（机械设计及理论专业论文）现代家具设计中的材料应用研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 材料是家具设计的物质载体，家具设计中材料的选择与利用也在很大程度上影 响着家具的造型与审美感觉。本论文第一章论述了课题的研究背景、选题目的、意 义及创新点等；第二章简要阐述了木材、金属、塑料三种常用材料和玻璃、藤材、 纸材三种新兴材料的特性及加工工艺：第三章重点分析了这六种材料在现代家具设 计中的应用形式，总结应用特点，并结合材料特性和加工工艺分别提出每一种材料 在家具设计中可采取的应用策略；第四章总结材料的应用规律和选择原则，分析材 料的有效利用实例，并对材料应用进行展望；第五章则在前几章分析的基础上进行 设计提案。 关键词：家具设计，材料，应用 a b s t r a c t m a t e r i a li ss u b s t a n t i a lc a r r i e ro ff u r n i t u r ed e s i g n ，a n dt os o m ee x t e n t ，t h es e l e c t i o n a n du t i l i t ya f f e c t si t sf o r ma n da e s t h e t i ca s p e c t s t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i se s s a yw i l l d i s c u s st h eb a c k g r o u n d ，p u r p o s e ，s i g n i f i c a n c ea n dt h ep o i n t so fi n n o v a t i o no ft h i ss u b j e c t t h es e c o n dc h a p t e rw i l lc o n d u c tab r i e fi n t r o d u c t i o nt op r o p e r t ya n dm a n u f a c t u r i n g p r o c e s so ft h r e em o s tu s u a lm a t e r i a l s ：w o o d ，m e t a l ，p l a s t i c sa n dt h r e en e wa p p l i e d m a t e r i a l s ：g l a s s ，h i n e s ，p a p e r t h et h i r dc h a p t e rw i l la n a l y z et h er u l e so fa b o v es i x m m e f i a l s a p p l i c a t i o n ，s u m m a r i z ec h a r a c t e r i s t i c so f a p p l i c a t i o n ，a n df o r e s e et h et e n d e n c y o fe a c hm a t e r i a lo ff u r n i t u r ed e s i g n t h ef o r t hc h a p t e ri sg o i n gt os u m m a r i z er u l e so f a p p l i c a t i o n , p r i n c i p l e so fs e l e c t i o n ，a n a l y z ee x a m p l e so fm a t e r i a l s e c o n o m i z a t i o na n d p r o s p e c to fm a t e r i a l s a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t l a s tb u t n o tl e a s t ，p u tf o r w a r dp r o p o s a l s o nt h eb a s i so fp r e c e d i n gc h a p t e r s d e n gx i a o s h u ( m e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rm ib a o s h a n p r o f e s s o rz h a n gf u c h a n g k e yw o r d s ：f u r n i t u r ed e s i g n , m a t e r i a l m ，a p p l i c a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文现代家具设计中的材料应用研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名：- ! 阜生日 期：二! 