木材及加工工藝

1、第八章木材及加工工藝 木材是一種優(yōu)良的造型材料，自古以來，它一直是最廣泛最常用的傳統(tǒng)材料，其自然、樸素的特性令人產(chǎn)生親切感，被認為是最富于人性特征的材料。 木材作為一種天然材料，在自然界中蓄積量大、分布廣、取材方便，具有優(yōu)良的特性。在新材料層出不窮的今天，在設(shè)計應用中仍占有十分重要的地位(圖8-1)。81 木材的基本性能 木材是由樹木采伐后經(jīng)初步加工而得的，是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組成。樹干是木材的主要部分，由樹皮、木質(zhì)部和髓心三部分組成。圖82所示為樹干的構(gòu)造。 (1)質(zhì)輕 木材由疏松多孔的纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成。它的密度因樹種不同，一般在0。3一.08之間，比金屬、玻璃等材料的密度小得多

2、，因而質(zhì)輕堅韌，并富有彈性，在縱向(生長方向)的強度大，是有效的結(jié)構(gòu)材料，但其抗壓、抗彎曲強度較差。 (2)具有天然的色澤和美麗的花紋 不同樹種的木材或同種木材的不同材區(qū)，都具有不同的天然悅目的色澤。如紅松的心材呈淡玫瑰色，邊材成黃白色；杉木的心材成紅褐色，邊材呈淡黃色等。又因年輪和木紋方向的不同而形成各種粗、細、直、曲形狀的紋理，經(jīng)旋切、刨切等多種方法還能截取或膠拼成種類繁多的花紋。(3)具有調(diào)濕特性木材由許多長管狀細胞組成。在一定溫度和相對濕度下，對空氣中的濕氣具有吸收和放出的平衡調(diào)節(jié)作用。 (4)隔聲吸音性 木材是一種多孔性材料，具有良好的吸音隔聲功能。 (5)具有可塑性 木材蒸煮后可以

3、進行切片，在熱壓作用下可以彎曲成型，木材可以用膠、釘、榫眼等方法比較容易和牢固地接合。 (6)易加工和涂飾木材易鋸、易刨、易切、易打孔、易組合加工成型，且加工比金屬方便。由于木材的管狀細胞吸濕受潮，故對涂料的附著力強，易于著色和涂飾。 (7)對熱、電具有良好的絕緣性 木材的熱導率、電導率小，可做絕緣材料，但隨著含水率增大，其絕緣性能降低。 (8)易變形、易燃 木材由于干縮濕脹容易引起構(gòu)件尺寸及形狀變異和強度變化，發(fā)生開裂、扭曲、翹曲等弊病。木材的著火點低，容易燃燒。 (9)各向異性 木材是具有各向異性的材料，即使是同一樹種的木材，因產(chǎn)地其物理、化學性質(zhì)差異很大，使之使用和加工受到一定的限制。8

4、2 木材的工藝特性 將木材原材料通過木工手工工具或木工機械設(shè)備加工成構(gòu)件，并將其組裝成制品，再經(jīng)過表面處理、涂飾，最后形成一件完整的木制品的技術(shù)過程。821 木材的成型加工 1 木材加工的工藝流程 每個構(gòu)件加工前，都要根據(jù)被加工構(gòu)件的形狀、尺寸、所用材料、加工精度、表面粗糙度等方面的技術(shù)要求和加工批量大小，合理選擇各種加工方法、加工機床、刀具、夾具等，擬定出加工該構(gòu)件的每道工序和整個工藝討程。 木制品構(gòu)件的形狀、規(guī)格多種多樣，其加工工藝過程一般為以下順序： (1)配料 配料就是按照木制品的質(zhì)量要求，將各種不同樹種、不同規(guī)格的木材，鋸割成符合制品規(guī)格的毛料，即基本構(gòu)件。 (2)基準面的加工 為了

