29年生和35年生大花序桉木材机械加工性能对比研究_覃海康.pdf

桉树科技 2023,40(2):93-96 EUCALYPT SCIENCE&TECHNOLOGY _ 基金项目：广西林业推广项目大花序桉人工林木材材性增长与加工利用研究(桂林科研202120 号)作者简介：覃海康(1986 )，男，本科，工程师，从事林业技术管理研究。E-mail:*通信作者：符韵林(1977 )，男，博士，教授，从事木材科学研究。E-mail: DOI:10.13987/ki.askj.2023.02.014 29 年生和 35 年生大花序桉 木材机械加工性能对比研究 覃海康1，刘衡2，蒋兴成1，韦鹏练2，马忠才1，符韵林2*(1.广西国有东门林场，广西 扶绥 532108；2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)摘要：对 29 和 35 年生大花序桉木材的机械加工性能(刨削、砂削、铣削、钻削和开榫)进行对比测试和评价，以期促进其实木化利用。结果表明：在进料速度为 7 m min1时，两个林龄木材的刨削性能均为优；两个林龄木材的砂削和铣削加工性能为优，开榫加工性能为良，钻削加工性能为中。29 年生大花序桉木材机械加工性能综合得分(26)优于 35 年生(24)。关键词：木材学；大花序桉；机械加工性能；林龄 中图分类号：S781 文献标志码：A Research on Timber Machining Properties of 29 and 35-Year Old Eucalyptus cloeziana QIN Haikang1,LIU Heng2,JIANG Xingcheng1,WEI Penglian2,MA Zhongcai1,FU Yunlin2*1.Guangxi State-owned Dongmen Forest Farm,Fusui 532108,Guangxi,China;2.College of Forestry,Guangxi University,Nanning 530004,Guangxi,China)Abstract:Mechanical properties including planing,sanding,shaping,boring and mortising of timber sawn from 29-and 35-year-old Eucalyptus cloeziana trees were tested and evaluated in order to provide theoretical support for wood utilization of this species.The results showed that when the feed rate was 7 m min1,the performance of planning,sanding,shaping of the two kinds timber were excellent,while mortising and boring were good and medium respectively.The overall score of timber machinability of 29-year-old timber(26)was better than that of 35-year-old(24).Key words:wood science;Eucalyptus cloeziana;machining property;stand age 大花序桉(Eucalyptus cloeziana)原产于澳大利亚，20 世纪 70 年代起，中国广东、广西、海南等地陆续开展引种试验1。大花序桉材性优良，广泛应用于家具、造纸等行业，具有较高的推广价值2。当前针对大花序桉的研究多集中于良种选育3-4、栽培5-6以及木材材性7-9等方面。为进一步促进大花序桉木材的推广应用，文章以 29 年生和 35 年生大花序桉木材为研究对象，通过测试其刨削、砂削、铣削、钻削、开榫等 5 项机械加工性能并评价，以期为大花序桉木材实木化利用提供理论依据。1 材料与方法 1.1 实验材料 29 年生和 35 年生大花序桉原木采自广西国有东门林场，胸径分别为 28.1 和 36.0 cm。分别选取 8株平均木进行采伐，每株样木截取 1.3 3.3、5.3 7.3 m处木段作为实验用材。不同加工试件均为 30 个，规格为：刨削、砂削加工试样尺寸 900 mm 100 mm 20 mm；铣削、钻削、开榫加工试样尺寸 300 mm 80 mm 20 mm。94 桉树科技 第 40 卷 1.2 实验设备 MB504 型木工平刨床(新马木工机械设备有限公司)，主轴转速 5 300 r min1，刨削深度 1.6 mm，刨刀的楔角 30；SPPR 6300 型宽带砂光机(四川青城机械有限公司)，砂削厚度 0.4 mm；MX5317 型立式双轴木工铣床(广东顺德马氏木工机械设备厂)，主轴转速8 830 r min1，主轴直径35 mm，铣削深度1.6 mm；Z4013A 型台式钻床(广东省中山市翠山机械制造有限公司)，主轴转速 486 r min1；MZ1610 木工方眼机(佛山鸿进威木工机械)，主轴转速2 840 r min1；HANDYSURF E-35B 型便携式表面粗糙度测量仪(日本东京精密)。1.3 试验方法 参照锯材机械加工性能评价方法10对 29和 35 年生大花序桉木材的机械加工性能进行测试和评价。1)刨削加工性能测试方法：选取 7、10、16 m min1三种进料速度分别进行实验，单面刨削。2)砂削加工性能测试方法：用120 目砂纸进行砂削加工，进料速度为 6 m min1。3)铣削加工性能测试方法：顺纹理方向一次铣削成型，进料方向与刀具旋转方法相反。4)钻削加工性能测试方法：钻头选用直径为25 mm 的麻花钻，每块试样加工两个通孔。5)开榫加工性能测试方法：采用边长为 12.5 mm 的空心凿进行加工，每块试件开两个榫眼。1.4 性能评价 根据大花序桉木材加工过程中的缺陷类型及程度，将其机械加工性能分为五个等级。