實(shí)木家具表面粗糙度與砂磨工序的質(zhì)量控制分析

杜德春

摘要：分析了實(shí)木家具木制部件表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中的相關(guān)問題，發(fā)現(xiàn)依靠手工經(jīng)驗(yàn)來判斷砂磨工序的質(zhì)量弊端，并提出了提高砂磨工序質(zhì)量和效率的一些建議。

關(guān)鍵詞：實(shí)木家具;表面粗糙度;砂磨工序;質(zhì)量控制

1實(shí)木制品表面粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)

表面粗糙度是評估物體表面處理質(zhì)量的重要指標(biāo)。實(shí)木家具的表面粗糙度對實(shí)木家具的粗糙度有決定性的影響。1990年國家公布了GB/T12472-9O《木制件表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》，該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在被GB/T12472-2003《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法木制件表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》所取代。比較GB/T3324-1995和GB/T12472-2003，總結(jié)了各種加工方法、木材種類和最低表面粗糙度。通過車削加工，5種樹木中有4種表面粗糙度達(dá)到3.2μm。這6個樹種中只有兩個表面可以通過拋光處理達(dá)到3.2μm。據(jù)GB/T12472-2003附錄C記載，部分木材可以直接滿足在涂漆前的粗糙度，只需刨、切、銑即可直接滿足涂裝前的粗糙度要求。但是，這個處理不僅勞動強(qiáng)度大，可靠性也不好。從收益的觀點(diǎn)來看，這完全是不可行的。與GB/T12472-2003中關(guān)于打磨和機(jī)器平滑的說明不同，家具制造商主要通過磨砂工序來降低產(chǎn)品的表面粗糙度。

2判斷實(shí)木制品的表面粗糙度

在GB/T14495-1993《木制件表面粗糙度比較樣塊》中，樣品與結(jié)構(gòu)性質(zhì)相似，可以與加工方法相同的表面進(jìn)行比較，通過檢查人員的視覺和觸覺可以評價實(shí)木部件的表面粗糙度。現(xiàn)在，國內(nèi)木造家具工廠的砂磨部門的品質(zhì)檢查基本上是人工判斷的。也就是說，檢查人員用眼睛和手來判斷木材表面粗糙度的品質(zhì)。判定結(jié)果受檢查者主觀影響，難以量化。

2.1觸覺判斷

橡樹、垂柳、樺樹等木材制成200米×200米的規(guī)格，粗糙度在50～1.6μm范圍內(nèi)的樣品。選擇不同省份的7個工廠，由經(jīng)驗(yàn)豐富的28名檢查員在10～35℃和相對濕度34～98的條件下進(jìn)行了觸摸測試。發(fā)現(xiàn)光用手觸摸很難分辨25μm的粗糙度。粗糙度值分別為25～12.5μm、12.5～6.3μm、6.3～3.2μm、3.2～1.6μm的比較組，難以區(qū)分。比較組越平滑，難度越高。帶有大量木管和大孔的的樹的種類很難區(qū)分。例如，橡樹比樺樹更難區(qū)分。由于不同的摩擦系數(shù)，相同粗糙度的木材樣品具有不同的手感。環(huán)境條件發(fā)生變化時，尤其是溫度在1 O℃以下或3 O℃以上，濕度在90以上時，人體的觸覺下降，僅依靠手觸摸常常會導(dǎo)致判斷錯誤。

2.2視覺判斷

GB/T3324-1995中規(guī)定視覺檢查和感官能檢查的條件是，自然光或照度在350～550Lx的范圍（例如4WW熒光燈）內(nèi)觀察距離在750～950mm，3個人一起檢查，得出相同結(jié)論進(jìn)行評估值。這個標(biāo)準(zhǔn)提出了對照明條件的措施，避免了人們主觀判斷的錯誤，但是在生產(chǎn)現(xiàn)場很難做到這一點(diǎn)。

影響視覺觀察的因素比觸摸更復(fù)雜，可以概括為：1）加工后的木材標(biāo)本細(xì)胞、紋理和板材表面的位置。2）光源的種類和方向、觀察者的角度與光的入射角的偏差、檢測點(diǎn)中其他散射或透射光的干涉。3）加工過程中木材結(jié)構(gòu)的變化。木材是生物質(zhì)材料，木材表面的光特性和木材的其他特性一樣具有各向異性。當(dāng)光垂直照射到板上時，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，對于弦切板，出現(xiàn)圖1所示的視覺現(xiàn)象（圖中的小橢圓表示樹木的細(xì)胞）。如果車間里有大量棒狀熒光燈，室外光會通過大量水平或垂直窗架照射到弦切板工件上，光會與工件的木紋平行或垂直，與觀察者的視線垂直或平行，觀察效果會受到視覺錯覺的影響。

實(shí)際生產(chǎn)的一般視覺現(xiàn)象的例子如下。

例1：組合多條切割材料，在特殊的照明條件下可以直觀地感受到木材板面的起伏，但是通過用手觸摸、用尺測量，可以知道板面是平的。

例2：如圖2所示，板切成2塊，A和B是上下表面，a、b、c、d是4個端面（圖2-I）。板側(cè)拼方式為：1）將A面朝上，端面ac和bd對齊（圖2-Ⅱ）。因?yàn)槟炯y的方向相同，所以在板的表面不會出現(xiàn)不均勻的亮度，但是容易變形。2）使端面為c和d的板面反轉(zhuǎn)，將B朝上，使端面a-c和b-d一致（圖2-Ⅲ）。這個方法符合拼板工藝的要求，但是在加工過程中，一塊板總是處于倒紋切割狀態(tài)，在光特別是涂漆后的光下，根據(jù)視角的變化，兩塊板顯示出不同的亮度，磨砂不僅工作量大，質(zhì)量檢查也容易發(fā)生誤判。

