木工接合基礎(chǔ)-木工接合手冊(cè)1
(2012-05-10 08:16:13)
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家居方正接合部工件鋸法木工接合基礎(chǔ)手冊(cè)衣櫥獨(dú)具匠心條形榫膠合分類：
木工手工DIY接合作為木工基礎(chǔ)性工作，融合了藝術(shù)與工程設(shè)計(jì)的精妙之處。無(wú)論是一張簡(jiǎn)單的桌面還是一個(gè)精致的衣櫥，或多或少都會(huì)從它的接合方式上發(fā)現(xiàn)其價(jià)值所在：堅(jiān)固的接合會(huì)增加家具的使用壽命，獨(dú)具匠心的設(shè)計(jì)和巧奪天工的木藝會(huì)讓家具看起來(lái)精美絕倫。
接合源自于木工們對(duì)木料的各種需求，這些需求單靠大自然本身無(wú)法得到滿足。例如，對(duì)樹(shù)木來(lái)說(shuō)，木纖維的彼此咬合使得枝條自然而牢固地依附在樹(shù)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(mén)等等，如果僅以膠粘方式接合，即使其粘合強(qiáng)度大于木纖維自身，也無(wú)法承載正常使用狀態(tài)下施加在它們上面的各種外力（詳見(jiàn)下頁(yè)圖）。
因此，大多數(shù)木工接合須輔之以機(jī)械強(qiáng)化方面的設(shè)計(jì)，來(lái)抵御這些外力，木工接合工藝于是應(yīng)運(yùn)而生了。最簡(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)單接合方式可以較好地滿足結(jié)構(gòu)及審美需求。但多數(shù)時(shí)候，家具等木工制作對(duì)接合強(qiáng)度及美觀度提出了更高要求，這就需要對(duì)工件的接合部進(jìn)行鋸割之類的加工，加大施膠接合面，實(shí)現(xiàn)工件之間的更牢固咬合。
如下圖右側(cè)所示的不貫通式及貫通式榫接，就是通過(guò)加大木料縱向紋理的膠合面，提高了工件直角接合的強(qiáng)度。比較來(lái)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(lái)進(jìn)一步提高榫接強(qiáng)度。
最好的木工接合需滿足三方面要求：除了上述的提高機(jī)械強(qiáng)度、加大膠合面積以外，也須對(duì)木料自身的位移有一定的冗余度--即木料含水率發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致的膨脹或收縮。下面幾頁(yè)中將對(duì)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(yīng)力、扭曲力等。擠壓力的作用會(huì)使工件接合部向內(nèi)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(fù)重過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)接合部產(chǎn)生張力；以平拼或搭接等方式接合的兩個(gè)工件之間，會(huì)產(chǎn)生縱向剪應(yīng)力；木材的彎曲或翹曲則會(huì)對(duì)接合部產(chǎn)生扭曲力，這也是工件接合部所要承受的卻是最難應(yīng)付的外力。
木材裁板方式及對(duì)應(yīng)紋理
科學(xué)家們將木材定性為親水性材料，也就是說(shuō)，它會(huì)吸收周邊環(huán)境中的水分。從一棵樹(shù)被砍倒、鋸成板材直到制成家具，木材的纖維細(xì)刨都會(huì)隨著周圍環(huán)境的濕度變化，吸收或釋放水分。對(duì)木工們來(lái)說(shuō)，這個(gè)可以有，但后果很嚴(yán)重：木材吸收水分后會(huì)膨脹，排出水分時(shí)會(huì)收縮，由此產(chǎn)生的工件位移會(huì)讓多數(shù)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(kāi)的門(mén)，以及呲牙沖你微微笑的相框等等。雖然木材的膨脹收縮運(yùn)動(dòng)不可避免，但其不良后果是可以規(guī)避的：了解木材的特性，可以讓我們更好地因應(yīng)它的脹縮，從而制作出經(jīng)久耐用、性能穩(wěn)定的木工接合。
年輪是絕大多數(shù)樹(shù)種所具有的共同特征，你可以通過(guò)木料表面的年輪紋理分布方式，預(yù)測(cè)出隨著外界濕度變化工件自身會(huì)發(fā)生怎樣的變化。如下圖所示，順應(yīng)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(duì)木料未來(lái)的收縮幅度發(fā)生至關(guān)重要的影響，同樣，也決定了木料的長(zhǎng)度、寬度和厚度三維中，哪一方面所受影響最為顯著。
預(yù)測(cè)木料的脹縮運(yùn)動(dòng)。木材的收縮變形幅度并不一致，比較來(lái)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?jù)這種差異來(lái)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(kāi)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(gè)維度上均較后者更穩(wěn)定、不易變形，這主要得益于其脹縮并沒(méi)有貫穿板材的整個(gè)寬幅。以平鋸法裁下的木板，會(huì)出現(xiàn)干縮翹邊現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，這種軸、切兩方向的不均勻干縮，會(huì)使本來(lái)方正的工件變成菱形，圓柱形工件變成橢圓形，如右圖。
對(duì)原木進(jìn)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(kāi)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(shù)截然不同，但每一種方式總會(huì)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(kāi)鋸法所裁的。
