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    木工接合基礎
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    門窗知識

    木工接合基礎

    作者:
    發布時間:
    2017/11/21
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    【摘要】:
    鋁包木變截面反向搭接工藝門窗??接合作為木工基礎性工作,融合了藝術與工程設計的精妙之處。無論是一張簡單的桌面還是一個精致的衣櫥,或多或少都會從它的接合方式上發現其價值所在:堅固的接合會增加家具的使用壽命,獨具匠心的設計和巧奪天工的木藝會讓家具看起來精美絕倫。??接合源自于木工們對木料的各種需求,這些需求單靠大自然本身無法得到滿足。例如,對樹木來說,木纖維的彼此咬合使得枝條自然而牢固

      木工接合基礎

      鋁包木變截面反向搭接工藝門窗

      接合作為木工基礎性工作,融合了藝術與工程設計的精妙之處。無論是一張簡單的桌面還是一個精致的衣櫥,或多或少都會從它的接合方式上發現其價值所在:堅固的接合會增加家具的使用壽命,獨具匠心的設計和巧奪天工的木藝會讓家具看起來精美絕倫。
       接合源自于木工們對木料的各種需求,這些需求單靠大自然本身無法得到滿足。例如,對樹木來說,木纖維的彼此咬合使得枝條自然而牢固地依附在樹干上,然而,安裝桌腿所需要的卻是陡直的90度角,此外,其它如椅子、櫥柜、門等等,如果僅以膠粘方式接合,即使其粘合強度大于木纖維自身,也無法承載正常使用狀態下施加在它們上面的各種外力(詳見下頁圖)。
       因此,大多數木工接合須輔之以機械強化方面的設計,來抵御這些外力,木工接合工藝于是應運而生了。最簡單的接合加固方式,如各類釘子、螺絲、條形榫、餅干榫和圓榫等,只需在工件上鉆個孔并在接合部裝入上述的木制或金屬接合件。通常情況下,這些簡單接合方式可以較好地滿足結構及審美需求。但多數時候,家具等木工制作對接合強度及美觀度提出了更高要求,這就需要對工件的接合部進行鋸割之類的加工,加大施膠接合面,實現工件之間的更牢固咬合。
       如下圖右側所示的不貫通式及貫通式榫接,就是通過加大木料縱向紋理的膠合面,提高了工件直角接合的強度。比較來看,不貫通式榫接部分隱藏了工件接合部,貫通式榫接的榫頭則貫穿了與其連接的工件,并可以在榫頭端部嵌入小木楔,來進一步提高榫接強度。
       最好的木工接合需滿足三方面要求:除了上述的提高機械強度、加大膠合面積以外,也須對木料自身的位移有一定的冗余度--即木料含水率發生變化進而導致的膨脹或收縮。下面幾頁中將對木材吸水性、接合方式選擇以及夾具選用等逐一加以介紹。

     

      作用于工件接合部的四種外力

      左圖列示了作用于工件接合部的四種基本外力:張力、擠壓力、縱向剪應力、扭曲力等。擠壓力的作用會使工件接合部向內壓緊,而張力的作用恰好相反。例如:以榫槽接合方式安裝在箱體上的隔板,負重過大時,會對接合部產生張力;以平拼或搭接等方式接合的兩個工件之間,會產生縱向剪應力;木材的彎曲或翹曲則會對接合部產生扭曲力,這也是工件接合部所要承受的卻是最難應付的外力。

      木材裁板方式及對應紋理

      科學家們將木材定性為親水性材料,也就是說,它會吸收周邊環境中的水分。從一棵樹被砍倒、鋸成板材直到制成家具,木材的纖維細刨都會隨著周圍環境的濕度變化,吸收或釋放水分。對木工們來說,這個可以有,但后果很嚴重:木材吸收水分后會膨脹,排出水分時會收縮,由此產生的工件位移會讓多數接合工作成果毀于一旦,例如,歪歪扭扭、只有三條腿著地的椅子,要用九牛二虎之力才能拉開的門,以及呲牙沖你微微笑的相框等等。雖然木材的膨脹收縮運動不可避免,但其不良后果是可以規避的:了解木材的特性,可以讓我們更好地因應它的脹縮,從而制作出經久耐用、性能穩定的木工接合。

