金属家具结构与工艺

金属家具一、概论定义：主要部件由金属所制成的家具称金属家具。

凡以金属管材、板材或棍材等作为主架构，配以木材、各类人造板、玻璃、石材等制造的家具和完全由金属材料制作的铁艺家具，统称金属家具。

分类：按金属材料在家具中与其它材料的搭配不同，又将金属家具分为全金属家具（如钢家具）、金属与木材结合家具（如钢木家具）、金属和其它非金属结合家具（如钢塑家具、钢与玻璃家具等）金属家具加工技术特点与传统的木材家具相比，金属（尤其是钢材）是一种高强度、难加工的材料。

因此，它的加工设备往往都比较庞大，切削力也比较大。

但由于家具产品往往对强度要求不太高，因此，家具中使用胡金属材料多以空芯管材、薄型板材等为主，这就决定了金属家具的加工工艺也大致以管型材加工和薄型板材的剪裁和冲压等加工为主，少有车、钳、刨、铣等常规金属切削加工方式。

近年来，轻质铝型材由于夺铸方便、强重比高、不会生锈等特点，也大量用于家具制造中，但多以型材为主，少见板材，家具厂对它的加工就更为简单，主要是管型材的截断、钻孔等加工。

金属材料的另一个特点是导电性好，因此，金属家具在表面装饰方面也与木家具不同，常采用静电喷漆，特点是今年来发展的粉末静电喷漆，不仅使得涂料的利用率提高，也使得金属家具制造在环保方面得到很大的改善、03：近年来，金属家具逐渐向中高档家具方向发展，在材料方面，从过去单一采用钢铁材料作为原材料逐渐向采用铝合金、不锈钢、普通钢材等多种金属材料方面发展，同时，金属家具也还正朝着以如木材、皮、布、玻璃等多种非金属材料相结合的方面发展，增加新款式、新品种，以最大工程度满足消费者追求多样性的要求，使得金属家具越来越得到消费者的信睐。

金属材料材料分类：金属材料：黑色金属、有色金属、特殊金属材料无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥、石材等有机高分子材料：木材、竹、藤等合成高分子材料：塑料、合成橡胶、涂料等复合材料定义：金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，黑色金属通常指的是以铁为主要成分的各种铁合金，主要是指铁碳合金，即我们生活中的铁和钢，但目前有一种铁合金不是黑色的，那就是铁与铬或锰形成的合金，称为不锈钢，是银白色的。

除铁合金以外的其它金属材料多带有各种颜色，又称为有色金属，使用较多的有铝、铜，此外也还有如铅、锌、锡等，但家具中一般不使用。

金属的材料分类：黑色金属铁和以铁为基础的合金：钢、铸铁、铁合金有色金属：铜、铝及其合金特种金属材料：形状记忆合金、高强高模铝锂合金、减震合金①按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料。

A:黑色金属材料包括铁和以铁为基体的合金。

如纯铁、碳钢、合金钢、铸铁铁合金等，简称钢铁材料。

B:有色金属包括铁以外的金属及其合金。

常用的有金、银、铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金等。

②按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料和金属功能材料。

③按金属材料加工工艺分为铸造金属材料、变形金属材料和粉末冶金材料。

④按金属材料密度分为轻金属(密度<4．5g／cm3)和重金属(密度>4．5g／cm3)。

金属材料特性：1、具有良好的导电和导热性能2、表面具有金属所特有的色彩和光泽3、具有良好的延展性，易于加工成型4、可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、氧、磷与硫等非金属在熔融状态下形成合金，以改善金属的性能5、除少数贵金属外，几乎所有金属的化学性能都比较活泼，易于氧化而生锈，产生腐蚀6、表面工艺性能优良，可以进行各种装饰工艺以获得理想的表面质感金属材料性能：1机械性能2物理和化学性能3工艺性能常用的金属材料：A3钢、铝型材、不锈钢201/3041.1：金属材料金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，黑色金属通常指的是以铁为主要成分的各种铁合金，主要是指铁碳合金，即我们生活中的铁和钢，但目前有一种铁合金不是黑色的，那就是铁与铬或锰形成的合金，称为不锈钢，是银白色的。

除铁合金以外的其它金属材料多带有各种颜色，又称为有色金属，使用较多的有铝、铜，此外也还有如铅、锌、锡等，但家具中一般不使用。

1.1.1钢材钢是含碳量在0.04%~2.3%之间的铁碳合金。

为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。

钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

钢的分类方法多种多样：如按品质分为普通钢、优质钢、高级优质钢；按用途分为普通碳素结构钢、低合金结构钢和钢筋钢等以及按断面形状分的板钢、型钢、管钢以及钢丝等。

家具制造通用的是各种形状的碳素钢。

（1）钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。

钢板按厚度分为薄板和厚板两大规格。

家具企业通常使用厚度在0.6~1.4mm厚的薄钢板。

（2）钢管又分无缝钢管和焊接钢管，前者是钢材生产企业在生产中通过挤压成型生产出来的，由于整体性好，因此在承受外界压力是强度较好，多用于管道运输中，后者是钢材加工企业采用钢带通过卷板机弯卷后再用高频电阻焊机焊接而成的管状钢材，常在家具制作中用作支承部件。

