实木家具表面粗糙度与砂磨工序的质量控制分析

杜德春

摘要：分析了实木家具木制部件表面粗糙度国家标准实施中的相关问题，发现依靠手工经验来判断砂磨工序的质量弊端，并提出了提高砂磨工序质量和效率的一些建议。

关键词：实木家具;表面粗糙度;砂磨工序;质量控制

1实木制品表面粗糙度的标准

表面粗糙度是评估物体表面处理质量的重要指标。实木家具的表面粗糙度对实木家具的粗糙度有决定性的影响。1990年国家公布了GB/T12472-9O《木制件表面粗糙度参数及其数值》，该标准现在被GB/T12472-2003《产品几何量技术规范（GPS）表面结构轮廓法木制件表面粗糙度参数及其数值》所取代。比较GB/T3324-1995和GB/T12472-2003，总结了各种加工方法、木材种类和最低表面粗糙度。通过车削加工，5种树木中有4种表面粗糙度达到3.2μm。这6个树种中只有两个表面可以通过抛光处理达到3.2μm。据GB/T12472-2003附录C记载，部分木材可以直接满足在涂漆前的粗糙度，只需刨、切、铣即可直接满足涂装前的粗糙度要求。但是，这个处理不仅劳动强度大，可靠性也不好。从收益的观点来看，这完全是不可行的。与GB/T12472-2003中关于打磨和机器平滑的说明不同，家具制造商主要通过磨砂工序来降低产品的表面粗糙度。

2判断实木制品的表面粗糙度

在GB/T14495-1993《木制件表面粗糙度比较样块》中，样品与结构性质相似，可以与加工方法相同的表面进行比较，通过检查人员的视觉和触觉可以评价实木部件的表面粗糙度。现在，国内木造家具工厂的砂磨部门的品质检查基本上是人工判断的。也就是说，检查人员用眼睛和手来判断木材表面粗糙度的品质。判定结果受检查者主观影响，难以量化。

2.1触觉判断

橡树、垂柳、桦树等木材制成200米×200米的规格，粗糙度在50～1.6μm范围内的样品。选择不同省份的7个工厂，由经验丰富的28名检查员在10～35℃和相对湿度34～98的条件下进行了触摸测试。发现光用手触摸很难分辨25μm的粗糙度。粗糙度值分别为25～12.5μm、12.5～6.3μm、6.3～3.2μm、3.2～1.6μm的比较组，难以区分。比较组越平滑，难度越高。带有大量木管和大孔的的树的种类很难区分。例如，橡树比桦树更难区分。由于不同的摩擦系数，相同粗糙度的木材样品具有不同的手感。环境条件发生变化时，尤其是温度在1 O℃以下或3 O℃以上，湿度在90以上时，人体的触觉下降，仅依靠手触摸常常会导致判断错误。

2.2视觉判断

GB/T3324-1995中规定视觉检查和感官能检查的条件是，自然光或照度在350～550Lx的范围（例如4WW荧光灯）内观察距离在750～950mm，3个人一起检查，得出相同结论进行评估值。这个标准提出了对照明条件的措施，避免了人们主观判断的错误，但是在生产现场很难做到这一点。

影响视觉观察的因素比触摸更复杂，可以概括为：1）加工后的木材标本细胞、纹理和板材表面的位置。2）光源的种类和方向、观察者的角度与光的入射角的偏差、检测点中其他散射或透射光的干涉。3）加工过程中木材结构的变化。木材是生物质材料，木材表面的光特性和木材的其他特性一样具有各向异性。当光垂直照射到板上时，反射效果大，但散射效果小。光在水平方向照射到板上，反之亦然。因此，对于弦切板，出现图1所示的视觉现象（图中的小椭圆表示树木的细胞）。如果车间里有大量棒状荧光灯，室外光会通过大量水平或垂直窗架照射到弦切板工件上，光会与工件的木纹平行或垂直，与观察者的视线垂直或平行，观察效果会受到视觉错觉的影响。

实际生产的一般视觉现象的例子如下。

例1：组合多条切割材料，在特殊的照明条件下可以直观地感受到木材板面的起伏，但是通过用手触摸、用尺测量，可以知道板面是平的。

例2：如图2所示，板切成2块，A和B是上下表面，a、b、c、d是4个端面（图2-I）。板侧拼方式为：1）将A面朝上，端面ac和bd对齐（图2-Ⅱ）。因为木纹的方向相同，所以在板的表面不会出现不均匀的亮度，但是容易变形。2）使端面为c和d的板面反转，将B朝上，使端面a-c和b-d一致（图2-Ⅲ）。这个方法符合拼板工艺的要求，但是在加工过程中，一块板总是处于倒纹切割状态，在光特别是涂漆后的光下，根据视角的变化，两块板显示出不同的亮度，磨砂不仅工作量大，质量检查也容易发生误判。

