無框蜂窩板在板式柜類家具中的應(yīng)用研究*

羅丁豪 黃艷麗 羅亞培 關(guān)永康 李 澤

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)家具與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，長沙 410000； 2.國家林業(yè)和草原局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 北京 100010； 3.深圳市優(yōu)舍住產(chǎn)科技有限公司，深圳 518000）

近年來，家具制造企業(yè)生產(chǎn)成本逐年提高,因此期望在保證質(zhì)量、穩(wěn)定價(jià)格的前提下，尋求降低成本的新途徑[1-2]。在板式家具制造中選用生態(tài)環(huán)保、物理特性良好的無框蜂窩板材成為當(dāng)下家具企業(yè)尋求突破的措施之一。本文從蜂窩板材的結(jié)構(gòu)、特性以及適配五金件為切入點(diǎn)，分析其適用性，并給出一套完善的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法作為參考，探尋出一條能降低成本，提升利潤空間，品控優(yōu)良的無框蜂窩板材產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造體系。

1 無框蜂窩板材結(jié)構(gòu)與加工特性

無框蜂窩板材(Frameless Honeycomb fiberboard)是由兩塊較薄的表板牢固粘連在蜂窩紙芯材兩面而制成的板材。由于紙材料的植物纖維成份，具備無污染，可回收的優(yōu)點(diǎn)，其廢舊板材可以高效回收利用，因此是一種環(huán)保材料[3]。相對(duì)于傳統(tǒng)板材而言，蜂窩板材具有質(zhì)量更輕、性能穩(wěn)定、表面平整、隔音隔熱、抗壓抗變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

蜂窩板材按整體結(jié)構(gòu)劃分，可分為有框蜂窩板材和無邊框蜂窩板材。二者最大區(qū)別在于板材四周有無木質(zhì)框架。如圖1，由于無框蜂窩板材不用木質(zhì)框架，在制作加工的工序上更加簡(jiǎn)潔，可大批量生產(chǎn)制造。

圖1 無框蜂窩板材結(jié)構(gòu)示意圖[6]Fig.1 Structural diagram of frameless honeycomb fiberboard

無框蜂窩板材尺寸為1 220 mm×2 440 mm×38 mm，可按照家具零部件尺寸裁切后再進(jìn)行封邊、排孔等加工處理，形成各種規(guī)格的家具板件，用于大規(guī)模制造板式家具[4-5]。需要解決的技術(shù)難點(diǎn)是研發(fā)和豐富適配該類板材的五金件品類。

2 無框蜂窩板材五金連接件技術(shù)分析

現(xiàn)代家具基于“32 mm”系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)板件，并通過家具五金件進(jìn)行組合。而無框蜂窩板材的板芯是不連續(xù)的中空紙質(zhì)材料，該特性導(dǎo)致普遍使用的五金件難以實(shí)現(xiàn)板件相互連接。德國研制的板件拼接五金件、豎版層板卡扣連接五金件,以及用于在表板固定的螺絲可實(shí)現(xiàn)無框蜂窩板件連接，如圖2 所示的五金件可用于豎板和層板間的連接。圖3a為Variant蜂窩板專用螺釘，其適用表層板厚度≥4 mm的板材，沉頭，13mm×7 mm鋼鍍鋅，5 mm鉆孔。圖3b為Variant蜂窩板專用螺絲，其適用表層板厚度≥4 mm的板件，圓柱頭12.5mm×5.5 mm。這兩類螺釘在3～5 mm厚度的板面上固定性優(yōu)良，并且可與圖2 的五金件結(jié)合使用[6]。適配無框蜂窩板材的五金件的成功研發(fā)和生產(chǎn)，推動(dòng)了板式柜類家具的批量生產(chǎn)。

圖2 TAB18 產(chǎn)品及層板安裝圖Fig.2 TAB18 installation diagram

圖3 Variant無框蜂窩板螺絲Fig.3 Variant frameless honeycomb panel screws

3 無框蜂窩板材在板式柜類家具中的應(yīng)用

柜類家具由頂?shù)装濉⒇Q板、側(cè)板、層板、門板、背板等家具板件和家具五金件組合而成。板件形狀多為規(guī)則的矩形。無框蜂窩板材可根據(jù)家具板件要求自由裁切，其裁切、封邊、排孔、貼涂等工藝與傳統(tǒng)板材相似?？赏ㄟ^增加無框蜂窩板材生產(chǎn)設(shè)備和雙封邊設(shè)備，配置于現(xiàn)有生產(chǎn)線。

3.1 無框蜂窩板材及柜體板件的生產(chǎn)流程

圖4 無框蜂窩板材及板式柜體板件生產(chǎn)流程圖[1]Fig.4 Production and processing flow chart of frameless honeycomb panel and panel cabinet plate

