木工接头种类:每一种解决什么问题

木工胶把顺纹面和顺纹面粘得几乎完美,把端面和别的东西粘得几乎为零。美国林产品实验室给了一个数字:即便用特殊工艺,对接接头也只能达到木材顺纹抗拉强度的约 25%,因为胶液会过度渗进端面开放的细胞腔,在胶线里留下空隙。

所以榫卯不是装饰。手册直接给出了设计原则——必须把这类接头设计成互锁面,让一块的侧面纹与相邻一块的侧面纹胶合;增大接合面积也有帮助,因为能提供更多胶线来传递荷载。下面每一种接头,都是在用不同方式遵守这同一条规则。

这是"角部与横档"一族:一块板的端头接到另一块的面或边上。《木材手册》把这一族列为平接、斜接、圆榫、榫卯、槽舌与企口、滑接或锁角、燕尾、加垫块和企口拼接。

• [榫卯](/zh/lookup/wood-guides/mortise-and-tenon-joint)——舌头插进孔里。椅、桌、门的基准接头。
• 圆榫——圆形活榫。做起来快,强度实测更低。
• [燕尾](/zh/lookup/wood-guides/dovetail-joint)——带角度的尾与销,靠几何结构在一个方向上机械抗拔,有没有胶都成立。
• [槽榫](/zh/lookup/wood-guides/dado-joint)与企口——一条沟槽或一个台阶,给搁板或箱体侧板定位,同时增加顺纹接触面。
• 斜接——45 度切口能藏住端面,但自身几乎没有强度,所以通常要加插片、加键或做其他加强。

手册还有一条对全体适用的提醒:木材横纹方向的胀缩远大于顺纹方向,所以端面接侧面的接头在含水率变化时会产生很大的内应力,使用中应当防止含水率发生变化。

第二族是端对端的接长。手册把它列为对接、平斜接、竖向结构指接、横向结构指接和非结构指接——并直说:用常规胶合工艺,平对接几乎不可能做到足以承担普通使用。

出路在几何形状。想接近无疵实木的抗拉强度,斜接或指接的接合面积至少要达到构件横截面积的十倍,因为木材的抗拉强度大约是抗剪强度的十倍。斜率 1:12 或更平缓的接头强度最高;胶合板的斜接和指接中,结构用产品通常取 1:8。做得好的端面斜接、指接或搭接可达到无疵木材抗拉强度的 90%,不过在反复加载下的疲劳寿命往往低一些。

Woodgears 的 Matthias Wandel 做了一台试验台来破坏椅子尺度的接头,并公布了数据。横档 6 x 1.7 厘米接到 3.5 x 3.5 厘米的立柱上,榫头厚 10 毫米、深 27 毫米、宽 55 毫米,用黄色木工胶装配,加载点距立柱 20 厘米。

云杉上,榫卯在 170、175、140、180、185、190 磅时破坏,平均 172 磅;圆榫在 120、140、145 磅时破坏,平均 135 磅;斜孔螺钉接头在 115、110、140 磅时破坏。槭木上,榫卯达到 300 和 270 磅,圆榫 230 和 245 磅,斜孔螺钉接头 220 磅。

有两条结论站得住。榫卯只比圆榫强约 25%,远没有传说中那么悬殊。另外,榫头配合从要用锤子敲进去到略松,只要胶能铺到位,强度上看不出差别——这跟手册的说法一致:承力的是胶线,不是摩擦。

• 椅架、桌架、门:选榫卯。在横档接立柱的实测里强度最高,使用记录也最长。
• 抽屉面板和精细箱角:选燕尾,既有几何上的抗拔,又有大胶合面积。
• 机器加工的普通箱角、抽屉角:选指接箱榫,用更多胶合面换掉燕尾的角度。
• 柜体里的搁板、柜背板:选槽榫和企口,既定位又防变形。
• 工房家具、夹具、门框骨架、以后可能拆的东西:选斜孔螺钉或搭接。
• 把板接长:用斜接或指接,绝不用平对接。

如果都不合适,就问自己:这个接头让胶去粘的是哪种纹理面?然后一直改设计,直到答案是顺纹对顺纹。

那些「12 种」或「15 种」木工接头的清单,取材都来自同一批。下面逐一用一句话说明,内容取自维基百科「细木工」词条和英国细木工公司 JCM Contracts。

• 对接——一块顶着另一块;最简单也最弱。
• 斜接——两块都切斜面,通常 45 度,合成 90 度;用于画框和外露转角。
• 圆榫接——用圆木销加固的对接。
• 饼干榫——用小圆锯片切出一对月牙形槽,胶入椭圆形木饼干;主要用于拼板对齐。
• 斜孔螺钉接——从一块斜着(通常约 15 度)打螺钉进另一块。斜孔螺钉接合
• 裁口(企口边)——沿边切出台阶,另一块嵌进去;用于背板、玻璃和面板。
• 槽榫(达多槽)——横纹切一道槽,让另一块坐进去。槽榫
• 企口(舌槽)——一边的凸舌插进下一块的凹槽;用于地板和墙板。
• 搭接与半搭接——一块搭在另一块上,半搭接是两块各去掉一半厚度。搭接
• 开口榫(叉榫)——一侧敞开的榫卯,呈叉形。
• 箱榫(指接)——转角处互相咬合的方形榫指。指接箱榫
• 燕尾榫——带斜度的榫头与榫尾,抗拉脱。燕尾榫
• 榫卯——榫头插入为它开的卯眼。榫卯接头
• 斜嵌接(嵌接)——用斜面切口把两根构件端对端接长。

它们做三件事。大多数把一块的端头接到另一块的侧面或板面上;企口和饼干榫主要把板子边对边拼起来;斜嵌接和上一节提到的结构指接一样,把板材端对端接长。

维基百科「细木工」词条指出,有些接头用机械紧固件、捆扎或胶粘,有些只用木头本身。实际上,本页每一种接头都靠以下三样中的一样或几样:

• 顺纹面上的胶——家具中的主要方式,也是互锁形状存在的原因;《木材手册》的原则是让侧面纹对侧面纹,并增大胶合面积。
• 外加嵌件——圆木销、饼干和嵌条,给简单的对接或斜接增加胶合面并帮助对齐。
• 机械紧固件和木制锁件——斜孔里的螺钉、床架上的螺栓,以及穿过榫头的木销或楔子;它们不靠胶也能固定,接头可以拆开,胶失效时也不至于散架。

难度没有标准衡量方法,所以按两点来判断:同一时间要配合多少个面,以及是不是手工切。按这个标准,手工燕尾榫是最难的常见接头——每个榫头都要和对应的榫尾吻合;半隐燕尾榫还多一个从外面看不见也没法调整的榫窝。其次是带角度的复合榫卯,比如腿向外撇的椅子,卯眼和榫肩要同时在两个角度上吻合。对接、斜孔螺钉接和饼干榫最容易,因为几何关系由夹具或机器决定。