五业 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：型 ! ：g 笨 日 期：壅2 ：i ：23 导师签名：缒 日期：鱼掣业 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究背景及选题动机 第一章概述 中国家具文化源远流长，家具造型工艺与美学价值巨大。在中华民族悠久的历 史长河中家具有着自身光辉的历史篇章，明式家具的“材美工巧”是我们不可多得 的宝贵财富。“家具是一种深具文化内涵的产品，它实际上表现了一个时代、一个 民族的消费水准和生活习俗，它的演变实际上也表现了社会、文化及人的心理和行 为的认知。” 选定在家具方面进行探讨，是因为家具在现代工业中的特殊地位所决定的。首 先，家具是人类生活中不可缺少的重要组成部分，从手工业时代的家具设计，到大 批量的工业化生产，或是二者并存的时代，家具的发展、演变都深深影响着人们的 生活。其次，家具的生产比较特殊，它可以批量生产，可以小批量定制生产甚至单 件制造，这样的生产方式使家具经常作为新设计思潮的载体。纵观工业设计的发展 历史，我们可以发现，设计师在从事设计实践的初期，往往是从自己设计所要使用 的家具开始的，这种情况与家具生产的上述特点有着密切的关系。 我国家具产业繁荣发展，家具设计却不容乐观，具有自主知识产权的产品少之 又少。一方面我国的家具消费市场已经不像八十年代那样处在一个追赶消费的热潮 中，现有市场变化莫测，家具企业市场开拓能力不足，过分依赖价格优势，导致不 能维持正常的利润空问，产品质量下降、服务缺失；啦! 另一方面家具企业的自主设 计能力差，自有品牌少，设计人才严重匮乏，造型缺乏创新，抄袭仿冒之风盛行， 经常出现大厂仿国外，小厂仿大厂的情况。如何突出自己的特色，做出有创新性的 设计，是摆在当前家具设计领域的一个严峻课题。 我国对家具的使用由来已久，家具造型变化丰富、材料的运用也是推陈出新。 材料作为家具设计的物质载体，标志着科技的创新和发展，标志着人们生活质量的 提高。而生活质量的提高必将更加促进人类社会的进步、新材料的应用，带动新技 术、新工艺的更新。人类社会在发现材料、制作材料和充分利用材料的过程中，发 展了材料的实用性和材质的审美性，从而逐步实现材料的实用价值和审美价值的融 合以及功能和形式的统一。随着科学技术的不断发展，人类的生产力在近几百年实 现了快速增长，随之而来的就是人类对自然无限制的干预而导致的不可再生的资源 问题、工业化问题和环境污染问题，这些问题直接影响着人类的健康和生存质量。 我国传统家具设计中选择的材料以木材居多，树木的砍伐对生态环境影响巨大，由 于材料应用不恰当所导致的资源浪费占一定比例，设计师在选择材料时缺乏必要的 理论知识，只是随心所欲的选择，很少考虑到材料与造型、加工的关系，对材料的 华北电力大学硕士学位论文 有效利用形成了一定的阻碍 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 英国的莱夫特瑞出版的欧美工业设计5 大材料顶尖创意丛书涵盖了木材、金属、 塑料、陶瓷、玻璃五大常用材料的应用。该系列丛书主要从创意设计的角度探讨一 般普通材料的创造性用法，为材料在设计中的应用提供了新的方向，同时也给广大 的设计工作者以启示。 1 2 2 国内研究现状 国内目前有关家具的研究不胜枚举，取得了很多成果，也给现代家具设计带来 了很多有益的启示。笔者对网络数据库和现有出版书籍的查询显示我们对家具材料 与造型的关系研究还比较缺乏，各种材料具体的造型规律也没有进行很好的总结。 1 2 2 ，网络数据库中该方面的研究现状分析 以“家具”为关键词对“中国优秀硕士学位论文全文数据库”的查询显示找到 符合标准的论文6 0 篇，分别涉及到生产管理、成本策划、装配建模、家具人性化、 仿生家具、家具比较研究等领域。 以“家具材料”为关键词的查询显示找到符合标准的论文5 篇，分别涉及到竹 材、纸质材料的应用 1 2 2 2 出版书籍中该方面的研究现状分析 在笔者所查阅的该方面书籍中一部分是对常用材料性能、加工工艺的介绍，一 部分是对某种特定材料的介绍及应用该材料的家具图片展示。 1 3 研究意义与课题创新点 1 3 1 研究意义 在理论方面，从材料的角度对所收集现代家具进行分类，探讨材料在家具中的 应用形式，对该种材料的应用情况进行分析整理，根据分析结论综合材料固有特性 提出该材料在家具设计中的应用策略。一方面可以进一步了解材料的性能和在家具 设计中的应用形式，理解不同材料造型的基本特征；另一方面我们可以从中发掘现 代家具设计中造型和材料的关系，材料的有效利用形式等，增加对家具造型的理性 分析。 在现实方面，分析家具设计中材料的利用将有助于企业把握家具造型与材料的 2 华北电力大学硕士学位论文 有效利用，降低材料成本，减轻价格压力，保持较高的利润空间。笔者认为了解材 料特性、材料的应用形式对新产品的开发大有益处，企业可以结合自己的工艺技术 能力，采用适当的材料，研究能够发挥自己企业特长、体现自身优势的新产品。另 外，通过对家具材料应用形式的总结加深对材料影响造型元素的理解，总结出一定 的材料应用规律，从而在现代家具设计过程中加以运用 1 3 2 课题创新点 从材料在现代家具设计中的应用形式入手进行归类分析，并得出不同材料的应 用规律，提出了相应的设计策略，定性与定量的分析研究有助于指导主观性的创作 行为。 