■刘 涛¹ 陈于书² Liu Tao¹ & Chen Yushu²

(1.2.南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 210037)

摘 要：由于木材各向异性的特点，实木桌面板受环境中湿度和温度的影响容易出现开裂、翘曲、胀缩等尺寸稳定性问题。本文从家具设计的角度分析了影响实木桌面尺寸稳定性的因素包括：①木材的切割方式；②实木拼板的形式；③桌面板防变形补强结构形式，并对这三种因素的形式进行分析归纳，为实木桌面的防变形结构设计和结构研究提供解决思路。

关键词：桌面板 ；实木拼板 ；防变形 ；结构 ；尺寸稳定性

Abstract: Because of the characteristics of wood anisotropy, solid wood table board by the environment in the humidity and temperature are prone to cracking, warping, shrinkage and other dimensional stability problems. In this paper, the factors influencing the dimensional stability of solid wood table are analyzed from the angle of furniture design, including: ① the way of wood cutting; ② the form of solid wood puzzle; ③ the deformation and reinforcement structure of table board, the form of these three factors are analyzed and summarized, and provided a solution to the design and structure research of the anti-deformation structure of the solid wood table.

Key words: Board; Solid wood puzzle; Anti-deformation; Structure; Dimensional stability

       实木家具产品具有天然纹理特征和良好的触觉体验，一直备受人们的青睐。但是天然木材会因为环境的变化出现开裂、翘曲和胀缩的问题。实木板材作为实木家具中应用最广的结构组成部分，实木板面的尺寸稳定性是家具制造者和设计人员一直在解决的问题。桌面一般面幅较大，四季的温湿变化很容易导致在使用过程中产生形变，如何处理好桌面板的防变形问题，对其他实木板件防变形设计也具有重要的意义。

       实木板面的尺寸稳定性变化是由于存在于木材细胞壁中吸着水增减的缘故，木材的高度各向异性又使干缩湿胀过程中木材各向尺寸变化不一，从而导致其翘曲、变形甚至开裂^[1]。为了解决这一问题，最主要的是从木材生产源头做好木材的干燥，使木材达到合理的含水率。也可以通过物理、化学或者物理、化学相结合的方法对木材改性处理来改善木材的尺寸稳定性。木材改性可以提供材性更为稳定的木材原材，但是成本相对直接使用原材要高很多，原材相对于改性木材更绿色和节约成本。除了材料本身以外，家具的生产加工工艺和结构设计也是防止实木板件翘变形的两个重要方面。本文主要从结构设计方面总结实木桌面板的防变形措施。

1 板材的制备

       由于木材具有各向异性的特点，决定了木材是一种性能不稳定的材料。在木材干缩湿胀的过程中，各方向上随木材含水率变化而不均匀缩胀。实木板材也由此随着外界环境温度、湿度的变化或因为护理不当，而产生膨胀、干缩、翘曲等变形现象^[2]。木材不同方向上的干缩湿是不同的，通过不同的切割方式得到的不同纹理木板的形变也不一样。研究表明，木材顺纹方向形变率最小，全干缩率为0.1%-0.3%；径向形变率居中，约4.5%-8%；弦向形变率最大，约8%-12%。所以，木材的不同切割方式得到的不同纹理的板材尺寸稳定性也是有差别的。根据不同的工业用材需求，最常用的切割方式有径切和弦切两种主要类型：

1.1 径切

       径切材是通过木材髓心，按端面为径向纹理的要求，沿着原木端面的直径或半径下锯割制而成的^[3]。径切木板多为直纹，性质稳定，宽板方向收缩较小，利用价值较高。但是径切材耗工时久，材料浪费较多。

■图1 (a)径切材木纹特征与下锯法、(b)弦切材木纹特征与下锯法

       端面外侧年轮切线方向与板面平行或接近平行的成材叫弦切材，其年轮在材面呈峰状花纹。弦切材操作相对容易而且造成的浪费最小，对于木材制备厂来说效益最高。但是弦切材容易变形，收缩膨胀比较大，是径切的1.5～2倍，容易产生翘曲变形。