例3：通常切削、铣刀、切割会在加工面留下波浪狀的切割痕迹。如果不能完全打磨的话，很难用手检查，但是可以目视确认。只是由于光源的角度和视角不同，波状切割痕迹的亮度也不同，但是这些波状切割痕迹在涂漆后就会变得清楚。

在以下两种情况下，加工表面上规则的明暗相间的波迹与研磨品质没有直接关系。另一方面，木材本身具有波的纹理。当刀具的切削刃变钝且切削量较大时，刀具的切削刃将变圆且在整个加工表面上较重，因为瞬时接触应力大大超过了木材本身的强度，所以少量的表面细胞组织被压碎和破坏，而深层细胞的组织被碾压变形。

3 高效高质量砂磨操作思路

现代工业生产理念认为，应该用机器替代大量体力劳动，并最大程度减少生产过程对人工技能和经验的依赖。通过合理的磨砂工艺来实现高效的磨砂目标。

如以上的例2所示，组装板时由于忽视了木纹的方向，导致板的磨损不良。正确的拼板方法如图2-IV所示，将板的端面c和d翻过来，使端面ad和bc一致。这个组合不仅满足了拼板工艺的要求，还满足了整个木板木纹的方向相同，同时避免了切削正反的纹路，在磨光后的光下，板的表面不再显示“阴阳面”。在调查过程中，几乎没有人知道这些技术上的重点。如例3所示，可以采取以下工序措施。1）在工序规范中，明确要求工具的锋利度，为了保持切削刃的锐度，需要在达到一定的加工量后，再进行磨削，以形成系统。2）限制加工余量和切削速度，从根本上防止了工具的切削刃在加工面上过重地辗压。3）粗削完成后，再次进行精密切削，或是工作台的固定厚度没有变化时，可以先进行粗刨，反复粗刨以减少表面的粗糙度，提高磨砂的效率和品质。

在机械制造业中，不需要检查每个工件的粗糙度，若判断为金属材料的加工面通过具有规定粒度的砂轮磨削达到了规定的加工余量，则达到了粗糙度要求。同样，木工研磨操作也设定工艺操作规范，对特定材料的工件，用指定的打磨设备进行实际测量，根据测试结果设定砂布（纸）的型号，确定各型号的砂布（纸）的打磨量。

以研磨某个工件的曲面为例，选择3种砂布，用不同的匹配方法进行测试（表1）。通过比较可以看出，后两种合作方法的工作效率降低，消耗增加。因此，从品质、效率和成本的观点来看，需要对打磨作业步骤进行测试。

在通常的打磨机器中，可以使用气（电）工具进行打磨，也可测量打磨的工作时间和处理量。测量时应考虑：

1）打磨材料的粒度与打磨面的粗糙度有一定的对应关系，过度的研磨不利于改善粗糙度。对于材料软和早、晚的木材之间硬度差异大的木材（例如松木和橡树），过度研磨会增加表面的粗糙度。

2）請在特定机器上使用砂布（纸）测量砂磨量，并使用中等磨损度测量典型的加工形状。砂布（纸）有一定的新旧，通过调节打磨的压力和时间来取得平衡。

3）打磨操作的目的达到一定粗糙度要求时（与成型目的的打磨操作不同），通常不需要使用过大的压力。例如，对便携式振动砂光机的表面进行打磨时的压力仅为10～15N。压力过大，偏心转子不受其影响，即使振动较大，振动机工作上的振动范围也会大幅度减少，输出的振动能量主要传递给操作者，反而时间、精力和纸张也会被浪费。

4）打磨操作的重点是第一步粗砂（使用120-150的砂布），彻底打磨切削波迹、残茬、撕裂、起毛，使工件表面光滑。

分析工人在打磨操作中的动作的必要性和正确性，协助测量工件输送的速度、工厂和数量的平衡，完成了对打磨操作的QC和IE的分析。如果测量的数据是工作标准和工艺要求一起实施的话，不仅可以有效地控制打磨操作的品质，而且过程是低投入高产出的。

参考文献：

[1]王莹莹，王珊珊，唐朝发.3D激光轮廓扫描仪在木制部件表面粗糙度测定中的应用[J].林产工业，2018（6）：41-43.

[2]姜俊.不同酶处理条件的木材表面特性研究[D].南京林业大学，2008.

[3]李珊，徐开蒙，陈国盈，.现代实木家具的造型设计研究[J].林产工业，2016（7）：32-35.

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