在研究方法上以设计学的研究方法为主，结合社会学、美学等学科的研究方法 对所收集家具样本进行分析，同时运用统计学方法对家具样本中同一种材料的应用 部位进行分析，从科学的角度进行总结，给现代设计以指导和参考。 1 4 研究对象、方法及思路 1 4 1 研究对象 【现代家具】 广义地说，家具是指供人类维持正常生活，从事生产实践和其它社会活动的必 不可少的一类器具。狭义地说，家具是人们生活、工作或社会活动环境中供人们坐， 卧、支承、凭倚与贮存物品的器具或设备删本论文中所要研究的现代家具，具体 是指自1 9 世纪中叶以来设计生产的家具，鉴于家具体系的庞大，本论文中所收集 的家具样本以坐具为主。 材料 基于论文篇幅和研究深度的考虑，本论文中所探讨的材料限于家具设计中常用 的木材、金属、塑料、玻璃及有强大发展潜力的藤和纸质材料。 1 4 2 研究方法 本论文的研究方法主要有： 查阅文献法：书面资料方面主要是通过查阅大量的产品( 特别是家具方面) 书 籍、杂志等，搜集不同材料的家具造型。并通过学习材料与工艺、方法学、经营管 理、美学等方面的参考书，为分析有关材料的应用形式作理论准备。电子资料方面 主要是通过浏览i n t e r n e t 上有关家具材料的信息，寻找不同材料家具造型的实例 与新的研究动态，作为书面资料的有力补充。 统计分析法：通过对所收集的家具造型按照材料进行分类，采取层层深入的方 3 华北电力大学硕士学位论文 法，对材料在家具中的应用情况进行统计和不同侧面的分析总结。 对比分析法：将不同材料在同一类型家具构件中的应用情况进行对比分析，归 纳出现代家具设计中材料的应用规律。 1 4 3 研究思路 将所收集的家具按照材料进行划分，探讨同种材料在家具的不同部位的应用情 况，并针对同种材料在相同部位的造型进行分类整理，总结出材料的应用特点，从 中得出现代家具设计中的材料应用规律，提出设计策略，并对材料的选择和有效利 用进行分析归纳，最后对材料在家具设计中的发展应用趋势进行总结。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章现代家具设计中的材料 2 1 现代家具设计与材料 2 1 1 家具设计 家具设计是在用途、经济、工艺材料、生产制造等条件的制约下做成图样方案 的总称。“1 使用功能、物质技术条件和造型形象是构成家具设计的三个基本要素。 对于家具来说材料就像是人的骨、肉和皮肤，分别起着支撑、充实与保护的作用， 物理功能是其基本属性。作为人类的忠实伴侣，家具只有通过材料才得以成形，并 通过材料与人体亲密接触。因此生活中人们的舒适程度不仅取决于家具形体的构 筑，更在于材料的选择。 以材料为标准对家具的分类如下： 表2 1 按照材料进行家具分类 家具类型主要特征 木材家具主要使用实木或各种木质复合材料( 如刨花板、纤维板、胶合板等) ， 经过锯、刨等切削加工手段，采用各种榫接合制成的家具掘1 金属家具主要使用钢材、铸铁、铝板等常见金属材料所制作的家具 塑料家具整体或主要部件使用塑料，包括发泡塑料加工而成的家具 玻璃家具以玻璃为主要构件的家具 藤材家具使用藤材编织而成的家具 纸质家具以纸材做成的家具，突出环保理念 石家具以大理石、花岗岩或人造石材为主要构件的家具 软垫家具以弹簧、填充料为主，泡沫塑料成型以及充气成型的柔性家具 2 。1 2 家具设计中的材料 迈尔新百科全书对于材料的定义是；“自原料中取得的，为生产半成品、 工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、皮革、塑料、纸天然纤维和化学纤 维等。” 在人类文明发展史上，常以不同材料为各个阶段命名，它标志着人们对材料变 革在人类文明进程中重要作用的深刻认识。产业革命后，威廉莫里斯发起的“工 艺美术运动”开始把材料提升到设计的高度。伴随着科技的发展，新材料不断出现， 设计发展的历史证明，各门类科学的发展，对扩大设计的表现领域和扩大新材料的 使用都起着重要的作用。我们可以清楚地看到，新材料的出现总是鼓励设计师对新 5 华北电力大学硕士学位论文 形式的探索，在设计语言的演变与发展上，材料对其观念的变革起着至关重要的作 用。 家具设计中所使用的材料为了加工与使用的方便，往往事先制成一定的初始形 态，按这些形态通常将材料抽象的划分为三大类： 表2 2 按照形态进行材料划分 形态材料 线状材料钢管钢丝铝管金属棒塑料管塑料棒木条竹条藤条 面状材料金属板木板塑料板合成扳皮革纺织布玻璃板纸板 体状材料木材石材泡沫塑料铸钢铸铁铸铝油泥石膏 2 2 材料特性 2 2 1 木材特性 木材作为天然材料，在自然界中蓄积量大、分布广、取材方便，具有优良的特 性，是最广泛最常用的传统造型材料，且具有百分之百可再生性，从树到产品的过 程中不会产生任何有害的副产品，其自然、朴素的特性更是让人产生亲切感，被认 为是最富于人性特征的材料。因此尽管在新材料层出不穷的今天，它在家具设计中 的应用仍占有举足轻重的地位。 木材的基本性能：h 1 1 质轻木材由疏松多孔的纤维素和木质素构成，质轻坚韧，并富有弹性，在纵向 的强度大，是有效的结构材料，但其抗压、抗弯曲强度较差； 2 具有天然的色泽和美丽的花纹； 3 具有调湿特性，对空气中的湿气具有吸收和放出的平衡调节作用； 4 隔声吸音性 5 具有可塑性 6 易加工和涂饰 7 热、电的传导率低 木材的缺点： 木材由于干缩湿胀容易引起构件尺寸及形状变异和强度变化，发生开裂、扭曲 等弊病；木材着火点低，容易燃烧，易被虫蛀而引起变色和腐朽；木材是具有各向 异性的材料，即使是同一树种的木材，因产地、生长条件和部位不同，其物理、力 学性质差异很大，加上木材还有节子、虫眼、弯曲等天然缺陷，使之加工和使用受 到一定的限制。 