       因为弦切材操作容易且利用率高，能为制材厂带来更多经济效益，所以一般家具厂在没有特殊要求的情况下买到的弦切板比较多，虽然径切材用来制作家具的板件具有更好的稳定性，但是出于目前市场情况考虑，原材的加工生产比较粗糙，弦切材更为常见。为了最大化取材利用率，采取混合切割的方式最为理想。也就是说同一根原木也会用弦切和刻切、径切。最大化的减少浪费，根据不同需求选用不同切材，是对材料的最好利用方式。

■图2 弦切版和径切板不同组合会出现的形变特征

2 拼板的形式

       实木家具的制造上，尺寸较大的部件常采用实木窄板和小料胶拼而成的实木拼板来制作，这不仅可以缓解优质实木资源供需的不足，满足实木及其制品日益增长的市场需求，同时也是解决大幅面实木面板形变开裂的很好方法。实木板条或指接材的宽度一般应控制在60mm，但这还要取决于实木拼板的厚度，如果实木拼板的厚度小于20mm宽度还应减小；当厚度大于30mm其宽度可以适当加大。拼接时相邻板条的弦、径向纹理要进行适当地搭配^[4]。
2.1 拼板形式

       常用的拼板形式有平拼、斜面拼、裁口拼、凹凸拼、齿形拼、明暗螺钉拼等^[5]。其中平拼结构加工最为简单，生产效率高，实木窄板的损失率最低，但是结构强度不高。穿条拼的结构性能较好，但是加工比较复杂，生产效率低。箭口拼这种形式一般用一把铣刀直接开出拼接口，加工相对简单，而且增加了受胶面积，结构强度优于平拼，比较适合大规模工业化生产，类似于箭口拼的形式还有很多，铣刀可以定制，加工方便经济价值高^[6]。暗螺钉拼和明螺钉拼结构形式是在平拼的基础上进行的加强，也有一定的适用性。另外，指接是一种结合强度较好的结构形式，主要用于短料接长，榫头和榫槽可以一次铣削加工，结合强度一般能达到整料的百分之七十到八十，适用于大规模生产^[7]。

2.2 弦、径向配合形式

       拼板时窄板的选择也是很重要，弦切板和径切板会发生的形变形式不同。木材含水率高的地方会发生膨胀，含水率低的地方会皱缩，另外，靠近木材髓心的部分含水率比外围的高，所以径切板远离髓心的位置容易产生皱缩，而弦切板会想靠近髓心的一侧翘曲^[8]。不同的切板形式组合拼板会出现的形变。在家具生产中一般都选用同种切材进行搭配使用，弦切板的形变率大但是弦切板数量应用最多，在各窄板材面方向一样的时候，因湿度的变化，各窄板翘曲的方向相同， 整个板面会出现一个大的弧度，适合桌面等有依附的拼板；在两块相邻窄板材面相反的时候，相邻窄板翘曲的方向相反，但是整个板面还是趋于平整，适合门板和柜门等无依附的拼板^[9]。

3 板件防变形的补强结构

       除了拼板生产流程中的影响因素外，实木经过拼板加工后，由于木材干燥的好坏或使用的条件变化，木材的含水率都会发生变化，在实木拼板的实际应用中还会对拼板增加一些防变形结构来增加拼板的尺寸稳定性。常用的方法通常是在面板的背面添加穿带结构、在拼板端部用嵌头进行加固或者在四周加框这三种方式来解决^[10]。通过这些结构形式可以一定程度改善实木拼板长期在不稳定环境中容易出现的变形^[11]。

