浅谈金属材料在家具设计中的探索

摘要：家具的材料与结构是实现家具产品的物质基础与条件。根据不同的设计要求选择合适的材料和相应的结构，再采用合适的技术才能使构思中的家具得以实现。金属材料一般是工业应用中的金属或者合金。它质地坚硬，可以放置较长时间而不变形；它不透明，富有光泽，是一种很奇妙的材料，在家具设计中占有着重要的地位。文章从金属家具的结构特点和连接形式入手，分析金属家具工艺的特点，将为设计师提供新的思路、新的经验和新的感受。

关键词：金属材料 家具 结构 生产工艺

中图分类号：TS664.4 文献标示码：A 文章编号：1003―0069（2014）09―0035―02

比利时设计师凡，德・费尔德指出过：“设计的最高原则是工业与艺术的完美结合。而这种结合又体现在三个方面：产品设计结构合理，材料运用严格准确、工作程序明确清楚。”

家具结构设计与制造工艺是现代家具设计的至关重要的课题与内容。由于中国几千年来的传统教育思想一直是重理论、轻实践，“君子动口不动手”，导致了我国的艺术设计教育往往偏重在艺术造型、色彩线条、美学构成等方面的教学与训练，大量的家具设计只停留在纸面的效果图和平面制图上，设计者不能自己动手用真实的材料和真正的结构去设计制造三维立体的家具模型和家具成品，尤其是在家具结构与制造上一直偏重于传统木制家具的结构与制作，对现代家具工业化制造现代材料结构设计缺乏系统的研究与学习。

特别是高新技术正在全面导入现代家具业，将全面影响家具业的进步与发展，家具造型艺术设计、家具结构与工艺设计是现代家具设计过程互为依赖、互为补充的辩证关系，必须在现代家具设计中加以强化和掌握，这是构建中国现代家具设计体系中最需要重视和加强的课题内容之一。

通过研究金属家具的种类和特点，发现参与金属家具设计的材料种类较其他家具种类而言是最多的。并且金属材料的工艺性能和使用性能非常好，能与很多种的材料进行搭配使用，说明金属材料具有“百搭性”和“变化性”，并且金属家具的表现创意的能力也很强。希望展开研究，找到一些设计创新方法，将为设计师提供新的思路、新的经验和新的感受。

1 金属家具的结构特点及连接形式

主要部件由金属所制成的家具称金属家具。金属材料是由金属元素构成，如铜、铁、金、银、锡、铝等。金属强度高、弹性好、富韧性，可进行焊、锻、铸等加工，可任意弯成不同形状，营造出曲直结合、刚柔相济、纤巧轻盈、简洁明快的各种造型风格。金属可以与其他金属或非金属元素在熔融状态下形成合金，具有良好的机械性能和光学性能。根据所用材料来分，可分为：全金属家具、金属配以木材、各类人造板家具、金属与非金属（竹藤、塑料、玻璃、石材等）制作而成的家具。

1.1 结构特点

按照结构的不同特点，将金属家具的结构分为：固定式、拆装式、折叠式、插接式等。

（1）固定式：通过焊接的形式将各零、部件接合在一起。此结构受力及稳定性较好，有利于造型设计，但表面处理较困难，占用空间大，不便运输。

（2）拆装式：将产品分成几个大的部件，部件之间用螺栓、螺钉、螺母连接（加紧固装置）。有利于电镀、解决了销售中的运输问题。

（3）折叠式：又可分为折动式、与叠积式家具。常见于桌、椅类，适应充分利用空间和便于存放的使用需要。

1）折动式家具

折动式家具主要采用实木与金属制作，尤其以金属为最多。折动结构是利用平面连杆机构原理，应用两条或多条折动连接线，在每条折动线上设置不同距离、不同数量的折动点，同时，必须使各个折动点之间的距离总和与这条线的长度相等，这样才能折得动，合得拢如（图1）。

随着家具产品的日益更新，新的折叠结构及折叠方式被应用于家具设计中（图2）。

2）叠积式家具

叠积式家具不仅节省占地面积，还方便搬运。越合理的叠积（层叠）式家具，叠积的件数也越多。

叠积式家具有柜类、桌台类、床类和椅类，但常见的是椅类（如图3）。叠积结构并不特殊主要在脚架与背板空间中的位置上来考虑。

（3）插接式：利用金属管材制作，将小管的外径套入大管的内径，用螺钉连接固定。可以利用轻金属铸造二通、三通、四通的插接件。

1.2 连接形式

金属家具的连接形式主要可分为：焊接、铆接、螺钉连接、插接、板材咬缝接合等。

（1）焊接：可分为气焊、电弧焊、储能焊。牢固性及稳定性较好，多应用于固定式结构，主要用于受剪力、载荷较大的零件（如图4）。

（2）铆接：主要用于折叠结构或不适于焊接的零件，此种连接方式可先将零件进行表面处理后再装配，给工作带来方便。其强度要视用作铆接的材料和铆接的形式而定，因铆接的材料是经物理变形，已很难恢复再铆，所以铆接的牢固程度仅次于焊接，也是个死链接。铆接方式对材料的要求较低。很多材料都可用，不同种材料之间也可用此连接。但须强大的外力方能实施作业（如图5）。