2 - 2 2 金属特性 6 华北电力大学硕士学位论文 金属材料一般是指工业应用中的金属或合金。嘲工程师根据它们的机械和物理 性能给出了这样的定义：金属能够导热导电、质地坚硬、强度高、可以放置较长时 间、化学性能稳定、不透明。唧 金属的一般性能： 1 金属质地坚硬、外观富有光泽，而且具有反光特性，是一种奇妙的材料； 2 金属的稠度很容易随着温度的改变而改变，非常适合浇铸工艺； 3 金属有良好的延展性，易造型，用锤子或者冲压工具都可以轻易将本来平整的金 属弯曲成型，使其具备一定的功能； 4 高的导热性和导电性是金属材料所具有的主要特性。 金属的缺点：抗蚀性、抗氧化性差 2 2 3 塑料特性 塑料作为一种具有多种特性的实用材料，第二次世界大战后在世界各国获得迅 速的发展，主要原因是塑料的原料广泛，性能优良，加工成形方便，具有装饰性和 近代质感。 塑料的一般特性：“町 1 多数塑料制品有透明性，并富有光泽，能着鲜艳色彩，大多数塑料容易制成透明 或半透明制品。塑料几乎可以任意着色，这是与金属及木制品的不同之处，并着色 坚牢，不易变色； 2 塑料质轻，耐振动与冲击，比强度高。塑料比金属轻，强度比木材高，可以制作 成很薄很坚硬的制品； 3 塑料电绝缘性、热物理性能好，导热率极小； 4 耐化学药品性好，是一种优良的防腐蚀材料； 5 成型加工方便，能大批量生产，容易进行焊接、切削、表面处理等二次加工，精 加工成本低。 塑料的缺点： 1 不耐高温，低温容易发脆，耐热性较差，燃烧时放出有毒气体； 2 塑料制品易变形。温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大； 3 有“老化”现象。塑料在长时间使用或贮藏过程中，受环境的影响质量会逐渐下 降，变得硬脆或软粘而无法使用，这是塑料制品的严重缺陷。 2 2 4 玻璃特性 玻璃是指熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。n 1 1 玻璃的优良性能： 1 玻璃的硬度较大，仅次于金刚石等材料，比一般金属硬，不能用普通刀和锯进行 7 华北电力大学硕士学位论文 切割； 2 玻璃是一种高度透明的物质，具有一定的光学性能，通常光线透过愈多，玻璃的 质量越好； 3 玻璃的化学性质较稳定，大多数都有较好的化学耐蚀性； 4 玻璃有良好的气密性和装饰性。 玻璃的缺点： 玻璃在加工和使用中的最大缺点是性脆，其次是导熟性很差，一般经受不了温 度的急剧变化，制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。 2 2 5 藤材特性 藤是椰子科蔓生植物，群生于热带丛林中。它的茎是植物中最长的，质轻而且 柔韧，有极好的弹性。影响藤质量的因素有很多，其基本要素是：直径、长度、颜 色、柔韧性、直径的均匀性及节部的隆起程度。 藤材特性： 1 组织结构密实、不怕挤、不怕压； 2 轻巧坚韧，柔顺又有弹性； 3 抗潮、透气、防霉； 4 可塑性强，可任意弯曲。 藤材缺点：变色、机械损伤、虫孔 2 2 6 纸材特性 所谓纸，就是从悬浮液中将植物纤维、动物纤维、化学纤维或这些纤维的混合 物沉积到适当的成形设备上，经过干燥制成的平整、均匀的薄页。“2 1 从广义上讲， 纸包含纸张和纸板这两个术语。纸和纸板可以按厚度予以区别，通常把厚度在0 1 哪 以下的称为纸，而将厚度在0 1 唧以上的称为纸板。纸和纸板的本质区别还在于 其剖面上的结构不同。纸的结构只有一层，而纸板一般为三层结构，面层、芯层、 底层。 纸质材料材质轻盈，韧性强、可着色、美观、实用，还具有环保特性。这些特 性中，材质本身所具有的。亲和力”是其他材料无法比拟的，它能让人感受到亲近、 舒适与温馨。表2 3 将纸质材料与其他四类常用材料的特性进行了对比，让我们对 纸质材料的优越性与不足产生一定的认知。 8 华北电力大学硕士学位论文 表2 3 纸质材料与木材、金属、塑料、玻璃的特性对比 材料特质肌 坚透明加工着色透气耐蚀导热光泽耐磨 性量理硬性性性性性性度性 木材 3534443223 金属 525522554 塑料 2235535l45 玻璃 415 53213 1 55 纸制材料 l313552322 注：分值1 5 表示在该项指标上的程度，分值越高表示该项性能越好 2 3 材料加工工艺 材料和加工工艺密不可分，材料只有通过加工成型成为产品，体现出设计者的 设计思想。容易加工和成型的材料是设计的最佳选择，也是衡量选择材料好坏的重 要因素之一。正确选择加工方法与材质，可以让设计师小批量或大批量地制作产品， 而不需要在设备与加工方面花太大的投资，因此在分析材料的应用形式之前有必要 先对材料的加工方法作个大致的了解。 2 3 1 木材加工方法 木材加工的基本方法：“3 1 1 木材的锯割木材的锯割是木材成型加工中用得最多的一种。按设计要求将尺寸 较大的原木、板材或方材等，沿纵向、横向或按任一曲线进行开锯、分解、截断时 都要进行锯割加工 2 木材的刨削木材经锯割后的表面一般较粗糙且不平整，经刨削加工后可以获得 形状准确、表面平整光洁的构件。 