3.1 穿带结构形式

       前面已经提到，桌面板拼板窄板之间的径向和弦向配合要方向保持一致，在此基础上配合在板面的纵纹方向加以穿带再固定到桌子框架上来使用，可以较好的保持桌面的尺寸稳定性。常用的穿带形式有燕尾榫穿带、嵌入方条穿带和表面固定穿带。其中，燕尾榫穿带效果最好，因为眼尾型嵌入木板内可以有效地抵抗拼板形变的内应力，来维持尺寸稳定。而直接在木板上固定木条，或者嵌入方形木条，都不能很好起到对抗拼板内应力的效果，随着使用时长，面板还是会翘曲变形甚至与用来固定的木条慢慢分离。所以，在穿带选择上最好选用 燕尾榫穿带，燕尾榫穿带又有贯穿形式、半穿形式和大小头形式三种^[12]。

3.2 拼板的嵌端形式

       拼板的镶端形式对拼板的形变也有一定的抑制作用，拼板的端头经常是弦切纹，容易向髓心的方向翘曲，嵌头一般选用切材的顺纹方向，尺寸稳定性最好，能够有效的阻止一些拼板端头的应力。嵌头不仅能在一定程度上够保持拼板的尺寸稳定性，还能防止拼板端面的外露，使家具产品更美观。常用的拼板镶端形式主要有嵌入镶端接、企口镶端接、燕尾榫槽镶端接、圆弧槽条镶端接、透榫镶端接、板条镶端接等^[13-14]。传统的做法还有在拼板四周攒框来加强拼板的尺寸稳定性，攒框的效果更好而且美观，但是加工精度要求高， 工艺相对复杂。

4 结语

       通过结构设计来改善实木家具产品的质量，是合理利用资源、节约资源的一条路径。保持实木桌面的尺寸稳定性，减小实木面板的翘曲变形，做好木材干燥是基础。选用合适的切板形式，将木板裁成小的尺寸进行拼板能够更好的防止板材发生形变。在此基础上还可以设计穿带或者攒框来进一步加强拼板的尺寸稳定性。

（责任编辑：贺 辉）

参考文献：

[1]李坚.木材科学[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]洪璐,孙德林,刘明辉,张倩.提高实木拼板尺寸稳定性的方法[J]. 林产工业,2016,(02):34-35.

[3]区炽南.制材学[M].北京:中国林业出版社,1990.

[4]杨秀云.家具厂生产工艺及技术[M].广州:广东科技出版社, 2005.

[5]张仲凤,张继娟.家具结构设计[M].北京: 机械工业出版社,2012.

[6]申立乾,陈于书.实木柜门防变形结构研究[J].家具与室内装饰,2016,(01):88-89.

[7]尹满新.实木家具开裂变形原因和改进措施[J].辽宁林业科技.2013,(02):33-35.

[8]刘晓红.木材拼板的工艺标准及其影响因素[J].家具,2010,(04): 86-89.

[9]孙静.速生桉单板层积材家具的造型设计和结构研究[D].南京:南京林业大学,2012.

[10]辛保东.拼板与集成材翘曲和开裂成因及解决[J].科技咨询导报.2006,(11):41.

[11]龚小来,祝红霞.木制家具实木拼板工艺及影响因素[J].林产工业,2004,(05):31-6.

[12]杨子倩,吴智慧.改性木材用于实木家具的构造特征与创新设计[J].包装工程,2015,(14):10-13+38.

[13]杨柳青.32mm系统拆装式自装配家具-- 五金件及其结构设计[J].家具与室内装饰,1996,(02):33-35.

[14]李赐生.加工工艺对家具胀缩变形的影响[J].家具与室内装饰,1996,(03):37-38.

作者简介:刘涛(1990-),男,硕士研究生,研究方向:家具设计与理论,E-mail:53194575@qq.com

通讯作者:陈于书(1972-),女,副教授,研究方向:家具设计与理论,E-mail:13813807277@163.com

引文格式:刘涛,陈于书.实木桌面板防变形的结构措施研究[J].家具与室内装饰,2017,(2):70-71.

LIU Tao , CHEN Yushu . The Research of the Anti-deformation Structures of Solid Wood Table[J]. Furniture & Interior Design ,2017,(2):70-71.

注：本文来源于《家具与室内装饰》