第四章木材材料与加工工艺

1、料料第四章 木材及其加工工艺第四章 木材及其加工技术4.1 常用木材及其性能4.2 木材制品的成型技术4.3 木材制品的表面装饰工艺4.4 木制品在设计上的注意点4.1 常用木材及其性能n（1）木材的特性、分类与结构n（2）木材的缺陷n （3）常用木材及其选用（1）木材的特性、分类与结构n木材是一种优良的造型材料，取材方便、分布广，它有哪些特性？由疏松多孔的纤维素和木质素构成；密度在0.30.8之间，小于金属、玻璃等；在纵向（生长方向）的强度大，抗压、抗弯强度差具有天然悦目的色泽和花纹纹理；由管状细胞组成；当空气中的蒸汽压力大于木材表面水分的蒸汽压时，木材向内吸收水分，反之其水分向外蒸发；纤维

2、结构和细胞内留有空气，受温度变化不明显，热膨胀系数低，受热时不软化蒸煮后可切片，热压下可弯曲成型（1）木材的特性、分类与结构易锯、易刨、易切、易组合加工；木材的管状细胞易吸湿受潮，对涂料的附着力强热导率、电导率小，随含水率增大，绝缘性降低干缩湿胀，形状和强度发生变化；着火点低。（1）木材的特性、分类与结构n木材的分类n按树木成长状况分类n外长树，内长树(如热带树)n按材质分类n软木材和硬木材；软硬程度可分六级。n按树叶外观形状分类n针叶、阔叶；n针叶树（软材）：针叶树（软材）：n树干高大，且直。纹理平顺,材质均匀,易加工。n阔叶树（硬材）：阔叶树（硬材）：n树干部分一般较短,多分枝。纹理多变化

3、，材质较硬,较难加工。n常见树种：常见树种：针叶树针叶树 红松、马尾松、杉木、红豆杉、白松 (云杉、鱼鳞松)、银杏、臭冷杉、铁杉、,云南松等。n主要产地在东北、长江流域及云南、贵州、四川等。阔叶树阔叶树 东北榆、水曲柳、柞树、橡树、白桦、紫锻、麻栎、楠木、榉木，樟木等。 主要产地在东北、内蒙、华南等。主要应用：主要应用：横向强度高，弹性好、不易变形，主要做结构材料；致密，硬度高，花纹好看，但易变形，主要做需要耐磨或要求有美观花纹的小物件或做装饰面板。（1）木材的特性、分类与结构（1）木材的特性、分类与结构n木材的构造n树干：树皮、木质部、髓心三部分。n木材的切面n横切面n径切面n弦切面n根据产

4、品造型的需要，合理利用木材的切面n1 横切面n硬度大，耐磨损，但易折断，难刨削n2 径切面n通过髓心，与年轮垂直。径切面板材收缩小，不易翘曲，木材挺直，牢度较好n3 弦切面n形成山峰状或V字形美丽纹理，但易翘曲变形（1）木材的特性、分类与结构（2）木材的缺陷n木材的缺陷有哪些？n1.节子n2.变色n3.腐朽n4.虫害n5.裂纹n6.夹皮n7.弯曲n8.斜纹和纯棱（3）常用木材及其选用1、原木n伐倒的树干经过去枝去皮后按规格锯成的一定长度的木材。分为直接使用的原木和加工使用的原木两种。n直接使用的原木一般用作桩木、坑木以及建筑工程所用的原木,通常要求具有一定的长度,较高的强度；n加工使用的原木是

5、作为原材料加工用的,是将原木按一定规格尺寸锯切后的木材,又称为锯材,锯材按其宽度和厚度的比例关系又可分为板材、方材和薄木等。n板材横断面宽度为厚度的3倍及3倍以上者n方材横断面宽度不足厚度的3倍者n薄木厚度小于1mm的薄木片。厚度在0.05至0.2mm的称为微薄木。2、人造板材n 利用原木、刨花、木屑、废材及其他植物纤维为原料，加入胶粘剂和其他添加剂而制成的板材。人造板材幅面大,质地均匀,表面平整光滑,变形小,美观耐用,易于加工。人造板材种类很多,常见的有胶合板、刨花板、纤维板、细木工板及各种轻质板等,广泛用家具、建筑、车船等方面。2.人造板材n胶合板n用三层或奇数多层刨制或旋切的单板，涂胶后