（3）螺栓连接：螺栓的连接方式也可视为铆接的一种变化形式，同样，其强度视用作螺栓材料和螺栓的形式而定。除了具有铆接的特点外，螺栓的最大特点是可多次使用，实现部件的可拆装。另外，它对连接工艺的要求降低了，只要有一般小型的或手动的工具就能实施连接作业（如图6）。

（4）插接：是通过插接头将两个或多个零件连接在一起，插接头与零件间常常采用过盈配合有时也有在零件的侧向用螺钉或轴销锁住插接头提高插接强度（如图7）。

（5）板材咬缝接合：常用于金属薄钢板间的连接（如图8）。

1.3 家具设计结构实例分析

由于金属材料不会因气候变化而变形开裂，因而易于提高构件的加工制造精度，使金属构件、辅助零部件、连接件可以分散加工，互换性强，有利于实现零部件的标准化、通用化、系列化。比木家具的榫连接装嵌方便，有更大的灵活性。

（1）垂直金属支架部件与水平部件间的螺钉接合。这种接合的特点是接合强度高，便于实现拆装结构。

（2）活动铆接的一个典型例子，折叠桌的腿采用连杆运动机构实现桌腿的展开与收起，连杆机构的铰接点则是由铆钉来完成的（如图9）。

（3）一把金属网椅，椅子的主要骨架用金属薄壁钢管弯曲而成，薄壁钢管零件之间采用焊接的方法接合，座面与靠背材料为金属丝网，金属丝网的交差点上、金属丝与薄壁钢管零件之间用闪光对焊或高频点焊的方法接合（如图10）。网状线为丝状，分布紧密且具有一定的弹性，座椅柔软度比较好，增加了座椅的使用舒适感。

（4）一把三角形小凳，由三根钢管、金属连接球、三角形皮革组成。三根钢管采用插入式的接合方式与金属连接球连接，三角形皮革用吊扣挂在三根钢管的端头（如图11）。

一个快装式金属支架的结构实例。水平的铝合金型材及腿通过三叉型的插接件连接成一体，支架的四周用带锁口的绷带拉紧，防止插接部位的脱落（如图12、图13）。设计的创新仅仅就体现在连接工艺，但是创新效果却是非常醒目的。

2 金属家具的生产工艺（如图14）

（1）管材的截断

进行管材截断的方法主要有四种：割切、锯切、车切、冲截。其中用金属车床切得的零件端面加工精度较高，一般用于管材需要使用电容式储能焊的零件加工；而冲截生产效率高，但冲口易产生缩瘪，因此应用面较窄。

（2）弯管

弯管一般用做支架结构中，弯管工艺是指在专用机床上，借助型轮将管材弯曲成圆弧型的加工工艺。弯管一般可分为热弯、冷弯两种加工方法，热弯用于管壁厚或实心的管材，在金属家具中应有较少：冷弯在常温下弯曲，加压成型，加压的方式有机械加压、液压加压及手工加压弯曲。

（3）打眼与冲孔

当金属零件采用螺钉接合或铆钉接合时，零件必须打眼或冲孔。打眼的工具一般采用台钻、立钻及手电钻。冲孔的生产率比钻孔高2-3倍，加工尺度较为准确，可简化工艺。有时在设计中会用到槽孔，槽孔可利用铣刀铣出。

（4）焊接

焊接的方法有多种，常用的气焊、电焊、储能焊等。钢管在焊接后会有焊瘤，必须切除，使管外表面平滑。

（5）表面处理

零件的表面要经过电镀或涂饰的处理，涂饰的方法有喷金属漆或电泳涂漆。

（6）部件装配

零件在进行最后的矫正后，根据不同的连接方式，用螺钉、铆钉等组装成为产品。

产品加工艺是否合理，是否用利用工业化生产，与家具的结构设计是密不可分的。合理的结构可在很大程度上可简化工艺，提高生产率。下图为椅系列金属家具（如图15～图17）。

3 结语

在设计中有这样的一句话：“用材料思考。”材料作为设计的表现主题，是以其自身的固有特性和感觉特性参与设计构思的，它能为设计师提供新的思路、新的经验和新的感受。设计师应注重对金属材料语言的运用和把握，并对金属材料进行探索和创新。金属材料为不可再生资源，但是可以回收再利用，目前还有较好的利用前景，未来将越来越注重金属家具的设计及开发，还将大力开展金属配件的开发，开发出更能简化工艺、功能更强、更节约材料的家具金属配件。金属材料的开发将会是现代设计的一个重要过程。

获得武汉工程大学校基金项目基金编号：Q201311