木材粗糙度

第27卷第1期2005年1月北京林业大学学报JO U RN AL OF B EI JIN G FO RESTR Y U NIV ERSITYVol.27,No.1Jan.,2005收稿日期:2004--05--10ht tp: journal.bj 基金项目:国家引进国际先进农业科学技术项目(2004--4--41).第一作者:王明枝,硕士.主要研究方向:木材科学与技术.电话:010--62338138E mai l:wanm-s@地址:100083北京林业大学材料科学与技术学院.责任作者:李黎,博士,副教授.主要研究方向:木材切削加工刀具和机械.电话:010--62338138E mai l:l i l i-emai l@263.ne t地址:同上.木材表面粗糙度的分析王明枝王洁瑛李黎(北京林业大学材料科学与技术学院)摘要:该文采用探针法测定水曲柳、毛白杨和杉木不同加工表面的粗糙度,分析了影响木材表面粗糙度的因素.并采用心理分析方法讨论了木材表面的粗糙感,以及触觉心理量与视觉心理量的关系.为获得不同树种、切削加工方式、切面对木材工件表面粗糙度的影响,该实验分别选择了锯切、铣削、刨切和磨削加工的木材工件表面进行表面的粗糙度和粗糙感触觉心理量、视觉心理量的测量.研究结果表明,树种、切削方式、切面和木材的表面组织构造会影响木材的表面粗糙度;表面粗糙度值因为加工方法不同而不同,随着加工精度的提高而降低.水曲柳、毛白杨和杉木表面粗糙感的触觉心理量与视觉心理量呈正相关,针叶材表面粗糙感的触觉心理量与视觉心理量的相关性比阔叶材的大.关键词:木材,粗糙度,粗糙感,探针法,心理量中图分类号:S781.61文献标识码:A文章编号:1000--1522(2005)01--0014--05W A N G Mi ng-zh i;W A N G J i e-y i ng;LI Li.R oughnes s and roughne s s s ens e of wood sur face f ro m di f f erent m achin ing proces ses.Journa l o f Be i j ing Fo r e s t ry Uni ve r s i t y(2005)27(1)14--18[Ch,13re f.]Schoo l o f M a t e r i a l Sc i ence and Techno l ogy,Be i j i ng For e s t ry Un i ver s i t y,100083,P.R.Ch ina.Sur f ace r oughnes s o f Fr ax i nus mandshur i ca Rupr.,Popu lus t oment o sa Car r.and Cunn inghami a l anc eo la t a(Lamb.)Hook.wood f r om di f f er en t cut t i ng pr oces ses wa s measu red by a s t y l us me t hod and ana l yzed wi th va r i ous f ac t o r s.Then t he sur f ace r oughnes s sens e wa s ana l yz ed by a ps ychome t r i c me t hod and the r e l a t i on be tween t he psycho l og i ca l va l ues o f t ouchi ng and v i s i on wa s d i scuss ed.The s awed,mi l l ed,pee l ed and sanded su r f ace s o f wood pi eces wer e us ed t o mea sure t he su r f ace roughne ss and the psycho l og i ca l va lues o f t ouchi ng and v i s i on,i n or de r t o obt a i n the e f f ec t s o fthe wood spec i es,me t hod o f machi ni ng,r ad i a l o r t angen t i a l sec t i on and wood sur f ace s t r uc t ur e on t he sur f ace r oughnes s o f wood.Resu l t s show t ha t spec i e s,me thod o f mach in ing, r ad i a l o r t angent i a l s ec t i on and wood sur f ace s t ruc t ur e a f f ec t the su r f ace r oughnes s o f