      年輪是絕大多數樹種所具有的共同特征,你可以通過木料表面的年輪紋理分布方式,預測出隨著外界濕度變化工件自身會發生怎樣的變化。如下圖所示,順應年輪的木料與橫跨年輪的木料相比,前者的脹縮幅度要大于后者。因此,原木裁板的方式對木料未來的收縮幅度發生至關重要的影響,同樣,也決定了木料的長度、寬度和厚度三維中,哪一方面所受影響最為顯著。

      預測木料的脹縮運動。木材的收縮變形幅度并不一致,比較來看,按原木切線方向--平行于年輪--裁下的木料,與按原木軸心放射線方向裁下的木料相比,前者收縮變形幅度是后者的兩倍??梢愿鶕@種差異來判斷隨著含水率變化板材的彎曲變形情況。沿原木軸心放射線方向(或者以縱向四開鋸法)裁下的木板,與平行于原木切線方向(或者平鋸法)裁下的木板相比,在三個維度上均較后者更穩定、不易變形,這主要得益于其脹縮并沒有貫穿板材的整個寬幅。以平鋸法裁下的木板,會出現干縮翹邊現象,嚴重時,這種軸、切兩方向的不均勻干縮,會使本來方正的工件變成菱形,圓柱形工件變成橢圓形,如右圖。

      對原木進行鋸裁的兩種基本方式(包括了多種由此衍生的方式),其中一種最常用,稱為平鋸法,即平行于原木切線方向裁板(如左圖上面那塊板材);另一種不太常用,稱為縱向四開鋸法,也稱平紋鋸法,則是垂直于年輪紋路裁板(如左圖下面那塊板材)。即使上述兩種裁板方式所用技術截然不同,但每一種方式總會裁出一些具備另一種方式下紋理特征的板材,例如,以平鋸法從原木中心處裁下的木板,從表面紋理看,更像是用縱向四開鋸法所裁的。

      以縱向四開鋸法裁出的木板,其截面的年輪紋理垂直于木板大面,這種紋理排列方式使木板的三維穩定性較好、不容易變形。木材在年輪切線方向的脹縮變形大約是軸心放射線方向的兩倍,因此,縱向四開鋸法所裁木板的脹縮變形多集中于板材厚度方面,變形也很小。與之相比,平鋸法所裁木板在整個板寬幅度內,都會出現變形。以桌面為例,如以平鋸法木板制作,其寬幅脹縮變形會多達2厘米以上,但如以四開鋸法木板制作,根據不同樹種,其變形僅為6毫米上下。我們可能無法控制家具的使用環境,但可以通過選擇不同的接合方式,來抵消木材自身的變形。要按年輪紋理安排好工件的朝向,使其發生脹縮時依然能夠彼此貼合,例如,進行角部拼接的兩工件的紋理應該彼此平行,這樣,它們的脹縮相互協調,不易變形。同理,對以直角榫接來接合的兩工件來說,其切面紋理朝向也要彼此配合對齊。

      對紋理不規則的工件要特別留心,以做椅子腿的木方為例,如果從截面上看,貫穿其內部的木材紋理是斜向的,那么,這個椅子腿遲早會發生變形,并拖累椅子的整體框架也發生變形。

      選擇最適合的接合方式

      理想的木工接合都力求在形式與功能之間達成完美平衡,即每一個接合部的設計應服從于家具的整體構思,同時,要能有效承受施加于其上的各種外力。

      接合方式的選擇通常取決于接合部的功能以及它在家具中所處位置。以柜體板材的對角接合為例,雖然有許多種接合方式可供選擇,但由于此類部件的接合往往可從外面看得到(如抽屜),所以更適于用全隱燕尾榫或是直角多榫來接合。從家具的其他部件來看,可選的接合方式更有限了。例如,邊框嵌板式柜門就只能選用閉口不貫通榫或半閉口不貫通榫來接合。又如,帶圓柱形橫撐的椅子則更適于采用圓柱形榫進行拼合組裝。

