提高榫接合強(qiáng)度的措施與方法

王志軍

（柳州市第二技工學(xué)校，廣西 柳州 545007）

提高榫接合強(qiáng)度的措施與方法

王志軍

（柳州市第二技工學(xué)校，廣西 柳州 545007）

榫接合是木制品生產(chǎn)中最常用的接合方式，榫接合強(qiáng)度高低直接影響木制品的加工質(zhì)量和使用壽命，也決定木制品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。木制品的榫接合處是木制品強(qiáng)度最薄弱的地方，木制品的破壞，往往出現(xiàn)在榫接合處，提高榫接合強(qiáng)度非常必要。文章就如何提高木制品榫接合的強(qiáng)度提出措施和方法。

榫接合；強(qiáng)度；方法

（一）合理設(shè)計(jì)榫接合的配合尺寸

榫頭厚度，一般按零件尺寸而定，榫頭厚度應(yīng)接近于方料寬度的一半，使榫頭、榫孔抵抗外力破壞的強(qiáng)度基本接近，不會(huì)因榫頭或榫孔單一破壞而影響榫接合強(qiáng)度，榫頭端部應(yīng)設(shè)計(jì)成30O左右的倒角，使榫孔接合時(shí)便于插入榫孔，當(dāng)方料斷面尺寸較大時(shí)，榫接合應(yīng)設(shè)計(jì)成雙榫接合，既可增加榫接合的強(qiáng)度，又可防止零件扭動(dòng)。榫孔配合，榫頭厚度應(yīng)比榫孔寬度小0.1～0.2毫米，則榫接合的抗拉強(qiáng)度最大。如果榫頭厚大于榫眼寬度則榫接合的強(qiáng)度就會(huì)降低，原因是榫接合時(shí)未能形成膠層，另外，由于木材存在各向異性，榫頭厚度大于榫眼寬度時(shí)，榫孔沿著寬度方向很容易被榫頭擠裂，會(huì)直接造成榫接合被破壞，使榫接合直接失去作用。當(dāng)榫頭厚度與榫眼寬度配合間隙過大，就會(huì)形成膠層過厚。膠層厚度為0.1～0.2毫米時(shí)，膠層的粘合強(qiáng)度為最好，過厚過薄都會(huì)削弱榫接合的強(qiáng)度。另外，榫頭厚度與榫孔寬度方向配合間隙過大，榫頭零件抗扭強(qiáng)度也會(huì)自然下降，所以，榫頭厚度與榫孔寬度配合間隙應(yīng)在0.1～0.2毫米之間。榫孔配合，榫頭寬度方向尺寸應(yīng)比榫孔長(zhǎng)度方向尺寸大0.5～1毫米左右。如果木料是軟材應(yīng)取大值，如果木料是硬材應(yīng)取小值，榫孔沿長(zhǎng)度方向有良好的抗擠裂性能，但如果過盈量過大，一是造成裝配困難，二是同樣能造成榫孔寬度方向被擠裂。如果榫孔長(zhǎng)度方向與榫頭寬度方向配合存在間隙，榫頭沒有受到榫孔的約束，榫接合的強(qiáng)度完全靠膠層的粘合起作用，榫頭的粘合強(qiáng)度也無法保證，榫頭寬度適當(dāng)大于榫孔長(zhǎng)度，榫頭榫孔配合后，沿著木材縱向自然形成合理的過盈量，能充分有效提高榫接合的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)榫頭寬度大于25毫米以上時(shí)，榫頭寬度的增大對(duì)抗拉強(qiáng)度的增大并不明顯，鑒于上述原因，榫頭寬度超過40毫米時(shí)，應(yīng)從中間鋸切一部分，分成兩個(gè)榫頭，這樣可以提高榫接合的強(qiáng)度。榫頭長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)榫頭接合形式而定，采用通榫接合，榫頭長(zhǎng)度應(yīng)大于榫孔木料厚度。采用暗榫接合，榫頭長(zhǎng)度應(yīng)小于深度2～3毫米，這樣不會(huì)因?yàn)殚绢^加工不精確或榫頭變形而觸及底部，以免榫肩形成間隙，降低強(qiáng)度，影響榫接合的美觀。

