不同家系尾巨桉木材機(jī)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(qū)國(guó)有高峰林場(chǎng)，廣西南寧 530001；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西南寧 530004）

木材機(jī)械加工性能是木材的重要特性之一，進(jìn)行木材機(jī)械加工性能測(cè)試和評(píng)價(jià)可充分了解木材實(shí)木利用潛力，為不同木材適宜性加工提供理論支撐，對(duì)促進(jìn)木材合理利用、拓寬木材應(yīng)用領(lǐng)域、提高木材經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)現(xiàn)木材工業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要現(xiàn)實(shí)意義[1]。20 世紀(jì)30 年代，國(guó)外開(kāi)始進(jìn)行木材機(jī)械加工性能研究，1938 年建立通過(guò)觀察加工表面質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)械加工性能的方法，據(jù)此美國(guó)制定了木材機(jī)械加工性能的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，隨后加拿大、前南斯拉夫和日本等國(guó)也開(kāi)展了本國(guó)主要樹(shù)種木材機(jī)械加工性能研究[2]。我國(guó)木材機(jī)械加工性能研究起步較晚，20 世紀(jì)80 年代成俊卿[3]描述了我國(guó)重要樹(shù)種木材機(jī)械加工性能；經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，逐漸形成了通過(guò)加工質(zhì)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)木材機(jī)械加工性能的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)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(jī)械加工性能的評(píng)價(jià)，極大促進(jìn)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(shù)種，具有生長(zhǎng)迅速、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)和病蟲(chóng)害少等優(yōu)點(diǎn)[7]，是廣西、廣東和海南等地重要的造林樹(shù)種。其中，DH32-26 和DH32-29 為優(yōu)良的尾巨桉雜交家系，其木材材性優(yōu)良，多用于制作實(shí)木家具和實(shí)木地板等，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[8-11]。學(xué)者們對(duì)尾巨桉開(kāi)展了組織培養(yǎng)[8]、造林模式[12-13]、營(yíng)林措施[14-17]、生長(zhǎng)規(guī)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(jìn)了尾巨桉的推廣利用；目前，尚未見(jiàn)不同家系尾巨桉木材機(jī)械加工性能的對(duì)比研究。本研究對(duì)不同樹(shù)齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材機(jī)械加工性能進(jìn)行對(duì)比研究，以期為其實(shí)木加工利用提供參考，促進(jìn)其木材的高效合理利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系原木采自廣西壯族自治區(qū)國(guó)有高峰林場(chǎng)，樹(shù)齡分別為4、6 和8年生，每個(gè)樹(shù)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(yàn)用材。

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

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

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

1.3 測(cè)定方法

根據(jù)《鋸材機(jī)械加工性能評(píng)價(jià)方法》（LY/T 2054—2012）[21]對(duì)不同樹(shù)齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的主要機(jī)械加工性能進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。

刨削加工性能：進(jìn)料速度7 m/min，主軸轉(zhuǎn)速5 300 r/min，刨削深度1.6 mm。砂削加工性能：進(jìn)料速度6 m/min，砂帶目數(shù)120 目，砂削深度0.4 mm；隨機(jī)選取6 個(gè)砂削后的試件，每個(gè)試件均采用表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)定6 個(gè)點(diǎn)的粗糙度，取平均值為表面粗糙度（Ra）。銑削加工性能：手動(dòng)進(jìn)料，主軸轉(zhuǎn)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(dòng)進(jìn)給，主軸轉(zhuǎn)速500 r/min，每個(gè)試件加工2個(gè)鉆孔。

根據(jù)試件加工過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的程度，將試件分為5 個(gè)等級(jí)；1 級(jí)為優(yōu)秀，不存在任何刨削缺陷；2級(jí)為良好，存在輕微刨削缺陷，可通過(guò)120目砂紙輕磨而清除；3 級(jí)為中等，存在較大的輕微刨削缺陷，仍可通過(guò)120 目砂紙輕磨而清除；4 級(jí)為較差，存在較大和較深的刨削缺陷，不能或很難通過(guò)砂紙清除；5 級(jí)為很差，存在嚴(yán)重刨削缺陷。1～5 級(jí)分別計(jì)5、4、3、2和1分，試件各等級(jí)百分率乘以等級(jí)得分得到試件不同加工性能質(zhì)量等級(jí)值。刨削、砂削處理1 級(jí)試件百分率為達(dá)標(biāo)百分率，銑削、鉆削處理1 和2 級(jí)試件百分率總和為達(dá)標(biāo)百分率；試件達(dá)標(biāo)百分率90%以上質(zhì)量級(jí)別為5 級(jí)，70%～89%質(zhì)量級(jí)別為4 級(jí)，50%～69%質(zhì)量級(jí)別為3 級(jí)，30%～49%質(zhì)量級(jí)別為2 級(jí)，0～29%質(zhì)量級(jí)別為1 級(jí)。采用加權(quán)計(jì)分法，刨削、砂削和銑削加權(quán)數(shù)為2，鉆削加權(quán)數(shù)為1；試件達(dá)標(biāo)百分率質(zhì)量級(jí)別與加權(quán)數(shù)的乘積為木材單項(xiàng)機(jī)械加工性能得分，4 項(xiàng)總和為綜合機(jī)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(xiàng)機(jī)械加工性能測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD）均小于5%，說(shuō)明株間結(jié)果一致，最終結(jié)果以3株的平均值計(jì)。

