上世界经济在家具业的新一轮竞争，家具设计 理念的更新迫在眉睫。 一2 一 东北林业大学硕l 学位论文 本论文正是从这一实际需要出发，以“板式家具角部结合性能的研究”为切入点， 对各种角部结合试件的结合性能进行了分析比较，得出规律。为家具研究人员、家具设 计人员提供科学的、行之有效的理论依据，为生产企业及社会带来一定的经济效益和社 会效应。 板式家具角部结合性能的研究 2 文献综述 2 1 家具角部结合性能研究的重要性和历程 2 1 1 角部结合研究的重要性 我国家具生产历史悠久，在逐步演化过程中，不断丰富和完善着自身：从神秘威严 的商周，写实精炼的秦汉，丰满华丽的大唐，典雅柔美的宋代，到简练秀丽的明代和烦 琐富丽的清朝，经受了岁月的洗礼，时代的变迁，为人类留下了许多精美制品。 但是我国的家具工业发展缓慢，家具设计者长期以来一直习惯于凭经验估计零、部 件尺寸和结点结构强度，在家具设计中还缺少深入分析和精确计算的概念。过去的家具 设计只是偏重了家具的装饰艺术性( 家具造型设计) ，却忽略了家具的结构强度的合理 性( 家具结构设计) 。结果往往造成两方面的失误：一方面家具设计过程中的安全性即 家具制品的强度和刚度满足不了设计要求，导致变形，甚至破坏，达不到设计年限，缩 短了其使用寿命；另一方面安全系数过大，没有最大限度的节省原材料，造成资源浪费， 制品粗大笨重，反过来又降低了其艺术魅力。 在现代化大工业生产中，一件好的家具制品在创作时必须考虑四个相互独立而叉密 切相关的步骤：一是功能设计，即以其家具实现的实用性；二是造型设计，即赋予家具 以艺术感染力：三是结构强度设计，它以最有效的方式体现家具的预期功能，它是艺术 渲染的依托和载体；最后是工程设计，即前三者的有机结合阶段”1 。 从这种意义上来讲，家具设计是艺术设计与科学计算相结合而形成的，论述美与理 性关系的一门学科。然而现在，当人们，包括一些设计师在内提起家具时，往往只是注 重了其艺术性，即其视觉的满足性，对其科学性，即结构合理性却缺乏认真思考。家具 设计还没有采用系统的计算方法，家具设计实际上还严重缺乏结构设计学的指导和规 范。 而在整个强度设计过程中，家具的角部结合强度设计是最重要的一步，即使构件可 能有足够的强度来承受外力，如果角部结合强度不够，整个家具也还是要破坏。实际上 由于角部结合为主的结点强度低而引起的家具破坏，比其他任何原因都多”1 。所以角部 结合强度设计显得尤为重要。 随着社会的发展和科学技术的进步，国际竞争的加剧，人们的物质及精神生活水平 的提高，对高质量家具产品的要求日益强烈，家具制品的结构强度和刚度设计日益受到 家具的生产及研究部门的重视。 2 12 角部结合研究的历程 关r 家具结构强度的研究国外进行较早。许多学者对直角榫结合强度进行了分析研 究，例如m i l h a m ( 1 9 4 9 年) 研究证明，榫头和榫孔配合间隙很小时可获得很牢i 州的结合 而且榫府对结点抗弯强度有显著影响。d u p o n t ( 1 9 6 3 年) 进一步强调，用机械加l 直角榫 一4 一 东北林业大学硕卜学位论文 对保证榫结合配合的重要性。还指出，在榫头和榫孔侧边都涂胶，可获得较高的结合强 度。他认为，对丁二直角榫配合，木材含水率为7 一9 时最适宜。w i l l a n d ( 1 9 6 7 年) 对压 缩榫头进行研究，证明这种形式结构不比常规安装方法强度高。s p a r k e s ( 1 9 6 8 年) 研究证 明，k 方形榫孔币i 榫头结合强度，与扁圆形榫孔和榫头结合强度是等效的，但是长方 形截面榫头装入扁圆形榫孔中形成的结合，强度比以上两种都低1 5 左右，他也对结点 几何参数对最大破坏弯矩的影响进行研究，发现当榫头和宽度增加时，结点强度也相应 提高。h i l l 和e c k e l m a n “1 ( 1 9 7 3 年) 研究给出了当用榫头厚度为9 5 m m 的直角榫结合 时的抗弯强度的计算公式。 对下其他接口形式的结合，国外也有研究。