5、構(gòu)件獲得正確的形狀、尺寸和粗糙度的表面，并保證后續(xù)工序定位準確，必須對毛料進行基準面的加工，作為后續(xù)工序加工的尺寸基準。(3)相對面的加工基準面完成后以基準面為基準加工出其他幾個表面 (4)劃線 劃線是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序，它決定了構(gòu)件上榫頭、榫眼及圓孔等的位置和尺寸直接影響到配合的精度和結(jié)合的強度。 (5)榫頭、榫眼及犁面的加工 榫結(jié)合是木制品結(jié)構(gòu)中最常用的結(jié)合方式，因此，開榫、打眼工序是構(gòu)件加工的主要工序，其加工質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的強度和使用質(zhì)量。 (6)表面修整 構(gòu)件的表面修整加工應根據(jù)表面的質(zhì)量要求來決定。外露的構(gòu)件表面要精確修整，內(nèi)部用料可不作修整。 2 木材加工的基本方法 (1)木

6、材的鋸割 木材的鋸割是小材成型加工中用得最多的一種操作。按設(shè)計要求將尺寸較大的原木、板材或方材等，沿縱向、橫向或按任曲線進行開鋸、分解、開榫、鋸肩、截斷、下料時都要運用鋸割加工。 (2)木材的刨削 刨削也是木材加工的主要工藝方法之一。木材經(jīng)鋸割后的表面一般較粗糙且不平整，因此必須進行刨削加工，木材經(jīng)刨削加工后可以獲得尺寸和形狀準確、表面平整光潔的構(gòu)件。 (3)木材的鑿削 木制品構(gòu)件間結(jié)合的基本形式是框架榫孔結(jié)構(gòu)。因此，榫孔的鑿削是木制品成型加工的基本操作之一。 (4)木材的銑削 木制品中的各種曲線零件，制作工藝比較復雜，木工銑削機床是一種萬能設(shè)備，既可用來截口、起線、開榫、開槽等直線成形表面加

7、工和平面加工，又可用于曲線外形加工，是木材制品成型加工中不可缺少的設(shè)備之一。 3 木制品的裝配 按照木制品結(jié)構(gòu)裝配圖以及有關(guān)的技術(shù)要求，將若干構(gòu)件結(jié)合成部件，再將若干部件結(jié)合或若干部件和構(gòu)件結(jié)合成木制品的過程，稱為裝配。木制品的構(gòu)件間的結(jié)合方式，常見的有榫結(jié)合、膠結(jié)合、螺釘結(jié)合、圓釘結(jié)合、金屬或硬質(zhì)塑料聯(lián)結(jié)件結(jié)合，以及混合結(jié)合等。采取不同的結(jié)合方式對制品的美觀和強度、加工過程和成本，均有很大的影響，需要在產(chǎn)品造品設(shè)計時根據(jù)質(zhì)量技術(shù)要求確定。下面簡要介紹幾種常用結(jié)合方式。 (1)榫結(jié)合 榫結(jié)合是木制品中應用廣泛的傳統(tǒng)結(jié)合方式。它主要依靠榫頭四壁與榫孔相吻合，裝配時，注意清理榫孔內(nèi)的殘存木渣，榫頭

8、和榫孔四壁涂膠層要薄而均勻，裝榫頭時用力不宜過猛，以防擠裂榫眼，必要的可加木楔，達到配合緊實。 榫結(jié)合的優(yōu)點是：傳力明確、構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)外露，便于檢查。根據(jù)結(jié)合部位的尺寸、位置以及構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的作用不同，榫頭有各種形式，如圖83所示。各種榫根據(jù)木制品結(jié)構(gòu)的需要有明榫和暗榫之分。榫孔的形狀和大小，根據(jù)榫頭而定。 (2)膠結(jié)合 膠結(jié)合是木制品常用的一種結(jié)合方式，主要用于實木板的拼接及榫頭和榫孔的膠合。其特點是制作簡便、結(jié)構(gòu)堅固、外型美觀。 裝配使用粘合劑時，要根據(jù)操作條件、被粘木材種類、所要求的粘接性能、制品的使用條件等合理選擇粘合劑。操作過程中，要掌握涂膠量、晾置和陳放、壓緊、操作溫度、粘接層的

