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1、第五章 金属家具结构设计,1,51金属家具概述,金属家具是指以金属材料为主要构件的家具，它具有材料强度高、承重能力强、材料机械加工性好、有利于机械化生产、便于实现拆装结构等诸多优点；但金属家具的造型较为简单、质感较差、易腐蚀、使用寿命一般不长，大都属低档家具。 目前我国家具生产的原材料主要是木质材料，而木材是国家建设的重要物质，我国又是一个少林国家，木材资源很有限。所以，以金属材料取代部分木质材料来制造家具，不实为我们这个家具制造大国的很好补充。,金属家具的分类,根据其材料种类的多少，金属家具可分为: （1）全金属家具； （2）金属与木质材料结合的家具； （3）金属与其它材料结合的家具三大类。
2、,家具结构设计,金属家具的主要构件材料是各种金属，它包括钢材、铝及铝合金等轻金属材料。 521钢材 钢材是金属家具的主要用材之一，实际应用较多的有钢管、薄钢板等，另外型钢及铸件也有一些应用。 522钢管 钢管有很多品种，金属家具制造中主要使用高频焊管。其性能主要有：强度高、弹性好、易于弯曲、利于造型、也便于与其它材料连接，其表面处理一般为电镀和涂饰。常用于制造金属家具的支撑构架。用于金属家具的管材形状除园管外，还有方管、矩形管、菱形管、扇形管等异形管材，如图5-1所示。,52金属家具的主要材料,图5-1 异形金属管,家具结构设计,523钢板 金属家具也常用一些冷轧薄钢板或不锈钢板冲压或弯拆各种
3、零件，钢板厚度大都为0.83mm，不锈钢板的幅面一般为2440mm1220mm，冷轧钢板则有多种幅面尺寸。这类材料加工方便、设备简单，在技术上及经济上都有较高的优越性。,524铝及铝合金 铝合金系以金属铝为基础，加入一种或几种其它元素（如镁、锰、铜、硅等）构成的合金材料。目前金属家具常用的是铝镁硅系合金家具专用型材，它具有足够的强度、可塑性和耐腐蚀能力，焊接性能也很好。其形状有多种，如图5-2所示，使用时可根据用途及部位进行选择。,图5-2 家具用铝合金管材,家具结构设计,524金属家具的材料特点 金属材料机械性能大大优于木材等其它材料。因此金属家具可采用薄壁管材或薄板材做结构材料，所以金属家
4、具与木质家具相比大都显得轻巧。 金属材料在家具制造及使用中，不会因气候变化而产生变形，故制品精度较高、互换性强。 金属材料的加工技术较为成熟，具有实现机械化、自动化加工的有利条件。另外金属材料导电、导热性好。,53金属家具的连接结构 由于金属材料的特性，所以金属家具适宜于采用折装、拆叠、套叠、插接等结构形式，零部件连接可使用焊接、铆接、螺纹连接、咬接等多种方式。 531金属家具的基本结构类型 金属家具的基本结构有下列几种： （1）固定式结构：这种结构形态稳定、牢固度好、有利于造型设计，常用于一些重载的柜类家具，如金属文件柜、书柜等（图5-3）。 （2）拆装式结构：产品中各主要部件之间采用螺栓、
5、螺钉及其他连接件连接，使整个家具可以随意拆装（图5-4）。 （3）叠摞式结构：此种结构主要按照叠摞的功能要求而设计，其结构的主要连接方式为焊接、铆接和螺钉连接等固定连接，没有相对运动，但可在高度方向上多件重叠放置（图5-5）。,家具结构设计,图5-3 金属文件柜,图5-4 拆装式椅子,图5-5 叠摞式椅子,（4）折叠式结构：主要部件通过铆钉、铰链和转轴等五金件连接。如各类折叠椅、折叠桌，图5-6所示。 （5）插接式结构：主要零部件通过套管和金属、塑料插接头连接。 （6）悬挂式结构：利用专门的金属构件，将小型柜体或撑板悬挂在墙体或隔板上，可以充分利用空间。,图5-6 折叠椅与折叠桌,家具结构设计