钢管的规格包括直径和壁厚，民用家具产品用到的钢管直径都不大，多数在10~20mm，壁厚在0.6~1.4mm之间，多用于椅类家具。

（3）型钢金属家具制作中也还大量使用各种规格的小型型钢。

型钢主要包括如方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等品种。

（4）钢丝通常是指用热轧线材（盘条）为原料，经过冷拔加工的产品。

钢丝的断面有圆形、椭圆形、方形、三角形及各种异形钢丝，一般以圆形断面为主。

钢丝的材质有低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢、中合金钢和高合金钢等。

钢丝在家具中多是用于制作弹簧，应用于沙发、软座椅、床垫等产品中。

（5）钢材的物理性质钢材的密度约为7.8g/cm3.钢材本身呈白色，但钢材极容易受到空气的作用而氧化，，氧化后的表面呈黑色，所以铁和钢又称为黑色金属，钢铁都是电和热的良导体，但导电和导热能力弱于铜和铝等材料，因此，很少用钢铁做导线用，但如果有裸露的导线与钢铁材料的接触，则易造成短路而引起火灾，因此金属家具要尽量避免与导线直接接触。

1.1.2铝材（1）变形铝合金可以通过压力方法加工的铝合金称为铝合金，根据其性能不同又可分为五类.铸造铝合金用来直接浇铸各种形状零件的铝合金称为铸造铝合金，这些铝合金的合金元素含量比变形铝合金高，铸造铝合金铁流动性好，但塑性差，可以通过变质处理（使晶粒细化）和热处理提高机械性能。

表示方法以“ZL”加顺序号表示。

在铸造铝合金中，常用的AL—SI系合金如ZL7；al-cu系合金，如ZL1;AL-ZN系合金，如ZL15;AL-MG系合金等。

1.1.3其它有色金属：有色金属又分称非铁金属，指除黑色金属外的金属合金，其中除少数有颜色外（铜为紫红色、金为黄色），大多数为银白色，有色金属有60多种，又可分为九大类：1重金属铜、铅、锌等；2轻金属铝、镁等；3轻稀有金属锂、铍等；4难熔稀有金属钨、钛、钒等；5稀散金属镓、锗等;6稀土金属钪、钇及镧系元素等；7放射性金属镭、锕等8贵金属金、银、铂等；9碱金属钾、钠等。

三、金属家具结构金属家具的结构形式多种多样，但总体上可分为两大类：板类结构和框架类结构。

板类结构以金属板材作为主要材料，通常对板材的弯折成型加工出版类部件，部件之间通常焊接、铆接、紧固件连接以及销接等方式拼装成产品的结构类型。

框架结构以型钢如方钢、圆钢等管材通过焊接、铆接、折管等工艺加工成框架，用作家具的骨架部件，再根据家具结构特点的需要，中间填以板类部件做为家具。

金属家具按其是否可拆装家具与整体家具。

结构特点：①固定式：通过焊接的形式将各零部件接合在一起。

②拆装式：各零部件用螺栓、螺钉、螺母拆装连接的形式③折叠式：用平面连杆机构的原理以铆钉连接的折动式；或叠积的方式。

④插接式：用大管套入小管或二通、三通、四通的插接件连接，用螺钉固定。

连接方式：金属家具的连接方式比较多样化，主要包括焊接、机械连接、胶接三类。

通常的方式以焊接、铆接、螺铨与螺母连接、螺铨与金属部件本身的螺纹连接，此外还有销连接、搭扣连接以及活动部件与猪头结构的铰连接等。

焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或不用填充材料，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。

金属焊接按其过程特点可分为三类：⑴熔化焊：简称熔焊，常见的有气焊、电弧焊、激光焊。

⑵压力焊：简称压焊，是在压力作用下，被焊的分离金属结合面处产生一定的塑性变形，而使金属连接成整体的工艺。

常见的有电阻焊、超声波焊等⑶钎焊：是利用熔点比焊点低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料融化而处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。

钎焊分为硬钎焊和软钎焊，硬钎焊钎料熔点在450度以上，软钎焊熔点在450度以下，常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊，可用烙铁进行加热焊接。

铆接使用铆钉连接两件货两件以上的工件叫铆钉。

销连接用销将连接件连成一体的可拆连接。

螺纹连接是一种可拆的固定连接。

2.3：金属家具结构强度计算无论是板式结构还是管类结构的金属家具，其管材或者板材的规格和壁厚都需要根据产品的承载能力进行强度计算和校核。

金属家具强度校核大致包括三个部分：一是垂直承载件的轴向力计算，主要是金属家具的侧板和支承类家具的侧面框架强度计算；二是管件或板件的水平力计算，也就是水平构件的抗弯能力的计算；第则是各连接部位的综合强度校核。

3.1:管型材的选择与配料方案按零件尺寸规格和质量要求，选择合适的材料，并将其加工成长度规格毛料的过程称之为管型材料的配料。

四、金属工艺金属材料的加工方法主要包括五大类：1铸造成型加工：定义：将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。

根据铸模材料和工艺的不同，铸造方法有：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。

⑴砂型铸造俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。

主要工序有：制造铸模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。

砂型铸造适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。

⑵金属型铸造：也叫铁型铸造，永久型铸造或硬性铸造，是将液态金属浇入金属铸型，，从而获得铸件的铸造方法，金属型铸造工艺的优点：①保证铸件的高密度要求，减少铸件缩松的产生，组织结构致密，力学性能较高，同时抗腐蚀性和硬度也显著提高。

②由于不采用型砂造型，铸件表面无黏砂，尺寸精度稳定，在生产加工过程中，可提高加工速度，减少加工量，满足机械化生产的要求。

③金属型铸造没有造型和清砂处理过程，因而降低生产成本，缩短生产周期。

缺点：①铸造透气性差，无退让性，易使铸件产生冷隔、浇不足、裂纹等铸造缺陷。

②受铸型限制，金属型铸件合金熔点不宜太高，重量也不宜太大。

⑶熔模铸造：又称失蜡铸造，特点：①铸件的精度高切表面光洁，能大大减少机加工余量或不进行机械加工②能够铸造各种铸造合金铸件，尤其适用于高熔点及难切削加工合金铸造③熔模铸件的形状可以比较复杂。