以縱向四開(kāi)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(wěn)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(kāi)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(gè)板寬幅度內(nèi)，都會(huì)出現(xiàn)變形。以桌面為例，如以平鋸法木板制作，其寬幅脹縮變形會(huì)多達(dá)2厘米以上，但如以四開(kāi)鋸法木板制作，根據(jù)不同樹(shù)種，其變形僅為6毫米上下。我們可能無(wú)法控制家具的使用環(huán)境，但可以通過(guò)選擇不同的接合方式，來(lái)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(fā)生脹縮時(shí)依然能夠彼此貼合，例如，進(jìn)行角部拼接的兩工件的紋理應(yīng)該彼此平行，這樣，它們的脹縮相互協(xié)調(diào)，不易變形。同理，對(duì)以直角榫接來(lái)接合的兩工件來(lái)說(shuō)，其切面紋理朝向也要彼此配合對(duì)齊。
對(duì)紋理不規(guī)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(nèi)部的木材紋理是斜向的，那么，這個(gè)椅子腿遲早會(huì)發(fā)生變形，并拖累椅子的整體框架也發(fā)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(dá)成完美平衡，即每一個(gè)接合部的設(shè)計(jì)應(yīng)服從于家具的整體構(gòu)思，同時(shí)，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(duì)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(lái)接合。從家具的其他部件來(lái)看，可選的接合方式更有限了。例如，邊框嵌板式柜門(mén)就只能選用閉口不貫通榫或半閉口不貫通榫來(lái)接合。又如，帶圓柱形橫撐的椅子則更適于采用圓柱形榫進(jìn)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(guān)系。本文后續(xù)章節(jié)中，將詳細(xì)介紹各種接合方式，以及這些接合方式在實(shí)木、膠合板、刨花板等三種板材上的適用度（譯者注：本來(lái)原文中用一表格對(duì)三種板材分別適用何種接合方式進(jìn)行了對(duì)比，因考慮到國(guó)內(nèi)精細(xì)木工大都專攻實(shí)木，且對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的諸如刨花板，膠合板等板材，也實(shí)在沒(méi)必要在上面搞個(gè)復(fù)雜的榫接什么的，因此決定，那張表格在此略去不譯，見(jiàn)諒）。當(dāng)然，如端邊對(duì)接這樣的簡(jiǎn)單接合方式，只要對(duì)接合部進(jìn)行強(qiáng)化加固，可適用于任何材料（按一般經(jīng)驗(yàn)，凡是涉及木料橫截面的接合，都需要相應(yīng)的加固措施）。對(duì)于無(wú)須額外加固的燕尾榫來(lái)說(shuō)，只適用于實(shí)木接合。
關(guān)于木工接合的幾個(gè)小貼士
1. 要使用已經(jīng)充分干燥、其含水率與日常周邊環(huán)境大體相同的木材。不要使用新近剛裁好的板材，多數(shù)情況下，用這樣的板材做出的家具組裝好以后會(huì)干縮變形，麻煩多多啊。
2. 在設(shè)計(jì)一件須承載重負(fù)荷的家具時(shí)，接合部或者接合部各組件要設(shè)計(jì)得大一些，以提高工件接合強(qiáng)度。例如，采用雙榫接合方式可以將負(fù)荷分散到更大的接合面上，從而減輕外力對(duì)單榫接
本身的壓力。如果受家具設(shè)計(jì)上的某種局限而無(wú)法使用較大的接合，采用若干個(gè)較小的接合來(lái)分散負(fù)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(guò)厚，會(huì)削弱與之配套的榫眼強(qiáng)度。
4. 要根據(jù)木料的紋理走向來(lái)設(shè)計(jì)、加工、組合待接合的各工件，以此消減木材脹縮產(chǎn)生的位移。
5. 加工接合部（如榫頭）時(shí)，其長(zhǎng)度方向應(yīng)與木材紋理的走向一致。橫截紋理的榫頭是無(wú)法承受剪應(yīng)力和扭曲力的。
6. 對(duì)于類似燕尾榫類接合，為提高制作精確度，須先在一個(gè)工件上加工好榫頭，再據(jù)其在另一個(gè)工件上劃出榫尾輪廓線。
7. 須借助于合適的測(cè)量和劃線工具來(lái)設(shè)計(jì)工件的接合部，目測(cè)的結(jié)果十有八九是靠不住的。
8. 必要時(shí)，須采用榫銷、圓榫、餅干榫、條形榫等并施以木工膠來(lái)加大接合強(qiáng)度。
工件膠合
膠合工件接合部的接觸面總共需要三步：仔細(xì)處理工件接觸面、選準(zhǔn)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(tái)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(huì)導(dǎo)致膠合不均勻。同時(shí)，要保持工件接合面清潔，油跡、鋸末等污垢無(wú)疑會(huì)降低粘接強(qiáng)度。而一些油性樹(shù)種例如柚木和檀木中含有的某種精油成分對(duì)膠合過(guò)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(huì)去除大部分此類物質(zhì)。
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直在用的魚(yú)膠和皮膠等木工膠是用有機(jī)物質(zhì)制造的，而現(xiàn)代的一些木工膠則是化工合成的，其中，間苯二酚和環(huán)氧類膠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)，白膠和黃膠通過(guò)其成分中稀釋劑的蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)凝結(jié)、膠合。多數(shù)木工膠會(huì)滲入木材內(nèi)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(shí)，要在兩個(gè)待膠合工件的接合面上分別涂膠，在兩個(gè)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(gè)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(dāng)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(jiàn)下圖。
涂膠后，應(yīng)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(xiàng)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(yīng)保持夾具的固定狀態(tài)。