9、厚度五大要素。 目前木制品行業(yè)中常用的膠粘劑種類繁多，最常用的是聚醋酸乙烯酯乳膠液，俗稱乳白膠。它的優(yōu)點是使用方便，具有良好和安全的操作性能，不易燃，無腐蝕性，對人體無刺激作用；在常溫下固化快，無需加熱，并可得到較好的干狀膠合強度，固化后的膠層無色透明，不污染木材表面。但成本較高，耐水性、耐熱性差，易吸濕，在長時間靜載荷作用下膠層會出現(xiàn)蠕變，只適用于室內(nèi)木制品。 (3)螺釘與圓釘結(jié)合 螺釘與圓釘?shù)慕Y(jié)合強度取決于木材的硬度和釘?shù)拈L度，并與木材的紋理有關(guān)。木材越硬，釘直徑越大，長度越長，沿橫紋結(jié)合，則強度越大，否則強度越小。操作時要合理確定釘?shù)挠行чL度，并防止構(gòu)件劈裂。 (4)板材拼接常用的結(jié)合方

10、式 木制品上較寬幅面的板材，一般都采用實木板拼接而成。采用實木板拼接時，為減少拼接后的翹曲變形，應盡可能選用材質(zhì)相近的板料，用膠粘劑或既用膠粘劑又用榫、槽、釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)，拼接成具有一定強度的較寬幅面板材。拼接的結(jié)合方式有多種，如圖84所示。設(shè)計時可根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)要求、受力形式、膠粘劑種類，以及加工工藝條件等選擇。822 木制品的表面裝飾技術(shù) 1 木制品的表面涂飾 (1)表面涂飾目的木制品表面涂飾的目的主要是裝飾作用和保護作用，詳見表81： (2)涂飾前的表面處理 由于木材表面不可避免地存在各種缺陷，如表面的干燥度、紋孔、毛刺、蟲眼、節(jié)疤、色斑 松蠟及其分泌物松節(jié)油等，不預先進行表面處理，將會嚴重影

11、響涂飾質(zhì)量，降低裝飾效果。因此，必須針對不同的缺陷采取不同方法進行涂飾前的表面處理。 干燥：木材具有多孔性，易吸水和排水，并有干縮濕脹的特點，容易造成涂層起泡、開裂和回粘等現(xiàn)象，因此新木材需要干燥到含水率在812時才能進行涂飾。木材的干燥方法有自然晾干和低溫烘干兩種。 去毛刺：木制品表面雖經(jīng)刨光或磨光，但總有些沒有完全脫離的木制纖維殘留表面，影響表面著色的均勻性，因此涂層被覆前一定要去除毛刺。去除毛刺的方法有：水脹法、蟲膠法和火燎法。 脫色：不少木材含有天然色素，有時需要保留，可起到天然裝飾作用。但有時因色調(diào)不均勻，帶有色斑，或者木制品要涂成淺淡的顏色，或者涂成與原來材料顏色無關(guān)的任意色彩時，

12、就需要對木制品表面進行脫色處理。 脫色的方法很多。用漂白劑對木材漂白較為經(jīng)濟并見效快。一般情況下，常在顏色較深的局部表面進行漂白處理，使涂層被覆前木材表面顏色取得一致。常用的漂白劑有：雙氧水、次氯酸鈉和過氧化鈉等。 消除木材內(nèi)含雜物：大多數(shù)針葉樹木材中含有心脂，松脂及其分泌物會影響涂層的附著力和顏色的均勻性。存氣溫較高的情況下，松脂會從木材中溢出，造成涂層發(fā)粘。木材內(nèi)含的甲酫與著色的染料反應，使涂層顏色深淺不一。因此在木材涂覆的前處理中。應將水材內(nèi)含雜物除去。 (3)底層涂飾底層涂飾的目的是改善木制品表面的平整度，提高透明涂飾及模擬木紋和色彩的顯示程度，獲得紋理優(yōu)美、顏色均勻的木質(zhì)表面。底層涂