      此外,選擇什么樣的接合方式與所用木料也有直接關系。本文后續章節中,將詳細介紹各種接合方式,以及這些接合方式在實木、膠合板、刨花板等三種板材上的適用度(譯者注:本來原文中用一表格對三種板材分別適用何種接合方式進行了對比,因考慮到國內精細木工大都專攻實木,且對國內市場銷售的諸如刨花板,膠合板等板材,也實在沒必要在上面搞個復雜的榫接什么的,因此決定,那張表格在此略去不譯,見諒)。當然,如端邊對接這樣的簡單接合方式,只要對接合部進行強化加固,可適用于任何材料(按一般經驗,凡是涉及木料橫截面的接合,都需要相應的加固措施)。對于無須額外加固的燕尾榫來說,只適用于實木接合。

      關于木工接合的幾個小貼士

      1. 要使用已經充分干燥、其含水率與日常周邊環境大體相同的木材。不要使用新近剛裁好的板材,多數情況下,用這樣的板材做出的家具組裝好以后會干縮變形,麻煩多多啊。

      2. 在設計一件須承載重負荷的家具時,接合部或者接合部各組件要設計得大一些,以提高工件接合強度。例如,采用雙榫接合方式可以將負荷分散到更大的接合面上,從而減輕外力對單榫接

      本身的壓力。如果受家具設計上的某種局限而無法使用較大的接合,采用若干個較小的接合來分散負荷與壓力,也不失為一種好的選擇。

      3. 接合部各組件的尺寸比例要恰到好處,例如,榫接中的榫頭如果過厚,會削弱與之配套的榫眼強度。

      4. 要根據木料的紋理走向來設計、加工、組合待接合的各工件,以此消減木材脹縮產生的位移。

      5. 加工接合部(如榫頭)時,其長度方向應與木材紋理的走向一致。橫截紋理的榫頭是無法承受剪應力和扭曲力的。

      6. 對于類似燕尾榫類接合,為提高制作精確度,須先在一個工件上加工好榫頭,再據其在另一個工件上劃出榫尾輪廓線。

      7. 須借助于合適的測量和劃線工具來設計工件的接合部,目測的結果十有八九是靠不住的。

      8. 必要時,須采用榫銷、圓榫、餅干榫、條形榫等并施以木工膠來加大接合強度。

      工件膠合

      膠合工件接合部的接觸面總共需要三步:仔細處理工件接觸面、選準適合的木工膠并適量施用、工件施膠后以適用夾具固定好。

      首先,需用臺刨或手刨處理工件接合面,要盡可能使之平整、光滑。粗糙接合面上的成百上千的微孔會導致膠合不均勻。同時,要保持工件接合面清潔,油跡、鋸末等污垢無疑會降低粘接強度。而一些油性樹種例如柚木和檀木中含有的某種精油成分對膠合過程有抑制作用,需在膠合前刨削一下接合面或試裝一下接合部組件,就會去除大部分此類物質。

      幾個世紀以來一直在用的魚膠和皮膠等木工膠是用有機物質制造的,而現代的一些木工膠則是化工合成的,其中,間苯二酚和環氧類膠通過化學反應凝結,白膠和黃膠通過其成分中稀釋劑的蒸發實現凝結、膠合。多數木工膠會滲入木材內部,將木纖維膠合在一起,形成比木材自身更為牢固的接合。

      施膠時,要在兩個待膠合工件的接合面上分別涂膠,在兩個接合面上分別涂上一層薄而均勻的木工膠,與僅在其中一個工件上涂上厚厚一層膠相比,前者效果要好的多。盡量不要把手指當做涂膠工具,一套不同尺寸的豬鬃膠刷基本上可以滿足各類涂膠工作的需求。其他涂膠工具見下圖。

      涂膠后,應立即用木工夾具固定工件,注意要選好夾具固定位置,以防工件出項凸起或凹陷。夾具固定可將工件接合部之間的膠擠壓成均勻且極薄的一層,在膠干透之前,應保持夾具的固定狀態。

      簡單對接

      很顯然,在用于拼接板材的各種接合方式中,簡單對接是最簡便易行的。將兩塊板材的邊緣、端面或大面直接粘合在一起,也可以通過適當方式對接合部進行加固強化,也許它不一定是最牢固的接合方式,但是對很多木工制作來說,譬如將較窄的板材拼接成寬板,或是組裝柜體與框架等等,依然是一個非常好的選擇。