1 9 1 3 年，e c k e l m a n 和b i r n b a u m ”1 研究推 导出了当木制搁板条用木螺钉安装到柜体上时螺钉平均横向抗剪切力公式；j o h n s o n 和 a l b e r t 在1 9 6 2 年研究计算出了u 型钉钉入花旗杉构件的抗拔力和横向抗剪力的计算公式； f a i r c h i l d 在1 9 6 2 年和c o c k r e l l 在1 9 7 3 年分别实验得出了实木构件端部普通木螺钉的平均 极限握钉力公式；j o h n s o n 在1 9 6 7 年研究得出了冷杉胶合扳握钉力的推导公式；在1 9 6 9 年，e c k e l m a n ”通过实验表明了实术构件侧边圆榫抗拔力的计算公式；e c k e l m a n ”于 1 9 7 3 年实验得出了实木构件侧边普通木螺钉的平均极限握钉力公式；e c k e l m a n ”。在1 9 8 0 年通过研究，提出以金属齿半结合实木构件侧边对端部的抗弯强度值；e c k e l m a n 和 c a s s e n s ”1 在1 9 8 4 年研究得出了实木构件面部预先钻导孔，埋入具有均匀螺纹螺母时的 抗拔力公式：松本弘毅m ，通过对圆榫和直角榫结合性能的全面研究后得出结论：直角榫 大于圆榫结合刚度。 国外对刨花板接合性能方面早在5 0 年代已开始研究。1 9 7 5 年b a c h m a n n 和h a s s l e r 进行实验后得出，当金属预埋件直径为1 1 5 m m ，埋入刨花板1 l m m 时，对于密度为 0 6 8 7 9 c m 3 的刨花板抗拔力为6 0 0 n ，对另外一种密度为0 6 8 9g e m 3 抗拔力为1 0 0 9 n ， 可以看出刨花板密度对抗拔力有影响。他们对直径为1 2 5 m m 的金属预埋件进行实验， 得出结论是直径对预埋件的抗拔力影响力不大。然而，当长度从l l m m 增加到1 3 r a m 时， 他们得到的抗拔力几乎增长3 0 。因此他们得出这样的结论：预埋件长度对抗拔力的影响 比直径人。最后还指出涂胶后压入的塑料预埋件具有较高的抗拔力。e c k e l m a n 对长度为 1 2 7 m m 的两种直径的预埋件，在中密度纤维扳试件中的平均抗拔力进行研究，直径为 9 5 m m 的预埋件的抗拔力是1 8 1 0 n ，而直径为1 2 r a m 的预埋件的抗拔力为1 8 6 4 n ，所以两 种规格预埋什基本上得到同样结果。m u r a k o s h i 技术资料指出，直径为1 2 m m 的金属预埋 件埋在刨花板中，当埋入深度由1 3 r a m 增加到2 0 r a m 时，抗拔力平均从8 2 3 n 增加到1 3 7 2 n ， m u r a k o s h i 也研究了导孔直径对抗拔力的影响，他的结论是当导孔直径略人予预埋件直径 时，即可获得最人抗拔力。实验还发现，预埋什在构件中的部位对抗拔力也有很人影响， 预埋件的位置靠近试件端部，就象“l ”弛结合那样，比远离试 ：端部即“t ”型接合的 抗拔力小2 5 。1 9 8 7 年a l l i m l 等人对单板贴面和浸渍纸贴面在十三种不同接合方式卜- 的 结合强度作了研究后，把角结合性能j j 角位移变形与施加力矩间关系进行了说明。 5 0 年代后期，k o t a s “对五面箱体的结合强度进行了研究，后来他根据自己的研究 成果撰写了一本家具设计手册；美国p u r d u eu n i v e r s i t y 的e c k e l m a n ”。”。教授对板式部什 的结合强度及家具的整体结构作了许多研究，他提出了板什的刚度与各种形式角结合变 板式家具角部结合性能的研究 一5 形的关系。g a n o w i c z 和r o g o z i n s k i 把这种内部作用原理应用到柜类制品分析上，而且 g a n o w i c z 还发展了这项研究，h a t a 分析了背板和柜体深度对整体刚度的影响。经过深入 研究，e c k e l m a n 和r e s h e i d a t 对柜体刚度进行计算，并提出柜体中各块板件，每个角部作 用力的计算公式所有这些有关柜体变形的研究都没涉及到带搁板和中隔板柜体的论述， 后来e c k e l m a n 和r a b i e j ”“对带有横搁板和中隔板的柜体作出了综合分析，得出计算公式， 可用其计算三角同定一角自由条件下的柜体在受力时的变形。