不同家系尾巨桉木材机械加工性能分析

黄银珊，刘 衡，刘明德，唐 庆，符韵林

（1.广西壮族自治区国有高峰林场，广西南宁 530001；2.广西大学 林学院，广西南宁 530004）

木材机械加工性能是木材的重要特性之一，进行木材机械加工性能测试和评价可充分了解木材实木利用潜力，为不同木材适宜性加工提供理论支撑，对促进木材合理利用、拓宽木材应用领域、提高木材经济价值和实现木材工业可持续发展有重要现实意义[1]。20 世纪30 年代，国外开始进行木材机械加工性能研究，1938 年建立通过观察加工表面质量评价机械加工性能的方法，据此美国制定了木材机械加工性能的测定标准，随后加拿大、前南斯拉夫和日本等国也开展了本国主要树种木材机械加工性能研究[2]。我国木材机械加工性能研究起步较晚，20 世纪80 年代成俊卿[3]描述了我国重要树种木材机械加工性能；经过几十年的发展，逐渐形成了通过加工质量系统评价木材机械加工性能的标准，开展了红锥（Castanopsishystrix）、西南桦（Betulaalnoides）、米老排（Mytilarialaosensis）、黑木相思（Acaciamelanoxylon）和火力楠（Micheliamacclurei）等[4-6]木材机械加工性能的评价，极大促进了木材的高效合理利用。

尾巨桉（Eucalyptusurophylla×E.grandis）为桉属尾叶桉（Eucalyptusurophylla）和巨桉（Eucalyptus grandis）杂交的速生树种，具有生长迅速、产量高、适应性强和病虫害少等优点[7]，是广西、广东和海南等地重要的造林树种。其中，DH32-26 和DH32-29 为优良的尾巨桉杂交家系，其木材材性优良，多用于制作实木家具和实木地板等，具有较高的经济价值[8-11]。学者们对尾巨桉开展了组织培养[8]、造林模式[12-13]、营林措施[14-17]、生长规律[18]及木材干燥特性和材性[7，9，11，19-20]等方面的研究，极大促进了尾巨桉的推广利用；目前，尚未见不同家系尾巨桉木材机械加工性能的对比研究。本研究对不同树龄尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材机械加工性能进行对比研究，以期为其实木加工利用提供参考，促进其木材的高效合理利用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系原木采自广西壮族自治区国有高峰林场，树龄分别为4、6 和8年生，每个树龄采伐3株。样木伐倒后，取1.3～3.3 m和5.3～7.3 m处木段作为试验用材。

刨削、砂削试件尺寸均为20 mm×100 mm×900 mm，数量均为30 个；铣削、钻削试件尺寸均为20 mm×80 mm×300 mm，数量均为30个。

1.2 试验仪器与设备

MB504 型木工平刨床（佛山市顺德区新马木工机械设备有限公司）；SPPR6300型宽带砂光机（四川省青城机械有限公司）；MX5317 型立式双轴木工铣床（顺德市马氏木工机械设备厂）；Z4013A型台式钻床（中山市翠山机械制造有限公司）；HANDYSURF E-35B 型便携式表面粗糙度测量仪［东精精密设备（上海）有限公司）］等。

1.3 测定方法

根据《锯材机械加工性能评价方法》（LY/T 2054—2012）[21]对不同树龄尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的主要机械加工性能进行测定和评价。

刨削加工性能：进料速度7 m/min，主轴转速5 300 r/min，刨削深度1.6 mm。砂削加工性能：进料速度6 m/min，砂带目数120 目，砂削深度0.4 mm；随机选取6 个砂削后的试件，每个试件均采用表面粗糙度测量仪测定6 个点的粗糙度，取平均值为表面粗糙度（Ra）。铣削加工性能：手动进料，主轴转速6 000 r/min，铣削深度1.6 mm，顺纹理方向一次铣削成型。钻削加工性能：采用麻花钻（直径25 mm）手动进给，主轴转速500 r/min，每个试件加工2个钻孔。