3 木材的凿削木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构，因此榫孔的凿削是 基本加工之一。 4 木材的铣削木制品中的各种曲线外形加工。 2 3 2 金属加工方法 金属材料的加工成型方法可区分为铸造、塑性加工、切削加工、焊接与粉末冶 金五类。“1 1 铸造将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法， 是生产金属零件毛坯的主要工艺方法。 2 塑性加工在外力作用下，金属坯料发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺 9 华北电力大学硕士学位论文 寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法 3 切削加工 利用切削刀具在机床上将金属工件的多余加工量去掉以达到规定的 形状、尺寸和表面工艺质量的工艺过程。 4 焊接加工 充分利用金属材料在高温下易熔化的特性，使金属与金属相互连接的 一种工艺，是金属加工的辅助手段。 5 粉末冶金 以金属粉末为原料，经混合、成型和烧结，获得所需形状和性能的材 料工艺方法。 2 3 3 塑料加工方法 塑料的成型方法有很多种，成型方法的选择取决于塑料的类型、特性、起始状 态及制成品的结构、尺寸和形状等。根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料的成 型方法大致可分为三种： 1 处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻等机械加工方法： 2 当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法； 3 把塑料加热到粘流态，可以进行注塑成型、挤出成型、吹塑成型等加工。悯 2 3 4 玻璃加工方法 玻璃的成型是将熔融的玻璃液加工成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的工艺 过程。常见的玻璃成型方法有：压制成型、吹制成型和拉制成型。“町 1 压制成型在模具中加入玻璃熔料加压成形： 2 吹制成型 先将玻璃粘料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入热熔态的玻璃型块 中，使之吹胀成为中空制品； 3 拉制成型利用机械拉引力将玻璃熔体制成制品； 4 压延成型用金属将玻璃熔体压成板状制品。 2 3 5 藤材加工方法 原藤处理的一般方法是：刮平节部氯水浸泡( 或在清水中用砂擦) 一二氧化 硫烟熏一晒干一按质量及用途分类。刮平节部目的是使其直径均匀，便于进一步加 工；氯水浸泡及二氧化硫烟熏起漂白作用；砂擦起到去除硅及清洁表皮的作用。印 尼有的产藤区还将鲜藤条放柴油或柴油，煤油混合物中煮，以除去茎中的大部分水 分及树脂等有机物，再移入水槽，用砂擦净，然后靠在室外木架上晒干。 另外，藤材的弯曲方法有两种：一是用于弯曲曲径较小的藤材的火烤法，另一 种是适用直径较大藤材的锯口弯曲法，具体就是将想要操作的部位挖去一部分后再 进行弯曲。 2 3 6 纸质材料加工方法 1 0 华北电力大学硕士学位论文 纸的加工方法分为表面加工和立体性加工对纸张本身的加工有折叠、弯曲、 捻、刮、磨、压、切等方法，可造成凹凸、转折、各种肌理及面的变化等效果；立 体性加工是通过质和量的改变使其产生较大的变化，如纸张成型前在纸浆中添加一 些物质( 如添加化学药剂或树脂等) 来改变纸张的性能或是对材料进行切割、粘贴、 插接、联接、编织、撕破、打碎等，还可以通过加水使纸张产生扩张或进行加热干 燥使纸张缩小。 经常使用的具有代表性的技法主要有：折叠，剪切、联接组合、弯曲或卷曲、 粘接等。弯曲、卷曲是充分利用纸张的弹性来进行塑型，纸张表面并不留下折痕， 通过一定的弯折、联接等方式加工后可以增加纸张的强度、刚度，增加其承受压力 的持久性及载重量。另外，纸质材料是最易于粘贴连接的一种材料，因此在纸造型 的制作过程中可以充分利用这一优势。 2 4 本章小结 在这一章中笔者主要介绍了木材、金属、塑料、玻璃、藤材、纸质材料的特性 及基本加工方法，让设计师对此有一定的认知，也为在后面章节中结合材料特性对 家具样本进行分析，并提出设计策略打下基础。 华北电力大学硕士学位论文 第三章现代家具设计中的材料应用 3 1 现代家具设计中的材料应用简述 家具是由各种材料通过一定的结构技术制造而成的，所以家具设计除了考虑人 体使用功能的基本要求外，还必须考虑运用什么材料，采用什么样的结构技术。材 料是构成家具的物质基础，不同的材料产生不同的结构形式，同时也造就不同的家 具造型特征。因此在家具设计中，设计师必须熟悉各种材料的性能特点和成型特性， 从而设计生产出造型和使用性能优良的家具产品。 3 2 现代家具设计中的材料应用分析 3 2 1 木材与造型特征分析 家具木材的规格有板材、方材、薄木、曲木和人造板材。材料断面宽度为厚度 三倍及三倍以上的称为板材，而宽厚比小于3 ：1 的称为方材。人造板的产生大大 提高了木材的利用率，并且有幅面大、质地均匀、变形小、强度大、便于二次加工 等优点，是制造家具的重要材料。