可拆装式榫卯家具设计研究

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可拆装式榫卯家具设计研究

张 航, 陈于书*

(南京林业大学家居与工业设计学院,江苏 南京 210037)

摘 要：榫卯带给家具强烈的文化价值,现代榫卯结构不仅是接合手段,更凸显成为一种装饰艺术效果,呈现出特有美感。榫卯框架式结构家具一个显著缺点是不易运输和移动,家具平板化包装将极大减少生产运输等过程中的空间占用。基于目前市场板式家具可拆装性的优点,着眼于榫卯结构中可拆装性,研究分析与借鉴存在一定可拆装性的榫卯结构形式,以传统和现代榫卯拆装性划分类型,并通过结构稳定性、拆装性和装饰性总结家具拆装设计原则,运用于现代榫卯家具设计中。最后以桌几类家具为例探索一种可拆装设计,力图为榫卯家具的现代化提供新的思路。

关键词：可拆装;榫卯结构;家具设计

[size=1em]框架结构的家具,占据一定体积空间,而且在生产和运输以及最终闲置废弃的过程中相对浪费空间。出于成本、收益等多方面要求考虑,需要家具可拆装,平板化包装可实现家具从生产到运输的空间高效利用。板式家具使用五金件具有可拆装的优点,而榫卯结构框架家具也存在一定的拆装性。现如今板式家具市场家具差异化减弱,泛同质化,凸显审美疲劳,而榫卯结构具有独特的拆装性和文化属性,富有设计感的榫卯家具再次回到公众视野,现代榫卯家具设计上需要可拆装的设计考虑[2]。

1 可拆装榫卯形式

[size=1em]榫卯本质是一种连接结构,靠木材本身产生的摩擦力,使框架牢固。好的榫卯体现工艺水平,不用或少用胶剂使部件牢固受力达到一定强度。榫卯与木始终联系在一起,充分体现了木材原材料的特点。榫卯家具体现了产品设计的价值。榫接合按榫头和工件本身的关系可分为整体榫和插入榫[3],当榫体是零部件上直接加工而成的为整体榫接合,当榫体为单独加工的木榫部件,零部件挖槽嵌入结合的结构方式为插入榫结合。

1.1 传统家具拆装榫卯形式

[size=1em]古代家具一般就近制作,大部分家具为整体框架结构,建立在古代细木工的工艺基础上,往往不可拆卸。但有些榫卯结构有一定的拆装性,维修时便于拆装。

[size=1em]1.1.1 插入榫

[size=1em]传统可拆装榫卯使用插入榫的类型多为栽榫、穿销、穿带榫等,用于拼板、部件结合等。具体的形式有“走马销”、“银锭榫”、“楔钉榫”和“栓榫(木楔)”等(图1a),对零部件起到连接和紧固的作用。使用插入榫考虑的除了省料和加工难度,还受到木材性能的限制,部件作榫易断裂时多使用插入榫。榫体可以采用不同材质,选材需兼具韧性和强度,质量高。

[size=1em]1.1.2 整体榫

[size=1em]搭接式是整体榫的常用形式,属于交叉接合,将部件作榫,部件开槽处互相咬合连接固定,起到稳固的同时,又有一定装饰性。表现为二维搭接式和三维搭接式(图1b)。鲁班锁结构类似于三维搭接式,不过凹槽中心结构则更为复杂精巧,在形式上有迷惑性[4]。搭接承重部件接合时,强度有一定要求。应用于尺寸较大构件不易损坏,拆装性能较好。搭接式多见于床腿、木帐与框架的结构中。

[size=0.8em]图1 传统家具拆装榫卯形式

1.2 现代家具拆装榫卯形式

[size=1em]现代拆装家具受到材料、工艺的影响,拆装方式上表现出独特风格,结构上主要表现为插接的形式,按照材料使用可归类为板材插接式和实木插接式。

[size=1em]1.2.1 板材插接式

[size=1em]天然材料的木材较长的生长周期和其质量控制不能满足如今工业的飞速发展,现代家具广泛使用人造板板材,结构上使用系统连接件固定。家具组装近年来快速发展,诞生了如RTA、ETAF等理念的产品。随着新材料和五金件的大量使用,榫卯应用逐渐减少。现代可拆装板式家具多使用类似于整体榫的插接形式,切割板材形成榫槽接合,有时通过利用木材的弹性,挤压入槽口紧扣(图2a),必要时使用栓榫和五金件等紧固。