6、,532金属家具零部件的连接方式 金属家具的金属件与木质材料及塑料件之间大都采用螺栓或螺钉、铆接等方式进行连接；金属与玻璃之间往往采用胶接和嵌接。而金属零件之间的连接方式则较多，各种连接方式都有各自的特点。,5321焊接 利用专门设备，通过加热让金属熔化，从而使两金属件连为一体的工艺过程称为焊接。 金属家具常用的焊接方式主要有电弧焊、气焊、点焊、二氧化碳气体保护焊、储能焊和高频焊接等，而具体的操作工艺有角焊、对焊、点焊等。 （1）气焊：是利用可燃气体燃烧时放出的热量来焊接金属的一种气体火焰加工方法。 （2）手工电弧焊：也叫电焊，它是利用电弧所产生的热量来熔化被焊金属的一种手工操作的悍接方法。
7、（3）二氧化碳气体保护焊：是以二氧化碳气体为保护介质的电弧焊方法。它是用焊丝做电极，以自动或半自动方式进行焊接。 （4）电阻焊：是借强电流通过两个被焊零件的接触处所产生的电阻热，将该处金属迅速加热到塑性状态或熔化状态，并在压力下形成接头的焊接方法。,家具结构设计,电阻焊，按接头型式可分为对焊、点焊和缝焊三种。 对焊：是使两个被焊零件沿整个接触面连接的焊接方法。根据焊接过程和操作方法的不同，对焊又可分电阻对焊和闪光对焊。 点焊：是被焊零件的接触面之间形成许多单独的焊点，而将两零件连接在一起的焊接方法法。 缝焊:又称滚焊，它是在两个被焊零件的接触面间形成许多连续的焊点，而将两零件连接起来的焊接方法
8、。 （5）储能焊接：是利用高电流能量的贮存，瞬时放出热量把工件焊牢的一种焊接方法。 （6）高频焊接：即高频电流电阻焊接。在钢家具生产中，主要是焊接钢管的。,5322铆接 铆接是指在两零件钻出通孔后再用铆钉连接起来，使之不可拆卸的结构形式。铆接方法有热铆、冷铆和混合铆，手工铆和机械铆等多种形式，具体的连接方式则有活动铆接和固定铆接。活动铆接，折叠家具常用这种方式；固定铆接后两零件连为一体，铝合金零件、铸件以及金属零件与木质零件可用这种方式连接（图5-7）。,家具结构设计,图5-7 固定式铆接结构 （1）钢管与配件铆接（2）钢管与钢管铆接 1抽芯铆钉 2实心铆钉,图5-8 活动式铆接结构 （1）钢
9、管与钢管铆接（2）钢管与配件铆接（3）配件与配件铆接 1实心铆钉 2空心铆钉,家具结构设计,铆钉是铆接结构中最基本的连接件，它由圆柱杆、铆钉头和镦头所组成。 在金属铆接结构中，常见的铆钉形式有半圆头铆钉、平锥头铆钉、沉头铆钉、半沉头铆钉、平头铆钉、扁圆头铆钉、空心铆钉和最近发展的抽芯铆钉等 铆钉系标准件，按国家标准的规定，其形式如图5-9所示，可根据需要进行选用。铆钉直径、长度、及被连接件钻孔直径则需根据相关要求合理选择。,铆钉直径需根据被连接件的大小、受力程度、连接部位的强度及刚度要求来选择，铆钉长度除考虑铆接零件的厚度外，还须留有足够的伸出长度作为铆头所需长度，不同形式铆钉其铆头伸出长度有
10、所不同。,家具结构设计,5323螺栓与螺钉连接 金属家具某些事部件之间装配后又可以拆装的结构，称可拆连接。而螺栓或螺钉是可拆连接的一种。 螺纹是由专用车床车制而成，螺纹在外表面的叫外螺纹(如螺汀、螺栓、丝杆)，螺纹在内表面的叫内螺纹(如峥母、管接头等)。 螺纹有标准螺纹、特殊螺纹、非标准螺纹三种。家具上所用的螺纹基本上采用标准螺纹，标准螺纹有普通螺纹、管螺纹、梯型螺纹等。 螺纹连接是一类可拆的连接，它即可用于活动连接，也可用于固定连接。金属家具中的螺纹连接有普通连接和特殊连接两类。在不影响家具使用及造型的情况下，应直接选用标准的螺纹连接件。根据连接件不同，螺纹连接有螺钉连接和螺栓连接等形式，螺
11、钉连接中又有机制螺钉连接、自攻螺钉连接、木螺钉连接。,家具结构设计,家具结构设计,5324插接 主要用于插接式家具两个零件之间的滑配合或紧配合(图5-12)。,5325挂接 主要用于悬挂式家具和拆装式家具的挂钩连接（图5-13）。,家具结构设计,5326咬缝连接 把两块板料的边缘（或一块板料的两边）折转扣合，并彼此压紧，这种连接叫做咬缝连接。 咬缝根据需要可咬成各种各样的结构形式，就结构来说，有挂扣、.单扣、双扣等；就形式来说有站缝、卧缝;就位置来说有纵扣和横扣，可以根据不同需要选择应用。 咬缝通常是1毫米以下的板材较多，因为这种咬缝有一定的强度，又平滑。薄板咬缝是板料弯曲的一种特殊形式，大批
