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光滑的触感

人造板表面粗糙度研究

来自 Ecole Supérieure Du Bois 的 Marc Eyre 博士和来自特兰西瓦尼亚大学的 Lydia Gourau 教授解释了他们在测量人造板表面粗糙度方面的研究工作。

超过一半的刨花板和 MDF 表面都经过某种表面处理，无论是层压板、PVC 箔、油漆还是其他需要光滑、均匀、浅色饰面的材料。 高质量的表面简化了表面处理的应用并降低了表面处理的成本。

图 1. 一块风化的橡木即将用触针表面粗糙度分析仪扫描（摄影：ESB 博士研究员 Julia Buchner）。 工件明显呈杯状，因此在计算表面粗糙度参数之前必须消除这种形状误差。

因此，板面的质量会对最终产品的质量产生重大影响。 将人造板 (WBP) 与其他木制品区分开来的工艺步骤是热压步骤，这涉及刨花板和 MDF 的非常高的压力。 当木材从热压机中取出时，木材会“回弹”，因为木材是一种自然可变的材料，回弹量在木材内部和木材之间会发生变化。 因此，对人造板进行打磨不仅可以提高表面质量，还可以校准板的厚度。

在绝大多数情况下，公司依靠操作者的经验来调整打磨设置和固定方式来确定何时更换打磨带。

图 2. MDF 表面的轮廓。 顶部是记录的配置文件。 第二个是相同的形状，但去除了形状误差（斜率），称为主要形状。 第三张图片显示了主轮廓中包含的波纹度轮廓。 最终轨迹仅包含表面粗糙度数据，可用于计算表面粗糙度参数。

优化砂光工艺有两个方面： (a) 正确选择砂光参数（砂带类型、粒度、砂光压力、运行速度等）； (b) 更换砂带的最佳时间。 这两个优化步骤都可以通过连续测量表面质量来辅助，在本文中重点放在表面粗糙度上。

人造板厂需要以商业线速度测量表面粗糙度

我们的眼睛和手指非常擅长以定性而非定量的方式感知表面的“浮雕”及其纹理。 可以通过多种方式进行定量测量。 最常见的是：

1. 斜向和平行光散射；

2.手写笔；

3.激光三角测量。

方法1利用了表面粗糙度和散射光之间的相关性； 因为粗糙的表面比光滑的表面更容易散射光。 由于不同的材料以不同的方式散射光，因此必须关联这些材料。

GreCon SUPERSCAN 表面分析仪使用了这项技术。 斜光束法虽然不如其他两种方法准确，但对于工业环境中的表面粗糙度评估来说足够准确，并且能够扫描整个板材表面。

GreCon Superscan 使用光散射法测量表面粗糙度

图 1 显示了用于木材表面的典型触控笔。 垂直分辨率（z方向）可以在纳米范围内显示。 沿轨迹线的水平分辨率（x 方向）可由用户选择，对于木材表面，我们建议使用 5 μm。

可以执行多个并行扫描以获得区域轮廓。 扫描之间的距离决定了 y 方向的分辨率。 扫描一个区域需要很长时间，因此通常使用单个迹线来表征表面。

方法3与手写笔方法相比的优点是它是一种非接触式方法，可以快速扫描。 它的工作原理是激光三角测量，反射激光束的角度取决于光束传播的距离，因此可以区分不同的表面高度。 输出以与手写笔方法相同的方式完成，配置文件的处理方式完全相同。

方法 2 和 3 生成表面形貌痕迹； 图 2 中显示了一个示例。轮廓由表示触控笔或激光移动距离的“x”值和表示该点表面高度的“z”值组成（有点令人困惑，z 值是显示在传统的 y 轴上）。 大多数配置文件包含一些形状错误，以及由机器振动等引起的波纹度错误。必须通过数学方法将其删除以揭示表面本身的粗糙度。

方法2和方法3生成的粗糙度曲线可用于分析和计算各种粗糙度参数。 粗糙度参数对于比较具有不同加工参数设置的表面非常有用。 尽管 ISO 4287:1997+Amd1:2009 等标准提出了相当全面的参数范围，但实际使用的参数很少。 最常用的参数是Ra，它是峰高和谷深的绝对值（即z值）的算术平均值，转化为正数再取平均。 完美光滑的表面（不存在）的 Ra 值为 0； Ra越大，表面越粗糙。

表 1：参数合规性：ISO 4287:1997+Amd1:2009

单独使用 Ra 的原因如图 3 所示，其中显示了具有相同 Ra 值的两个表面轮廓。 与正弦线相比，锯齿线具有更高的波峰、更深的波谷和更尖锐的过渡加工 粗糙度，因此很明显，它们的触感不同。

图 3：具有相同 Ra 值的两个表面轮廓

计算表中给出了许多粗糙度参数的定义。 我们认识到所涉及的数学问题会让许多读者望而生畏，因此我们不会在这里详细介绍，而是描述每种方法为何有用。 Ra和Rq对极端数据不敏感，但对高度参数Rt、Rz和形状参数Rsk、Rku敏感。 Rt 和 Rz 量化了不规则性的最高幅度，这有助于区分不同的表面。

在光滑的高原上具有相当深的山谷的表面（例如，精细研磨的橡木）将具有负的 Rsk 参数。 Rku 值测量峰度，因此它受孤立的峰或谷的影响，因此它可以识别轮廓中存在的谷或峰。

RSm 值是不规则宽度的量度。 这些不规则性越大，RSm 值就越高。 此参数很有用，因为它指示曲面中间隙的大小。

ISO 13565-2:1996+Cor 1:1998中的Rpk、Rk和Rvk可以用来描述加工过程本身的粗糙度。 Rk 表示粗糙度曲线的核心。 该参数将受到加工变量的影响，例如粒度，但也可能随板材本身的成分（例如加工 粗糙度，种类和粒度）而变化。

表2：参数符合：ISO 13565-2:1996+C

这篇文章可能表明测量表面粗糙度比您想象的要复杂。 我们只给出了我们认为与人造板行业最相关的那些方面。 适当的表面粗糙度分析可以为工程师提供非常有用的信息。

原文《Smooth to the Touch》于 2020 年 5 月 29 日发表在 WBPI-NEWS 网站上。