金属家具结构与工艺

. 金属家具一、概论定义：主要部件由金属所制成的家具称金属家具。 凡以金属管材、板材或棍材等作为主架构，配以木材、各类人造板、玻璃、石材等制造的家具和完全由金属材料制作的铁艺家具，统称金属家具。分类：按金属材料在家具中与其它材料的搭配不同，又将金属家具分为全金属家具（如钢家具）、金属与木材结合家具（如钢木家具）、金属和其它非金属结合家具（如钢塑家具、钢与玻璃家具等）金属家具加工技术特点与传统的木材家具相比，金属（尤其是钢材）是一种高强度、难加工的材料。因此，它的加工设备往往都比较庞大，切削力也比较大。但由于家具产品往往对强度要求不太高，因此，家具中使用胡金属材料多以空芯管材、薄型板材等为主，这就决定了金属家具的加工工艺也大致以管型材加工和薄型板材的剪裁和冲压等加工为主，少有车、钳、刨、铣等常规金属切削加工方式。近年来，轻质铝型材由于夺铸方便、强重比高、不会生锈等特点，也大量用于家具制造中，但多以型材为主，少见板材，家具厂对它的加工就更为简单，主要是管型材的截断、钻孔等加工。金属材料的另一个特点是导电性好，因此，金属家具在表面装饰方面也与木家具不同，常采用静电喷漆，特点是今年来发展的粉末静电喷漆，不仅使得涂料的利用率提高，也使得金属家具制造在环保方面得到很大的改善、03：近年来，金属家具逐渐向中高档家具方向发展，在材料方面，从过去单一采用钢铁材料作为原材料逐渐向采用铝合金、不锈钢、普通钢材等多种金属材料方面发展，同时，金属家具也还正朝着以如木材、皮、布、玻璃等多种非金属材料相结合的方面发展，增加新款式、新品种，以最大工程度满足消费者追求多样性的要求，使得金属家具越来越得到消费者的信睐。金属材料材料分类：金属材料：黑色金属、有色金属、特殊金属材料无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥、石材等有机高分子材料：木材、竹、藤等合成高分子材料：塑料、合成橡胶、涂料等复合材料定义：金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，黑色金属通常指的是以铁为主要成分的各种铁合金，主要是指铁碳合金，即我们生活中的铁和钢，但目前有一种铁合金不是黑色的，那就是铁与铬或锰形成的合金，称为不锈钢，是银白色的。除铁合金以外的其它金属材料多带有各种颜色，又称为有色金属，使用较多的有铝、铜，此外也还有如铅、锌、锡等，但家具中一般不使用。金属的材料分类：黑色金属铁和以铁为基础的合金：钢、铸铁、铁合金有色金属：铜、铝及其合金特种金属材料：形状记忆合金、高强高模铝锂合金、减震合金按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料。A:黑色金属材料包括铁和以铁为基体的合金。如纯铁、碳钢、合金 钢、铸铁铁合金等，简称钢铁材料。 B:有色金属包括铁以外的金属及其合金。常用的有金、银、铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金等。按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料和金属功能材料。按金属材料加工工艺分为铸造金属材料、变形金属材料和粉末冶金材料。按金属材料密度分为轻金属(密度45gcm3)。金属材料特性：1、具有良好的导电和导热性能2、表面具有金属所特有的色彩和光泽3、具有良好的延展性，易于加工成型4、可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、氧、磷与硫等非金属在熔融状态下形成合金，以改善金属的性能5、除少数贵金属外，几乎所有金属的化学性能都比较活泼，易于氧化而生锈，产生腐蚀6、表面工艺性能优良，可以进行各种装饰工艺以获得理想的表面质感金属材料性能：1机械性能2物理和化学性能3工艺性能常用的金属材料：A3钢、铝型材、不锈钢201/3041.1：金属材料金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，黑色金属通常指的是以铁为主要成分的各种铁合金，主要是指铁碳合金，即我们生活中的铁和钢，但目前有一种铁合金不是黑色的，那就是铁与铬或锰形成的合金，称为不锈钢，是银白色的。除铁合金以外的其它金属材料多带有各种颜色，又称为有色金属，使用较多的有铝、铜，此外也还有如铅、锌、锡等，但家具中一般不使用。