（二）合理控制木料的含水率

含水率是指木材中水分與木材的重量之比。木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)，木材的體積尺寸不會(huì)因木材含水率變化而變化，當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，木材的體積尺寸會(huì)隨木材含水率增高而增高或隨含水率降低而降低。木材的這一物理現(xiàn)象也就是木材的干縮濕脹現(xiàn)象，把木材存放自然環(huán)境中，木材含水率會(huì)隨時(shí)間推移而降低，直至達(dá)到一個(gè)比較恒定的含水率。我們稱為平衡含水率，不同地區(qū)其平衡含水率相差較大。我國(guó)北方的平衡含水率較低，如新疆、西藏其平衡含水率約為10%，而廣西、廣東地區(qū)的平衡含水率約為16%。如果用于制作木制品的木料，其含水率高于當(dāng)?shù)氐钠胶夂?，木料的含水率?huì)隨時(shí)間增加而減小。到秋冬季節(jié)更為明顯。木料含水率降低，就會(huì)使木料體積尺寸變小。榫配合的尺寸被改變，榫接合的膠層被破壞，榫接合的強(qiáng)度便會(huì)自然降低，甚至完全失去作用。在日常生活中，榫接合因木料含水率控制不合理而造成木制品榫頭松動(dòng)，使木制品失去使用價(jià)值現(xiàn)象最為常見。

木料經(jīng)過干燥，其含水率低于大氣平衡含水率，木材干縮濕脹的現(xiàn)象就不再明顯。所以，制作木制品的木料，特別是高中檔木制品的木料，經(jīng)過干燥后，其含水率應(yīng)控制在平衡含水率之下約2～4%，從而有效提高榫接合的強(qiáng)度。

（三）提高榫接合的膠合質(zhì)量

用于榫接合的膠粘劑種類較多，目前，常用的膠粘劑有聚酯酸乙烯乳液膠，脲醛樹脂膠、酚醛樹脂膠、皮膠、骨膠等。不同的膠有不同的特點(diǎn)，聚酯酸乙烯乳液膠使用方便，操作簡(jiǎn)單，膠合強(qiáng)度好，但耐水、耐熱性差；脲醛樹脂膠膠合強(qiáng)度較高，耐水、耐熱比聚酯酸乙烯乳液膠好，但膠層易老化，耐久性差；酚醛樹脂膠強(qiáng)度最高，但成本高，施工條件高，膠層顏色深。皮膠、骨膠的粘合強(qiáng)度也較高，但遇水易溶。所以，使用環(huán)境濕度高或木料含水率高的榫接合應(yīng)盡量不選用皮膠、骨膠，而應(yīng)選用脲醛樹脂膠或酚醛樹脂膠。而榫接合的膠層有表面質(zhì)量要求的榫接合，應(yīng)盡可能不用脲醛樹脂膠。通過合理選擇使用粘劑，可以更好保證榫接合的強(qiáng)度。

膠粘劑的濃度大小，對(duì)木制品的榫接合強(qiáng)度也有直接影響。膠粘劑的濃度過低，膠的固體份含量少，膠層干燥后達(dá)不到應(yīng)有的厚度，很難保證膠層的膠合質(zhì)量，膠的濃度過大，施工操作時(shí)，難于涂布均勻，也同樣難于保證膠層質(zhì)量，同樣不便于保證榫接合強(qiáng)度。在自然固化的條件下，冬天使用的膠粘劑應(yīng)選用濃度大些，夏天溫度高、固化速度快，膠粘劑的濃度可選低些。如果榫接合的木料是密度較大，硬度較高的木質(zhì)，膠粘劑的濃度小些，利于膠液浸入木材表面，材質(zhì)松軟的木料，宜選用濃度大的膠粘劑，使膠粘劑不會(huì)浸透，流失形不成理想膠層，以便保證榫接合強(qiáng)度。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常看到一些年輕的工人師傅在裝配榫頭涂布膠液時(shí)，往往是把膠液涂在榫頭的端面，榫頭裝配后，很難在榫頭兩側(cè)形成膠層，榫接合的強(qiáng)度就會(huì)很難保證。正確的做法應(yīng)該是把膠液均勻涂布在榫頭厚度的兩個(gè)側(cè)面，從而保證榫接合的膠合質(zhì)量，才能提高榫頭的接合強(qiáng)度。

（四）正確選用木材材質(zhì)