2 結(jié)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(zhì)量等級(jí)值均≥4.00，說(shuō)明各樹(shù)齡兩個(gè)家系木材的刨削加工性能均較優(yōu)（表1）。隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的刨削加工性能均逐漸提高；這可能是因?yàn)殡S樹(shù)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(dá)標(biāo)百分率分別為13.3%、23.3%和30.0%，DH32-29 家系木材試件達(dá)標(biāo)百分率分別為16.7%、26.7%和33.3%，達(dá)標(biāo)百分率均不高。除4 年生DH32-29 家系木材外，其他樹(shù)齡、家系木材1 和2 級(jí)試件百分率總和均≥90.0%；2級(jí)試件略加打磨即可消除缺陷，說(shuō)明兩個(gè)家系木材的刨削質(zhì)量可通過(guò)打磨得到較大提升。

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

各樹(shù)齡DH32-29 家系木材的刨削質(zhì)量等級(jí)值和試件達(dá)標(biāo)百分率均略優(yōu)于DH32-26 家系，說(shuō)明DH32-29家系木材的刨削加工性能略優(yōu)于DH32-26家系。相較于已有報(bào)道的尾巨桉木材刨削加工性能（7 年生，質(zhì)量等級(jí)值3.27）[22]，本研究中兩個(gè)家系木材的刨削加工性能均更優(yōu)。

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(zhì)量等級(jí)值均>4.00，說(shuō)明各樹(shù)齡兩個(gè)家系木材的砂削性能均較優(yōu)（表2）。隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的砂削加工性能均逐漸提高；這可能是因?yàn)殡S樹(shù)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(dá)標(biāo)百分率分別為50.0%、53.3%和66.7%，DH32-29 家系木材試件達(dá)標(biāo)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(jí)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(jí)試件存在的輕微缺陷可通過(guò)二次精砂去除，可采取二次精砂提高砂削質(zhì)量。

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

各樹(shù)齡DH32-29 家系木材的砂削質(zhì)量等級(jí)值、試件達(dá)標(biāo)百分率和表面粗糙度均略優(yōu)于DH32-26家系，說(shuō)明DH32-29 家系木材的砂削加工性能略優(yōu)于DH32-26 家系；相較于已有報(bào)道的尾巨桉木材砂削加工性能（7 年生，質(zhì)量等級(jí)值4.30）[22]，本研究中兩個(gè)家系木材的砂削加工性能均更優(yōu)。

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(zhì)量等級(jí)值在3.00～4.00之間，說(shuō)明各樹(shù)齡兩個(gè)家系木材的銑削加工性能均為良（表3）。隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的銑削加工性能沒(méi)有明顯變化。4、6和8年生DH32-26家系木材試件達(dá)標(biāo)百分率分別為73.3%、70.0%和73.3%，DH32-29 家系木材試件達(dá)標(biāo)百分率分別為73.3%、70.0%和76.6%。各樹(shù)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(bào)道的尾巨桉木材銑削加工性能（7年生，質(zhì)量等級(jí)值3.68）[22]差別不大。

表3 銑削處理木材各等級(jí)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(zhì)量等級(jí)值在3.00～4.00之間，說(shuō)明各樹(shù)齡兩個(gè)家系木材的鉆削加工性能均為良（表4）。隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的鉆削加工性能均逐漸提高；這可能是因?yàn)殡S樹(shù)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(dá)標(biāo)百分率分別為40.0%、57.6%和76.7%，DH32-29家系木材試件達(dá)標(biāo)百分率分別為36.1%、50.0%和70.0%。這可能是因?yàn)椴捎寐榛ㄣ@（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(shí)應(yīng)采用圓形沉割刀進(jìn)行加工。

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

各樹(shù)齡DH32-26 家系木材的鉆削質(zhì)量等級(jí)值和試件達(dá)標(biāo)百分率均略優(yōu)于DH32-29 家系，說(shuō)明DH32-26 家系木材的鉆削加工性能略優(yōu)于DH32-29 家系；8 年生木材的鉆削性能與已有報(bào)道的尾巨桉木材鉆削性能（7 年生，采用麻花鉆，質(zhì)量等級(jí)值3.71）[22]差別不大。

2.5 機(jī)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(gè)家系木材各機(jī)械加工性能方差分析Tab.5 Analysis of variance on wood machining properties of two families

2.6 機(jī)械加工性能綜合評(píng)價(jià)

4、6 和8 年生DH32-26 家系木材的綜合機(jī)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(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的綜合機(jī)械加工性能均逐漸提高。

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

4 和6 年生時(shí)，DH33-26 和DH33-29 家系木材的綜合機(jī)械加工性能得分相同；8 年生時(shí)，DH32-29家系木材得分高于DH32-26 家系?？傮w而言，DH32-29 家系木材的綜合機(jī)械加工性能略優(yōu)于DH32-26家系。

3 結(jié) 論

各樹(shù)齡尾巨桉DH32-26 和DH32-29 家系木材的刨削加工性能均較優(yōu)，DH32-29 家系木材略優(yōu)于DH32-26 家系；隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的刨削加工性能均提高。各樹(shù)齡DH32-26 和DH32-29 家系木材的砂削加工性能均較優(yōu)，DH32-29 家系木材略優(yōu)于DH32-26 家系；隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的砂削加工性能均提高。各樹(shù)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(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的銑削加工性能均差別不大。各樹(shù)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(yōu)于DH32-29 家系；隨樹(shù)齡增加，兩個(gè)家系木材的鉆削加工性能均提高?？傮w而言，兩個(gè)尾巨桉家系木材的綜合機(jī)械加工性能均隨樹(shù)齡增加有所改善，DH32-29木材的綜合機(jī)械加工性能略優(yōu)于DH32-26家系。

利益沖突：所有作者聲明無(wú)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：黃銀珊負(fù)責(zé)試驗(yàn)處理、數(shù)據(jù)分析和論文撰寫(xiě)；劉衡負(fù)責(zé)試驗(yàn)處理和論文修改；劉明德、唐慶負(fù)責(zé)試驗(yàn)處理；符韻林負(fù)責(zé)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和論文修改。