1.1.1钢材钢是含碳量在0.04%2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样：如按品质分为普通钢、优质钢、高级优质钢；按用途分为普通碳素结构钢、低合金结构钢和钢筋钢等以及按断面形状分的板钢、型钢、管钢以及钢丝等。家具制造通用的是各种形状的碳素钢。（1）钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。钢板按厚度分为薄板和厚板两大规格。家具企业通常使用厚度在0.61.4mm厚的薄钢板。（2）钢管又分无缝钢管和焊接钢管，前者是钢材生产企业在生产中通过挤压成型生产出来的，由于整体性好，因此在承受外界压力是强度较好，多用于管道运输中，后者是钢材加工企业采用钢带通过卷板机弯卷后再用高频电阻焊机焊接而成的管状钢材，常在家具制作中用作支承部件。钢管的规格包括直径和壁厚，民用家具产品用到的钢管直径都不大，多数在1020mm，壁厚在0.61.4mm之间，多用于椅类家具。（3）型钢 金属家具制作中也还大量使用各种规格的小型型钢。型钢主要包括如方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等品种。（4）钢丝通常是指用热轧线材（盘条）为原料，经过冷拔加工的产品。钢丝的断面有圆形、椭圆形、方形、三角形及各种异形钢丝，一般以圆形断面为主。钢丝的材质有低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢、中合金钢和高合金钢等。钢丝在家具中多是用于制作弹簧，应用于沙发、软座椅、床垫等产品中。（5）钢材的物理性质 钢材的密度约为7.8g/cm3.钢材本身呈白色，但钢材极容易受到空气的作用而氧化，氧化后的表面呈黑色，所以铁和钢又称为黑色金属，钢铁都是电和热的良导体，但导电和导热能力弱于铜和铝等材料，因此，很少用钢铁做导线用，但如果有裸露的导线与钢铁材料的接触，则易造成短路而引起火灾，因此金属家具要尽量避免与导线直接接触。1.1.2铝材（1）变形铝合金可以通过压力方法加工的铝合金称为铝合金，根据其性能不同又可分为五类.铸造铝合金 用来直接浇铸各种形状零件的铝合金称为铸造铝合金，这些铝合金的合金元素含量比变形铝合金高，铸造铝合金铁流动性好，但塑性差，可以通过变质处理（使晶粒细化）和热处理 提高机械性能。表示方法以“ZL”加顺序号表示。在铸造铝合金中，常用的ALSI系合金如ZL7；al-cu系合金，如ZL1;AL-ZN系合金，如ZL15;AL-MG系合金等。1.1.3其它有色金属：有色金属又分称非铁金属，指除黑色金属外的金属合金，其中除少数有颜色外（铜为紫红色、金为黄色），大多数为银白色，有色金属有60多种，又可分为九大类：1重金属 铜、铅、锌等；2轻金属 铝、镁等；3轻稀有金属 锂、铍等；4难熔稀有金属 钨、钛、钒等；5稀散金属 镓、锗等;6稀土金属 钪、钇及镧系元素等；7放射性金属 镭、锕等8贵金属 金、银、铂等；9碱金属 钾、钠等。三、金属家具结构金属家具的结构形式多种多样，但总体上可分为两大类：板类结构和框架类结构。板类结构以金属板材作为主要材料，通常对板材的弯折成型加工出版类部件，部件之间通常焊接、铆接、紧固件连接以及销接等方式拼装成产品的结构类型。框架结构以型钢如方钢、圆钢等管材通过焊接、铆接、折管等工艺加工成框架，用作家具的骨架部件，再根据家具结构特点的需要，中间填以板类部件做为家具。金属家具按其是否可拆装家具与整体家具。结构特点： 固定式：通过焊接的形式将各零部件接合在一起。 拆装式：各零部件用螺栓、螺钉、螺母拆装连接的形式折叠式：用平面连杆机构的原理以铆钉连接的折动式；或叠积的方式。插接式：用大管套入小管或二通、三通、四通的插接件连接，用螺钉固定。连接方式：金属家具的连接方式比较多样化，主要包括焊接、机械连接、胶接三类。通常的方式以焊接、铆接、螺铨与螺母连接、螺铨与金属部件本身的螺纹连接，此外还有销连接、搭扣连接以及活动部件与猪头结构的铰连接等。焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。金属焊接按其过程特点可分为三类：熔化焊：简称熔焊，常见的有气焊、电弧焊、激光焊。压力焊：简称压焊，是在压力作用下，被焊的分离金属结合面处产生一定的塑性变形，而使金属连接成整体的工艺。