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木制抽屉结构工艺与质量控制分析
类别:工艺技术 | 录入者:fid | 发布时间:2021-06-07 [471]

■魏文超1,杨丽娜2,魏新莉3  Wei Wenchao1 & Yang Lina2 & Wei Xinli2  

(1.深圳家具研究开发院,广东深圳  518000;2.深圳市赛德检测技术有限公司,广东深圳  518000;

3.中南林业科技大学材料科学与工程学院,湖南长沙  410004)  



木制抽屉是木制家具实现储藏功能的重要部分,是储藏类家具的重要组成部件,广泛使用在柜、台、桌、等家具产品上。抽屉在使用过程中,不仅要承担一定的储物重力,还要经历反复的拉伸与收缩,因此对木制抽屉的结构与安装具有很高的强度要求,对其进行质量检测也显得尤为必要。标准力学性能试验通过模仿或还原家具的使用过程,检验家具各部件的受力状况,据此对家具的生产质量提出要求,保障家具的使用安全。现行国家标准对家具中的抽屉部件也提出具体要求,其质量也要通过力学标准试验测试结果衡定。


1 木制抽屉的结构与安装

1.1 木制抽屉的结构

结构承担着产品造型的连接点,功能的实现点,于木制抽屉而言,结构是决定其强度的主要因素[1]。常见的木制抽屉形式有两种,一种由面板、左右两块侧板、背板及底板共五块板组成,一种在抽屉在面板前还有一块前板,由六块板组成。各板件之间的接合方式多样,传统框式结构的抽屉大多采用直角榫或燕尾榫接合,人造板结构则多采用偏心连接件加圆榫连接[2]。部件与部件之间的接合方式根据功能、位置、材料的差异也会有不同的接合方式,常见的木制抽屉结构形式有以下几种:

(1)以偏心连接件为主的接合方式。面板与两侧板之间采用偏心连接件连接,厚度大于14mm的板件均可采用φ10或者φ12的偏心连接件[3]。背板与两侧板之间采用自攻螺丝连接。底板或直接钉在其他板件上或采用插槽的方式连接,即在面板、两侧板、背板的相同高度位置开槽,将底板插入槽中[4]。这类连接方式主要用于人造板抽屉,是板式家具中最常见的接合方式,连接牢固,稳定性强,可实现抽屉结构全拆装(图1)。偏心连接件的规格和种类非常丰富,连接杆也有多种连接方式,能满足多种板件和


角度的连接需求[5]。

(2)燕尾榫或直角榫加胶接合。面板、背板与两侧板均采用榫连接,涂胶后装成抽屉,底板采用插槽的方式连接。此连接方式主要用于实木家具抽屉部件,连接强度高、稳定性强,外形美观,但不可反复拆装[6](图2)。

(3)螺钉与气钉接合。面板、背板及两侧板采用螺钉连接。底板与其余板件通过气钉连接,或抽屉所有板件均采用气钉进行连接。钉接合的稳定性与强度较差,外观通常会留下钉孔,有些工厂会通过上漆和贴仿木纹贴纸遮挡,此种连接方式不可重复拆装。

1.2 木制抽屉的安装

由于抽屉是附属于柜体且在柜体上滑动,所以除了抽屉本身的结构强度,还应当考虑抽屉与柜体的连接[7]。木制家具中抽屉与柜体的连接方式主要分为木导轨悬挂式、五金导轨托底式以及五金导轨悬挂式。

1.2.1 木导轨悬挂式

木导轨一般用于实木框架式家具中。抽屉与柜体通过木条插嵌连接,即在柜体旁板内侧装小木方条,多采用螺钉或气钉固定,抽屉左右两板外侧开槽,在木方条上进行左右滑动。木方条和凹槽根据工艺可采用单槽,也可采用双槽。此连接方式受力均匀,但木方条与柜体由于采用钉接合,频繁的拉伸滑动会使木方逐渐下沉从而出现损坏[8]。

1.2.2 五金导轨悬挂式

人造板抽屉通常采用五金导轨进行连接。将抽屉导轨的滑道用自攻螺丝安装在柜体旁板要求的位置上,自攻螺丝需拧紧到位以确保滑道安装平直稳固。将滑轨安装在抽屉左右两侧板外侧要求的位置上。然后将柜体侧板上的滑道与抽屉侧板两边的滑轨进行连接,从而实现抽屉的滑动[9]。通常情况下滑轨安装在抽屉两侧板外部的中间位置,且使用此导轨的抽屉不能完全被打开。

1.2.3 五金导轨托底式

将抽屉导轨的滑道用自攻螺丝安装在柜体旁板要求的位置上,将滑轨固定在抽屉的底板上,然后将滑道和滑轨连接。用于托底式导轨的抽屉可以完全打开,并可任意拆卸。但是这种安装方式很可能会由于抽屉底板板材的握螺钉性能弱,导致滑轨松动和脱落。