wood.The r oughnes s o f wood sur f ace s dec reas es wi t h t he i nc rea se in pr oces s i ng pr ec i s i on.The cor r e l a t i on be tween the ps ycho l og i ca l va l ues o f t ouch i ng and v i s i on f or so f twoods i s a l i t t l e h i ghe r t han tha t o f ha rdwoods.K ey w ords wood,r oughnes s,r oughne s s sens e,s t y lus me t hod,psycho l og i ca l va l ue木材加工工件表面粗糙度是评价其表面质量的重要指标之一,它影响木材制品的用途[1].目前还没有专门的仪器和理想的方法评定木材工件的表面粗糙度.用于均质材料的标准化测定方法也用于木材制品表面粗糙度的测定,如接触测定的触针法和比较法,非接触测定的激光扫描法等[2].国内外学者曾对木材工件表面粗糙度测定方法及其影响因素进行过很多研究.Ri ch t e r等[3]用探针法测定了木材表面粗糙度对木材表面涂饰的影响;Lemas t er等[4]用光学轮廓曲线仪测定了中密度纤维板的表面粗糙度;Kam dem等[5]用探针法测定了风化木材表面的裂纹和裂缝;Faus t等[6]用探针法测定了松木单板松紧两面的粗糙度特性;Hi z i r oug l u[7]用探针法测定了硬质纤维板和中密度纤维板的表面粗糙度;安田步采用触针法测定了11种具有不同导管直径和不同导管排列类型的阔叶材径切面、半径切面、弦切面的均方根粗糙度及每0.5m m测量长度上的区段粗糙度,研究了粗糙度和导管直径的关图1不同加工方式下水曲柳和杉木弦切面的电镜照片FIG U R E1Pho tography of tangent i al sect ion o f Fraxinus mandshuri ca Rupr.and Cunningha mia lanc eo lata(Lamb.)Hook.under di f ferent processing ways图2水曲柳和杉木弦切面不同加工表面粗糙度FIG U RE2Sur face roughness of t angent i al sect ion o f Fraxinus mandshur ica Rupr.and Cunninghamialanc eo lata(Lamb.)Hook.in di f ferent machining processes图3水曲柳和杉木磨削加工径切面和弦切面的电镜照片FIG U R E3Photography of radia l and tangent ial sect ion of Fraxinus mandshur i ca Rupr.andCunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.wi th sanding process注:(1)、(2)分别是水曲柳的径切面和弦切面,(3)、(4)是杉木的径切面和弦切面.图4水曲柳、毛白杨和杉木径切面和弦切面的表面粗糙度FIG U R E4Surf ace roughnes s o f radi al and tangent i al sect ion o f Fraxinus mandshuri ca Rupr.,Populus tomentosa Carr.and Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.另外,木材表面的粗糙度还受木材加工机械的制造精度和运动精度、切削参数、刀具、树木的生长条件等的影响[2],此处不做详细分析.加工方法相同时,水曲柳弦切面的触觉心理量比径切面光滑.毛白杨和杉木触觉心理量因加工方法不同而不同.加工方法不同时,水曲柳和毛白杨刨切表面触觉心理量最光滑,杉木磨削表面触觉心理量最光滑(见图5).从视觉心理量来说,加工方法相同时,水曲柳弦切面视觉心理量比径切面光滑白杨径切面视觉心理量比弦切面光滑,杉木表视觉心理量因加工方法不同而不同.加工方时,不同切面的情况有所不同(见图6).水曲柳和毛白杨都是阔叶树材,但两种木同切面的粗糙度有较大的不同.水曲柳是环早材导管直径较大,导管壁薄,晚材导管壁厚面上早材的大导管对粗糙感影响较大,而弦切图5水曲柳、毛白杨和杉木不同表面的触觉心理量FIG U RE5Toughing psycho logy value o f di f ferent samples of Frax inus m andshur ica Rupr.,Populus t oment osaCarr.and Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.