不同家系尾巨桉木材機械加工性能分析

黃銀珊，劉 衡，劉明德，唐 慶，符韻林

（1.廣西壯族自治區國有高峰林場，廣西南寧 530001；2.廣西大學 林學院，廣西南寧 530004）

木材機械加工性能是木材的重要特性之一，進行木材機械加工性能測試和評價可充分了解木材實木利用潛力，為不同木材適宜性加工提供理論支撐，對促進木材合理利用、拓寬木材應用領域、提高木材經濟價值和實現木材工業可持續發展有重要現實意義[1]。20 世紀30 年代，國外開始進行木材機械加工性能研究，1938 年建立通過觀察加工表面質量評價機械加工性能的方法，據此美國制定了木材機械加工性能的測定標準，隨后加拿大、前南斯拉夫和日本等國也開展了本國主要樹種木材機械加工性能研究[2]。我國木材機械加工性能研究起步較晚，20 世紀80 年代成俊卿[3]描述了我國重要樹種木材機械加工性能；經過幾十年的發展，逐漸形成了通過加工質量系統評價木材機械加工性能的標準，開展了紅錐（Castanopsishystrix）、西南樺（Betulaalnoides）、米老排（Mytilarialaosensis）、黑木相思（Acaciamelanoxylon）和火力楠（Micheliamacclurei）等[4-6]木材機械加工性能的評價，極大促進了木材的高效合理利用。

尾巨桉（Eucalyptusurophylla×E.grandis）為桉屬尾葉桉（Eucalyptusurophylla）和巨桉（Eucalyptus grandis）雜交的速生樹種，具有生長迅速、產量高、適應性強和病蟲害少等優點[7]，是廣西、廣東和海南等地重要的造林樹種。其中，DH32-26 和DH32-29 為優良的尾巨桉雜交家系，其木材材性優良，多用于制作實木家具和實木地板等，具有較高的經濟價值[8-11]。學者們對尾巨桉開展了組織培養[8]、造林模式[12-13]、營林措施[14-17]、生長規律[18]及木材干燥特性和材性[7，9，11，19-20]等方面的研究，極大促進了尾巨桉的推廣利用；目前，尚未見不同家系尾巨桉木材機械加工性能的對比研究。本研究對不同樹齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材機械加工性能進行對比研究，以期為其實木加工利用提供參考，促進其木材的高效合理利用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系原木采自廣西壯族自治區國有高峰林場，樹齡分別為4、6 和8年生，每個樹齡采伐3株。樣木伐倒后，取1.3～3.3 m和5.3～7.3 m處木段作為試驗用材。

刨削、砂削試件尺寸均為20 mm×100 mm×900 mm，數量均為30 個；銑削、鉆削試件尺寸均為20 mm×80 mm×300 mm，數量均為30個。

1.2 試驗儀器與設備

MB504 型木工平刨床（佛山市順德區新馬木工機械設備有限公司）；SPPR6300型寬帶砂光機（四川省青城機械有限公司）；MX5317 型立式雙軸木工銑床（順德市馬氏木工機械設備廠）；Z4013A型臺式鉆床（中山市翠山機械制造有限公司）；HANDYSURF E-35B 型便攜式表面粗糙度測量儀［東精精密設備（上海）有限公司）］等。

1.3 測定方法

根據《鋸材機械加工性能評價方法》（LY/T 2054—2012）[21]對不同樹齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的主要機械加工性能進行測定和評價。

刨削加工性能：進料速度7 m/min，主軸轉速5 300 r/min，刨削深度1.6 mm。砂削加工性能：進料速度6 m/min，砂帶目數120 目，砂削深度0.4 mm；隨機選取6 個砂削后的試件，每個試件均采用表面粗糙度測量儀測定6 個點的粗糙度，取平均值為表面粗糙度（Ra）。銑削加工性能：手動進料，主軸轉速6 000 r/min，銑削深度1.6 mm，順紋理方向一次銑削成型。鉆削加工性能：采用麻花鉆（直徑25 mm）手動進給，主軸轉速500 r/min，每個試件加工2個鉆孔。