2 木制抽屉质量分析

2.1 抽屉相关的力学性能试验

抽屉在家具中是一种储存性容器,主要用于存放物体,因此抽屉在存放一定的物体之后依然要有足够的强度抵抗使用过程中造成的损伤和变形。我国现行的国家标准或行业标准凡涉及抽屉的产品标准都会对抽屉的力学性能提出要求,GB/T 10357.5-2011《家具力学性能试验第5部分柜类强度和耐久性》中对抽屉进行的力学试验主要有强度试验(图3)、结构强度试验(图4)、猛开或猛关试验以及耐久性四个试验,均是通过对抽屉施加垂直压力或水平拉力来检验抽屉各部件的接合强度。

(1)抽屉强度试验。将抽屉抽出到限位状态,若没有限位装置,则抽出至滑道内长的三分之二,内留三分之一或100 mm。然后在抽屉面板或前板上方任意一角施加垂直向下的力10次。此试验通常会造成抽屉木导轨断裂、五金导轨的滑道和滑轨部分分离。

(2)抽屉结构强度试验。在抽屉的面板和背板内侧中部离抽屉底板约25 mm高的部位按照规定缓慢加力10次。此试验较常见的损坏现象主要为连接面板与侧板、背板与侧板的偏心连接件和榫松动、气钉与螺钉松脱。

(3)抽屉猛开或猛关试验。此试验的猛开部分仅适用于抽出时具有限位装置的抽屉。按照要求对抽屉内部进行加载,将抽屉抽出300mm,如果抽屉抽出长度不足300mm,则将抽屉充分拉出,没有限位装置的抽屉则抽出至内留100mm的位置。通过抽屉拉手按规定速度将抽屉猛关10次,关闭力应在距离抽屉关上前10mm的位置停止。如果抽屉有限位装置,则按同一原理进行猛开试验。猛开猛关试验中,由于惯性的左右,抽屉各部件都会受到一定的影响,强度较弱的钉接合部位可能会出现明显的变化。

(4)抽屉耐久性试验。按照标准要求对抽屉内部进行加载,按规定循环次数通过抽屉拉手施加启闭力,缓慢启闭抽屉,对于没有限位装置的抽屉,抽出位置是抽屉内长的三分之二,内留三分之一等于或100mm。耐久性试验主要是对导轨性能进行考验,通过几万次的反复拉伸以后,连接固定木导轨的钉可能出现变形,导致木导轨逐渐下沉最终损坏,五金导轨出现拉伸卡滞的现象。

2.2 抽屉的试验判定及常出现的损坏现象

国家标准10357.5规定,通过观察试验中和试验后的抽屉结构的变化,判定抽屉是否出现损坏及不合格,标准规定试验中和试验后,抽屉部件或连接件不应断裂损坏,用手触压证实,紧固部件不应松动,所有零部件不应磨损或变形,五金连接件不应松动,活动部件活动灵活。但在实际试验过程中,木质抽屉常出现木导轨脱落或断裂、螺钉或气钉松动脱落、偏心连接件松动、五金导轨弯曲变形等现象(图5-8)。

2.3 木制抽屉常出现的损坏现象原因分析

针对试验过程中和过程后木制抽屉出现的损坏现象,对木制抽屉损坏的原因应进行分析。

2.3.1 导轨损坏现象

在抽屉试验过程中,常出现木导轨的木方条开裂、下沉或直接脱落,五金导轨试验后发生曲变、脱落、位移或卡滞等现象。分析原因,有以下几个方面:

(1)连接木方条与柜体的螺钉和气钉性能差,受力后发生变形或脱落,导致木导轨下沉和脱落;木导轨所使用的木材抗弯、抗压性能不足,施力后发生变形或断裂。

(2)五金导轨自身的材质厚度较小,在加载时容易发生曲变,所使用的钢板强度不足,受力后发生变形;连接抽屉的家具基材握螺钉力性能差,连接导轨的预埋螺母在受力后脱落;抽屉长度设计较长,悬臂载荷较大,试验过程中是滑道与侧板之间的夹角超过90°,从而发生变形。

(3)装配上的问题,装配工没有使用足够的螺钉和气钉固定,或有装配偏。还有的装配工人喜欢用滑道上的椭圆孔来固定滑道,使抗压性能减弱。

2.3.2 抽屉板件有间隙

抽屉板件之间的间隙问题主要是由于连接各板件之间的连接件不稳定,木榫松动和偏心连接件损坏,松动。

(1)试验中木榫出现松动,除了胶的强度不够以外,与木榫的加工工艺缺陷有关,木榫的加工精度要求高,加工上的细微差距都可能会对整体结构性能产生影响[10]。同时,木榫所使用的基材干缩湿涨特性也会造成结构件的不稳定。