13、飾是多道工序的總禰，各工序的名稱及作用見表82。 (4)面層涂飾底層完成后便可進行面層的涂飾。用于木材制品表面涂飾的涂料一般可分為透明涂飾和不透明涂飾兩大類，透明涂飾主要用于木紋漂亮、底材平整的木制品。部分透明涂飾用的面漆和部分不透明涂飾用的面漆見表83和表84。 (5)涂層常見缺陷及其消除方法 在木材的表面涂飾過程中，由于對某些因素考慮不當，常會導致涂層缺陷，影響涂飾質(zhì)量，降低涂飾效果。表85列舉了涂層常見的缺陷及其形成的原因和消除方法。2 木制品表面覆貼 表面覆貼是將面飾材料通過粘合劑粘貼在木制品表面而成一體的一種裝飾方法。表面覆貼工藝中的后成型加工技術(shù)是近年來開發(fā)的板材邊部處理的新技術(shù)(

14、圖85)。其工藝方法是：以木制人造板(刨花板、中密度纖維、厚膠合板等)為基材，將基材按設(shè)計要求加工成所需的形狀，覆貼底面的平衡板，然后用一整張裝飾貼面材料對板面和端面進行覆貼封邊。后成型加工技術(shù)改變了傳統(tǒng)的封邊或包邊方式和生產(chǎn)工藝，可制作圓弧型甚至復雜曲線型的板式家具，使板式家具的外觀線條變得柔和、平滑和流暢一改傳統(tǒng)家具直角邊的造型，增加外觀裝飾效果，從而滿足了消費者的使用要求和審美要求。 常用的面飾材料有：聚氯乙烯膜(PVC膜)、人造革、DAP裝飾紙、AIKOY纖維膜、三聚氰胺板、木紋紙、薄木等。83常用木材 831 原木 原木是指伐倒的樹干經(jīng)過去枝去皮后按規(guī)格鋸成的一定長度的木材。原木又分

15、為直接使用的原木和加工使用的原木兩種。直接使用的原木一般用作電柱、樁木、坑木以及建筑工程所用的原木，通常要求具有一定的長度，較高的強度；加工使用的原木是作為原材料加工用的，是將原木按一定規(guī)格尺寸鋸割后的木材，又稱為鋸材，鋸材按其寬度和厚度的比例關(guān)系又可分為板材、方材和薄木等。 板材一一橫斷面寬度為厚度的3倍及3倍以上者。 方材一一橫斷面不足寬度不足厚度的3倍者。 薄木一一厚度小于lmm的薄木片。厚度在0 0502 mm的稱為微薄木。832 人造板材利用原木、刨花、木屑、廢材及其他植物纖維為原料，加入膠粘劑和其他添加劑而制成的板材。人造板材幅面大，質(zhì)地均勻，表面平整光滑，變形小，美觀耐用，易于加

16、工。人造板材種類很多，常見的有膠合板、刨花板、纖維板、細木工板及各種輕質(zhì)板等，廣泛用于家具、建筑、車船等方面。 (1)膠合板 用3層或多層(奇數(shù)層)單板加壓膠合而成的板材。各層板的纖維方向互相垂直，可克服木材各向異性的缺陷。膠合板不易開裂和翹曲，幅面大而平整，材質(zhì)均勻，橫紋抗拉強度高，板面紋理美觀，裝飾性好。膠合板種類多，可按板的結(jié)構(gòu)、膠合性能、表面處理、用途等進行分類：常見的有三合板、五合板及其裝飾板、多用作隔墻、天花板及家具等。 (2)刨花板 以木質(zhì)刨花或碎木屑為主要原料，加膠熱壓而成的人造板材。幅面大，表面平整，隔熱隔音性能好，縱橫面強度一致，便于加工，可進行貼面等表面裝飾，但不耐潮，容