最常见的有胶合板、刨花板、纤维板、细木工板 等。 胶合板：用三层或三层以上的奇数单板，纵横交叉胶合而成。各单板之间的纤 维方向互相垂直，最上一层面层的扳材常采用优质树种的薄木。 刨花板：利用木材采伐和加工过程中的废料、小杂木或植物的秸秆，经切削成 碎片，加胶热压而成。 纤维板：利用木材采伐和加工过程中的废料和其他禾木植物秸秆为原料，经过 切削、制浆、热压成型、干燥而制成。 细木工板：利用木材加工的零星小料，切削成一定规格的小木条，捧列胶合成 板芯，两面再胶合夹板或其他饰面板材。 3 2 1 1 实木家具 实木家具是指木材经过锯、刨等切削加工，采用各种榫接合制成的家具。“町 1 应用形式 ( 1 ) 实木在家具中作为支撑件 华北电力大学硕士学位论文 表3 1 实木在家具中作为支撑件的应用形式 名 样本应用特征 称 四支撑框架结构采用榫接合形式，连接件上下粗细有 腿 支 别，让整体看起来轻盈许多，靠背和座面采用软垫进 撑 行搭配更是亲切温馨。 = 一三个椅腿成为该款椅子的主要结构件，靠背离座面较 腿 支 远，留有足够的视觉空间，三点支撑形成稳定感，前 撑 面的单腿对人脚的放置不造成障碍。 框 框式支撑形式，给人敦实庄重的感觉，框内空问的划 式分也注重了宽窄粗细对比，不落俗套。在采用新材料 支 的同时融入传统，该例是塑料与木材的和谐共存，是 撑 新兴的塑料工艺与木工智慧的重要融合。 折 可折叠式座椅，织物表面，结构件全部采用直线构成， 叠 通过中间的结构进行折叠，可自由收放，方便储存及 式 搬运。 对 对称式支撑，设计灵感来源于蜘蛛、螃蟹以及乌龟， 称 支撑部分是设计重点，不论是色彩还是材质的对比都 式 给人强烈的视觉冲击。 华北电力大学硕士学位论文 单 体单体支撑形式，造型简洁、富有动感，可承担的载荷 支 不大，装饰性较强。 撑 其 五块相同的花瓣状木块进行支撑，支撑件一半嵌入桌 他 面中，是木材作为支撑件中比较特殊的一种应用形 式。 其 。染色体”边桌，小桌表面看来结构复杂，且可在两 他 个不同的轴承上旋转，桌腿必须放在正确位置桌子才 能正常使用。 ( 2 ) 实木在家具中的其他应用形式 表3 2 实木在家具中的其他应用形式 名 样本应用特征 称 “z ”形椅是家具空间设计组织上的一次革命，在 作 最直接的功能上扫除了落座者双腿活动范围内的 为 整 任何障碍。“钔在艺术构图的竖直和水平元素之间 体 引入斜线以解决横竖构图元素间的冲突，开发了 现代家具设计的一个方向。 作 这款椅子是实木家具中一般形式的代表，采用榫 为 接 接结构，开放式靠背，座面光泽良好，做工细致， 体 效果颇佳。 “ 华北电力大学硕士学位论文 作该例是木材单独作为靠背的范例，木材的材质感 为 靠 觉与织物结合在一起，再加上简洁的造型方式， 背 造就了这款具有传统风格的现代坐具。 作木材在这款椅子中充当座面和一个支撑点，采用 为 座 线、面结合形式，有较强的构成的感觉，整个座 面 椅仿人体站立和坐姿形态，俏皮可爱。 作木材在该例中作为扶手使用，造型采用古代家具 为 扶 中的门窗装饰形式，颜色深沉古朴，在与现代材 手 料结合后更能显示出高雅的文人气质。 作 为 木材作为连接件使用是笔者所收集的案例中较少 连 的应用类型，该例中作为结构紧固件，也具有一 接 件 定的装饰效果。 作 为 钢材、玻璃、木材的结合，玻璃的脆弱、钢材的 承 足冷峻经过木材的中和变得温和、稳定。 台 2 应用分析 ( 1 ) 实木在家具中的应用形式 笔者共收集实木在家具中的应用实例共2 2 7 件，其中在支撑件上的应用有1 1 5 件，占到总体应用数额的一半以上，其次是应用于扶手，再次是靠背和座面 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 实木在座椅靠背上的应用 实木在座椅靠背上的应用实例共3 2 件，其中开放式2 2 件，封闭式1 0 件。 笔者将靠背按照其构造形式分为平行式、垂直式、板块式三类。平行式是靠背 构件平行布置，也叫梯条式或背撑式；垂直式是靠背构件呈垂直布置，又分为直条 与板材两类；板块式是由一块形状不同的板式构件所组成，适用于机械生产。t z e 1 6 华北电力大学硕士学位论文 垂直式靠背占总数额的1 2 ，其中垂直条靠背l l 件，垂直板材靠背5 件；平行 式与板块式数额相当，各占总体的1 4 左右。 ( 3 ) 实木在座面上的应用 实木在座面中的主要应用形式为传统的方形，其次为不规则形，圆形、梯形、 弧形的应用都较少。 ( 4 ) 实木在扶手上的应用 笔者将扶手的应用形式划分为整体式、单一式和交互式。整体式是指座椅的扶 手与框架支撑件为一整体：单一式是指扶手是单独的造型组成；交互式是指扶手与 部分支撑件连接，协助承担部分载荷。通过分析统计我们看到，整体式占所有应用 形式的6 0 以上，单独式次之，交互式最少。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 ( 5 ) 实木在支撑件上的应用 实木作为传统家具材料在框架支撑件上的应用较多，其中也是以常见的四腿支 撑式为主，框式、x 形、三腿支撑式都相对较少。 ( 6 ) 实木与其他材料的结合情况 在笔者所收集的材料中，实木与织物的结合应用最为广泛，其次是木材本身的 应用，再次是玻璃、藤和金属。 