[size=1em]由于新材料性能的发展,胶合板等板材插接广泛应用于椅凳类、边几类、架类家具的结构中,对儿童群体比较友好[5]。

[size=1em]1.2.2 实木插接式

[size=1em]现代实木家具受现代风格和工艺影响,家具造型上趋于简洁,舍弃传统家具复杂装饰性的部件,圆滑、简洁的线条减少了家具的体量感。插接式多为斜插,灵活运用三角支撑结构,使用圆材木棍,穿孔结合紧固,在造型空间上富有灵活性(图 2b)。简洁的线条表现出独特结构美,实用精致,兼具牢固和拆卸性,散发现代感,广泛应用于衣架、木腿部件的结构中。

[size=0.8em]图2 现代家具拆装榫卯形式

2 可拆装榫卯家具设计点2.1 稳定性

[size=1em]在保证结构稳定性的前提下谈可拆装,须考虑在长期载荷作用下的结构强度。结构稳定性受到材料、受力、拆装损耗等方面的影响。反复拆装会使得木材磨损、松动、缩胀变形,影响组装强度。可拆装设计首先要搭建合理的力学框架,将力向地面传导,并考虑拆装的紧固,保证稳定性。

2.2 拆装性

[size=1em]2.2.1 拆装约束性

[size=1em]可拆装涉及到装配设计与拆卸设计,两者有区别又有联系[6]。装配过程是将零件接合成为部件或将零部件接合成完整产品的过程,拆卸过程则是将一个完整的产品拆卸成小部件的过程[7]。

[size=1em]拆装体的拆装和装配是在零部件间加入约束关系来定位和配合,限制部件在空间的6个自由度。拆装过程使拆装零部件逐步满足约束,从而限制零部件自由度,根据几何信息基于几何模型拆装[8]。拆装约束本质上可以归结为几何元素点、线、面之间的相互关系[9]。

[size=1em]家具是框架类结构,榫卯的结构作用本质上是面接触,依靠摩擦力实现紧固。家具通常通过面部件发挥功能,如椅面、桌面,整体上除作用面外,框架部件之间多是点与线的关系。很多线材部件作为补强结构搭建框架,结构点处倚靠榫卯结构面实现紧固。家具可拆装需要将框架的装配和拆卸进行考虑,约束拆装方向,如可以利用受力如重力限制位移起到紧固作用。

[size=1em]2.2.2 拆装加工性

[size=1em]加工的复杂性是榫卯的制约因素之一。一些榫卯结构对精度要求高,加工不便。减少手工操作,优先选择数控机械化工艺,减少加工基准面和复杂度。除了材料与工艺上要不断优化,部件标准化也能优化拆装部件的加工性。标准化部件在提高生产效率的同时还能提高材料利用率,有效缩减成本[10]。

[size=1em]2.2.3 拆装复杂度

[size=1em]良好的拆装巧妙、简单、聪明,需要尽量减少零件数量,简单有效,力求现场装配和拆卸。可拆装程度影响到部件的运输和损耗。可拆装产品设计要兼顾产品的拆卸和装配性能,装配设计需要面向用户[11],将可装配性、可拆卸性设立一个标准,降低拆装难度。

[size=1em]2.2.4 拆装程度

[size=1em]按照拆装程度可分为可完全拆装和部分拆装。家具是框架体结构,可拆装至少到面可实现平板化包装以节省空间(图3)。包装扁平化能有效方便运输、减少成本,在设计阶段就要考虑可拆装的程度,不仅在工厂和市场阶段发挥作用,在回收废弃家具的最后生命周期也能有极大帮助。

2.3 装饰性

[size=1em]装饰性存在于材质搭配和榫卯形式结构展现。榫卯结构可以作为家具外观的造型点缀,不需要华丽的表现手法,巧妙、简单可拆装结构首先凸显结构美,此外木材的天然纹理、颜色也赋予家具自然温暖的外观和影响室内环境的功能。榫卯形式蕴含传统文化属性,设计上越来越多地选择将榫卯结构显露出来,表现出文化内涵。