12、量生产一般在机械上进行咬缝。,54金属家具的加工及零件设计 在金属家具中常用的金属材料有管材、薄板材及型材等。不同的材料，不同的零件其加工方法都不太一致，其加工工艺流程大体上如图5-14 所示：,图5-14 金属家具制造工艺流程,家具结构设计,5411管材截断 管材截断是管材加工的第一道工序。家具用金属管材的截断方法主要有割切、锯切、车切等。割切这种方式设备简单、生产效率高、噪音小、切屑少；但只适用于圆管，且手工割切劳动强度较大。锯切这种方式适应面广，各种形状管材都可用；但生产效率较低、管件端部易产生较大毛刺、噪音大、切屑多。车切其工艺适应性强、加工后工件无毛刺；但不宜切长管件、生产效率也较低
13、，一般只用于端部要求较高的管件。管材下料中应该注意两个问题，一是保证管件质量，二是最大限度的合理利用材料。 5412弯管 长管件经弯曲成型而制成一定形状，这就是弯管加工，弯管方式有冷弯和热弯，金属家具生产都采用冷弯，目前弯管大都由来专门的弯管机来完成。 由于弯管过程中管材需产生塑性变形，且管件弯曲内缘受挤压力而压缩，外缘受拉伸力而拉长，所以管件弯曲部位的截面形状与弯曲前的截面形状会有所差异，严重时还可能出现内缘皱折或外缘凸起的现象（图5-15），所以弯曲管件设计时必须考虑其最小弯曲半径。,图5-15,家具结构设计,542板件加工工艺及要求 板件加工中最重要的环节应该是冲压成型，它包括板件冲裁、
14、板件弯曲、拉延成型等加工方法。金属家具制造中，板件冲裁和板件弯曲都有较广泛的应用。 5421板件冲裁 利用冲压设备及模具使板料相互分离的加工方式称为冲裁，它有落料和冲孔两种形式。在冲裁件设计时应注意如下问题： （1）冲裁件形状转折处应圆滑过渡，避免尖角，如图5-16 所示。,图5-16 冲裁件转折处形状要求,（2）冲孔时，孔直径不能太小，其数值与孔的形状、板件厚度及材料机械性能相关。 （3）设计冲孔零件时，零件上孔与孔之间的距离、孔与零件边缘的距离不宜过小，一般不小于板件厚度的两倍，并保证大于34。,家具结构设计,（4）在弯曲件或拉延件上设计冲孔时，孔与制件壁之间也应保持一定距离，如图5-17
15、所示。,图5-17 冲孔与制件壁之间距离要求,5422板件弯曲 利用冲压设备及模具将金属板料弯曲成一定形状或角度称为板件弯曲，板件弯曲在金属家具制造中应用也较为广泛。 板件弯曲过程中，由于弯曲件外层受到的拉应力及变形最大，也最容易损伤（断裂），而其变形大小主要取决于弯曲半径，影响材料最小弯曲半径的因素主要有：材料机械性能、热处理方式、材料表面质量、零件弯曲角大小以及弯曲方向等。,家具结构设计,55折叠家具的结构形式及折动点设计 目前我国金属家具中，绝大部分为折叠家具。折叠结构体小轻巧、使用方便、造价较低，能充分利用空间，便于包装、携带、存放和运输；但其强度及稳定性略低，相关零部件制造精度要求较
16、高，造型也有一定局限性。一般折叠结构较为适用于餐厅、会议厅等场所的桌椅类家具。 551家具的折叠式结构形式 家具的折叠式结构，不仅适用于金属家具，而且适用于木制折叠家具。家具的主要折叠形式有： 折合式：折叠构件为非封闭型。使用时，将折叠构件摆成不同形状的三角形，以控制整个家具的功能角度。不用时，将各构件依次折合（图5-20）。,图5-20 折合式家具 1）躺椅 2）折椅 3）折桌,家具结构设计,转轴式:折叠构件通过一组互相制约、而且有一定相对转动角的轴片连接（图5-21）。,滑移式：折叠机构中某一个构件在另一个构件上移动(有的还兼有相对转动)。根据折叠构件的数量，可分为三杆滑移式和四杆滑移式（图5-22）等。 连杆式：折叠机构为多根连杆通过转动铰(通常为铆钉、螺栓)连接。根据连杆的数量，可分为四连杆、五连杆和六连杆式（图5-23）等。,家具结构设计,图5-23 连杆式家具 1）四连杆折桌 2）四连杆折凳 3）、4）、5）四连杆