3 2 1 2 弯曲木家具 弯曲木家具，即利用木材的弹性原理，把所要弯曲的实木加热加压，通过模型 和夹具弯曲成型后组成的家具，这类材料只适合做椅子。洲它抛弃了多余的装饰， 形态纯朴，形成的线条流畅，增加了椅子的轻快感，具有视觉柔和的特点。 华北电力大学硕士学位论文 1 应用形式 表3 3 弯曲木在家具中的应用形式 名 样本应用特征 称 作这把椅子是为了发展蒸汽弯曲木材的方法和大批 为 靠 量生产的要求而设计。当时这把椅子在大量生产制 背 品中造价最低，且坚固质轻，适用于各种空间设置。 作 为 扶 1 9 2 5 年巴黎艺术装饰博览会中被应用于创新居住 手 空间中，背部和扶手部分线条流畅，是对单一弯曲 和 靠 木的典型应用。 背 作 为 靠 “y ”型椅，以批量生产和能够承担较高载荷为目 背 和 标，采用橡木材料，前腿可由木工车床加工，后腿 支 与靠背形成有力的三维空间。 撑 件 作 为 从侧面来看，弯曲的线条非常优美，令人想起新艺 框 术主义时期风格。考虑到装饰因素，每个单一部分 架 支都被设计为可以大批量生产和运输。结构合理，用 撑 件 螺钉和螺帽固定，可拆卸。 作 弗兰克盖里设计，从民间日用编篮上得到灵感。 为 该椅子由弯曲板条编织而成，每根板条由七层0 8 整 毫米的枫木片组成，不需要任何支撑构件，它们实 体 际上有足够的强度，还具有一定程度的弹性。 1 9 华北电力大学硕士学位论文 2 应用分析 笔者所收集的弯曲木基本上都应用于框架支撑件，只是应用方式略有不同，有 单一弯曲木的应用，也有多根弯曲木的结合应用，总体造型以曲线为主，淳朴柔美， 有浓郁的古典气质，因此在材料结合方面大多是全部采用木材或是与纸材、藤材等 质朴的材料相结合，没有收集到与金属、塑料，玻璃材料结合的范例。曲木家具抛 弃了多余的装饰，改变了后腿与望板之间一直沿用的榫接合，采用螺栓紧固结合， 所形成的椅子线条流畅轻快，是美观与结构结合的一次尝试，为探求新的式样打下 了基础。 3 2 1 3 模压胶合板家具 模压胶合板家具，即将胶合板经过热压成型制成的家具，目前在家具设计中的 应用非常广泛呦1 1 应用形式 表3 4 胶合板在家具中的应用形式 名 样本应用特征 称 格瑞特杰克设计，采用柚木面层的胶合板材料制 层 作，经切割后采用热弯曲方法成型，该例的弯曲程度 压 椅空前，弯角处转角半径小，弧形多样，承载强度大， 造型优美挺拔。 层 木质层压板椅子，1 9 2 9 - 1 9 3 5 年间阿尔托为维普里图 压 书馆设计的椅子之一，构件由弯曲的狭条薄板胶压而 椅 成，采用螺栓连接。 作 为这款椅子有胶合板制作的悬臂结构，当使用者坐在椅 扶 子上时，该结构起到缓冲减震作用，也有一定的弹性。 手 华北电力大学硕士学位论文 作胶合板材料在该例中单纯作为靠背使用，与织物、金 为 靠 属相结合，靠背呈波浪形弯曲，给人形态美感的同时 背 也起到了划分区域的作用。 作 为 靠背椅，1 9 4 4 年伊姆斯查尔斯设计金属支架， 靠 靠背、座面分离式，材料为层压胶合板，具有不同特 背 和点的物质材料结合在一起，且所有零件都焊接在一 座 点。 面 作 为 靠 靠背椅，金属支架，靠背、座面一体式，是蚂蚁椅材 背 料技术发展后的成果，可以有七种不同的颜色，非常 和 座 结实耐用。 面 作蝴蝶椅，仿蝴蝶形态造型，采用对称形式，像雕塑一 为 座 样，给人感觉严谨简洁，是日本家具设计制造商天童 面 木工的代表作品。 作 这款椅子基于人机工程学设计，让使用者的脊椎一直 为 保持“s ”形。使用者坐在倾斜的面上，将双膝放在 支 撑前面的软垫上。它的造型和就坐方式与传统的椅子完 件 全不同，提供了一个新的设计角度，给人以启示。 2 应用分析 ( i ) 胶合板在家具中的应用形式 2 1 华北电力大学硕士学位论文 胶合板在家具中主要应用于座面，其次是靠背，两者之间有既作为靠背又作为 座面的交叉情况，再次是整体层压的家具，最后是作为支撑件的应用，这种情况通 常是多层胶合。 ( 2 ) 胶合板在座椅靠背、座面上的应用 胶合板应用于座椅的靠背、座面大多数是采取一体式造型方式，这样就决定了 靠背形式多是封闭式，通常情况下靠背座面一体式的造型，靠背都是封闭式。 靠背座面形式数额座椅靠背形式数额i 一体式 2 3开放式1 0 1 分离式 1 l 封闭式 2 4 f 胶合板在座面中的应用形式分五种，方形、圆形仍然是主流形式，有一定弧度 的座面形式也占到较高的份额。 ( 3 ) 胶合板在支撑件上的应用 胶合板应用在支撑件上分六种类型，四足支撑式占多数，值得一提的是整体层 压成型的家具数额捧名第二，是一种新的层压板应用形式。 华北电力大学硕士学位论文 ( 4 ) 胶合板与其他材料的结合 从笔者所收集的材料来看，胶合板与其他材料的结合主要集中在金属材料上， 金属材料通常作为家具的承重部位，其次是织物，再次是玻璃，与其他材料的结合 比较少见，胶合板自身的整体应用也较多。 3 2 1 4 木材在家具设计中的应用策略 1 发掘各自优势特色，进行换位思考 从以上分析中我们可以看到实木、弯曲木最多的应用形式是作为家具支撑件， 胶合板最多是作为家具的靠背和座面，这与材料本身的形状有关，实木、弯曲木多 是线状材料，方便作为支撑结构件；而胶合板是属于板状材料，所以更适合作为靠 背和座面在设计过程中，我们可以进行换位思考，实木线材应用到靠背和座面中， 胶合板应用到支撑件中，形成不同的造型风格。 