根据试件加工过程中产生缺陷的程度，将试件分为5 个等级；1 级为优秀，不存在任何刨削缺陷；2级为良好，存在轻微刨削缺陷，可通过120目砂纸轻磨而清除；3 级为中等，存在较大的轻微刨削缺陷，仍可通过120 目砂纸轻磨而清除；4 级为较差，存在较大和较深的刨削缺陷，不能或很难通过砂纸清除；5 级为很差，存在严重刨削缺陷。1～5 级分别计5、4、3、2和1分，试件各等级百分率乘以等级得分得到试件不同加工性能质量等级值。刨削、砂削处理1 级试件百分率为达标百分率，铣削、钻削处理1 和2 级试件百分率总和为达标百分率；试件达标百分率90%以上质量级别为5 级，70%～89%质量级别为4 级，50%～69%质量级别为3 级，30%～49%质量级别为2 级，0～29%质量级别为1 级。采用加权计分法，刨削、砂削和铣削加权数为2，钻削加权数为1；试件达标百分率质量级别与加权数的乘积为木材单项机械加工性能得分，4 项总和为综合机械加工性能得分，满分35分。

DH32-26 和DH32-29 家系木材3 株间各项机械加工性能测定结果的相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD）均小于5%，说明株间结果一致，最终结果以3株的平均值计。

2 结果与分析

2.1 刨削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的质量等级值均≥4.00，说明各树龄两个家系木材的刨削加工性能均较优（表1）。随树龄增加，两个家系木材的刨削加工性能均逐渐提高；这可能是因为随树龄增加，尾巨桉木材的密度逐渐均匀。4、6和8年生DH32-26 家系木材试件达标百分率分别为13.3%、23.3%和30.0%，DH32-29 家系木材试件达标百分率分别为16.7%、26.7%和33.3%，达标百分率均不高。除4 年生DH32-29 家系木材外，其他树龄、家系木材1 和2 级试件百分率总和均≥90.0%；2级试件略加打磨即可消除缺陷，说明两个家系木材的刨削质量可通过打磨得到较大提升。

表1 刨削处理木材各等级占比Tab.1 Proportions of grade 1 to 5 woods after planning

各树龄DH32-29 家系木材的刨削质量等级值和试件达标百分率均略优于DH32-26 家系，说明DH32-29家系木材的刨削加工性能略优于DH32-26家系。相较于已有报道的尾巨桉木材刨削加工性能（7 年生，质量等级值3.27）[22]，本研究中两个家系木材的刨削加工性能均更优。

2.2 砂削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的质量等级值均>4.00，说明各树龄两个家系木材的砂削性能均较优（表2）。随树龄增加，两个家系木材的砂削加工性能均逐渐提高；这可能是因为随树龄增加，尾巨桉木材密度变大，木材表面硬度增加。4、6 和8 年生DH32-26 家系木材试件达标百分率分别为50.0%、53.3%和66.7%，DH32-29 家系木材试件达标百分率分别为50.0%、56.7% 和73.3%。DH32-26 和DH32-29 家系木材1 和2 级试件百分率总和分别为80.0%、90.0%、96.7%、83.3%、90.0%和96.6%；2 级试件存在的轻微缺陷可通过二次精砂去除，可采取二次精砂提高砂削质量。

表2 砂削处理木材各等级占比Tab.2 Proportions of grade 1 to 5 woods after sanding

各树龄DH32-29 家系木材的砂削质量等级值、试件达标百分率和表面粗糙度均略优于DH32-26家系，说明DH32-29 家系木材的砂削加工性能略优于DH32-26 家系；相较于已有报道的尾巨桉木材砂削加工性能（7 年生，质量等级值4.30）[22]，本研究中两个家系木材的砂削加工性能均更优。