根據試件加工過程中產生缺陷的程度，將試件分為5 個等級；1 級為優秀，不存在任何刨削缺陷；2級為良好，存在輕微刨削缺陷，可通過120目砂紙輕磨而清除；3 級為中等，存在較大的輕微刨削缺陷，仍可通過120 目砂紙輕磨而清除；4 級為較差，存在較大和較深的刨削缺陷，不能或很難通過砂紙清除；5 級為很差，存在嚴重刨削缺陷。1～5 級分別計5、4、3、2和1分，試件各等級百分率乘以等級得分得到試件不同加工性能質量等級值。刨削、砂削處理1 級試件百分率為達標百分率，銑削、鉆削處理1 和2 級試件百分率總和為達標百分率；試件達標百分率90%以上質量級別為5 級，70%～89%質量級別為4 級，50%～69%質量級別為3 級，30%～49%質量級別為2 級，0～29%質量級別為1 級。采用加權計分法，刨削、砂削和銑削加權數為2，鉆削加權數為1；試件達標百分率質量級別與加權數的乘積為木材單項機械加工性能得分，4 項總和為綜合機械加工性能得分，滿分35分。

DH32-26 和DH32-29 家系木材3 株間各項機械加工性能測定結果的相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD）均小于5%，說明株間結果一致，最終結果以3株的平均值計。

2 結果與分析

2.1 刨削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的質量等級值均≥4.00，說明各樹齡兩個家系木材的刨削加工性能均較優（表1）。隨樹齡增加，兩個家系木材的刨削加工性能均逐漸提高；這可能是因為隨樹齡增加，尾巨桉木材的密度逐漸均勻。4、6和8年生DH32-26 家系木材試件達標百分率分別為13.3%、23.3%和30.0%，DH32-29 家系木材試件達標百分率分別為16.7%、26.7%和33.3%，達標百分率均不高。除4 年生DH32-29 家系木材外，其他樹齡、家系木材1 和2 級試件百分率總和均≥90.0%；2級試件略加打磨即可消除缺陷，說明兩個家系木材的刨削質量可通過打磨得到較大提升。

表1 刨削處理木材各等級占比Tab.1 Proportions of grade 1 to 5 woods after planning

各樹齡DH32-29 家系木材的刨削質量等級值和試件達標百分率均略優于DH32-26 家系，說明DH32-29家系木材的刨削加工性能略優于DH32-26家系。相較于已有報道的尾巨桉木材刨削加工性能（7 年生，質量等級值3.27）[22]，本研究中兩個家系木材的刨削加工性能均更優。

2.2 砂削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的質量等級值均>4.00，說明各樹齡兩個家系木材的砂削性能均較優（表2）。隨樹齡增加，兩個家系木材的砂削加工性能均逐漸提高；這可能是因為隨樹齡增加，尾巨桉木材密度變大，木材表面硬度增加。4、6 和8 年生DH32-26 家系木材試件達標百分率分別為50.0%、53.3%和66.7%，DH32-29 家系木材試件達標百分率分別為50.0%、56.7% 和73.3%。DH32-26 和DH32-29 家系木材1 和2 級試件百分率總和分別為80.0%、90.0%、96.7%、83.3%、90.0%和96.6%；2 級試件存在的輕微缺陷可通過二次精砂去除，可采取二次精砂提高砂削質量。

表2 砂削處理木材各等級占比Tab.2 Proportions of grade 1 to 5 woods after sanding

各樹齡DH32-29 家系木材的砂削質量等級值、試件達標百分率和表面粗糙度均略優于DH32-26家系，說明DH32-29 家系木材的砂削加工性能略優于DH32-26 家系；相較于已有報道的尾巨桉木材砂削加工性能（7 年生，質量等級值4.30）[22]，本研究中兩個家系木材的砂削加工性能均更優。