常见的有电阻焊、超声波焊等钎焊：是利用熔点比焊点低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料融化而处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。钎焊分为硬钎焊和软钎焊，硬钎焊钎料熔点在450度以上，软钎焊熔点在450度以下，常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊，可用烙铁进行加热焊接。铆接使用铆钉连接两件货两件以上的工件叫铆钉。销连接用销将连接件连成一体的可拆连接。螺纹连接是一种可拆的固定连接。2.3：金属家具结构强度计算无论是板式结构还是管类结构的金属家具，其管材或者板材的规格和壁厚都需要根据产品的承载能力进行强度计算和校核。金属家具强度校核大致包括三个部分：一是垂直承载件的轴向力计算，主要是金属家具的侧板和支承类家具的侧面框架强度计算；二是管件或板件的水平力计算，也就是水平构件的抗弯能力的计算；第则是各连接部位的综合强度校核。3.1:管型材的选择与配料方案按零件尺寸规格和质量要求，选择合适的材料，并将其加工成长度规格毛料的过程称之为管型材料的配料。四、金属工艺金属材料的加工方法主要包括五大类：1铸造成型加工：定义：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。根据铸模材料和工艺的不同，铸造方法有：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。 砂型铸造 俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序有：制造铸模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。砂型铸造适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。金属型铸造：也叫铁型铸造，永久型铸造或硬性铸造，是将液态金属浇入金属铸型，从而获得铸件的铸造方法，金属型铸造工艺的优点：保证铸件的高密度要求，减少铸件缩松的产生，组织结构致密，力学性能较高，同时抗腐蚀性和硬度也显著提高。由于不采用型砂造型，铸件表面无黏砂，尺寸精度稳定，在生产加工过程中，可提高加工速度，减少加工量，满足机械化生产的要求。金属型铸造没有造型和清砂处理过程，因而降低生产成本，缩短生产周期。缺点：铸造透气性差，无退让性，易使铸件产生冷隔、浇不足、裂纹等铸造缺陷。受铸型限制，金属型铸件合金熔点不宜太高，重量也不宜太大。熔模铸造：又称失蜡铸造，特点：铸件的精度高切表面光洁，能大大减少机加工余量或不进行机械加工能够铸造各种铸造合金铸件，尤其适用于高熔点及难切削加工合金铸造熔模铸件的形状可以比较复杂。铸件上可铸出最小孔径为0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm熔模铸造生产工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，适用于生产形状复杂，精度要求较高或难以进行机加工的小型零件，铸件的重量不宜太大。压力铸造：简称压铸，特点：压铸零件轮廓清晰，对薄壁、凹凸多变的部位都能得到完美无缺的形状，故形状复杂的薄壁零件采用压铸生产最为适宜。压铸模型腔具有较高的精度和很好的光洁度，生产过程中每个零件尺寸一致性较好，稳定性也很好，有很好的装配互换性。压铸时，金属在模具内是在压力下凝固的，又因充型时间很短，冷却速度极快，故组织致密，晶粒细化，有较高强度和硬度，特别是表层，激冷最剧，所以表层更是坚实耐磨。压铸时还可以采用镶铸法，即在压铸件特定部位上铸入所需其他材料，既满足特殊部位的要求，又简化了装配结构和制造工艺。2金属压力加工：原理：是在外力的作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。压力加工必须有两个基本成型条件：被成型的金属具备一定的塑性要有外力作用固体金属材料上。分类：按金属固态成型时的温度，金属压力加工分为热加工和冷加工两种方式。金属热加工是将金属加热，但低于临界温度或熔点，进行成型的工艺。热加工包括轧制、锻造（常见方法有自由锻、模锻和胎锻）、挤压（正挤压、反挤压、径向挤压）、拉拔等。冷加工是在室温下成型金属板料、棒料、线材、和管材的重要工艺。主要包括纯弯曲、复合弯曲、冲压等工艺。