6、经热压而成的人造板材，各单板之间的纤维方向相互垂直（或成一定角度）、对称，克服了木材的各向异性缺陷。n优点：幅面大而平整美观，不易干裂、纵裂或翘曲；n具有一定的隔火性、防蛀性和良好的隔音性胶合板2.人造板材n刨花板n利用木材加工废料加工成一定规格的碎木、刨花后，在使用胶合剂经热压而成的板材。n优点：幅面大，表面平整，隔热、隔音性能好，纵横面强度一致，加工方便，表面还可以进行多种贴面和装饰n缺点：重量较大，握钉力较差2.人造板材n纤维板n利用木材加工废料或植物纤维作原料，经过破碎、浸泡、制浆、成型、干燥和热压等工序制成的一种人造板材n优点：纤维板结构均匀、西魏、各向强度一致，耐磨、不易胀缩、开裂

7、和翘曲2.人造板材n细木工板n用短小木条拼接，两面再胶合两层表板。n优点：坚固耐用、板面平整、结构稳定，不易变形等n空心板：n由空心的木框或带某种少量填充物的木框构成，两面再胶压上胶合板或纤维板。3、新颖木材n 近年来,国内外研制出许多新颖奇特的木材 (1) 有色木材n 日本研制出一种有色木材。先将红色和青色的盐基染料装进软管直接注入杉木树干靠近根墓的地方,4个月后即可采伐使用。这神木材从上到下浑然一色,而且永不褪色,加工成家具后,表面不需要再涂饰美化。(2) 特硬木材n 加拿大最近推出比钢铁还要硬的覆盖木材。这种木材是把木材纤维经特殊处理,使纤维互相交结,再把合成树脂覆盖在木材表面,经微波处

8、理而成。这神新型木材不弯曲、不开裂、不缩胀,可用作屋顶栋梁、门、窗、车厢板等。(3) 陶瓷木材n 日本制成一种陶瓷人造木材。以经高温高压加工而成的高纯度二氧化硅和石灰石为主要原料,加入塑料和玻璃纤维等制成的。这神木材具有不易燃烧、不变形、不易腐烂、重量轻和容易加工等优点,是一种优异的建筑材料。(4)铁化木材n 原苏联利用铁化工艺法,将质地松软的木材在真空中用油处理,然后再像烧砖一样配焙烧,木材就变得如金属般硬,同时具有防火抗腐的功能。此技术为充分利用松软木材创造了条件。(5)防火木材 保加利亚研制成一神奇特的溶液,木材被它浸过后,就不会燃烧了。经过溶液处理的木材,主要用来制造船舶上许多不能用钢

9、铁制作的零部件,为船舶安全带来了可靠保障。 (6)染色木材n 美国研究出有趣的浸染技术,在几分钟的时间里,让木材从装有锡水的槽中通过,既能使木材呈现出金黄、咖啡、乌黑等颜色,又可烫出美丽的花纹,不仅色彩自然而且防腐耐用。(7)模压木材n 我国采用模压木制品技术制作木器,其最大特点是不需要上等木材,可使用农场最新采伐的橡胶木、防护林等小径木和枝杈材等低质木材,加上胶合剂和化学添加剂,通过专门的模具,在高温高压下加热成型。运用这种最新技术生产的各种家具,不怕风吹、日晒、雨淋、不开裂、不变形。(8)浇铸木材n 日本研制出一种液体化学木材。它是由木屑、环氧树脂、聚氨脂浇铸成型的。可根据需要固定成型,不

10、需要做精细加工,具有天然木材一样的木纹和光泽,而且成本比天然木材低。 (9)工艺品用人造木材n以往版画和雕刻用基材,都是使用特定的优质木材。不仅来源有限,而且由于木材存在着难以克服的缺点,如材质有方向性，纵向和横向的硬度明显不同,且会因湿度变化而引起翘曲和裂纹,因而影响作品的质量。n工艺品用人造木材不存在上述缺点它是将低密度聚乙烯或高密度聚乙烯、填充剂碳酸钙或高岭士以及硬度调整剂滑石粉,按比例混合均匀,然后加入发泡剂、发泡助剂、交联剂及颜料等,搅拌均匀,混炼后注入成型机的金属模中,加压加热后,即得到具有微细气泡的工艺品用人造木材。n这种材料可以代替木材用作版画板、室内外装饰和建筑物装饰材料,也

11、可用于雕刻等。(10) 脱色木材n木材种类繁多,木质颜色相差甚大,即使用同一种木材也常有墨水线及斑纹,不利于制作高技术的全浅色或原色木制品。将过氧化氢、氨水和水配成木材脱色剂,用毛刷涂在斑纹或墨水线的木质上,可消除斑纹或墨水线,制成脱色木材。4.2 木材制品的成型技术一、 成型加工的基本知识 1.木材成型加工的基本操作 n木材在由制材品到制成品的过程中，常需要经过多种加工工艺，其中包括锯削、刨削、尺寸度量和划线、凿削、砍削、钻削、拼接，装配和成型后的表面修饰等。n主要工艺：n（1）木材的锯割n（2）木材的刨削 n（3）木材的凿削 n（4）木材的铣削n （1）木材的锯割 n 木材的锯割是木材成型

