无框蜂窝板在板式柜类家具中的应用研究*

罗丁豪 黄艳丽 罗亚培 关永康 李 泽

（1.中南林业科技大学家具与艺术设计学院，长沙 410000； 2.国家林业和草原局林产工业规划设计院， 北京 100010； 3.深圳市优舍住产科技有限公司，深圳 518000）

近年来，家具制造企业生产成本逐年提高,因此期望在保证质量、稳定价格的前提下，寻求降低成本的新途径[1-2]。在板式家具制造中选用生态环保、物理特性良好的无框蜂窝板材成为当下家具企业寻求突破的措施之一。本文从蜂窝板材的结构、特性以及适配五金件为切入点，分析其适用性，并给出一套完善的设计和应用方法作为参考，探寻出一条能降低成本，提升利润空间，品控优良的无框蜂窝板材产品设计与制造体系。

1 无框蜂窝板材结构与加工特性

无框蜂窝板材(Frameless Honeycomb fiberboard)是由两块较薄的表板牢固粘连在蜂窝纸芯材两面而制成的板材。由于纸材料的植物纤维成份，具备无污染，可回收的优点，其废旧板材可以高效回收利用，因此是一种环保材料[3]。相对于传统板材而言，蜂窝板材具有质量更轻、性能稳定、表面平整、隔音隔热、抗压抗变形能力强等特点。

蜂窝板材按整体结构划分，可分为有框蜂窝板材和无边框蜂窝板材。二者最大区别在于板材四周有无木质框架。如图1，由于无框蜂窝板材不用木质框架，在制作加工的工序上更加简洁，可大批量生产制造。

图1 无框蜂窝板材结构示意图[6]Fig.1 Structural diagram of frameless honeycomb fiberboard

无框蜂窝板材尺寸为1 220 mm×2 440 mm×38 mm，可按照家具零部件尺寸裁切后再进行封边、排孔等加工处理，形成各种规格的家具板件，用于大规模制造板式家具[4-5]。需要解决的技术难点是研发和丰富适配该类板材的五金件品类。

2 无框蜂窝板材五金连接件技术分析

现代家具基于“32 mm”系统设计生产板件，并通过家具五金件进行组合。而无框蜂窝板材的板芯是不连续的中空纸质材料，该特性导致普遍使用的五金件难以实现板件相互连接。德国研制的板件拼接五金件、竖版层板卡扣连接五金件,以及用于在表板固定的螺丝可实现无框蜂窝板件连接，如图2 所示的五金件可用于竖板和层板间的连接。图3a为Variant蜂窝板专用螺钉，其适用表层板厚度≥4 mm的板材，沉头，13mm×7 mm钢镀锌，5 mm钻孔。图3b为Variant蜂窝板专用螺丝，其适用表层板厚度≥4 mm的板件，圆柱头12.5mm×5.5 mm。这两类螺钉在3～5 mm厚度的板面上固定性优良，并且可与图2 的五金件结合使用[6]。适配无框蜂窝板材的五金件的成功研发和生产，推动了板式柜类家具的批量生产。

图2 TAB18 产品及层板安装图Fig.2 TAB18 installation diagram

图3 Variant无框蜂窝板螺丝Fig.3 Variant frameless honeycomb panel screws

3 无框蜂窝板材在板式柜类家具中的应用

柜类家具由顶底板、竖板、侧板、层板、门板、背板等家具板件和家具五金件组合而成。板件形状多为规则的矩形。无框蜂窝板材可根据家具板件要求自由裁切，其裁切、封边、排孔、贴涂等工艺与传统板材相似。可通过增加无框蜂窝板材生产设备和双封边设备，配置于现有生产线。

3.1 无框蜂窝板材及柜体板件的生产流程

图4 无框蜂窝板材及板式柜体板件生产流程图[1]Fig.4 Production and processing flow chart of frameless honeycomb panel and panel cabinet plate

机械制造无框蜂窝板时，整体采用的是大板制作工艺，板材生产尺寸为1 220 mm×2 440 mm。把蜂窝纸芯拉伸到生产尺寸后进行裁截，然后放在涂胶底板上，再将另一块面板盖放到蜂窝纸芯上。对齐后进入辊压机压制，最后对辊压后的板材进行固化裁边处理。在生产柜类家具板件时先根据板件的尺寸开料裁板和封边处理，最终完成家具板件的成品制作。如图4 所示，在板材生产环节需要增加无框蜂窝板材生产设备，板式家具柜体板件制作环节仍可按照原有的车间生产管理系统和原有的32 mm生产系统进行生产[7-9]。

3.2 运用模块化设计思维进行产品体系设计

图5 基础尺寸板件组合示意图Fig.5 Schematic diagram of basic size plate assembly

图6 柜体拆板示意图Fig.6 Indication of dismantling of cabinet

图7 板件裁切示意图Fig.7 Indication of dismantling of cabinet

模块化设计就是标准化设计，运用模块化设计可缩短设计周期，提高生产效率，降低生产成本。这既可满足大规模批量生产，又可满足个性化定制需求[10]。柜类家具安装对建筑住宅中预留空间尺寸要求精确。无框蜂窝板件因材料特性，不能满足安装现场裁切作业；因此无框蜂窝板材板式家具产品的设计不仅要遵循32 mm系统的模数，还要考虑与建筑模数相适配。

建筑模数基本单位以M表示，基本模数值为100 mm，建筑空间内隔墙采用的基本模数宜为50、100、150 mm，分模数有M/10、M/5、M/2[11-13]。任淑娟等研究并提出板件的基础尺寸有50、100、150、200……900 mm等，并可通过拼组的方法组合成多种尺寸的功能部件。把模数协调标准与板式柜类家具产品的生产尺寸结合，推导出一套标准化、模块化的产品设计方法用以缩减产品设计周期，减少加工设备裁板钻孔次数。最终达到提高生产效率和材料利用率的目的，如图5～7所示。

