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定尔国际板材(科普)木质人造板表面粗糙度研

发布时间:2021-10-16

光滑的触感

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木质人造板表面粗糙度研究

布尔瓦高等木材学校(Ecole Supérieure Du Bois)的马克·艾尔博士和特兰西瓦尼亚大学(University of Transylvania)的莉迪亚·古劳教授解释了他们在测量人造板表面粗糙度方面的研究。
超过一半的刨花板和中密度纤维板的表面都有某种表面处理,无论是层压板、PVC箔、油漆或其他材料,都需要光滑均匀的浅色表面。高质量的表面简化了表面处理的应用,降低了表面处理的成本。

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图1.一块风化的橡木,即将以触针进行表面粗糙度分析仪扫描(ESB博士研究员Julia Buchner摄)。工件显然是杯状的,因此在计算表面粗糙度参数之前必须消除此形状误差。

因此,板材表面质量会对最终产品的质量产生重大影响。将质人造板(WBP)与其他木制品区别开来的工艺步骤是热压步骤,对于刨花板和中密度纤维板,热压步骤涉及非常高的压力。当板材从热压机取出时,板材会发生“回弹”形变,因为木材是一种自然变化的材料,回弹量在板材内部和板材间变化。因此,木质人造板不仅仅是为了提高表面质量而进行打磨,同时也是为了校准板材的厚度。
在绝大多数情况下,公司依靠操作员的经验来调整砂光设置和固定方式,以确定何时更换砂光带。

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图2. MDF表面的轮廓。顶部是记录的剖面。第二个是相同的外形,但是去掉了形状误差(斜率),被称为主要外形。第三张图显示了主轮廓中包含的波纹度轮廓。最终轨迹只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)适当选择砂光参数(砂光带类型、砂粒尺寸、砂光压力、运行速度等);和(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进行辅助调整,文中重点放在表面粗糙度上。

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人造板工厂需要以商业化的生产线速度进行表面粗糙度测量

我们的眼睛和手指非常擅长以定性的方式而不是定量地感知表面的“起伏”,即其纹理。定量测量可以通过多种方法进行。最常见的是:
1.倾斜平行的光散射;
2.触针;
3.激光三角测量。
方法1利用表面粗糙度与散射光之间的相关性来进行测量;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,因此必须对材料进行相关分析。
GreCon SUPERSCAN表面分析仪使用了该技术。倾斜光束法虽然不能达到与其他两种方法相同的精度,但是它对于工业环境中的表面粗糙度评估具有足够的精度,并且能够扫描整个板材表面。

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GreCon Superscan使用光散射方法进行表面粗糙度测量

图1显示了用于木材表面的典型触针。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,我们建议为5μm。
可以执行多个并行扫描以获得一个区域轮廓。扫描之间的距离决定了y方向的分辨率。扫描区域需要很长时间,因此,通常使用单个痕迹来表征一个表面。
触针法相比,方法3的优点在于它是一种非接触式方法,可以快速扫描。其工作原理是激光三角测量,反射激光束的角度取决于光束经过的距离,因此可以区分不同的表面高度。输出方式与触针法的输出相同,并且以完全相同的方式处理配置文件。
方法2和方法3生成表面形貌的痕迹;一个示例如图2所示。轮廓由触针或激光移动的距离的“ x”值和表示该点表面的高度的“ z”值组成(有点令人困惑,z 值显示在传统y轴上)。大多数配置文件都包含一些形式错误,以及由机器振动等引起的波纹度错误。必须从数学上将其删除以显示表面本身的粗糙度。
方法2和方法3生成的粗糙度剖面可用于分析计算各种粗糙度参数。粗糙度参数有助于比较采用不同加工参数设置的表面。尽管ISO 4287:1997+Amd1:2009等标准建议的参数范围相当全面,但实际使用的参数却很少。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,这些z值将转换为正数,然后取平均值。完美光滑的表面(不存在)的Ra值为0;Ra越大,表面越粗糙。

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表1:参数符合:ISO 4287:1997+Amd1:2009
 

图3显示了单独使用Ra的原因,该图显示了两个具有相同Ra值的表面轮廓。与正弦曲线相比,锯齿线有更高的峰值、更深的谷线和尖锐的过渡,因此很明显,他们会感觉到不同的触感。

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图3:两个具有相同Ra值的表面轮廓

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却步,因此,在这里我们不做过多讨论,而是描述为什么每种方法都有用。Ra和Rq对极端的数据不敏感,而对高度参数Rt、Rz和形状参数Rsk和Rku敏感。Rt和Rz量化了不规则的最高振幅,这有助于区分不同的表面。
在平滑高原上具有相当深的凹谷的表面(例如,细磨的橡木)将具有负的Rsk参数。Rku值测量峰度,因此它受孤立的峰或谷影响,因此它可以识别轮廓中存在的谷或高峰。
RSm数值是对不规则宽度的度量。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可用于描述加工过程本身的粗糙度。Rk表示粗糙度轮廓的核心。此参数将受加工变量的影响,例如砂粒尺寸,但也可能随板材本身的组成(例如,种类和颗粒大小)而变化。

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表2:参数符合:ISO 13565-2:1996+C
 

本文可能表明,测量表面粗糙度比您想象的要复杂得多。我们只给出了我们认为与木质人造板行业最相关的方面。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”载2020年5月29日WBPI-NEWS网站。