(2)偏心连接件损坏造成连接部件有间隙。连接件自身存在缺陷,偏心连接件与连接杆的锁紧角度小于150°、偏心件外牙受损或无外牙,安装后出现倒退现象,还有孔位的加工精度有偏差都会使结构在试验过程中出现位移,从而导致结构松动,部件之间出现间隙。

2.3.3 螺钉和气钉松脱

螺钉和气钉的松脱除自身的强度差、连接性能弱的原因以外,还和连接抽屉的家具基材有关,有的家具所使用的基材握螺钉力性能差,受力过程中容易发生松动或脱落。


3 木制抽屉质量控制方法

3.1 增强结构件自身强度

结构件的强度要求是结构安全稳定的基础,造型及功能都需要通过结构来实现[11]。结构件应从从原材料的选择及加工工艺上加强。材料选择的不标准主要体现在选用材料的刚度、柔性等不符合产品使用要求,五金件应选择柔韧性好的材料制造,木榫应选择质地坚硬、物理性能好的硬木。常见的偏心连接件有锌合金、铁及铝镁合金等材质,相比原料杂质多、质地粗糙的锌合金来说,铁质具有更好的柔韧性,耐扭性能也相对更好[12]。榫结构在设计和加工时应采用科学的分析方法例如有限元分析等方法研究榫的接合节点,测算其力学性能,优化结构[13]。

3.2 控制家具基材强度

家具的基材强度直接影响抽屉的连接强度。一方面,人造板标准中对于小于16 mm厚度的人造板不做握螺钉力的要求,但实际上抽屉底板的厚度都较薄,通常都达不到握螺钉力的测试要求,所以在安装之初其结构就得不到保障。另一方面木材由于其天然的干缩湿涨性、异向性特点等,较容易发生开裂、翘曲的现象,应当选择性能稳定的材料作为基材。

3.3 选择合适的连接方式

选择合适的连接方式是保证抽屉结构牢固的方法之一。根据材料的特性、抽屉的使用载荷程度采用合适的连接件才能够最大发挥连接件的作用。一般来说,实木采用榫接合、人造板采用偏心件接合是较为稳定的结构,但是也有一些实木类抽屉只采用气钉连接,由于实木的自重再加上外力的作用,结构损坏的几率非常大。导轨的连接方式中如五金导轨托底式,这种安装方式很可能会由于抽屉底板板材的握螺钉力性能弱,不能很好地将滑轨固定住,导致使用过程中抽屉掉落,对于此种抽屉结构来说悬挂式导轨的优势就更加明显,因此应根据实际情况采用合适的连接方式。

3.4 家具的整体装配强度

从标准中可知,抽屉所有的力学试验都是在其安装在家具上或者处于稳定水平的阶段完成的。因此家具的整体稳定性也会直接影响抽屉的结构。


4 结语

抽屉在日常使用过程中无论出现哪种情况的损坏都会影响使用,力学试验对木制抽屉是通过模仿和还原日常使用过程,对产品的质量把控有着非常大的作用,针对木制抽屉出现的具体问题,及时找出具体原因和相应办法来控制抽屉的质量,保证木制抽屉部件在使用过程中的牢度稳定。


参考文献:
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[2]张仲凤,张继娟.家具结构设计[M].北京:机械工业出版社,2012.
[3]王湘胜.拆装抽屉的结构与安装[J].家具与室内装饰,1997(04):10-11.
[4]李爽,徐伟.可拆装椅凳类家具设计与应用研究[J].家具与室内装饰,2020(10):80-81.
[5]黄婷,顾颜婷,颜敏,黄琼涛,谢文昌 . 现 代 可 拆 装 家 具 连 接 件 的 设计与应用研究[J].家具与室内装饰,2019(05):41-43.
[6]陶静,宋菲菲,张继娟.整体厨柜柜体结构与工艺分析[J].林产工业,2018,45(07):66-69.
[7]张继娟,张绍明.整体橱柜设计与制造[M].北京:中国林业出版社,2016.
[8]高静,王华,邹峰,孙香,朱倩倩.拆装式家具抽屉结构创新设计方法[J].家具,2020,41(05):27-30.
[9]许俊.可拆装家具的拆装标准化研究[J].标准科学,2015(08):35-38+50.
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[11]王安正,关惠元.面向大规模定制的实木家具产品设计标准化研究[J].家具与室内装饰,2018(10):56-59.
[12]韩小平.家具用偏心连接件常见质量问题、成因分析及改进建议[J].轻工标准与质量,2019(02):43-44+54.
[13]李爽,徐伟.家具传统榫卯结构分析与改良设计实践[J].家具与室内装饰,2019(05):44-45.


 
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