2.3 铣削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的质量等级值在3.00～4.00之间，说明各树龄两个家系木材的铣削加工性能均为良（表3）。随树龄增加，两个家系木材的铣削加工性能没有明显变化。4、6和8年生DH32-26家系木材试件达标百分率分别为73.3%、70.0%和73.3%，DH32-29 家系木材试件达标百分率分别为73.3%、70.0%和76.6%。各树龄DH32-26 和DH32-29 家系木材的铣削加工性能基本一致，与已有报道的尾巨桉木材铣削加工性能（7年生，质量等级值3.68）[22]差别不大。

表3 铣削处理木材各等级占比Tab.3 Proportions of grade 1 to 5 woods after milling

2.4 钻削加工性能

4、6 和8 年生DH32-26 和DH32-29 家系木材的质量等级值在3.00～4.00之间，说明各树龄两个家系木材的钻削加工性能均为良（表4）。随树龄增加，两个家系木材的钻削加工性能均逐渐提高；这可能是因为随树龄增加，尾巨桉木材的密度逐渐均匀。4、6和8 年生DH32-26 家系木材试件达标百分率分别为40.0%、57.6%和76.7%，DH32-29家系木材试件达标百分率分别为36.1%、50.0%和70.0%。这可能是因为采用麻花钻（因工厂条件限制，本研究未采用圆形沉割刀）；研究表明尾巨桉木材采用麻花钻试件合格率为33%，采用圆形沉割刀试件合格率为100%[22]，在尾巨桉木材钻削加工时应采用圆形沉割刀进行加工。

表4 钻削处理木材各等级占比Tab.4 Proportions of grade 1 to 5 woods after drilling

各树龄DH32-26 家系木材的钻削质量等级值和试件达标百分率均略优于DH32-29 家系，说明DH32-26 家系木材的钻削加工性能略优于DH32-29 家系；8 年生木材的钻削性能与已有报道的尾巨桉木材钻削性能（7 年生，采用麻花钻，质量等级值3.71）[22]差别不大。

2.5 机械加工性能方差分析

DH32-26 和DH32-29 家系木材的刨削、钻削加工性能均差异显著（P<0.05），砂削加工性能差异极显著（P<0.01），铣削加工性能差异不显著（表5）。

表5 两个家系木材各机械加工性能方差分析Tab.5 Analysis of variance on wood machining properties of two families

2.6 机械加工性能综合评价

4、6 和8 年生DH32-26 家系木材的综合机械加工性能得分分别为18、19 和22，DH32-29 家系木材得分分别为18、19 和24（表6）。随树龄增加，两个家系木材的综合机械加工性能均逐渐提高。

表6 木材综合机械加工性能Tab.6 Comprehensive machining properties of woods

4 和6 年生时，DH33-26 和DH33-29 家系木材的综合机械加工性能得分相同；8 年生时，DH32-29家系木材得分高于DH32-26 家系。总体而言，DH32-29 家系木材的综合机械加工性能略优于DH32-26家系。

3 结 论

各树龄尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的刨削加工性能均较优，DH32-29 家系木材略优于DH32-26 家系；随树龄增加，两个家系木材的刨削加工性能均提高。各树龄DH32-26 和DH32-29 家系木材的砂削加工性能均较优，DH32-29 家系木材略优于DH32-26 家系；随树龄增加，两个家系木材的砂削加工性能均提高。各树龄DH32-26 和DH32-29 家系木材的铣削加工性能均为良，差别不大；随树龄增加，两个家系木材的铣削加工性能均差别不大。各树龄DH32-26 和DH32-29 家系木材的钻削加工性能均为良，DH32-26 家系木材略优于DH32-29 家系；随树龄增加，两个家系木材的钻削加工性能均提高。总体而言，两个尾巨桉家系木材的综合机械加工性能均随树龄增加有所改善，DH32-29木材的综合机械加工性能略优于DH32-26家系。

利益冲突：所有作者声明无利益冲突。

作者贡献声明：黄银珊负责试验处理、数据分析和论文撰写；刘衡负责试验处理和论文修改；刘明德、唐庆负责试验处理；符韵林负责试验设计和论文修改。