a l b i n 针对不同的角结合 形式和载荷形式，预测了家具横向承载部件的变形。e c k e l m a n ”l 等通过大量实验，得出了 描述柜类家具加载及变形的经验公式。s m a r d z e w s k i 等研究了背板对柜体家具稳定性的影 响。到现在为止，世界上一些工业发达国家都已制定了家具力学性能标准，而且还相应 的建立了一整套测试规范。有些国家家具设计者和家具生产厂家与计算机中心直接联机， 新设计的家具在投入生产之前，对原有程序修改之后，该家具的应力分析立刻可以计算 出来。根据常规结构编制的专门为解决家具结构问题的第一个电子计算机程序首先用来 设计扶手椅( e c k e l m a n ，1 9 6 8 ) 。随后编制出了更完整的电子计算机程序“”1 8 1c o d o f f ， 用作家具结构应力分析( e c k e l m a n ，1 9 7 0 ) 。 1 9 7 8 年，我国开始对板式家具连接件进行研究。北京市木材工业研究所的马耀驭先 生、文玉旺先生等“先后于1 9 7 9 年和1 9 8 2 年对涨开式、倒刺式、偏心式、圆柱螺母等 8 种连接件的结合性能通过四项衡量五金件的力学性能指标( 连接件的拔出比重、拔出 比阻、破坏弯矩和连接刚性效率) 研究后指出：圆柱螺母，塞孔螺母最好；偏心式、直 角式居其次；其余各种较差，而且垂直板面的握钉力比板边高一倍左右，同时在导孔内 施胶比无胶时的抗拔力也要高出一倍以上，金属材料制成的连接件的力学性能优于尼龙 等高分子材料制成的连接件。东北林业大学的王逢瑚教授、蔡力平教授”通过对板式家 具熔化喷射式角结合强度的研究表明：熔化喷射斜接的强度和刚度比熔化喷射端接高出 许多，而熔化喷射式角部结合的强度比常规的圆榫角部结合高的则更多了，用熔化喷射 斜按的柜体在载荷作用下的位移比常规的圆榫接合的柜体减少1 5 4 0 ，柜体横向部件的 挠度能减少3 0 一4 0 。东北林业大学的蔡力平教授、余松宝教授、吉林省露水河林业局 的郭希强先生等”“在“板式家具结构强度分析”一文中指出：辅以施胶时，偏心连接件 的角部结合强度大于圆榫的角部接合强度。而对了二柜体整体强度的研究更是不多见。于 逢瑚等“在板式家具熔化喷射式角部结合强度的研究的基础上，预测了柜体家具加载时 的变形情况。但是对于各种角部结合性能的系统比较还没有人作过深入研究。 2 2 板式家具 家具按结构形式分为两人类：框式家具和板式家具，板式家具的推向市场标忠着家 具从传统的作坊式个体生产跨进了现代的1 业化生产的新阶段，正是家具业生产方式转 变使家具业成为现代产业，自_ 二次世界人战后，新材料、新l ：艺、新技术的不断推出更 促使了这一转变。人造板材( 刨花板、中密度纤维板、胶合板等) 作为一种标准l 业板材 舀：家具上的鹿_ i 开创了家具1 ：业现代化的崭新局面，二战后发展起来的板式家具被誉为 家具i 业的一场历史性的革命。板式家具通常泛指k d ( i ( n o c k d o w n ) 拆装家具和r t a 6 - 东北林业人学倾l 学位论文 ( r e a d yt oa s s e m b l e ) 待装家具，其产品的构造特征是以各种人造板材为基材做成的标 准的零部件加上接口( 五金件、圆榫、胶等) 组装而成。板式家具的板在家具上即是受 力构件，义起分割空间和维护作用，打破了框式家具框架受力、板件维护的传统结构， 其成品是板式部件，这些板件是经过严格设计的标准板件。在木材的综合利用上，板式 家具为人造板在家具的应用提供了广阔的天地。如刨花板、中密度纤维板等都可以大量 地用来制造家具，有效地提高了木材的利_ l _ j 率。板式家具可以分拆成各种规格尺寸的零 部件批量生产，有利于采用专业化、标准化、自动化生产，可以极大地提高劳动生产率， 从而降低成本，减少原材料的消耗。而且它还具有多次拆装组合的特点，便于家具自装 配，尤其适合高层住宅的用户使用，方便搬运。板式家具成品是各种规格的板，所以储 存运输都很方便。由丁i 板式家具有利于实现产品机械化、连续化、自动化生产。