3.3 协调柜体功能模块与空间尺度计算方法

住宅空间承载着家具产品，统一协调家具产品与住宅空间的尺度，是二者适配的先行条件。精确测量隔墙长度和深度的尺寸，可保证工厂生产的柜体尺寸与隔墙尺寸吻合，使柜体在住宅空间内适配安装，进而提高一次安装成功率。住宅内隔墙通常以形状划分为“一字型”、“L型”、“U型”、“T型”。以U型墙体为例，A为隔墙净宽，B为隔墙净深，e1、e2为柜类家具产品模块宽度尺寸，b为柜类家具产品模块的深度尺寸，如图8 所示。由于隔墙尺寸数值有不能整除M值的情况，因此柜类家具产品会有一个余量，这个余量通常作为收口条或者见光侧板，在计算过程中将这个余量值设为Y。

图8 住宅内隔墙家具产品尺寸测算示意图Fig.8 Schematic diagram of measurement and calculation of components of interior partition wall furniture

隔墙长度A的值需要进行实地测量得出，再将A值除以建筑空间基本模数M，得出二者的商数和余数。M值通常取50、100、150 mm[14-16]。产品模块与建筑空间模数协调的计算公式如下：

M为固定值100，A为住宅内隔墙预留空间的实际测量值，将M、A的值代入式(1)和式(2)中计算，并判断R是否等于“0”，若R=0 则取[1,Q]区间内的整数，并将M乘以Q值区间内的整数，从而得出第一个模块的长度尺寸，第二个模块的长度尺寸为隔墙长度与第一模块长度的差值，即

若R≠0 时，隔墙长度A不能被模数M整除。表明模块组合后隔墙空间的长度还有余量，若要使其完全嵌合，则需要用收口条填充余量空间。为了保证柜体的对称美，通常采用形状和尺寸相同的两个收口条安装在柜体两侧，故两个收口条的宽度值通常取余量二分之一的数值。模块的乘积系数仍然取[1,Q]区间内的整数，收口条尺寸取隔墙长度与建筑空间基本模数的余数。可用以下公式表达：

式中：A——隔墙长度，mm；

M——建筑空间基本模数，数值为100，mm；

Q——隔墙长度与建筑空间基本模数的商，mm；

R——隔墙长度与建筑空间基本模数的余数，mm；

P——计算模块长度的乘积系数，mm；

e1——第一模块的长度，mm；

e2——第二模块的长度，mm；

Y——隔墙长度的余量，mm；

Y1、Y2——收口条的长度，mm。

柜体组合模块不仅是两个模块间的组合，也可根据用户的实际需求进行两个以上的模块组合，将新添的模块数代入公式计算即可。柜体深度主要是依据其主要收纳物品的尺度来衡量，例如玄关柜深度的数值是以最大鞋码鞋盒的长度尺寸为基准数值加上门板与背板厚度确定；衣柜深度以衣服平均肩宽数值为基准；书柜深度以书籍最常用开本的宽度数值为基准。因此隔墙预留深度不能小于柜体深度的数值。

3.4 无框蜂窝板板式柜类家具功能模块设计

在模块化概念中，板件和五金件属于产品元件。把板件和五金件组合成单体柜，即元件组合成功能模块。把单体柜组合为柜体，即功能模块。柜体功能模块设计要满足人们对于衣柜、玄关柜、厨房橱柜的功能需求[17-25]。例如衣柜，在人体工程学中所述人张开双臂拿取衣物的最佳尺度通常为800～900 mm，因此衣柜的基本元件尺寸为400、450 mm。在400mm板件模块上主要为叠放功能区；在800 mm板件模块上分为短衣挂置区、挂裤区、被褥收纳区，也可以依据需要将其改变为长衣挂置区、抽屉收纳区、被褥收纳区，如图9 所示。依据实际需求和产品功能模块与建筑空间模数协调公式，在板件模块上灵活地拼接各个功能模块，可快速地设计与室内空间尺度相匹配的柜体产品。

图9 衣柜功能模块Fig.9 Wardrobe function module

3.5 无框蜂窝板材在板式柜类家具中的应用

深圳某公司为地产企业公寓项目提供无框蜂窝板材的柜体产品，如图10 所示。基于当下青年群体生活方式调研结果，该公寓项目的柜类家具产品采用无门板和背板的设计，既满足了可视化收纳的功能需求，同时也提高了展示性。以挂杆挂置布帘替代传统门板的功能，不仅满足人们对隐私保护的需求，而且也具备防尘功能。

图10 广州某青年社区衣柜产品Fig.10 Wardrobe products of a youth community in Guangzhou

4 结论

无框蜂窝板优势在于适用于大规模批量化生产。该板材物理力学性能良好，成本低廉，生产制造流程与传统板式家具基本一致，用于板式家具制造可以有效降低生产成本，提升利润空间，并且符合国家生态环保政策和可持续发展理念。

目前无框蜂窝板材在板式柜类家具中的应用还存在一些不足，如柜体功能较单一；由于板材握钉力不强，增加了安装门板难度，在一定程度上限制了柜体风格的多样性等，这些均有待深入研究和优化；适配五金连接件还有待进一步研发；需要注意的是，无框蜂窝板材板式柜类家具生产与安装容错率低，因此在生产前需进行多次现场测量，并以本文提出的协调柜体功能模块与空间尺度的计算方法计算拼组模块尺寸，以保证产品尺寸与安装空间尺度适配。