可拆裝家具榫卯結構設計創(chuàng)新研究

王子寒， 徐 偉，2*

(1.南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設計學院，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學智庫林業(yè)產業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京 210037)

家具是人們日常生活的必需品，任何生活方式都離不開家具，其結構大致可分為兩類，分別是固定結構和可拆裝結構[1]。家具的固定結構設計一般通過膠接合、釘接合來實現(xiàn)，使家具各部件之間形成一個整體，緊密結合。家具的可拆裝結構則是通過零部件進行安裝與拆卸，其可拆卸零部件一般為榫卯或部分五金連接件，拆卸便捷。隨著電子商務的發(fā)展、直播帶貨的風靡、消費者觀念的轉變，網購家具已成為當今互聯(lián)網背景下的家具銷售趨勢，消費者對可拆裝結構家具的青睞將遠大于固定式結構家具，為了迎合新趨勢，企業(yè)需在產品結構、造型以及包裝方面進行規(guī)劃來壓縮各方面成本，提高收益[2-3]。

1 可拆裝家具發(fā)展現(xiàn)狀與接合類型

1.1 可拆裝家具發(fā)展現(xiàn)狀

目前，由于社會文明的迅速發(fā)展，城市人口直線上升，生活各項開銷增大，房價居高不下，小戶型住房和配套設施成為置業(yè)熱門，家具作為住宅的重要組成部分，在人們生活中起到至關重要的作用，因而對可拆裝家具的需求逐漸上升，可拆裝成為一個新興的研究主題。

可拆裝家具設計是在設計前期考慮家具的拆裝性和裝配性，在不改變零部件及整體結構穩(wěn)定的情況下進行拆裝[4]。許俊認為可拆裝家具是通過各種插件、零部件或連接件將家具各部分結構組裝并反復裝卸的家具[5]。薛坤指出家具的可拆裝結構分為嵌入式和自鎖式[6]。王碩等又將可拆裝榫接合形式進行了歸納和細分[7]。可拆裝結構在學術界已慢慢興起，但在技術層次仍依賴國外先進技術，本土原創(chuàng)設計有待提升。

可拆裝家具分為需工具配合安裝的可拆裝結構和免工具安裝的可拆裝結構，兩者在市場上都占有一定的份額[8]。需工具配合安裝的可拆裝家具一般以平板化包裝配以專業(yè)人士指導或具體安裝說明幫助消費者進行安裝，在減少運輸成本的同時，又能使消費者了解安裝過程，獲得體驗感。免工具拆裝家具即不需任何工具，僅需手工操作便能實現(xiàn)迅速安裝，在可拆裝家具中屬于結構簡單的可拆裝，其可完全脫離安裝手冊，無需專業(yè)人士指導，消費者便可動腦實現(xiàn)簡易安裝，不僅節(jié)約了運輸成本，還節(jié)約了安裝費用。與此同時，安裝難度小、易上手、結構簡單的免工具拆裝家具讓消費者體驗到了家具功能之外的追求自我個性的DIY體驗，使消費者嘗試了更多使用家具之外的樂趣。

1.2 可拆裝家具接合類型

可拆裝家具是可以進行多次拆卸，家具產品外觀、結構和穩(wěn)定性基本保持不變的一種設計。家具的可拆裝是通過對零部件進行巧妙設計來完成的簡單拆卸?？刹鹧b接合方式大致可分為榫接式、掛接式、嵌入式、卡扣式以及螺紋式等[9]。

1.2.1 榫接式

榫接式一般由榫頭和榫眼相互匹配拼接形成一種穩(wěn)定結構的接合方式，其可追溯到古建筑復雜的結構設計，隨著手工作業(yè)的迅速發(fā)展，開始出現(xiàn)了榫接合配合膠接合或釘結合制作的簡易不可拆卸榫接式結構。然而伴隨工業(yè)4.0時代的來臨，現(xiàn)代榫卯結構開始向可拆裝的接合方向演變，如搭接式、自鎖式、插接式和擠壓式等。其無需五金件、膠黏劑以及釘連接，結構內斂穩(wěn)定，方便裝卸，符合當今可持續(xù)發(fā)展趨勢[10]。然而，榫接式結構形式變化多樣，機械化難度高，成本高，與當代家居風格存在出入。