機(jī)械制造無框蜂窩板時(shí)，整體采用的是大板制作工藝，板材生產(chǎn)尺寸為1 220 mm×2 440 mm。把蜂窩紙芯拉伸到生產(chǎn)尺寸后進(jìn)行裁截，然后放在涂膠底板上，再將另一塊面板蓋放到蜂窩紙芯上。對(duì)齊后進(jìn)入輥壓機(jī)壓制，最后對(duì)輥壓后的板材進(jìn)行固化裁邊處理。在生產(chǎn)柜類家具板件時(shí)先根據(jù)板件的尺寸開料裁板和封邊處理，最終完成家具板件的成品制作。如圖4 所示，在板材生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要增加無框蜂窩板材生產(chǎn)設(shè)備，板式家具柜體板件制作環(huán)節(jié)仍可按照原有的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)和原有的32 mm生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)[7-9]。

3.2 運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思維進(jìn)行產(chǎn)品體系設(shè)計(jì)

圖5 基礎(chǔ)尺寸板件組合示意圖Fig.5 Schematic diagram of basic size plate assembly

圖6 柜體拆板示意圖Fig.6 Indication of dismantling of cabinet

圖7 板件裁切示意圖Fig.7 Indication of dismantling of cabinet

模塊化設(shè)計(jì)就是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)可縮短設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。這既可滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)，又可滿足個(gè)性化定制需求[10]。柜類家具安裝對(duì)建筑住宅中預(yù)留空間尺寸要求精確。無框蜂窩板件因材料特性，不能滿足安裝現(xiàn)場(chǎng)裁切作業(yè)；因此無框蜂窩板材板式家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要遵循32 mm系統(tǒng)的模數(shù)，還要考慮與建筑模數(shù)相適配。

建筑模數(shù)基本單位以M表示，基本模數(shù)值為100 mm，建筑空間內(nèi)隔墻采用的基本模數(shù)宜為50、100、150 mm，分模數(shù)有M/10、M/5、M/2[11-13]。任淑娟等研究并提出板件的基礎(chǔ)尺寸有50、100、150、200……900 mm等，并可通過拼組的方法組合成多種尺寸的功能部件。把模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)與板式柜類家具產(chǎn)品的生產(chǎn)尺寸結(jié)合，推導(dǎo)出一套標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法用以縮減產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，減少加工設(shè)備裁板鉆孔次數(shù)。最終達(dá)到提高生產(chǎn)效率和材料利用率的目的，如圖5～7所示。

3.3 協(xié)調(diào)柜體功能模塊與空間尺度計(jì)算方法

住宅空間承載著家具產(chǎn)品，統(tǒng)一協(xié)調(diào)家具產(chǎn)品與住宅空間的尺度，是二者適配的先行條件。精確測(cè)量隔墻長度和深度的尺寸，可保證工廠生產(chǎn)的柜體尺寸與隔墻尺寸吻合，使柜體在住宅空間內(nèi)適配安裝，進(jìn)而提高一次安裝成功率。住宅內(nèi)隔墻通常以形狀劃分為“一字型”、“L型”、“U型”、“T型”。以U型墻體為例，A為隔墻凈寬，B為隔墻凈深，e1、e2為柜類家具產(chǎn)品模塊寬度尺寸，b為柜類家具產(chǎn)品模塊的深度尺寸，如圖8 所示。由于隔墻尺寸數(shù)值有不能整除M值的情況，因此柜類家具產(chǎn)品會(huì)有一個(gè)余量，這個(gè)余量通常作為收口條或者見光側(cè)板，在計(jì)算過程中將這個(gè)余量值設(shè)為Y。

圖8 住宅內(nèi)隔墻家具產(chǎn)品尺寸測(cè)算示意圖Fig.8 Schematic diagram of measurement and calculation of components of interior partition wall furniture

隔墻長度A的值需要進(jìn)行實(shí)地測(cè)量得出，再將A值除以建筑空間基本模數(shù)M，得出二者的商數(shù)和余數(shù)。M值通常取50、100、150 mm[14-16]。產(chǎn)品模塊與建筑空間模數(shù)協(xié)調(diào)的計(jì)算公式如下：

M為固定值100，A為住宅內(nèi)隔墻預(yù)留空間的實(shí)際測(cè)量值，將M、A的值代入式(1)和式(2)中計(jì)算，并判斷R是否等于“0”，若R=0 則取[1,Q]區(qū)間內(nèi)的整數(shù)，并將M乘以Q值區(qū)間內(nèi)的整數(shù)，從而得出第一個(gè)模塊的長度尺寸，第二個(gè)模塊的長度尺寸為隔墻長度與第一模塊長度的差值，即