12、加工中用得最多的一种操作。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板、分解、开榫、锯肩、截断、下料时，都要运用锯割加工。n 木材锯割时的主要工具是各种结构的锯子，利用带有齿形的薄钢带锯条与木材的相对运动，使具有凿形或刀形锋利刃口的锯齿，连续地割断木材纤维，从而完成木材的锯割操作。n木工手工锯 n木工用锯中最常用的是框锯和刀锯。n框锯也称拐锯，如图所示。其中 n纵向锯用于顺着木纹作纵向直线切削。n横向锯用于作垂直木纹方向的直线切削。n曲线锯用于锯割内外曲线或圆弧。n刀锯也有很多种结构,它携带方便，适合于在框锯操作不便的场合下使用. n双刃锯其两侧边分别有纵向锯齿和

13、横向锯齿，可以作纵横两向锯割，适用于锯割薄木板、胶合板等长而宽的木质材料。n夹背刀锯锯片较薄、锯齿细密，锯割表面光洁。n头刀锯锯齿较粗，只能沿横向锯割木料。n木工锯割机床 n木材加工中常用的锯割机床，一般可分为带锯机和圆锯机两大类。n 带锯机是将一条带锯齿的封闭薄钢带绕在两个锯轮上，使其高速移动，实现锯割木材。在这种机床上不仅可以沿直线锯割，还可完成一定的曲线锯割。n n n木工锯割机床n圆锯机是利用高速旋转的圆锯片对木材进行锯割的机床,其结构简单，安装简易，操作和维修方便，生产效率高，因此应用广泛。n（2）木材的刨削 n 刨削也是木材加工的主要工艺方法之一。木材经锯割后的表面一般较粗糙且不平

14、整，因此必须进行刨削加工，木材经刨削加工后，可以获得尺寸和形状准确、表面平整光洁的构件。n木材刨削加工的主要工具是各种刨子。利用与木材表面成一定倾角的刨刀的锋利刃口与木材表面的相对运动，使木材表面一薄层剥离，完成木材的刨削加工。n木工刨 n 木工刨是常用的主要手工具之一，根据刨削面平、直、圆、曲的各种不同需要，刨的种类很多，一般按其用途和构造可分为平刨、槽刨、边刨、铁刨、特形刨（球形刨、轴刨）等。 n平刨是木工作业中使用最广泛的一种手工刨，按其用途可分为荒刨、长刨、大平刨、拉刨、净刨等，它们的结构基本相同，只是刨床的长度和刨刃对刨底的倾斜角度不同。n 槽刨、边刨、铁刨以及特形刨，用于在木材表面

15、开槽、裁口或作特殊表面加工的场合。木工刨削机床 n 木工刨削机床是通过刀轴带动刨刀高速旋转来进行切削加工的。n 一般可分为平刨床和压刨床两大类。n 木工平刨床普遍采用手工操作，切削时用手把持并推动工件使之紧贴工作台面进料，形成工件的进给运动，于是高速旋转的刨刃即对工件进行刨削加工。平刨床主要用来刨削工件的平面。木工刨削机床 n 压刨床也是利用刀具轴的高速旋转，使刨刀获得很高的切削速度，刨削时借压辊的转动，对工件产生滚压进给运动，达到自动进料，实现工件的刨削加工。压刨床的主要用途是将平刨床刨好基准面的工件，再刨成所需厚度。（3）木材的凿削 n 木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构。因此，在木

16、制品构件上开出榫孔的凿削，是木制品成型加工的基本操作之一。n 木材凿削加工时的主要工具是各种凿子，利用凿子的冲击运动，使锋利的刃口垂直切断木材纤维而进入其内，并不断排出木屑，逐渐加工出所需的方形、矩形或圆形榫孔。n 木材凿削加工时的主要工具是各种凿子，利用凿子的冲击运动，使锋利的刃口垂直切断木材纤维而进入其内，并不断排出木屑，逐渐加工出所需的方形、矩形或圆形榫孔。n木工凿 木工凿按刃口形状分为平凿、圆凿和斜凿，其中平凿用得最多。 n 木工榫孔机床 n 木工榫孔机床的类型很多，如图所示是用得最普遍的立式榫孔机。工件上的榫孔是空心插刀的上下往复运动插削和配装在插刀内的钻头的旋转运动钻削联合加工形成

