9第九章、木材及加工工艺

第九章 木材及加工工艺
木材及 加工工艺
9.1 木材的构造
9.2 木材的分类
9.3木材的 基本性能
9.4木材的 成型工艺
9.5 常用木材 及在设计中 的应用
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9.1 木材的构造
树木是一个有生命的生活体，它是由树 根、树干和树冠（包括树枝和树叶）三部分 组成。其中树干是树木的主体部分，占树木 总体积的50%-90%。
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9.2 木材的分类
1、按树种分类：可分为针叶树和阔叶树 针叶树树叶细长如针，多为常绿树。材质 一般较软，有的含树脂，又称软材，如红松、 落叶松、马尾松、杉木、柏木等。主要的应用 范围是建筑、桥梁、家具、造船、电杆、枕木、 机械模型等。 阔叶树树叶宽大、叶脉呈网状，大都为落 叶树，材质较坚硬，故称硬木。如樟木、椴木、 山杨、青杨、水曲柳、栎木等。主要用于机械 制造、车辆、造船、建筑、桥梁、枕木、家具、 胶合板等。
刨削原理：木匠刨木.avi
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(3)木材的凿削 木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构，因此，榫孔的凿削 是木制品成型加工的基本操作之一。 凿削加工主要工具是各种凿子，利用凿子的冲击运动，使锋利的刃口 垂直切断木材纤维进入其内，逐渐加工成各种方形、矩形或圆形的榫孔。 使用的工具主要包括木工凿和木工榫孔机床。其中木工凿分为平凿、圆 凿和斜凿。 相关视频：凿木流年.avi
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2.木材加工的基本方法
(1)木材的锯割
木材的锯割是木材成型加工中用得最多的一种操作。按设计要求将 尺寸较大的原木、板材或方材等沿纵向、横向或按任一曲线进行开锯、分解、开榫、 锯削、截断、下料时，都要运用锯割加工。
锯割常用的工具有木工手工锯和木工锯割机。 木工手工锯按照结构可分为框锯、刀锯、横锯、侧锯、板锯、狭手锯、钢丝锯等。 常用的是框锯和刀锯。 木工锯割机是木工加工常用的机器。一般可分为带锯机和圆锯机。带锯机是将一 条带锯齿的封闭钢带绕在两个锯轮上，使其高速移动，实现锯割。圆锯机是利用高 速旋转的圆锯片对木材进行锯割的机床，其结构简单、安装容易、操作和维修方便、 生产效率高，应用广泛。
树干由树皮、木质部和髓心三部分组成。 它的的宏观构造，可以从树干的横切面、径 切面和弦切面三个不同的切面入手。
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1、横切面：是指与树干或木纹方向垂直锯割的切面，在这 个切面上，木材细胞间的相互联系都清楚的反映出来， 它是识别木材最重要的部位。
2、径切面：是指顺着树干方向，垂直与年轮的切面。通过 髓心割锯的切面，叫标准径切面。在这个切面上，年轮 呈条状，相互平行。由径切面而成的板材，收缩小、不 易翘曲，适用于地板、木尺和乐器用的共鸣板等。 3、弦切面：顺着树干方向、与年轮相切的切面。它是其中 一个年轮的切线，同时又是另一个年轮的弦线。这种方 法锯割的板材，年轮在板面上成V字形，花纹美观。一 般使用的木材都是弦切面，用于制造家具、桶板和船上 的甲板等。
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9.3 木材的基本性能
木材作为一种天然材料，在自然界中蓄积量大、分布 广、取材方便，具有优良的特性。木材是一种优良的造型 材料，自古以来，它一直是最广泛最常用的传统材料，其 自然、朴素的特性令人产生亲切感，被认为是最富于人性 特征的材料。 在新材料层出不穷的今天，在设计应用中仍占有十分 重要的地位，这是由木材的基本性能所决定的。 木材的基本性能是具有多孔性、各项异性、湿胀干缩 性、燃烧性和生物降解性等独特性质，在具体使用中必须 更好地利用这些特性和最大限度的限制其副作用。
(4)木材的铣削 木制品中的各种曲线零件，制作工艺比较复杂，木工铣削机床是一 种万能设备，既可用来截断，起线，开榫、开槽等直线成形表面加工 和平面加工，又可用于曲线外形加工，是木材制品成型加工中不可缺 少的设备之一。
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3. 木制品的装配与结合
按照木制品结构装配图以及有关的 技术要求，将若干构件结合成部件，再 将若干部件结合成制品或若干部件和构 件结合成木制品的过程，称为装配。 木制品的装配其中最重要的是木制 品的结合。