[size=0.8em]图3 扁平化包装

3 可拆装桌几类榫卯家具设计实践

[size=1em]形态创新和结构创新是家具设计的重要组成部分。为了研究可拆装榫卯结构,选取桌几类家具作为设计实践。桌几类家具一般形态组成为桌面、腿部和木帐,腿部和木帐搭建了桌几类的框架。桌几类家具结构重点在于腿部之间的连接方式和面板与腿部的连接方式。

3.1 结构框架

[size=1em]图4所示是榫卯结构凳子的可拆装设计,总计6种15个零部件,主要部件为桌面、木帐、腿部构件以及木楔。部件间的拆装性主要体现在木楔与椅腿的配合,腿部部件与木帐通过搭接互相接触配合,木楔担当锁头向下卡紧,使木腿与木帐紧密接触,稳定结构,最后腿部与座面榫卯卡紧最终完成整个凳子框架。整体框架可以快速拆装、无需胶粘剂且结构稳定。设计考虑到拆装的磨损性,榫头榫眼的紧密程度会不断降低,结构发生晃动。稳定性降低,家具的使用功能将不复存在。木楔作为传统可拆装榫卯插入榫形式之一,能对零部件起到连接和紧固的作用。

[size=0.8em]图4 可拆装榫卯桌子部件和组装图

[size=1em]本设计借鉴了传统榫卯形式中的楔钉榫,将木楔体积扩大,中部开槽与木帐相连,既作榫头又作榫槽(图5c)。作为整个结构中的核心,木楔与木帐和腿部面接触,木帐处加入圆棒榫传导受力,木楔能起到同时紧固两个构件的作用。木楔侧面加工成L型,通过击打头部不同位置可调节紧密度,一方面有效应对拆装磨损,保证长久的稳定性,改善拆装寿命,另一方面在拆装性效率上有极大提升,可以快速完成拆装作业。将木楔引入可调节机制,利用传统紧固的作用,结合现代平板化包装运输拆卸的要求,快速卸力完成拆卸作业,实现装卸双向便利性。

[size=0.8em]图5 部件图

[size=1em]考虑到加工的便捷性,将部件标准化,借鉴模块化的理念把全部部件标准化为6种,减少复杂度,进行批量生产。应对扁平化包装运输的要求,将整体的拆装程度缩小到部件单位,不使用胶粘剂,可以快速拆卸至包装中,有效节省时间和空间。

[size=1em]装饰性上木楔的结构功能表现得简单直接,L型木楔的比例与整体协调,作为锁头部件与传统门钉相互联系。作为插入榫形式之一,榫体只要保证质量与部件的相容性,就可以选取其他材质的木材,在纹理花色搭配上具有多样性。

3.2 拆装方式

[size=1em]装配图如图6所示,装配时先把木帐1和2的榫槽1-2和2-2搭接起来,形成整体横撑部件。第二步搭起四个腿部件与木帐的框架,将木帐外侧的榫头1-1穿过腿部件的3-2,四面用相同的方式接合。第三步在圆形榫眼1-3插入圆棒榫4。第四步在每个木帐榫头方向上向下划入木楔,将木楔的5-5面与桌腿的3-3面贴紧,木楔槽面5-2卡入木帐榫头1-1。四个腿部件暂时固定后,打击木楔的5-4面锁紧整个结构。最后将桌面的榫槽6-1与桌腿的榫头3-1咬合实现整体装配。拆卸时只需击打木楔头部5-1面,使框架进入松散状态并依次分离部件,拆装方便。

[size=0.8em]图6 装配图

3 结束语

[size=1em]家具平板化包装具有显著优点,可拆装设计能够赋予现代榫卯家具市场优势。目前现代可拆装榫卯家具设计仍然比较少,传统家具榫卯结构在设计上还可以不断延伸,许多形式值得应用,仍有巨大的探索设计空间。借助现代工业生产技术和新材料性能,拆装式榫卯结构将在家具设计领域得到更多应用。通过平衡好结构、材料、工艺之间的关系,利用新技术来助力家具设计创新,榫卯结构将向现代化发展转变。

[size=1em]参考文献：

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[size=1em][5] 刘娜,陈于书. 基于可拆装插接结构的家具设计研究[J].家具,2017,38(1):52-56.

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[size=1em][11] 朱云,龚勇镇,申黎明. 面向可拆卸性的板木家具结构设计[J].西北林学院学报,2015,30(2):227-230.