板料成型又叫板料冲压，是利用压力装置和模具使板材产生分离或塑性变形，从而获得成型件或制品的成型方法。金属板料厚度一般都在6mm以下，且通常是在常温下进行，故板料又称为冷成型，只有当板料厚度超过8mm时，才采用热成型。冷冲压工艺大致分为两类：分离工序和成型工序。分离工序的目的是在冲压过程中将冲压件与板料按一定的轮廓线进行分离，分离工序又分为落料、冲孔和剪切等。成型工序的目的是使冲压毛坯在不破坏其完整性的条件下产生塑性变形，并转化成产品所要求的形状；成型工序又可分为弯曲、拉深、翻边、胀形、扩孔、缩孔和旋压等。3金属切削加工金属切削加工可分为钳工和机械加工两部分。钳工的基本加工方法有划线、錾切、锯割、锉削、套扣和刮研等。机械加工是通过工人操纵机床对工件进行切削加工的。其主要方法是车、铣、钻、镗、刨、磨等。车削：一种最基本的切削技术，适用于加工回转面如圆柱体、圆柱孔及螺纹等。铣削：是平面的主要加工方法之一。钻孔：主要用于粗加工。镗孔刨削：平面加工主要方法之一，常见刨床类机床：牛头刨、龙门刨床、插床。也主要用来加工平面，包括水平面、垂直面和斜面，也广泛用于加工直槽、如直角槽、燕尾槽和T型槽。磨削：用砂轮或其他模具加工零件，称为磨削。4：金属家具中，有很大部分是板材，因此板材加工也是金属家具制作的重要部分。金属板材的加工主要包括裁剪、冲压成形、弯折等工艺过程。4.1：板料的裁剪其实也是板料的配料过程，板料加工的原料是一定规格的钢板，只要通过裁剪工序，裁剪工序，裁剪出合格的零件规格，才能进入下一道工序进行加工，这一道工序也叫下料工序。4.2：板料的弯折工艺弯折是将板材在弯矩作用下弯成具有一定区率和角度的制件的成形工艺，4.3：板料的冲裁工艺在冲压设备上利用冲模使板料相互分离的工序，叫做冲裁。落料和冲孔是冲裁的两种形式，其特点是将板料沿一定的封闭路径进行分离，冲裁后封闭曲线以内的部分为制件时，称为落料；反之，封闭曲线以外的部分为制件时，称为冲孔。落料和冲孔的变形性质完全相同，但是设计模具的工作部分时要分开考虑。冲裁是冲压生产中的主要工艺方法之一。冲裁后所得到的制件，可以作为成品零件，也可以作为弯曲、拉延和成型等其它工序的陪料4.4:把平的板料变形为中空杯状或开口工件的冲压工艺过程，叫做拉伸。4.5：无论是板料的冲裁还是拉伸，所用的加工设备均是冲床，冲床就是一种工作台固定不动，滑动作往复直线运动的设备。5：焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺呵呵连接方式，在金属家具制造中，经过加工后的零件，如果不需要拆装，一般都通过焊接的方法加以组装。这样可以简化生产工序，同时还有结合强度高、材料消耗少、产品质量稳定等优点。（1） 熔化焊将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。它包括气焊、电弧焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、推悍和铝热悍等。（2） 压焊是通过对焊件施加压力（加焊或不加焊）来完成焊接的方法。（3） 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料在加热温度高于钎料低于母材熔点的情况下，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。它包括硬钎焊、软钎焊等。5.1：电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热使焊条金属与母材熔化形成焊缝的一种焊接方式。电弧焊的焊接大致分一下三个过程。（1）引弧过程（2）金属熔化过程（3）焊缝凝固过程5.1.3：手工电弧焊的主要设备是弧焊机。按产生电流的种类不同，弧焊机可分为交流弧焊机和直流弧焊机。交流弧焊机其实就是一个交流焊接变压器。5.2：气焊是利用可燃气体和氧气在焊炬中混合后，由焊嘴中喷出点火燃烧，燃烧产生高温火焰老熔化局部焊件和焊丝形成牢固的接头的一种焊接方法。5.2.1：1氧气瓶是一种储存和运输氧气的高压容器。2乙炔是一种贮存和运输乙炔的压力容器。3回火保险器在气焊或气割过程中，有时会发生气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。4减压器作用有二：一是降低输气管中的压力，二是稳定出口气口的压力5焊炬又称焊枪，是气焊操作中的主要工具。