若R≠0 時(shí)，隔墻長度A不能被模數(shù)M整除。表明模塊組合后隔墻空間的長度還有余量，若要使其完全嵌合，則需要用收口條填充余量空間。為了保證柜體的對(duì)稱美，通常采用形狀和尺寸相同的兩個(gè)收口條安裝在柜體兩側(cè)，故兩個(gè)收口條的寬度值通常取余量二分之一的數(shù)值。模塊的乘積系數(shù)仍然取[1,Q]區(qū)間內(nèi)的整數(shù)，收口條尺寸取隔墻長度與建筑空間基本模數(shù)的余數(shù)。可用以下公式表達(dá)：

式中：A——隔墻長度，mm；

M——建筑空間基本模數(shù)，數(shù)值為100，mm；

Q——隔墻長度與建筑空間基本模數(shù)的商，mm；

R——隔墻長度與建筑空間基本模數(shù)的余數(shù)，mm；

P——計(jì)算模塊長度的乘積系數(shù)，mm；

e1——第一模塊的長度，mm；

e2——第二模塊的長度，mm；

Y——隔墻長度的余量，mm；

Y1、Y2——收口條的長度，mm。

柜體組合模塊不僅是兩個(gè)模塊間的組合，也可根據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行兩個(gè)以上的模塊組合，將新添的模塊數(shù)代入公式計(jì)算即可。柜體深度主要是依據(jù)其主要收納物品的尺度來衡量，例如玄關(guān)柜深度的數(shù)值是以最大鞋碼鞋盒的長度尺寸為基準(zhǔn)數(shù)值加上門板與背板厚度確定；衣柜深度以衣服平均肩寬數(shù)值為基準(zhǔn)；書柜深度以書籍最常用開本的寬度數(shù)值為基準(zhǔn)。因此隔墻預(yù)留深度不能小于柜體深度的數(shù)值。

3.4 無框蜂窩板板式柜類家具功能模塊設(shè)計(jì)

在模塊化概念中，板件和五金件屬于產(chǎn)品元件。把板件和五金件組合成單體柜，即元件組合成功能模塊。把單體柜組合為柜體，即功能模塊。柜體功能模塊設(shè)計(jì)要滿足人們對(duì)于衣柜、玄關(guān)柜、廚房櫥柜的功能需求[17-25]。例如衣柜，在人體工程學(xué)中所述人張開雙臂拿取衣物的最佳尺度通常為800～900 mm，因此衣柜的基本元件尺寸為400、450 mm。在400mm板件模塊上主要為疊放功能區(qū)；在800 mm板件模塊上分為短衣掛置區(qū)、掛褲區(qū)、被褥收納區(qū)，也可以依據(jù)需要將其改變?yōu)殚L衣掛置區(qū)、抽屜收納區(qū)、被褥收納區(qū)，如圖9 所示。依據(jù)實(shí)際需求和產(chǎn)品功能模塊與建筑空間模數(shù)協(xié)調(diào)公式，在板件模塊上靈活地拼接各個(gè)功能模塊，可快速地設(shè)計(jì)與室內(nèi)空間尺度相匹配的柜體產(chǎn)品。

圖9 衣柜功能模塊Fig.9 Wardrobe function module

3.5 無框蜂窩板材在板式柜類家具中的應(yīng)用

深圳某公司為地產(chǎn)企業(yè)公寓項(xiàng)目提供無框蜂窩板材的柜體產(chǎn)品，如圖10 所示?；诋?dāng)下青年群體生活方式調(diào)研結(jié)果，該公寓項(xiàng)目的柜類家具產(chǎn)品采用無門板和背板的設(shè)計(jì)，既滿足了可視化收納的功能需求，同時(shí)也提高了展示性。以掛桿掛置布簾替代傳統(tǒng)門板的功能，不僅滿足人們對(duì)隱私保護(hù)的需求，而且也具備防塵功能。

圖10 廣州某青年社區(qū)衣柜產(chǎn)品Fig.10 Wardrobe products of a youth community in Guangzhou

4 結(jié)論

無框蜂窩板優(yōu)勢(shì)在于適用于大規(guī)模批量化生產(chǎn)。該板材物理力學(xué)性能良好，成本低廉，生產(chǎn)制造流程與傳統(tǒng)板式家具基本一致，用于板式家具制造可以有效降低生產(chǎn)成本，提升利潤空間，并且符合國家生態(tài)環(huán)保政策和可持續(xù)發(fā)展理念。

目前無框蜂窩板材在板式柜類家具中的應(yīng)用還存在一些不足，如柜體功能較單一；由于板材握釘力不強(qiáng)，增加了安裝門板難度，在一定程度上限制了柜體風(fēng)格的多樣性等，這些均有待深入研究和優(yōu)化；適配五金連接件還有待進(jìn)一步研發(fā)；需要注意的是，無框蜂窩板材板式柜類家具生產(chǎn)與安裝容錯(cuò)率低，因此在生產(chǎn)前需進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并以本文提出的協(xié)調(diào)柜體功能模塊與空間尺度的計(jì)算方法計(jì)算拼組模塊尺寸，以保證產(chǎn)品尺寸與安裝空間尺度適配。