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木材特性优点有： (1)质轻。木材由疏松多孔的纤维 素和木质素构成。它的密度因树 种不同，一般在0.3—0.8之间， 比金属、玻璃等材料的密度小得 多，但它的比强度比钢材大很多， 因而质轻坚韧，并富有弹 性，在纵向(生长方向)的强度大， 是有效的结构材料，但其抗压、 抗弯曲强度较差。
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(2)具有天然的色泽和美丽的花纹。 不同树种的木材或同种木材 的不同材区，都具有不同的天 然悦目的色泽。如红松的心材 呈淡玫瑰色，边材成黄白色； 杉木的心材成红褐色，边材呈 淡黄色等。 又因年轮和木纹方向的不 同而形成各种粗、细、直、曲 形状的纹理，经旋切、刨切等 多种方法还能截取或胶拼成种 类繁多的花纹。
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C、划线 划线是保证产品质量的关键工序，它决定了构件上榫头，榫眼及圆孔等的位置 和尺寸，直接影响到配合的精度和结合的强度。
D、榫头、榫眼及型面的加工 榫结合是木制品结构中最常用的结合方式，因此，开榫、打眼工序 是构件加工 的主要工序，其加工质量直接影响产品的强度和使用质量。
(3)装配 按照木制品结构装配图以及有关技术要求，将若干构件结合成部件，或将若干 部件和构件结合成木制品的过程。 (4)表面修整和涂饰 构件的表面修整加工应根据表面的质量要求来决定。外露的构件表面要精确修 整，内部用料可不作修整。同时进行表面着色和涂饰，以提高制品的表面质量和防 腐能力，增强制品外观的美感效果。表面涂饰通常包括表面处理、着色和涂漆等工 序。
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2、按用途分类：原条、原木、成材、人造板、改良木。
原条是指已经去皮、根、树梢的木料，但未按一定尺寸加工成规 定的材类。主要用于建筑工程的脚手架、建筑用材、家具用材等；
原木是指已经去皮、根、树梢的木料，并按一定尺寸加工成一定 直径和长度的材类，原木可分为使用原木、锯材原木、化学加工原木、 锯刨加工原木；
成材是指已经加工锯解成材的木料，成材分为锯材和枕木；
人造板是指木材加工过程中产生的大量边皮、碎料、木屑等余料， 经过机械和化学加工而制成的各种板材。人造板主要分为胶合板、细 木工板、木纤维板、碎木刨花板、木丝板、塑料贴面板等；
改良木是采用物理或化学方法加工处理的木材。它可以分为压缩木、 层积木、浸渍木等。
木材易锯、易刨、易切、易打孔、易组合加工成型，且加工比金属 方便．由于木材的管状细胞吸湿受潮，故对涂料的附着力强，易于着 色和涂饰。
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(7)对热、电具有良好的绝缘性。木材的热导率，电导率 小，可做绝缘材料，坦随着含水率增大，其绝缘性能降低。
木材特性中也有一定的缺点： (1)易变形、易燃：木材由于干缩湿胀容易引起构件尺寸及形状变异和 强度变化，发生开裂．扭曲、翅曲等弊病。木材的着火点低，容易燃烧。 (2)各向异性：木材是具有各向异性的材料，即使是同一树种的木材， 因产地、生长条件和部位不同，其物理、化学性质差异很大。使之使用 和加工受到一定的限制。 （3）容易解离：木材容易解离。但是刨花板和纤维板就是利用木材的 这一缺点制作而成的。 （4）生物降解性：木材是一种有机物质，在生长和存储的过程中，容易 受菌、虫的侵蚀，使木材受到一定的破坏，降低了使用性能。 （5）天然缺陷：由于木材是一种天然材料，在生长过程中受自然环境的 影响，有许多天然缺陷，如节子、弯曲等。
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9.4 木材的成型工艺
木材的成型工艺 将木材原材料通过木工手工工具或木工机械设备加工成构件，并将 其组装成制品，再经过表面处理、涂饰，最后形成一件完整木制品的 技术过程。 9.4.1 木材常用的成型加工工艺 1．木材加工的工艺流程 每个构件加工前，都要根据被加工构件的形状、尺寸、所用材料、 加工精度、表面粗糙度等方面的技术要求和加工批量大小，合理选择 各种加工方法、加工机床、刀具、夹具等，拟定出加工该构件的每道 工序和整个工艺过程．木制品构件的形状、规格多种多样，其加工工 艺过程一般为：