注:(a)和(b)分别是径切面和弦切面,下同.图6水曲柳、毛白杨和杉木不同表面的视觉心理量FIG U RE6Vi sual psychology value of di f ferent sam pl es ofFraxinus mandshuri ca Rupr.,Populus toment osaCarr.and Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.避开了早晚材的变化,早材大导管的影响也减少了许多,所以在感觉上弦切面比径切面光滑,其电镜照片也印证了这一点.毛白杨是散孔材,细胞腔大、壁薄,导管直径大小没有显著差别,径切面上木材材质结构比较均匀,毛白杨径切面的视觉心理量比弦切面光滑.杉木是针叶树材,密度比较小,材质结构较均匀,影响切面心理量值的主要因素是年轮.切面相同、加工方法不同时,感觉上刨切表面比磨削表面更光滑,这是因为磨削加工木材表面残留许多磨削粉末,影响了人的心理感觉.但实际上磨削表面的粗图7水曲柳、毛白杨和杉木的表面粗糙感FIG U RE7Sur face roughness sense of Frax inus m andshur icaRupr.,Populus toment osa Carr.and Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.2.3木材表面粗糙度与粗糙感的关系杉木的轮廓算术平均偏差(Ra)和轮廓微观平度的平均间距(Sm)的分布范围比水曲柳和毛杨的窄,杉木Ra的分布范围为-3.56～2.96,水柳和毛白杨Ra的分布范围为-3.44～3.45,杉木的心理量分布范围也比水曲柳和毛白杨的窄.阔叶材的表面粗糙度是木材工件的表面粗糙感的主要影响因素,其次是木射线及交错纹理的影响.针叶材面的粗糙感除了粗糙度的影响作用外,木材的年轮宽度对其影响也很大.结论与讨论1)影响木材表面粗糙度的主要因素有树种、工方法、切面和木材的表面组织构造.在所测量围内阔叶树材的表面粗糙度值高于针叶树材.水曲柳、毛白杨和杉木的表面粗糙度值因加工方法不同致谢 本研究得到北京林业大学研究生自选课题基金项目资助.参考文献[1]张莲洁,张连平,孟庆军.浅谈国内外木材表面粗糙度的研究现状及发展趋势[J ].林业机械与木工设备,2000,28(6):7--9.Z H A N G L J ,ZH A N G L P ,M EN G Q J .Elementary di scuss ion on present s i tuat ion and development trend of t imber sur face roughness degree in the world [J ].Fore st ry M achine ry and Woodworking Equipment ,2000,28(6):7--9.[2]PETE RS C C ,CU M MIN G J D .Measur ing wood sur face smoothness :A rev iew [J].For es t Product s Journal ,1970,20(12):40--43.[3]RIC HT ER K ,FEIST W C ,K N A EB E M T .The ef fect of sur faceroughness on the per formance of f ini shes.Par t 1.Roughness character i 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李文军)新书介绍《中国退耕还林研究》出版《中国退耕还林研究》是我国第一部全面系统研究退耕还林工程———这一中国六大重点生态工程、世界十大重点生态工程之一的专著.《中国退耕还林研究》面向整个退耕还林工程区的25个省(区、市)、1800多个县(市、区、旗),引入系统动力学等先进理论和技术,采取试验站点观测与广泛调研集成等5个结合的技术路线,横跨自然、经济、社会科学三大领域,获取原始数据10万多个,提出了退耕还林时空发展规律,建立了退耕还林的理论技术体系、类型区划体系、优化模式体系、技术经济政策体系等4大体系,对退耕还林工程达到“退得下、还得上、稳得住、能致富、不反弹”的建设目标具有重要的理论意义、实践意义和历史意义,对工程的全面、协调、可持续发展将起到重要的推动作用.《中国退耕还林研究》由长期从事退耕还林管理和研究工作的国家林业局办公厅副主任李世东博士、高工(eas twor l d @s ohu .co m )倾数年研究积累,精心撰写而成.全书60多万字,标准16开本,设计精美,内容翔实,科学出版社2004年6月正式出版,每册定价68元.《中国退耕还林研究》对于林业、生态等相关领域的各级行政管理人员、广大科技工作者和社会公众,具有重要的参阅价值、研究价值和文献收藏价值,是广大退耕还林工作者的重要工具书.81北 京 林 业 大 学 学 报第27卷。