1.2.2 掛接式

掛接式是指兩個掛鉤形式的部件相互鉤掛形成的簡易可拆裝結構接合方式，只需簡單移動一個掛鉤部件，便能實現(xiàn)家具結構的拆卸，多為金屬家具，常用于超市、儲藏室等貨架連接。其優(yōu)勢在于安裝迅速、便利，不需耗時耗力，結構強度大。在穩(wěn)定性方面略有不足，易松動、變形。

1.2.3 嵌入式

嵌入式是兩個部件相互配合且一個構件滑入另一個部件卡槽的一種接合方式。其構件多為“7”字形卡扣，擁有兩個卡槽，組裝接合先嵌入第一卡槽再滑動嵌入第二卡槽，第一卡槽的寬度需大于第二卡槽，第二卡槽寬度等同于卡口尺寸。該接合方式只需通過滑動便能實現(xiàn)安裝與分離，裝卸效率高，屬于易拆裝結構，不足之處在于，以滑動的方式進行接合，易產生松動現(xiàn)象，穩(wěn)定性不足，難以實現(xiàn)各方位自鎖固定。

1.2.4 卡扣式

卡扣式一般是塑性材料受力產生彈性形變來實現(xiàn)物件之間接合的一種方式，即通過外力使連接物產生變形接合再恢復原狀。其卡扣形式多樣，如球式、圓柱式、懸臂式等。該接合方式優(yōu)勢眾多，安裝便捷簡單、裝配費用低、穩(wěn)定性強等，但其存在致命缺點，即拆卸壽命低，反復拆裝容易出現(xiàn)變形、松動、裂縫等情況，不符合當今可持續(xù)設計的趨勢。

1.2.5 螺紋式

螺紋式的接合方式與木螺釘接合原理沒有本質區(qū)別，其結構設置了容易操作的零件，不需使用復雜工具和膠黏劑，只需螺絲與五金件相配合，便可簡單通過旋轉實行安裝。該接合方式可以進行反復拆卸、安裝，結構穩(wěn)定，靈活性強，其零部件可以進行互換，便于標準化、批量化生產。然而，在造型上仍存在不足，結構易暴露在外，不存在裝飾性，影響美觀，與大眾審美背道而馳。

綜上所述，目前可拆裝家具的接合類型很多，大致分為五金件接合和榫接合。榫卯結構類型多變，相比于五金件連接，其裝卸便捷、結構規(guī)范、損傷較小[11]。但部分改良榫卯也存在加工精度高，磨損高、成本高等情況。因此，設計一種造型簡單，便于加工，可進行標準化、批量化生產，實施扁平化包裝來降低成本的易拆裝榫卯結構，對實現(xiàn)家具的可拆裝尤為重要[12]。

2 可拆裝家具的榫卯結構設計原則

2.1 結構易拆裝

可拆裝家具的可拆裝結構，其整體拆裝的難易程度是設計思考的前提，易拆裝結構的設計思考包括快速組合與拆卸，組裝后確保結構穩(wěn)定、功能完整以及符合審美需求等方面。目前市場上的家具仍大多數(shù)為固定結構，其運輸復雜、成本高，部分拆裝結構需使用工具和說明進行安裝，裝配原理復雜、步驟不清晰，難以實現(xiàn)多次拆卸。因此，借助簡易榫卯結構進行整體設計，實現(xiàn)家具結構簡易拆裝，減少連接部分，提高裝卸效率是結構拆裝設計的首要原則[13]。

2.2 造型簡潔化

造型簡潔不僅需考慮外觀的簡潔明了，還需思考外觀的新穎程度。其主要目的是為了迎合消費者的購買需求、生活需求和審美需求。榫卯結構在家具中的應用不需要華麗的表現(xiàn)手法，以生活需求為出發(fā)點，將簡易化設計和榫卯相結合實現(xiàn)家具整體的可拆裝。榫卯結構在家具造型中的表現(xiàn)方式大多為外顯和隱藏，如將簡單且富有美感的榫卯外顯于家具表面，作為造型點綴，簡潔又不失新穎，如將普通且僅作為接合方式的榫卯結構隱藏于整體造型設計中，則保證了造型簡潔、合理、美觀[14]。