因为它 的部件简化、j ：艺规范，而且还具有性能稳定、质量改善、节省木材资源，产品搬运、 装配方便等优点，因此板式家具已成为世界各国发展家具产品的主旋律”。 2 3 板式家具角结合的接口形式 常见的板式家具角结合的接口形式主要有：榫结合，钉结合( 包括木螺钉结合) 胶结合和五金连接件结合等。 2 3 1 榫结合 榫结合是由榫头和榫眼或榫槽组成，将榫头插入榫眼( 或榫槽) 内，把两个零部件 结合起来的一种方法。榫结合时榫头和榫眼都要涂胶，以保证有足够的结合强度。榫结 合持续了几千年至今仍，i 很重要的地位”“，传统的实木家具生产多采用榫结合。根据榫 头和i ：件是否分离分为整体榫和插入榫。整体榫的榫头是直接在j 【件上加“1 ：而成的，而 插入榫是与j ：件分离的，它是单独加i ：而成的一个零什，结合时插入到被结合的零部件 中。直角榫与燕尾榫都是整体榫，而圆榫则是插入榫。( 插入榫除圆榫外，也可用木条， 红木家具多采_ 1 4 ；j 方形插入榫。) 现代板式家具角部结合时人都选用圆榫。圆榫又称圆棒 榫根据表面状况的不同，圆榫义分为光圆榫( a 型) 、直槽圆榫( 1 3 型) 、螺槽例榫( c 型) 、网槽圆榫( d 型) ( q b i t3 6 5 4 - - 1 9 9 9 ) 。在q b t3 6 5 4 - - 1 9 9 9 中对圆榫的埘料( 树 种、材质) 、含水率、尺寸公筹，i ：艺要求、包装等都做了说明”。圆榫的形式与分类 如图2 1 所示。 板式家具角部结合性能的研究 图2 1圆榫的形式与分类 f - g u r e 2 一l t h ec l a s s i f i c a t i o na n d s t y l eo f d o w e l 而现代家具，特别是在板式家具中，圆榫结合已被普遍应用，因为圆榫结合具有以 下优点：圆榫结合节约木材，直角榫与工件连为一体，配料时需要留出加。i ：榫头长度部 分的木材，而圆榫为插入榫，据统计圆榫结合可节约6 _ 9 9 6 的木材；圆榫可机械化加丁， 榫i l 在多轴钻上一次完成定位和钻孔，简化一i ：艺过程，提高劳动生产率；圆孔应力集中小， 钻去部分木材少，部件强度受损程度小；圆榫具有互换性，义可做定位销用，可以机械 化装配，不需加紧即有一定强度，不用等待胶液同化就可搬运，堆放：孔的面积小，便 于机械化涂饰，即使有少量油漆流入也不妨碍注榫和结合强度：圆榫可以在【件各个面 上，以不同角度连接各种形状部件，只要有圆孔的部位尺寸，即可形成结合；圆榫在家 具制造厂就可以制作，不需外购，成本低，相应降低家具价格，提高其市场竞争力。 2 3 2 钉结合 钉结合是各种结合接口中最简便，操作最方便的结合方法。它是借助与钥与木质材 料之间的磨察力将被结合材料连接起来的一种方法。钉类一般_ l j 丁木材及各种人造板家 具，在软体家具中也有麻用，按照钉子的结构特点可分为直钊和螺钉两人类。_ 【 ；j 丁金属 及其他基材的钉类主要有铆钉和销子。通常与胶粘剂配合使用，有时只起辅助作_ l f j 。当 刨花板或中密度纤维板采_ l j 钉结合时，随着容重的增加，握车j 力也增加。当垂直丁- 板面 钉着时，纤维被压缩而分开具有较好的握钉力。但从端部睾j 钊时，由丁钉子和纤维或 刨花是平行的，故其平面抗拉强度低。鉴丁以上，这种角部连接方式行将过时。 2 33 连接什结合 连接什种类很多，应j j 范闱也较厂，特别是近年来，各种新型近接什的不断f l j 现 志麟嘲嘲甲哩啡点删喇阐哩蝴 悼志掣删|l南叫意 - 8 - 东北林业人学顾l 学位论文 带来了家具结构的一次深刻变革，拆装家具( k d k n o c kd o w nf u r n i t u r e ) 和待装家具 ( r t a r e a d yt oa s s e m b l ef u r n i t u r e ) 也冈此有了很人发展采用拆装连接件设计生产的 家具，t 艺简单，拆装方便，完全可以实现先油漆后组装的生产【：艺过程。与传统的家具 生产方式相比，拆装结构家具和待装家具便丁：实现机械化、自动化生产，零部件更易实现 标准化、系列化和通t l f j 化。这也给产品的包装、运输、储存带来了巨大方便。