      簡單對接方式的各部件之間沒有緊固扣合設計,僅僅代之以膠合來實現接合強度,因此,接合的牢固度取決于接合部各組件之間的紋理排列方式。邊邊對接、面面對接等木材長紋方向的接合不必采用額外加固措施,而對于其它一些涉及橫截面的對接方式,由于接合面較長紋面多孔隙、有效膠合面積小,須進行加固處理。

      釘子和木螺絲可以用來加固接合部,但基于如下兩點原因,細木工們一般不愿意這么做:一是需要額外工作來隱藏釘帽或螺絲帽,二是這兩種加固方式用于橫截面接合時的效果均遜于其它加固方式。當然,在桌子底部支撐框架上鉆斜孔以固定桌面時,木螺絲也有其優勢所在。

      其它的大多數木工接合都是用圓榫、餅干榫或條形榫來加固的,即使工件接合部無須額外加固,也往往用它們來對齊接合部各組件。從這幾種隱蔽式加固方式的制作看,雖然需要一些特殊加工技巧,但安裝起來非常簡單,可實現工件組裝的快速高效以及接合部的牢固美觀。

      也有個別的簡單對接方式--如蝶形銷接合--并沒有被刻意設計成隱蔽式的,蝶形銷有時會取材于與工件有一定反差的木料,在加固工件的同時,也起到了某種裝飾性作用。這種雙燕尾銷或者說蝶形銷,會緊密扣合以邊邊接合方式拼接的兩塊板材。蝶形銷的制作需要耐心細致,較耗時,不過,桌面制成品上一組扣合嚴密、外形美觀的蝶形銷也會令人感到賞心悅目的。

      最后一種美觀與效能兼備的加固方式是用長螺桿對使用頻率較高的諸如切菜板、工作臺面、櫥柜臺面等進行接合加固。這種方式適用于板件的夾膠拼合,在室內濕度發生變化時,緊固螺桿可以起到穩形作用。

      同時,本章也將逐一介紹圓榫、餅干榫和條形榫等的使用方法。上圖為一個用于精確鉆斜孔的商用輔助工具。

      對接接合方式的種類

      通常來說,很少能找到足夠寬的板材直接用于桌面或柜體制作,找到足夠厚的板材直接用于桌腿等工件制作也不是一件容易事兒。即使能找到這樣的板材,也常常貴得離譜,于是,木工們只能采取將板材膠合在一起的方法來克服上述不利因素。較窄的板材被邊對邊地拼合成寬板,桌腿料也可通過板材的面對面拼合方式加工出來。這些待拼合板材的接合面要光滑、平整,并要采用合適的施膠和夾具緊固技巧,這樣才會有牢固耐用的接合效果。實際上,對邊邊對接或面面對接方式而言,如果加工組裝精細,將比木纖維本身的結合更為牢固。

      進行邊邊接合前,需對待拼合板材進行預排,這樣,拼合后的板件大面才會更美觀,由此造成一種幻覺,即這是一整塊板材而不是幾塊拼合出來的。為避免拼合板件翹曲變形,多數木工們在拼合板材時,使相鄰板材的橫截面紋理曲線朝向相反,并用鉛筆在各板材的橫截面上標示出紋理曲線走向,以免搞錯。

      上圖:臺刨等木工拼縫機械可以加工出平滑、筆直且均勻的板材邊緣,這些板材夾膠拼合在一起,牢固耐用程度較整塊原木板毫不遜色。

      邊邊膠合對接

      1. 施膠。將兩個軌道式夾具平置于工作臺上,再將待拼合板材放在夾具上,必要時,可以使用多個軌道式夾具,間距 60-90 厘米,以達到更佳固定效果。放置夾具時,須夾口朝上將軌道嵌入帶槽夾具定位木方(用于定位夾具間距,可自制)的槽口內。接下來,對待拼合板材進行預排,一方面提高大面的美觀度,另一方面確保相鄰板材的橫截面紋理曲線朝向相反。然后,用鉛筆在預排好后的版面上劃一個大三角形,用于稍后膠合時的重新定位。下一步,找兩個至少與待拼合板材等長的木條,作為夾具與工件之間的護墊。施膠時,第一塊板材大面朝下平放,其他板材側緣朝上、三角形標識朝外立放于夾具軌道上。之后,在各板材邊緣涂一薄層木工膠,用膠刷抹勻。