2.3 銑削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的質量等級值在3.00～4.00之間，說明各樹齡兩個家系木材的銑削加工性能均為良（表3）。隨樹齡增加，兩個家系木材的銑削加工性能沒有明顯變化。4、6和8年生DH32-26家系木材試件達標百分率分別為73.3%、70.0%和73.3%，DH32-29 家系木材試件達標百分率分別為73.3%、70.0%和76.6%。各樹齡DH32-26 和DH32-29 家系木材的銑削加工性能基本一致，與已有報道的尾巨桉木材銑削加工性能（7年生，質量等級值3.68）[22]差別不大。

表3 銑削處理木材各等級占比Tab.3 Proportions of grade 1 to 5 woods after milling

2.4 鉆削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的質量等級值在3.00～4.00之間，說明各樹齡兩個家系木材的鉆削加工性能均為良（表4）。隨樹齡增加，兩個家系木材的鉆削加工性能均逐漸提高；這可能是因為隨樹齡增加，尾巨桉木材的密度逐漸均勻。4、6和8 年生DH32-26 家系木材試件達標百分率分別為40.0%、57.6%和76.7%，DH32-29家系木材試件達標百分率分別為36.1%、50.0%和70.0%。這可能是因為采用麻花鉆（因工廠條件限制，本研究未采用圓形沉割刀）；研究表明尾巨桉木材采用麻花鉆試件合格率為33%，采用圓形沉割刀試件合格率為100%[22]，在尾巨桉木材鉆削加工時應采用圓形沉割刀進行加工。

表4 鉆削處理木材各等級占比Tab.4 Proportions of grade 1 to 5 woods after drilling

各樹齡DH32-26 家系木材的鉆削質量等級值和試件達標百分率均略優于DH32-29 家系，說明DH32-26 家系木材的鉆削加工性能略優于DH32-29 家系；8 年生木材的鉆削性能與已有報道的尾巨桉木材鉆削性能（7 年生，采用麻花鉆，質量等級值3.71）[22]差別不大。

2.5 機械加工性能方差分析

DH32-26 和DH32-29 家系木材的刨削、鉆削加工性能均差異顯著（P<0.05），砂削加工性能差異極顯著（P<0.01），銑削加工性能差異不顯著（表5）。

表5 兩個家系木材各機械加工性能方差分析Tab.5 Analysis of variance on wood machining properties of two families

2.6 機械加工性能綜合評價

4、6 和8 年生DH32-26 家系木材的綜合機械加工性能得分分別為18、19 和22，DH32-29 家系木材得分分別為18、19 和24（表6）。隨樹齡增加，兩個家系木材的綜合機械加工性能均逐漸提高。

表6 木材綜合機械加工性能Tab.6 Comprehensive machining properties of woods

4 和6 年生時，DH33-26 和DH33-29 家系木材的綜合機械加工性能得分相同；8 年生時，DH32-29家系木材得分高于DH32-26 家系。總體而言，DH32-29 家系木材的綜合機械加工性能略優于DH32-26家系。

3 結 論

各樹齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的刨削加工性能均較優，DH32-29 家系木材略優于DH32-26 家系；隨樹齡增加，兩個家系木材的刨削加工性能均提高。各樹齡DH32-26 和DH32-29 家系木材的砂削加工性能均較優，DH32-29 家系木材略優于DH32-26 家系；隨樹齡增加，兩個家系木材的砂削加工性能均提高。各樹齡DH32-26 和DH32-29 家系木材的銑削加工性能均為良，差別不大；隨樹齡增加，兩個家系木材的銑削加工性能均差別不大。各樹齡DH32-26 和DH32-29 家系木材的鉆削加工性能均為良，DH32-26 家系木材略優于DH32-29 家系；隨樹齡增加，兩個家系木材的鉆削加工性能均提高。總體而言，兩個尾巨桉家系木材的綜合機械加工性能均隨樹齡增加有所改善，DH32-29木材的綜合機械加工性能略優于DH32-26家系。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：黃銀珊負責試驗處理、數據分析和論文撰寫；劉衡負責試驗處理和論文修改；劉明德、唐慶負責試驗處理；符韻林負責試驗設計和論文修改。