2.3 包裝扁平化

包裝扁平化的目的在于方便運輸、減少成本，可拆裝設計是實現(xiàn)家具整體扁平化包裝方式之一，在進行設計、生產、包裝、運輸、使用以及替換回收階段需考慮整個家具產品的生命周期，以確保家具的標準化和模塊化設計，符合綠色設計和可持續(xù)發(fā)展設計原則[15-16]。榫卯插接結構和五金件連接是進行家具可拆裝，實現(xiàn)扁平化包裝的重要方式。榫卯接合不同于五金件接合，其整體結構可進行多次拆卸，對家具本身損害較小，符合現(xiàn)代家具發(fā)展潮流。榫卯結構實現(xiàn)完全拆卸和包裝扁平化，不僅有利于減少占地面積，還可以實現(xiàn)家具產品系列化、標準化以及模塊化包裝，有助于產品各部件回收再利用，提高家具產品壽命，對木材資源的保護有著重要意義[17-19]。

3 可拆裝家具的榫結構創(chuàng)新實踐

3.1 具體說明

如圖1(a)所示是可拆裝組合榫結構在桌幾中的應用，其主要部件分別為面板、橫棖、腿部構件以及零部件。通過橫棖、腿部構件以及零部件之間榫頭、榫眼之間的卡槽相互互補配合，形成橫棖、腿部結構和零部件之間互鎖的的組合結構，最后通過面板與腿部構件的榫頭相互接合，最終實現(xiàn)整個桌幾的組裝。其可拆裝組合榫結構具有快速安裝、無膠黏劑接合、力學結構穩(wěn)定、承載能力良好以及可進行扁平化包裝等特點。

桌幾的面板底部設有4個橢圓形榫眼，如圖1(b)所示。腿部構件上端設有橢圓榫，中部開設榫槽，兩條通過榫槽拼接的腿部構件唯一不同在于榫眼部分，一為方形榫眼，另一個為梯形榫眼，梯形榫眼大于方形榫眼。除榫眼外，腿部構件可進行批量化、標準化生產，如圖1(c)所示。兩個不同的零部件分別設有方形榫槽和L形榫槽，如圖1(d)所示。如圖1(e)和1(f)所示，橫棖是整個桌幾拼接結構中的核心部分，起到支撐和連接桌幾腿部構件的作用，其設有獨特的榫頭，榫頭上開設榫槽，榫頭的長度與腿部構件和零部件榫槽深度一致，其相互配合保證了桌幾外部形狀的美觀性。本拆裝結構各個部件的設計考慮了機械加工的便捷性，通過規(guī)范標準，引入模塊化理念來實現(xiàn)最終的批量化生產。橫棖的榫頭與腿部構件的榫眼以及零部件的榫槽在不使用五金件和膠黏劑的情況下實現(xiàn)自鎖固定，其在接觸時沒有相互過渡損耗，改善了可拆裝桌幾的拆裝壽命。

圖1 產品結構圖

3.2 裝配方式

裝配時，先將腿部構件2和3的榫槽2-3和3-2互補拼接，橫棖的榫頭4-1分別依次穿過腿部構件的方形榫眼和梯形榫眼，露出榫頭4-3，將零部件6的榫槽6-1與橫棖榫頭4-3相結合，并將結合部位拉入梯形榫眼中，最終橫棖榫頭露出4-1，將零部件5的榫槽5-1與榫頭4-1相結合，如圖2所示。橫棖與一邊的腿部構件接合后，另一邊通過相同的方式接合，最后將腿部構件的橢圓榫與面板的榫眼相結合，完成整體結構的接合。其中橫棖、腿部結構和零部件組成的組合榫結構互補、咬合產生的反作用力，形成穩(wěn)定的自鎖結構，拆裝時只需分離面板并依次取下零部件，拆下腿部結構，操作簡單，拆裝便捷。

圖2 產品裝配圖

4 結束語

在電子商務迅速發(fā)展、線上銷售模式逐漸完善的大背景下，對家具可拆裝發(fā)展現(xiàn)狀進行分析、總結，將可拆裝家具的接合方式和優(yōu)缺點進行對比，得出榫接合相較于其他接合方式在可拆裝家具中的突出優(yōu)勢。將榫卯結構進行改良再設計，為家具的可拆裝結構提出一種新的設計思路。本方案符合當今可持續(xù)發(fā)展設計思路，結構易拆裝、造型簡潔化以及包裝扁平化，便于運輸，方便拆卸，節(jié)約成本，滿足消費者DIY體驗感，以期為榫卯結構在可拆裝家具中的應用及未來發(fā)展提供一種參考。但其仍存在一定的局限性，需后期進行虛擬仿真等方法進行整體結構穩(wěn)定性測試，進一步完善結構，實現(xiàn)零部件之間穩(wěn)定自鎖。