常用的连 接1 ，| ：主要有：偏心连接件、塞孔螺母连接件、空心木螺钉连接什、圆柱螺母连接件、直 角式倒刺螺母连接件、倒刺同定螺钉连接、膨胀销偏心连接件、搭扣式偏心连接件、倒 钩式偏心连接件等。其中，金属偏心连接件( 由倒刺螺母、连接杆、偏心轮组成，俗称 “三件式”) 在板式家具中应州最为广泛，因为它具有结合强度高、不影响产品美观、 拆装方便、孔位便于机械化加【的优点。最近世界著名的五金配件厂商德国海蒂诗公司 ”“( h e t t i e hi n t e r n a t i o n a lc o m p a n y ) ，推出了适用于普通庐1 2 西1 5 偏心轮的h e tr i c h r a p i d 快装连接杆，其具有以下优点： 1 ) 舒适：与倒刺螺母连接时，无需 具，只需通过指尖轻压，操作舒适； 2 ) 快装：直接插入，缩短了加工和安装时间，降低了成本； 3 ) 安全：排除了连接杆圆锥头和胀栓的间隙，当偏心连接件拉紧时，胀栓即张开，由 此提高了同定力；胀栓上的定位圈保证了一个固定的插入深度，发挥了连接杆的功能； 通过内外锯齿而达到了双重保险功能，快装连接杆的固定位置最佳；拆卸用手完成，无 需工具操作安全。 2 3 4 胶结合 胶结合是指零部件之间，借助胶层对其的相互作用而产生的胶着力，使两零部件结 合起来的一种方法。在家具生产中，胶结合一般指单独用胶结合零部件的方法。 委 鬻 瓣藿鬻 行阶式斜接插入式斜接 捅入式端接 图2 - - 2 熔化喷射斜接方式示意图 f i g u r e 2 - - 2 t h ec o a n e c t i o ns t y l eo f m o l t i n j e c t 熔化喷射( m o l t i n j e c t ) 式结合”。| 是德国k u r th e l d 公司发明，能够克服由丁刨花板 的芯层密度低、施胶苗少、川一般连接什连接时结合强度不够理想的缺点。它是先在板 板式家具角部结台性能的研究一9 式部件上开山槽口，然后把熔化的聚酰胺材料在2 0 0 n c m 2 的高压下注进板件角接合处的 槽中。这些熔化的聚酰胺先填满了槽口，然后渗入板件。同时，加热至3 0 0 c ，使熔化的 聚酰胺在几秒中内迅速同化。这种熔化喷射的结合方式，能弥补其他结合方式的不足， 结合严密，防水性能强，故在欧洲、北美、日本等地推厂应用。常见的熔化喷射式角部 结合方式如图2 2 所示。 2 4 板式家具角部结合的基材 现代板式家具角部结合所用的基材主要是指各种人造板材。人造板材种类很多，其 中常用的是胶合板、纤维板、刨花板。由于人造板在质量上近似甚至优于天然木材，如 幅面火、质地均匀、变形小、强度大等，因而在家具制造业中，特别是现代板式家具中 获得了广泛应用，成为家具 ：业的主要结构材料。在我国，中密度纤维板已成为板式家 具生产的主要原材料。胶合板、细木工板作为家具制造的传统材料，在板式家具生产中 仍占有很重要的地位。下面对板式家具生产中常用的基材一刨花板、纤维板、胶合板作 简要介绍。 2 4 1 刨花板 所谓刨花板是指用木材加：r 剩余物或小径木等作原料，经加，j ：成刨花，并加入一定 量的胶粘剂，再经铺装成型，热压而制成的一种板状材料。 2 4 1 1 刨花板的分类 刨花板的种类很多，这里从分类上，对其加以介绍。 按密度，刨花板可分为低密度刨花板( 密度为2 5 0 一4 0 0 k g m 3 ) 、中密度刨花板( 密 度为4 0 0 一8 0 0k g m 3 ) 、高密度刨花板( 密度为8 0 0 一1 2 0 0k g m 3 ) ，在板式家具中，f l l j 刨花板作结构材料希望强度高些。但义不希望过重，所以多采_ h j 中密度刨花板。 按结构，可分为四类：单层刨花板，其刨花不分人小，均匀铺成板坯：三层刨花板， 表层用较细的刨花且含胶量高，芯层_ 【 较粗人的刨花，这种刨花板表面平滑，强度人， 尺寸稳定性好，其他也有五至七层的，但性能人体相似；渐变刨花扳，从表面到中心， 刨花由细到粗，表层和芯层没有明显界限；定向刨花板，其刨花按一定方向排列，有单 层平多层排列，该类扳在一定方向的强度得到加强。 