17、重大。刨花板可按原料種類、制造方法、表面處理等進行多種分類。刨花板是制造板式家具的主要材料，還用作吸聲、保溫、隔熱材料。 (3)纖維板 以木料加工的廢料或植物纖維作原料，經(jīng)原料處理、成型、熱壓等工序而制成的板材。纖維板的材質(zhì)構(gòu)造均勻、各向強度一致，不易脹縮開裂，具有隔熱吸音和較好的加工性能。按原料分為木質(zhì)纖維板和非木質(zhì)纖維板；按板面狀態(tài)分為單面光纖維板和雙面光纖維板；按密度分為硬質(zhì)纖維板(>0.8cm3)、中密度纖維板(0 509cm3)和軟質(zhì)纖維板(<0 5cm3)。硬質(zhì)纖維板堅韌密實，多用作家具、車船、包裝箱和室內(nèi)裝飾材料；中密度纖維板多用作家具、器材材料；軟質(zhì)纖維板質(zhì)輕多孔，

18、多作隔熱、吸音材料。 (4)細木工板 又稱大芯板，一種拼合結(jié)構(gòu)的木質(zhì)板構(gòu)。在板心表面膠合一層或兩層單板。按板芯結(jié)構(gòu)可分為實心細木工板和空心細木工板。細木工板具有些固耐用，板面平整、結(jié)構(gòu)穩(wěn)及不易變形等特點是良好的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用作家具材料、層板材料及建筑壁板等。833新穎木材 近年來。國內(nèi)外研制出許多新穎奇特的木材。 (1)特硬木材 加拿大最近推出比鋼鐵還要硬的覆蓋木材。這種木材是把木材纖維經(jīng)特殊處理，使纖維互相交結(jié)，再把合成樹脂覆蓋在木材表面，經(jīng)微波處理而成。這種新型木材不彎曲、不開裂、不縮脹，可用作屋頂棟梁、門、窗、車廂板等。 (2)有色木材 日本研制出一種有色木材。先將紅色和青色的鹽基染料

19、裝進軟管直接注入杉木樹干靠近根基的地方，4個月后即可采伐使用。這種木材從上到下渾然一色，而且永不褪色，加工成家具后，表面不需要再涂飾美化。 (3)陶瓷木材 日本制成一種陶瓷人造木材。以經(jīng)高溫高壓加工而成的高純度二氧化硅和石灰石為主要原料，加入塑料和玻璃纖維等制成的。這種木材具有不易燃燒、不變形、不易腐爛、重量輕和容易加工等優(yōu)點，是一種優(yōu)異的建筑材料。 (4)染色材料 美國研究出有趣的浸染技術(shù)，在幾分鐘的時間里，讓木材從裝有錫水的槽中通過，既能使木材呈現(xiàn)出金黃、咖啡、烏黑等顏色，又可燙出美麗的花紋，不僅色彩自然而且防腐耐用。 (5)防火木材 保加利亞研制成一種奇特的溶液，木材被它浸過后，就不會燃

20、燒了。這種經(jīng)過溶液處理的木材，主要用來制造船舶上許多不能用鋼鐵制作的零部件，為船舶安主帶來了可靠保障。 (6)鐵化木材 原蘇聯(lián)利用鐵化工藝法，將質(zhì)地松軟的木材在真空中用油頁巖處理，然后再燒磚一樣焙燒，木材就變得如同金屬般硬，同時具有防火抗腐的功能。此技術(shù)為充分利用松軟木材創(chuàng)造了條件。 (7)模壓木材 我國采用模壓木制品技術(shù)做木器，其最大特點是不需上等木材，可使用農(nóng)場最新采伐的橡膠木、防護林等小徑木和枝杈材等低質(zhì)水材，加上膠合劑和化學添加劑，襯上膠塑浸漬裝飾紙，通過專門的模具，在高溫高壓下一次加熱成型。運用這種最新技術(shù)生產(chǎn)的各種家具不怕風吹、日曬、雨淋、不開裂、不變形。 (8)澆鑄木材 日本研制