焊炬的作用是将可燃气体和氧气按一定比例均匀混合，以一定的速度从喷嘴喷出，形成一定能率、一定成分、一定形状适合焊接要求和稳定燃烧的火焰。5.2.2:气焊所用的材料这样就是焊丝和气焊溶剂（气焊粉）（1） 气焊丝其实就是用于连接两焊件中的焊缝的填充材料，气焊焊缝的填充材料可根据母材的不同，选择不同成分的焊丝。焊丝可分为低碳钢、铸铁、黄铜、青铜和铝等，其主要化学成分与母材基本相符，因此，有时也可以从被焊板材上切下的条料作焊丝。（2） 气焊溶剂也称为气焊粉，气焊过程中被加热后的金属极易生成氧化物使焊缝产生气孔及夹渣等缺陷。5.2.3：气焊时，要求焊接火焰应有足够的温度，体积小，焰芯要直，热量要集中；还要求焊接火焰保护熔化金属，防止空气中氧、氮对熔滴和熔池的氧化和污染。焊接火焰直径影响到焊接质量和焊接生产率。6.1钢铁材料表面处理钢铁金属零件或制成品的表面处理主要包括两个方面，一是表面油污和锈蚀的清除，二是在工作涂饰之前，增加一层对涂料具有较强附着力的覆盖层磷化膜，前者称为除油，除锈，后者称为磷化处理。 表面处理的目的：增加涂（镀）层与金属的结合力 ：保证获得均匀的涂（镀）层 ：延长的涂（镀）层的使用寿命工件表面处理方法1、 手工处理：手工处理是一种最简便的方法，主要就是利用诸如纱布、刮刀、刮铲、钢丝刷等工具在工件表面进行砂磨，刮铲，清刷等，以达到除去表面锈蚀并清洁表面的目的。2、 机械处理：一、采用各种砂轮机打磨，二是喷射处理3、 化学处理：机械处理法在除锈的同时，也能将油除去，但化学处理方法除油和除锈是分两步进行的，所谓除锈，就是把黑色金属制品放在酸液中进行浸洗，使酸溶液与金属表面氧化物产生化学反应，以达到除锈的目的，而除油则是用碱液的皂化或溶剂的溶解，将金属表面油污去除的一种方法。化学除油化学除锈，也称之为酸洗无论是经过酸洗还是经过除油处理后，工件都必须经过一道水洗工序，以使金属表面干净，不受酸液和碱液的进一步影响。特别是经过酸洗后，还需要再经过一次弱碱性池的中和处理，通常的做法是将工件放进3%5%的Na2CO3水溶液池中浸泡。6.1.2金属表面磷化、钝化、氧化处理磷化处理磷化处理是磷酸和锰、铁、锌或镉的磷酸盐溶液处理金属零部件，从而使得金属制品零部件表面得到一层磷酸盐覆盖层磷化膜，磷化处理对普通碳素钢十分有用，第一，磷化膜具有多孔性各种涂料可渗入这些空隙中，因而显著地提高涂层的附着力；第二，这层薄膜使金属表面由优良导体转变为不良导体，抑制了金属表面微电池的形成，可以防止金属去锈脱脂后很快锈蚀；第三，磷化膜呈片状细孔性的晶体结构，具有一定的硬度，比铜高，比铁低，具有良好的塑性和吸收润滑剂的特性，压延时可以伸长而不破裂，因而可以提高表面涂层的柔韧性。正因为此，它除了可用作涂料的基底，提高涂层的使用寿命外，有时还单独用作金属表面的防腐覆盖层。实践中，锌盐磷化处理用的最为广泛。钝化处理磷化后所形成的磷化膜是磷化锌、铁或锰组成的薄层，空隙很多，有较高的吸附力和穿透性，所以耐腐性并不强。为了加强其耐腐蚀性，经过磷化处理后，通常还需进行一次钝化处理。处理过程中，使用钝化剂，使其起填充磷化膜晶格空隙的作用，以提高磷化膜的防腐蚀性。采用电泳涂漆的，一般不采用钝化工艺。氧化处理氧化根据材料的不同，分为黑色金属氧化和有色金属氧化。根据氧化的方法，黑色金属的氧化方法有热氧化法、碱性氧化法和酸性氧化法。不同的 氧化剂可制得不同外观的氧化膜。6.2铝及铝合金的表面处理纯铝在常温干燥的空气中是比较稳定的。铝在空气中与氧能发生作用。在铝表面生成一层很薄的致密的氧化膜。铝和铝合金制品需要先进行清洗，去掉油污和杂物，而后进行化学转化膜处理，使铝及铝合金工件表面生成一层均匀的多孔性的氧化膜，从而增强漆膜的附着力，提高铝的抗腐蚀性。铝和铝合金的涂装前化学转化膜处理中，对铝和铝合金进行处理时最好采用铬酸盐工艺，因为铝材上的磷化膜耐腐蚀性远低于用其他方法，虽然铬酸盐处理功能满足大部分技术要求，但由于铬离子带来的毒性和污染排放问题，铬酸盐使用受到了限制。除了使用化学氧化法，也可用电化学氧化法来提高铝制品抗腐蚀性。6.3金属家具表面涂饰6.3.1常用涂料涂料按其施工特点可分为溶剂型涂料，水性涂料和粉末涂料三大类。溶剂型涂料：氨基醇酸烘漆 聚酯氨基烘漆：此漆漆膜柔韧性良好，光泽高，保光保色性好，适用于金属基材的家具产品。可采用一般喷涂、静电涂装、幕式淋涂等方法进行涂饰丙烯酸漆：特点是保光保色性好，耐候性优良，耐沾污性和耐化学品性也十分优越硝基漆：特点是干燥迅速，施工方便，光泽高，可以擦蜡上光，修补方便。聚氨酯漆：在常温下交联固化，漆膜坚