按生产方法，基本可分为两种：平乐刨花板，刨花平铺在板坯中，加压时压力垂直 丁板面，这种刨花板静曲强度人，扳的艮、宽方向尺寸稳定性好；挤压刨花板，h j 杆状 碎料作原料，铺装时，板坯碎利乖直1 ：扳面，加压的方向平行丁板面，该种板t t 住厚度 方向的吸水膨胀较小。 按表面加1 方式，品种上要有：素刨花板，热压后表面未做任何加l ：，或者经单面 或双面砂光，厉者表面质茸好，厚度尺寸精度高，是扳式家具生产中常_ l j 的基材。! n 【i 面 刨花板，根据加l 方式的不同和贴面材料的不同，义呵分木质材料贴面刨花板、塑料材 ：= i 贴面刨花板、浸渍材料贴面刨花板等。这类刨花扳具有极好的装饰性能，是现代扳式 1 0 一 东北林业人学颂1 一学位论文 家具生产的首选基才之一。涂饰刨花板，在素刨花板表面进行印刷或涂饰，主要有直接 印刷装饰板、彩色涂饰装饰板、透明涂饰装饰扳等。这类板材与贴面刨花扳一样，可有 弧光、亮光等装饰，深得消费者喜爱。 按加1 ：原料，可分为木质刨花板和非木质刨花板，木质刨花板根据树种可再分类， 1 f 木质刨花板根据压制成板的农作物废料名可分为腰麻屑刨花板、蔗渣刨花板、花生壳 刨花板等。 按用胶种类，主要有尿醛胶刨花板、酚醛胶刨花板、三聚氰氨刨花板、单j 。胶刨花 板等，其中，酚醛胶刨花板耐水性较好。 2 4 1 2 刨花板的性能指标 刨花板的物理力学性能指标都应符合国家标准的规定。常用厚度有8 、1 0 、1 3 、1 6 、 1 8 、2 2 m m 等根据实际情况也有9 、1 2 、1 5 r a m 等厚度的刨花板。晟常用的幅面有9 1 5 1 8 3 0 n u n ，1 2 2 0 xi 8 3 0m i n ，1 2 2 0 x 2 4 4 0n l n l 等。用于板式家具的刨花板的外观要求也比较 严格，表面夹杂物、压痕、局部松软、砂光不匀。边角缺损等都应严格限制。刨花扳的 力学性能指标见表2 1 。 表2 1 刨花板力学性能 t a b 2 1t h em e c h a n i c so f t h ep a r t i c l eb o a r d 刨花板之所以能广泛应_ j 丁板式家具生产中主要是冈为：刨花板具有优良的机械性 能、板面均匀、密度适中( 常_ j 的有6 5 0k 咖3 ) ；乖直丁板面的抗拉强度为3 8k 甚c m 2 ， 静曲强度为1 8 0 2 5 0k g c m 2 ；刨花板握钉力良好，乖直板表面握钉力达6 1 0k g c m ： 良好的加i ：性能录| 吏h 3 性能；扳的厚度误差小；刨花板的翘曲变形小，尺寸稳定性好； 易丁- 装饰和油漆。但是，刨花板的蠕变较严重，需采取措施加以改变，或在设计搁板之 类长期承重构什时采取加强措施或选_ i 其他材料。 2 4 2 纤维板 纤维板是以植物纤维为主要原料，经过纤维分离、成型、干燥和热压等i ：序制成的 板材。 2 4 21 纤维板的分类 纤维板的种类也很彩，这里仍从分类l ，对其加以介2 f 。 板式家具角部结合性能的研究 1 1 按密度纤维板可分为二类：软质纤维板( 或低密度纤维板) ，密度为4 0 0k g c m 3 以 f ：中密度纤维板，密度为4 0 0 一8 0 0k g 锄3 ；高密度纤维板( 或便质纤维板) ，密度为 8 0 0 k g c m 3 以上。 按成型介质，可分为干法纤维板和湿法纤维板两人类：湿法的特点是以水作为纤维 运输和板坯成型的介质，借助板坯内水的表面张力和塑化作t 【1 j ，在热压中纤维与纤维之 间形成较为牢i 司的结合力，这种方法可不j 【 j 胶粘剂，但会造成纤维流失和环境污染。干 法是以空气为介质，加以一定量的胶粘剂，在热压中成板，该方法热压周期短，生产效 率高，常用的中密度纤维板就是以干法生产的。 按原料、_ j 途或生产方法也可以对纤维板加以分类。 2 4 2 2 纤维板的性能指标 纤维板的厚度范围根据密度不同而异，一般硬质纤维板2 8 m m ，中密度纤维板为 6 - - 3 0 r n m ，软质纤维板为9 3 2 ，幅面大致与刨花板相似。纤维板的性质因原料种类、 制造工艺不同而差异很大。