21、出一種液體化學木材，它是由木屑、環(huán)氧樹脂、聚氨醋澆鑄成利的?？筛鶕?jù)需要，固定成型，不需要做精細加工。具有天然木材一樣的木紋和光澤。而且成本比天然木材低。 (9)脫色木材 木材種類繁多，木質(zhì)顏色相差甚大，即使用同一種木材也常有“墨水線”及斑紋，不利于制作高技術(shù)的全淺色或原色木制品。將過氧化氫、氨水和水配成木材脫色劑，用毛刷涂在有斑紋或墨水線的木質(zhì)上。可消除斑紋或墨水線，制成脫色木材。 (10)工藝品用人造木材 以往版畫和雕刻用基材，都是使用特定的優(yōu)質(zhì)木材。不僅來源有限，而且由于木材存在著難以克服的缺點，如材質(zhì)有方向性，縱向和橫向的硬度明顯下同，且會因濕度變化而引起翹曲和裂紋，因而影響作品的質(zhì)量。

22、 工藝品用人造木材不存在上述缺點。它是將低密度聚乙烯或高密度聚乙烯、填充劑碳酸鈣或高嶺土和硬度涯整劑滑石粉，按配比混合均勻，然后加入發(fā)泡劑發(fā)泡助劑、交聯(lián)劑及顏料等，攪拌混合均勻，混煉后注入加壓成型機的金屬模中，加壓加熱后，掀開金屬模，即得成品具有微細氣泡的工藝品用人造木材。這種材料可以代替木材用作版畫板室內(nèi)外裝飾和建筑物裝飾材料，及做雕刻工藝品的木材等。84木材在設(shè)計中的應用841設(shè)計中木材的選用為達到產(chǎn)品造型設(shè)計的要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，科學合理地選用木材是至關(guān)重要的，根據(jù)產(chǎn)品的造型設(shè)計要求和不同的部件，在木材的選用上應按木材的特性考慮如下技術(shù)條件。 有一定的強度及韌性，剛度和硬度，重量適中，

23、材質(zhì)結(jié)構(gòu)應細致。 有美麗的自然紋理，材質(zhì)感悅目。 干縮，濕脹性和翹曲變形性小。 易加工，切削性能良好。 膠合、著色及涂飾性能好。 彎曲性能好。 有抗氣候和蟲害性。84 2 木材的感覺特性 (1)視感 木紋：木材是與人類最親 近、最富有人情味的材料。除因木 材是天然生成的生物體外，變幻 的木材紋理賦予了木材生活的氣 息。木材紋理是由年輪所構(gòu)成，它 是樹木與大自然對話的感受記錄， 寬窄不一的年輪記載了自然環(huán)境、 氣候變化及樹木的生長(圖8 6)。 木紋的形狀與木材的鋸切方 向有關(guān)，橫切面為近似同心圓形 狀，徑切面為平行條狀，弦切面為 拋物線狀(圖87)。 木材構(gòu)造不同，木紋形狀也不 同(圖88)。針葉樹由于紋理細， 材質(zhì)軟，木紋精細，具有絲綢般光 澤和絹畫般的靜態(tài)美，以素裝為， 宜；闊口十樹由于組織復雜，木紋富 于變化材質(zhì)較硬，材面較粗，具 有油畫般的動態(tài)美，經(jīng)表面涂裝后 效果更好。針葉材質(zhì)適于與紙、塑 料等軟性材料組合；闊葉材質(zhì)適于 與石材、金屬等硬材料組合，這樣 能更好發(fā)揮木材的材質(zhì)特性。 此外，木材本身所具有的一 些不規(guī)則的缺陷，如節(jié)子、樹榴等，也增加了木材材質(zhì)的情趣。 色彩：色彩是決定木材印象最重要的因素，也是設(shè)計中最生動、最活躍的因素。木材有較廣泛的色相，有潔白如霜的云杉，漆黑如墨的烏