2 以材料物理性能为基础的设计 实木和弯曲木椅子靠背开放式多，封闭式少，而胶合板椅子开放式少，封闭式 华北电力大学硕士学位论文 多，这与材料本身的加工工艺性能相关。由于实木和弯曲木的质量相对重，承重能 力强，因此开放式的靠背不会影响椅子的功能，而胶合板本身是模压成型，应用开 放式靠背会削弱材料的承重能力，因此在设计时要充分考虑到这一点。 3 造型上的突破 不论是实木、弯曲木还是胶合板，它们的主要支撑形式都为四腿支撑式，其他 形式仅占总数额的一小部分，一方面说明了四腿支撑是我国传统家具支撑形式，另 一方面也显现出了木家具新的支撑形式的缺乏。从家具与地面的接触形式来看9 0 以上都是抽象的点和线接触，面接触的形式较少，以面接触为切入点进行支撑件的 设计为我们提供了一个新的思考点。 4 材质肌理的应用 木材是天然生成的生物体，不同的肌理赋予了它生活的气息，被认为是与人类 最亲近、最富有人情味的材料。木材的肌理与木材锯切方向有关，横切面为近似同 心圆形状，径切面为平行条状，旋切面为抛物线状；木材的肌理还与木材构造有关， 构造不同，木纹形状也不同。例如针叶树，它纹理细，材质软，木纹精细，以素装 为宜；而阔叶树组织复杂，木纹富于变化，材质较硬，纹理较粗。口”因此，可以根 据肌理形状和感觉的不同选择与之搭配的材质，针叶材质适于与纸、塑料等软性材 料组合；阔叶材质适于与石材、金属等硬质材料组合，这样能更好发挥木材的材质 特性。 5 木材色彩感觉的应用 木材与塑料、玻璃不同，它的色彩感觉是自然天成，非人工缔造。色彩是决定 木材印象最重要的因素，也是设计中最生动、最活跃的因素木材具有较广泛的色 相，如榉木心材褐色，桦木心材黄白色，冷杉心材白色，但大多数都以暖色为基调， 给人一种温暖感。木材的明度和纯度会产生不同的感觉，明度越高，明快、华丽、 整洁、高雅的感觉越强；明度低则有深沉、厚重、沉静、素雅的感觉。因此，结合 家具用途和场合选择不同色彩感觉的木材会给人不同的印象和心理感觉，达到与环 境和谐的目的。 3 2 2 金属与造型特征分析 在现代文明中金属的使用量最多，应用范围也最广，相对于其他产品，金属家 具在现代人的生活中扮演着非常重要的角色，衣、食、住、行，均有金属家具的参 与。金属家具是完全由金属材料制作或以金属管材、板材或线材等作为主构件，配 以木材、各类人造板、玻璃、塑料、石材等制作而成的家具。常用的金属材料为钢 材、铝合金和铸铁三大类。用于家具制作的钢材多为碳素钢，以钢管、钢板为主 3 2 2 1 钢材 华北电力大学硕士学位论文 1 钢管 1 9 2 4 1 9 2 5 年间，布鲁尔用一种无弹性的镀铬钢管创作出了著名的“瓦西里椅” 这张钢管椅由不锈钢圆管和皮革构成，采用纯粹几何形式，简洁轻盈的造型与现代 化家庭生活空间非常谐调，而且合乎标准化、简单化的大量生产要求，充分表现出 图3 1 钢管椅 机械美学的时代精神。它的出现突破了木质家具的 造型范围，是现代家具的典型代表。由于金属质轻 而坚韧，强度大，富有延展性，形成了较木质家具 框架更富有变化的支架式家具，打破了木质家具必 由四腿构成的框架形式。 1 9 3 0 年以后出现了大批量生产的适应现代生活 的钢管椅，时至今日钢管作为支架在家具设计中的 应用也很广泛，它的特点是制作简便、轻便坚固、 易于清洁，充分地表现了钢材的强度与弹性的结合，强调了美观决定于功能的要求， 材料的天然特性与精巧的结构方法三者之间相互联系的因素，对促进和丰富家具式 样起到了一定的作用。下表总结了钢管支架应用中的多种形式，可供设计师在设计 过程中参考。 钢管作为支撑件的应用形式 表3 5 钢管支架应用形式 分类样本样本 圆管 编 蚴 应 四腿支撑式，是支撑件中应用最广 用 泛的形式，通常两根钢管在座面下 三腿支撑式，视觉上比四腿支撑显 特 的一点相交汇，形成五个支撑点， 得不稳定，但更显简洁，有一定的 征 亲和力。 载荷分布均匀，稳定感强。 华北电力大学硕士学位论文 应x 式，该椅是1 9 7 0 年“美国x 椅” 悬臂式，该椅在一般的悬臂结构上 用多加了扶手，使得藤制靠背在受力 特 系列之一，可折叠的框架结构体现 征 较高的设计水准。 情况下有了更多的支撑，整体曲线 感更强。 应 框式，这种应用方式的特征表现在 其他形式，该款椅子由三个框状结 用支撑件由左右两侧对称的框状结 构相互连接而成，布料包裹连接部 特 构构成，支撑件与地面是线接触， 征 分，并形成座面和靠背。 而非点接触。 正方管 厕 四腿，三角式支撑，在椅子底部连 蚶 接处进行紧固，达到承担载荷的目 的。跟圆管相比，正方管给人的感 觉更加有力、稳固。 长方管 四腿，方形支撑，与所采用的材料 画 一样，该椅子造型方正，做工细致， 品质优良，长方管的使用显得线条 流畅，有力却不呆板。 华北电力大学硕士学位论文 三角管 由七根截面为三角形的钢管组成 拗 框架，其中三根作为扶手、靠背支 撑，四根作为底座支撑，四个角上 的三根管用螺钉相连，加强支撑的 同时也增添了美感。 钢管的其他应用形式 钢管除了大部分应用于支撑件外，在扶手、靠背及连接件上的应用也有涉及， 但笔者尚未发现钢管作为座面的应用形式。 表3 6 钢管在家具中的其他应用形式 名 称 样本特征说明 作 为 通常钢管作为连接件都是为了增加支撑强度，但该例中其作 连 为支撑的作用减弱，更多的是作为一种连接形式，与整个设 接 件 计感觉相符合，有一定的