不同的樹種，木材的材質(zhì)決然不同，同一樹種，產(chǎn)地不同，木材的材質(zhì)也不同，同一樹種不同的部位，木材的材質(zhì)也有明顯的差別。如弦切部分的木料，花紋美麗，但材質(zhì)易變形，干縮濕脹現(xiàn)象嚴(yán)重，而徑切部分的木料，雖然花紋不好看，但木質(zhì)的尺寸穩(wěn)定性能好，不易產(chǎn)生干縮變形，力學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度也是最好。在制作榫接合，就應(yīng)選用這一部分材質(zhì)來進(jìn)行制作。樹種差異，材質(zhì)的差異也就更加明顯。水曲柳、花梨木、櫸木等一類硬木樹種的密度大，硬度高，尺寸穩(wěn)定性好，選作榫接合的木料，是最理想的用料。泡桐樹，杉木等軟木樹種，由于其材質(zhì)松軟，硬度、強(qiáng)度差，這種軟材樹種就不宜選作榫接合的用料。由于木材存在各向異性、木材橫向干縮要成倍高于縱向干縮。榫頭的厚度和榫頭的寬度方向均為木材的橫向，所以在選擇用料時(shí)要有所區(qū)分，材質(zhì)好、硬度高，干燥質(zhì)量好的木料應(yīng)用作榫頭的用料。做榫孔的木料，它的材質(zhì)與榫頭的材質(zhì)相同或稍軟。選用木料時(shí)，還應(yīng)注意避開斜紋、節(jié)疤及其他缺陷。通過正確選擇用料，能保證榫接合有足夠的強(qiáng)度。

（五）正確選擇接合方式

以榫頭貫通或不貫通來分，榫接合有明榫接合和暗榫接合，明榫接合的榫頭端面暴露于外表面，影響美觀，但明榫的榫頭較長(zhǎng)，裝配后再加木楔，因此，明榫的要比暗榫的強(qiáng)度高，所以，受力大的結(jié)構(gòu)的非透明裝飾的木制品都應(yīng)采用明榫接合，當(dāng)木制品美觀要求與榫接合強(qiáng)度要求相矛盾時(shí)，才應(yīng)采用暗榫接合。

插入式圓榫與整體式方榫相比，通常情況下，圓榫的接合強(qiáng)度要低于整體方榫的接合強(qiáng)度，用中密度等人造板制作的木制品，就只宜采用圓榫接合。為保持較高的接合強(qiáng)度，必須使榫頭榫孔接觸面緊密，形成 0.1毫米左右的過盈量，同時(shí)又能形成膠層，所以，使用圓榫接合應(yīng)選用表面有壓縮紋路的圓榫，來進(jìn)行接合。螺旋狀壓縮紋的圓榫，具有木螺釘那樣的抗撥能力，需要邊擰邊撥才能使木圓榫撥起，在人造板中選用這插入式圓榫接合，便能有效提高榫接合的強(qiáng)度。

單榫與雙榫比較，單榫的接合強(qiáng)度要比雙榫的接合強(qiáng)度低，所以單榫應(yīng)適用方料斷面小的零件或受力不大的部位。而雙榫的接合強(qiáng)度大，則應(yīng)用于方料斷面大或受力大的接合部位。為什么不把單榫都改成雙榫，如果把斷面小的方料加成雙榫，榫頭厚度就很難保證應(yīng)有的尺寸。一般榫頭厚度約為榫孔方料寬度的一半。榫頭的厚度越小，榫頭強(qiáng)度下降越大，榫頭因厚度過小易被拆斷，榫頭接合就無保證強(qiáng)度可言。

單肩榫與雙肩榫相比，單肩榫的接合強(qiáng)度要低于雙肩榫的接合強(qiáng)度。因此，一般情況都應(yīng)采用雙肩榫接合，單肩榫只能用于方料尺寸過小，或接合強(qiáng)度要求不是很高的地方。

榫頭的結(jié)構(gòu)形式繁多，榫接合的方式多種多樣。如何能正確選擇使用榫接合的種類方式，要根據(jù)榫接合的受力大小，使用部位、材質(zhì)、工藝要求等因素進(jìn)行綜合考慮，正確選擇榫接合的方式才有利于提高榫接合的強(qiáng)度。

TS664.05

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1008-1151(2011)04-0123-02

2010-01-09

王志軍（1962－），廣西博白人，柳州市第二技工學(xué)校講師。