例3：通常切削、銑刀、切割會在加工面留下波浪狀的切割痕跡。如果不能完全打磨的話，很難用手檢查，但是可以目視確認(rèn)。只是由于光源的角度和視角不同，波狀切割痕跡的亮度也不同，但是這些波狀切割痕跡在涂漆后就會變得清楚。

在以下兩種情況下，加工表面上規(guī)則的明暗相間的波跡與研磨品質(zhì)沒有直接關(guān)系。另一方面，木材本身具有波的紋理。當(dāng)?shù)毒叩那邢魅凶冣g且切削量較大時，刀具的切削刃將變圓且在整個加工表面上較重，因?yàn)樗矔r接觸應(yīng)力大大超過了木材本身的強(qiáng)度，所以少量的表面細(xì)胞組織被壓碎和破壞，而深層細(xì)胞的組織被碾壓變形。

3 高效高質(zhì)量砂磨操作思路

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)理念認(rèn)為，應(yīng)該用機(jī)器替代大量體力勞動，并最大程度減少生產(chǎn)過程對人工技能和經(jīng)驗(yàn)的依賴。通過合理的磨砂工藝來實(shí)現(xiàn)高效的磨砂目標(biāo)。

如以上的例2所示，組裝板時由于忽視了木紋的方向，導(dǎo)致板的磨損不良。正確的拼板方法如圖2-IV所示，將板的端面c和d翻過來，使端面ad和bc一致。這個組合不僅滿足了拼板工藝的要求，還滿足了整個木板木紋的方向相同，同時避免了切削正反的紋路，在磨光后的光下，板的表面不再顯示“陰陽面”。在調(diào)查過程中，幾乎沒有人知道這些技術(shù)上的重點(diǎn)。如例3所示，可以采取以下工序措施。1）在工序規(guī)范中，明確要求工具的鋒利度，為了保持切削刃的銳度，需要在達(dá)到一定的加工量后，再進(jìn)行磨削，以形成系統(tǒng)。2）限制加工余量和切削速度，從根本上防止了工具的切削刃在加工面上過重地輾壓。3）粗削完成后，再次進(jìn)行精密切削，或是工作臺的固定厚度沒有變化時，可以先進(jìn)行粗刨，反復(fù)粗刨以減少表面的粗糙度，提高磨砂的效率和品質(zhì)。

在機(jī)械制造業(yè)中，不需要檢查每個工件的粗糙度，若判斷為金屬材料的加工面通過具有規(guī)定粒度的砂輪磨削達(dá)到了規(guī)定的加工余量，則達(dá)到了粗糙度要求。同樣，木工研磨操作也設(shè)定工藝操作規(guī)范，對特定材料的工件，用指定的打磨設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量，根據(jù)測試結(jié)果設(shè)定砂布（紙）的型號，確定各型號的砂布（紙）的打磨量。

以研磨某個工件的曲面為例，選擇3種砂布，用不同的匹配方法進(jìn)行測試（表1）。通過比較可以看出，后兩種合作方法的工作效率降低，消耗增加。因此，從品質(zhì)、效率和成本的觀點(diǎn)來看，需要對打磨作業(yè)步驟進(jìn)行測試。

在通常的打磨機(jī)器中，可以使用氣（電）工具進(jìn)行打磨，也可測量打磨的工作時間和處理量。測量時應(yīng)考慮：

1）打磨材料的粒度與打磨面的粗糙度有一定的對應(yīng)關(guān)系，過度的研磨不利于改善粗糙度。對于材料軟和早、晚的木材之間硬度差異大的木材（例如松木和橡樹），過度研磨會增加表面的粗糙度。

2）請?jiān)谔囟C(jī)器上使用砂布（紙）測量砂磨量，并使用中等磨損度測量典型的加工形狀。砂布（紙）有一定的新舊，通過調(diào)節(jié)打磨的壓力和時間來取得平衡。

3）打磨操作的目的達(dá)到一定粗糙度要求時（與成型目的的打磨操作不同），通常不需要使用過大的壓力。例如，對便攜式振動砂光機(jī)的表面進(jìn)行打磨時的壓力僅為10～15N。壓力過大，偏心轉(zhuǎn)子不受其影響，即使振動較大，振動機(jī)工作上的振動范圍也會大幅度減少，輸出的振動能量主要傳遞給操作者，反而時間、精力和紙張也會被浪費(fèi)。

4）打磨操作的重點(diǎn)是第一步粗砂（使用120-150的砂布），徹底打磨切削波跡、殘茬、撕裂、起毛，使工件表面光滑。

分析工人在打磨操作中的動作的必要性和正確性，協(xié)助測量工件輸送的速度、工廠和數(shù)量的平衡，完成了對打磨操作的QC和IE的分析。如果測量的數(shù)據(jù)是工作標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求一起實(shí)施的話，不僅可以有效地控制打磨操作的品質(zhì)，而且過程是低投入高產(chǎn)出的。

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