      2. 緊固夾具。將所有板材大面朝下平置于夾具軌道上,確認各板材橫截面和三角形標識線均對齊。旋緊板材下方的軌道式夾具夾緊工件,在工件上方中線處再用另一軌道式夾具夾緊,緊固夾具是,應以各板材拼合處沒有縫隙、且有木工膠從接縫處擠出為度。如果出現個別板材與相鄰板材表面未對齊的情形,可用一只G形木工夾在接縫處壓緊找齊(上圖內嵌圖)。G形夾與工件之間應襯木墊塊及蠟紙,防止損傷工件表面或墊塊與工件表面粘合。

      面面膠合對接

      將板材面對面對接時,待接合各板材的尺寸應留出冗余,這樣,如膠合過程中出現板材滑動位移,也可進行后續刨削修正。面對面預排好各板材,注意相鄰板材的橫截面紋理曲線朝向相反,同時,側邊的顏色和紋路應盡量吻合,確保最佳的整體拼合效果。然后,在接合面涂木工膠,用 G形夾固定。固定時,要從近板端處開始,以 7-10 厘米的間距安放 G 形夾,G 形夾與工件之間應襯木墊塊,防止損傷工件表面,稍微旋緊 G 形夾夾合各板材。接下來,翻轉工件,使已安放的 G 形夾弓部朝下平放,在工件另一邊再安放一排 G 形夾。最后,逐一旋緊所有 G 形夾,直至各板材之間無縫隙且有木工膠從接縫處擠出。

      三種簡單對接接合方式的夾固技巧

      涉及橫截面的對接。如下兩圖所示對接都涉及到橫截面,因此請采用本章后文所述的圓榫、餅干榫或條形榫等對接合面進行額外加固處理。緊固方法:接合面涂膠后,用軌道式夾具固定。對于箱體式對接(左下圖),要用軌道式夾具從側邊板端處加以固定,夾具軌道應靠緊工件表面,以保證接合處歸方;對于框架式對接(右下圖),將軌道式夾具平放在帶槽夾具定位木方上,軌道嵌入定位木方槽口內,將待拼合板材大面朝向平穩置于夾具上,再施膠、夾緊,旋緊夾具時,要用手扶住板材確保接合平整方正。采用上述兩種緊固方式,都須在夾具與工件之間襯木墊塊以保護工件表面。

      邊面膠合對接的夾固方式。如右圖,軌道式夾具的基本操作同上,不同的是,必要時要多用幾個夾具,做到工件的“無縫”對接。

      用通長螺桿加固簡單對接

      通長螺桿是加固工作臺面板、廚房案板等膠合拼接工件的一種有效方式,不僅有助于對齊各拼接工件,也可以降低因季候性濕度變化導致工件變形或開裂現象。

      在其中一塊工件的接合面上標志出三個孔的位置,其中兩個孔分別位于距工件兩端幾英寸,另外一個孔位于工件正中間,上述三個孔的圓心距工件兩側邊的距離應相等。在臺鉆上安裝鉆頭,其直徑略大于螺桿直徑。將該工件平放在鉆臺上,找兩塊平直木料,一塊邊緣置于工件側邊作為靠山,另一塊置于工件前端作為擋塊,調整工件位置,使鉆頭尖部正對一端孔的圓心,用夾具將靠山和擋塊固定好。接下來,以這個鉆位將各工件端部的孔逐一鉆好后,調整擋板位置,逐一完成各工件中間孔的鉆孔工作。對位于最外側的兩工件上的孔應做沉孔處理,以容納螺母。然后,在三條通長螺桿的一端分別擰入一個螺母,再用錘子和釘沖將螺桿此端面敲扁(防止螺母松脫)。將各工件在工作臺上預排好,在結合面施膠并用膠刷涂均,壓合各工件,保持各工件橫截面對齊,將三條螺桿加裝墊圈后分別穿入工件孔內,預緊螺母,并用軌道式夾具固定。最后,旋緊所有螺母。

    用圓榫加固簡單對接

     

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