传统攒边格角榫的改良设计与抗弯性能

摘要

攒边格角榫作为常用榫卯,对家具整体强度和生产效率的影响极为明显。提出了3种符合现代数字化加工技术的攒边格角榫优化设计方案,并从抗弯性能和加工效率两方面对比各方法的优化效果。基于数字化加工技术,提出3种攒边格角榫优化设计方案,各优化设计方案均含斜纹45°椭圆榫。通过拉伸试验,确定榉木斜纹45°椭圆榫的最佳配合参数。仍以榉木为原料,采用已测得的最佳配合参数,以人工制作传统攒边格角榫试件,以数字化加工技术分别制作3种改良型攒边格角榫试件,传统和优化后的各试件接合面积保持基本一致。通过力学试验对比分析了传统攒边格角榫和3种优化后的攒边格角榫抗弯性能,确定其中抗弯性能最优的改良榫型。再通过直接测量法,测量并对比了抗弯性能最优的改良榫型与传统攒边格角榫的加工效率。结果表明:在接合面积大致相同的情况下,3种攒边格角榫优化设计方案中C方案的抗弯性能最好,较传统攒边格角榫极限抗弯载荷上升了38.7%;改良方案C的加工效率也较传统手工制作提高了475.4%,其中,方案C中零件1的制作效率比传统手工制作提高了410.0%,零件2的制作效率比传统手工制作提高了543.1%。本研究提供的榫卯优化思路,以及力学强度和加工效率相结合的优化评价方式,为其他传统榫卯结构改进提供了借鉴。