17、的。n （4）木材的铣削 n 木材成型加工中，凹凸平台和弧面、球面等形状的加工是比较普遍的，其制作工艺比较复杂，一般是在木工铣削机床来进行的。n木工铣床是一种万能性设备，它能完成各种不同的加工，例如直线成形表面的加工和平面加工，但主要用于曲线外形加工。它是木材制品成型加工中不可缺少的设备之一。 n 2.木制品的结构 n 木制品构件间的结合方式称为木制品的结构，传统的木制品其最基本的结构形式是框架榫孔结构。近年来，由于材料、设备和工艺技术的改革和创新，出现了板式结构、曲木式结构和折叠结构等。 n （1）框架式结构 n 这是实木木制品最基本和最常见的结构形式，它以较细的纵横撑挡为骨架，以较薄的装板

18、铺大面，以榫头和榫孔来联结。这种结构既经济又结实、轻巧，制品尺寸和形状的稳定性也较好。但框架式结构对木材质量和结合技术要求较高，不易实现较高程度的机械化和自动生产。n（2）框架结构常用的结合形式 n 框架结构采用不同的结合方式对制品的美观和强度、加工过程和成本等，均有很大的影响n 榫结合n 这是由榫头插入榫孔构成的结合。根据结合部位的尺寸、位置、构件在结构中的作用等的不同，榫头有各种形式，各种榫又视制品结构的需要，有明榫和暗榫之分。n 胶结合 n 胶结合是木制品常用的一种结合形式，主要用于实木板的拼接及榫头和榫孔的胶合，其特点是制作简便、结构牢固、外型美观，产品不受手工工艺的局限。木材具有良好

19、的胶合性能。n螺钉与圆钉结合 n 螺钉与圆钉的结合强度取决于木材的硬度和钉的长度，并与木材的纹理有关。木材越硬、钉直径越大、长度越长、沿横纹结合，则强度大，否则强度小。n（3）板材拼接常用的结合形式 木制品上较宽幅度的板材，一般都是采用实木板拼接成人造板。采用实木板拼接时，为减小拼接后的翘曲变形，应尽可能选用材质相近的板料。用胶粘剂或既用胶粘剂又用榫、槽、钉等结构，拼接成具有一定强度的较宽幅面板材。 n 二、 木制品的加工工艺过程 n 以最简单的框架式木制品为例，简要介绍木制品成型加工的工艺过程。n 1. 配料 n 一件木制品是由若干构件组成的，这些构件的规格尺寸和用料通常要求是不同的，按照图

20、纸规定的尺寸和质量要求，将成材或人造板锯割成各种规格毛料（或净料）的加工过程称为配料，这是木制品加工的第一道工序。 n2. 构件的加工 经过配料后，即要对毛料进行平面加工、开榫、打孔等，由此加工出具有所要求的形状、尺寸、结构和表面粗糙度的木制品构件。（1）配料加工 配料加工主要指从原料板材，经锯割加工，制成所需要的毛料的过程 （2）基准面的加工 为获得构件正确的形状、尺寸和光洁的表面，并保证后续工序定位准确，必须对毛料进行基准面的加工，它是后续加工的尺寸基准。可利用手工平刨或在平刨床、铣床上完成。（3）相对面的加工 基准面加工完成后，即可以基准面为基准加工出其它几个表面，以便最后获得平整、光洁

21、、具有符合技术要求的形状和尺寸规格的木制品构件。 （4）榫头和榫孔的加工 n 在采用榫结合方式的部位，应在相应的构件上分别加工出榫头和榫孔n3. 装配 n 按照木制品结构装配图以及有关的技术要求，将若干构件结合成部件，或将若干部件和构件结合成木制品的过程，称为装配。对结构和生产工艺比较简单的木制品，可直接由构件装配成成品。而对比较复杂的木制品，则需要把构件装配成部件，待胶液固化后再经修整或加工，才能最后装配成木制品。3. 装配 n1. 榫结合n2. 胶结合n3. 镙钉与圆钉结合n4. 板材拼接形式4.3 木材制品的表面装饰工艺木制品的表面涂饰 n 木制品制成后，一般需要进行表面涂饰、着色，以提高制品的表面质量和防腐能力，增强制品外观的美感效果。通常包括几道工序：n1）表面处理 n包括去除木材表面的脏污、胶迹、磨屑、松脂，及腻平局部节子、裂纹、孔洞、凹坑等缺陷和砂磨等。n2）木材着色n 指的是为保持木纹肌理效果，对制品表面作透明装饰时进行的