常用纤维板性质如表2 2 所示 表2 2纤维板物理性能” t a b 2 2 t h e m e d m n i c s o f t h e p a r t i c l e b o a r d 纤维板的表面特性、加：j ：性能、握螺钉力、隔热、隔声性能都比一般人造板好的多： 其表面是极细的精磨纤维加j ：的，纤维的胶合状态良好，表面光滑，材质均匀，对涂料 的附着性能良好。而硬质纤维板和中密度纤维板具有良好的加t ：性能，它们可以锯解、 刨光、打孔、拼接、及铣削加i ：，所以在板式家具中应用越来越j “泛。其中，扳式家具 生产的四种基本组什都可以j ； j 纤维板来制作： 支承构什：如项扳、底板、搁板等，制作这些材料需要的板材具有较高的抗弯强度 年l i 弹性模譬。 支持构件：如边板等，这类板什廊具有良蚶的抗震性和抗弯强度。 活动构什：如隔板、门板等，这类板什麻具有良好的外形雨l 尺寸稳定性。 覆盖构什：如背板、前板、复盖板等，要求j ，度小有一定强度。 2 43 胶合板 胶合板是由不同纹理方向排列的层或奇数多层单板( 薄术) 胶合 起绸成的板 - 1 2 一 东北林业大学硕j 学位论文 材，通常相邻层单扳的纤维方向互相垂直。胶合板的最外层称为表板，正面的表板称为 面板，反面的称为背板，内层的单板称为芯板或中板。一般芯板j 4 j 次、碎单板拼接，面 板可t l f j 光滑平整、纹理优美的珍贵树种的单板。 2 4 31 胶合板分类 常见胶合板品种主要有胶合薄板、胶合厚板和装饰胶合板。胶合薄板( 一般厚度小 丁1 5 m m ) ，包括普通胶合板、夹芯板等，普通胶合板按树种、胶种、层数等区分为不同 名称的胶合板。夹芯板是复台扳的一种，表面是单板，而芯层为薄型刨花板或中密度纤 维板。胶合厚板( 一般厚度大于1 5 m m ) ，层数多，强度较大，尺寸较稳定，广泛用作扳 式家具的结构材料。细木，i ：板是利用窄木条，按顺纹方向互相拼接，在拼板的上f 各胶 合一层或两层单板，它具有结构稳定、成本低于同等厚度的胶合厚板的优点，是优良 的板式家具材料。在胶合板表面进行特殊加工或用各种装饰材料进行饰面处理，提高其 使用价值，最常见的是复面装饰胶合板，它是根据各种使_ i j 目的，在普通胶合板的表面 用刨制薄木、微薄木、人造薄木、各种图案的布和浸渍纸等进行装饰。这类基材发展也 较迅速。 2 4 3 2 胶合板的性能指标 目前，板式家具中最常用的是三层和五层薄胶合板，有时也用七层以上的厚板。胶 合板的厚度与层数有关，三层厚2 5 6 m m ，五层板厚5 1 2 m m ，细木工板最普通的厚 度为1 8 - - 1 9 r a m ，较薄的有1 5 r a m ，较厚的有2 5 r a m ，胶合板常用幅面尺寸是9 1 5 x 1 8 3 0 r a m ，1 2 2 0 x1 8 3 0i n l l l ，1 2 2 0 2 4 4 0m 。 根据国家标准，胶合板按材质和加i ：质量分成二个等级，每个等级中对胶合板的含 水率、密度、导热性、胶合强度、强度均齐系数，强重比等指标都作了界定。 2 5 板式家具角部结合方式 所谓板式家具角部结合方式是指组合成角的两零( 部) 什基材的成角形式，最常见 的有“l ”型和和t 型。以柜体为例，一般情况卜，顶扳与旁扳、面板与旁扳、底板 与旁扳等板式家具的外框成交方式为l 型，而搁板与旁板，隔扳与顶板、隔板与底 扳、隔板与搁板等内部成角为“t ”掣。 板式家具角部结合性能的研究 一1 3 3 实验材料和方法 3 1 实验材料 3 1 1 试件基材的物理力学性能 实验所采用的双贴面刨花板、中密度纤维板基材产自吉林省露水河林业局，其试件 物理力学性能见表3 1 。 表3 1 基材的物理力学性能 t a b 3 1t h em e g h o a i c so f t h es u b s t r a t e s 名称代号 厚度密度 尊竽 弹性模量 哆曲强譬 ( ) ( k 墨m 3 ) 比( g p a ) ( m p a ) 刨花板p 1 86 9 0 80 3 02 0 3 01 8 3 5 中密度纤维板m d f 1 87 6 7 50 3 03 1 7 53 5 6 2 注：p - - p a r t i c l e b o a r d ( 刨花板) ，m d f - - m i d d l e d e n s i t y f i b e r b o a r d ( q b 密度纤维板) 3 1 2 实验中的五金连接件的规格型号 实验中所用的五金连接件主要有两种：三件式偏心连接件和倒刺固定螺钉结合连接 件，其规格型号见表3 2 。