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(1)配料 配料就是按照图样规定的木制品的尺寸和质量要求，将各种不同树种、 不同规格的木材。锯割成符合制品规格的毛料，即基本构件的过程。配料 时应根据制品质量的要求，按构件在制品中所处部位的不同，合理确定各 构件所用材料的树种、纹理、规格、含水率等技术指标； (2)构件加工 经过配料后，对毛料进行平面加工、开榫、打孔等，由此加工出所要 求的形状、尺寸、结构和表面粗糙度的木制品构件。 A、基准面的加工 为了构件获得正确的形状，尺寸和粗糙度的表面，并保证后续工序 定位准确，必须对毛料进行基准面的加工。作为后续工序加工的尺寸 基准。 B、相对面的加工 基准面完成后，以基准面为基准加工出其他几个表面。
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木制品的构件间的结合方式，常见的有榫结合、胶结合、 螺钉结合、圆钉结合、金属或硬质塑料联结件结合，以及 混合结合等。采取不同的结合方式对制品的美观和强度、 加工过程和成本，均有很大的影响，需要在产品造型设计 时根据质量技术要求确定。下面简要介绍几种常用结合方 式。 (1)榫结合 榫结合是木制品中应用广泛的传统结合方式。它主要 依靠榫头四壁与榫孔相吻合。装配时，注意清理榫孔内的 残存木渣，榫头和榫孔四壁涂胶层要薄而均匀，装榫头时 用力不宜过猛，以防挤裂，必要时可加木楔，达到配合紧 实。榫结合视制品结构的需要有明榫和暗榫之分。
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(2)胶结合 胶结合是木制品常用的一种结合方式，主要用于实木板的拼 接及榫头和榫孔的胶合。其特点是制作简便，结构牢固，外型美 观。装配使用粘合剂 时．要根据操作条件、被粘木材种类、所要 求的粘接性能、制品的使用条件等合理选择粘合剂。操作过程中， 要掌握涂胶量，晾置和陈放、压紧，操作温度、粘接层的厚度五 大要素。 乳白胶：目前木制品行业中常用的胶粘剂种类繁多，最常用 的是聚醋酸乙烯酯乳胶液，俗祢乳白胶．它的优点是使用方便， 具有良好和安全的操作性能，不易燃，无腐蚀性，对人体无刺激 作用；在常温下固化快，无需加热，并可达到较好的干状胶合强 度，固化后的胶层无色透明，不污染木材表面。但成本较高，耐 水性、耐热性差，易吸湿，在长时间静载荷作用下胶层会出现蠕 变，只适用于室内木制品．
相关视频：1、木工锯.avi
2、锯树.avi
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(2)木材的刨削 刨削也是木材加工的主要工艺方法之一。木材经锯 割后的断面一般较粗糙且不平整，因此必须进行刨削加 工，刨削加工的主要工具是各种刨刀，利用与木材表面 成一定倾角的刨刀的锋利刃口与木材表面的相对运动， 使木材表面薄层脱落。木材经刨削加工后，可以获得尺 寸和形状准确、表面平整光洁的构件。 刨削使用的工具主要包括木工刨和木工刨削机床。 木工刨一般按照其用途和构造可分为平刨、槽刨、 边刨、特形刨等； 刨削机床可分为平刨床和压刨床。
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(3)螺钉与圆钉结合 强度取决于木材的硬度和钉的长度，并与木材的纹理 有关。木材越硬，钉直径越大，长度越长。沿横纹结合， 则强度越大，否则强度小。操作时要合理确 定钉的有效长 度，井防止构件劈裂。 (4)板材拼接 木制品上较宽幅面的板材，一般都采用实木板拼接而 成。采用实木板拼接时，为减少拼接后的翘曲变形，应尽 可能选用材质相近的板料，用胶粘剂或既用胶粘剂又用榫、 槽、钉等结构，拼接成具有一定 强度的较宽幅面板材。拼接的结合方式有多种，如图4所示。 设计时可根据制品的结构要求、受力形式、胶粘剂种 类，以及加工工艺条件等选择。
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9．4．2 木制品的表面装饰技术
1．木制品的表面涂饰 (1)表面涂饰目的 木制品表面装饰的目的主要是装饰作用和保护作用。 (2)涂饰前的表面处理 由于木材表面不可避免地存在各种缺陷，如表面的干燥 度、纹孔、毛刺、虫眼、节疤，色斑、松蜡及其分泌物松 节油等．不预先进行表面处理，将会严重影响涂饰质量， 降低装饰效果．因此，必须针对不同的缺陷采取不同方法 进行涂饰前的表面处理。
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(3)具有调湿特性
木材由许多长管状细胞组成，在一定温度和相对湿度下，对空气中 的湿气具有吸收和放出的平衡调节作用。
(4)隔声吸音性
木材是一种多孔性材料，具有良好的吸音隔声功能。
(5)具有可塑性
木材薰煮后可以进行切片，在热压作用下可以弯曲成型，木材可以 用胶、钉、榫眼等方法比较容易和牢固地接合。
(6)易加工和Biblioteka Baidu饰