结构见图示。 表3 2 五金连接件规格型号 t a b 3 2t h em o d e la n ds t a n d a r do f t h eh a r d w a r e 三件式偏心连接什_ 手l l 倒刺闱定螺钥结合连接什的结构分别见图3 1 和图3 2 所示。 3 1 3 实验_ 【 胶 本实验中所州的胶为乳胶( 聚醋酸乙烯) 代号为c 。 - 1 4 东北林业人学预l 学位论文 314 实验所朋的圆榫 实验中所州的圆榫为螺槽圆榫，c 型( q b t3 6 5 4 - - 1 9 9 9 ) ，代号为d ，柞木，哈 尔滨鲍氏木业有限公司生产，含水率5 ，密封保存在塑料袋内，其尺寸规格为曲8 3 6 m m 如图3 3 所示。 国 l r 叫 偏心轮连接杆 图3 1 三件式偏心连接件 f u g u r e 3 - - 1 e c c e n t r i ch a r d w a r ew i t ht h r e ep a r t s 肇。翟 莹 一 一 1 3 2 倒刺螺母 件( )件( b )连接剖面图 图3 2 倒刺固定螺钉结合 f 哪r e 3 2 s c r e wh a r d w a r ew i t ht h r e ep a r t s 图3 3 圆榫尺寸示意图 f i g u r e 3 - - 3 t h em e a s u r e m e n to f t h ed o w e l 板式家只角部耋占合性能的研究1 5 3 2 实验中所用的仪器、设备 实验中所用的仪器设备主要是用来进行试件加f ：、组装和部件物理力学性能测定， 它们的规格型号见表3 3 。( 部什组装设备如锤子、螺丝刀等，测量工具如尺子，加紧设 备等略) 表3 3 实验所用仪器、设备 t a b 3 3t h em o d e lo f t h em a c h i n ea n di n s t r u m e n t 3 3 试件制备 3 3 1 试件加1 ： 本论文实验中要分别在两种基材( 刨花板和中密度纤维板) 上进行四种接口方式( 偏 心连接件、圆榫、倒刺固定螺钉结合连接件、胶结合) 的两种结合方式( t 型和l 型) 共1 6 个连接类型的角部结合试件的性能实验，对每种类型，本实验测定6 个有效试件 和一个参考试件，即共加 1 1 2 个试什部件。所用试什及形式见表3 4 ，其剖面图如所 图3 4 所示。 偏心连接件“l ”型结合偏心连接件“t ”型结合 ：! ! ： 查! ! 查! ! 些查兰堕! ：兰些堡兰 p l t 恒 摩 褂 t 胶连接“l ”型结合 l l i = = 括 髑 瘩8 时 一 ；= ；测 腔连接“t ”型结合 图3 4 角部结合试件剖面图 f i g u r e 3 - - 4c u t a w a yv i e wo f c o r n e r j o i n ts a m p l e s r _ 矧一1 板止家具角部结台忖能的研究 1 7 - “t ”喇、“l ”型结合扳件尺寸如图3 5 所示： 矿俨 “l ”掣 f i g u n 3 5 “t ”删 图3 5“l ”和“t ”型试件示意图 c o r n e r j o i n ts a m p l e so f ”l ”t y p ea n d ”t ”t y p e - 1 8 一东北林业人学做】学位论文 33 2 锯截试什 先将供试双贴面刨花板、中密度纤维扳样板沿长边方向h ja l t e n d o r f 推台锯锯截 成2 2 0 x1 0 0 m m 的试条，分别编号后，再将每一试条截为1 7 0 1 0 0 m m 及1 5 0 1 0 0 m m 丽块一组，这样做是为了尽量减小每组试件本身的材性差异。本实验中共戳取1 1 2 组试 竹。 33 3 试什钻孔 试什截好j i 舌，需要在m d f e l 、m d f e t 、m d f s l 、m d f s t 、m d f d l 、 m d