一级为优秀，不存在任何缺陷，5 分；二级为良好，存在轻微缺陷，4 分；三级为中等，存在较大的轻微缺陷，3分；四级为较差，存在较大的缺陷，2 分；五级为很差，存在严重的缺陷，甚至是报废试样，1 分。采用加权积分对大花序桉木材的刨削、砂削、铣削、钻削、开榫加工性能进行评价，将刨削、砂削、铣削的加权数定为 2，钻削和开榫的加权数定为 1。刨削加工和砂削加工将 1 级试件所占百分比作为试件达标率，铣削加工和钻削加工将 1 级、2级试件所占百分比作为试件达标率，开榫加工将 1级、2 级、3 级试件所占百分比作为试件达标率，根据每个加工处理试件的合格率，确定其质量级别(表1)。每个加工处理的质量级别乘以其加权数得到该加工方式的得分，将 5 项得分相加得到大花序桉木材综合加工性能得分(满分为 40 分)。表 1 单项测试质量级别 Table 1 Single test quality level 试件合格百分率/%Percentage of qualified test pieces 等级 Grade 90 100 5 70 89 4 50 69 3 30 49 2 0 29 1 2 结果与分析 2.1 刨削加工性能 由表 2 可知，7、10、16 m min1三种不同进料速度条件下，29、35 年生大花序桉木材刨削质量等级值分别是 4.6、3.9、3.3 与 4.3、3.9、3.4。随进料速度的增加，两个林龄大花序桉木材的刨削加工性能均逐渐下降。当进料速度为 7 m min1时，29、35年生大花序桉木材的刨削性能等级均为优等，说明两个林龄大花序桉木材均具有较好的刨削性能。29、35 年生大花序桉木材刨削性能合格率分别为 60%、30%，以 29 年生大花序桉木材的刨削性能较优。2.2 砂削加工性能 当采用 0.6 mm 的砂削厚度时，因大花序桉木材密度大、材质硬，砂削时需要砂纸磨平时间较长，导致实际砂削时间长，将磨出的粉尘等摩擦至黑覆于大花序桉木材表面，产生“发黑”现象(图 1)，影响砂削质量。当砂削厚度为 0.4 mm 时，可明显避免这一现象的产生，29、35 年生大花序桉木材砂削性能质量等级值分别为 4.4、4.5，合格率分别为 37%、47%(表 3)，砂削后木材的表面粗糙度分别为 5.6、5.4 m，以 35 年生木材的砂削性能较优。2.3 铣削加工性能 由表 3 可知，29、35 年生大花序桉木材的铣削质量等级值分别为 4.9、5.0，合格率均为 100%，说明两个林龄的大花序桉木材均具有优异的铣削性能。第 2 期 覃海康，等：29 年生和 35 年生大花序桉木材机械加工性能对比研究 95 表 2 刨削处理木材各等级占比 Table 3 Percentage of grade 1 to 5 samples after different planning treatments 林龄/年 Stand age 进料速度/(m min1)Feed speed 1 级/%Grade 1 2 级/%Grade 2 3 级/%Grade 3 4 级/%Grade 4 5 级/%Grade 5 质量等级值 Quality grade value 29 7 60 40 0 0 0 4.6 10 0 90 10 0 0 3.9 16 10 40 20 30 0 3.3 35 7 30 70 0 0 0 4.3 10 20 50 30 0 0 3.9 16 0 60 30 0 10 3.4 表 3 29 年生和 35 年生大花序桉木材机械加工性能质量等级值1)Table 2 Quality grade values of wood machinability of 29 and 35 years old Eucalyptus cloeziana 林龄/年 Stand age 加工方式 Processing method 等级占比/%Grade Proportion 质量等级值 Quality grade value 1 级Grade 1 2 级Grade 2 3 级Grade 3 4 级Grade 4 5 级Grade 5 单项Single 综合 Total 29 刨削Planing 60 40 0 0 0 4.6 4.2 砂削 Sanding 37 63 0 0 0 4.4 铣削 Shaping 94 6 0 0 0 4.9 钻削 Boring 0 5 86 9 0 3.0 开榫 mortising 0 89.7 10.3 0 0 3.9 35 刨削Planing 30 70 0 0 0 4.3 4.1 砂削 Sanding 47 53 0 0 0 4.5 铣削 Shaping 100 0 0 0 0 5.0 钻削 Boring 0 1.8 67.9 30.3 0 2.7 开榫 mortising 0 88.3 11.7 0 0 3.9 1)刨削以进料速度为7 m min1时结果计，砂削以砂削厚度为 0.4 mm 时计。Planing was calculated based on the result when the feed speed was 7 m min1,and sanding was calculated based on the sanding thickness of 0.4 mm.左图：正常砂削；右图：“发黑”现象。Left:Normal sanding;Right:Blackening phenomenon 图 1 木材砂削效果 Fig.1 Wood sanding effect 2.4 钻削加工性能 29年生和35年生大花序桉的钻削加工性能不理想，两个林龄木材钻削加工都没有一级试件，二级试件也较少，大多为三级试件，钻削质量等级值分别为3.0 和2.7，合格率分别为5%和1.8%(表3)。2.5 开榫加工性能 由表 3 可知，29、35 年生大花序桉木材二级试件占比分别为89.7%和88.3%，三级试件占比分别为 10.3%和 11.7%，质量等级值均为 3.9，合格率均为100%，两个林龄的大花序桉木材开榫加工性能基96 桉树科技 第 40 卷 本一致。2.6 木材综合加工性能评价 由表 4 可知，刨削以进料速度为 7 m min1、砂削厚度为 0.4 mm 时，29、35 年生大花序桉木材的综合机械加工性能评分分别为 26、24 分，以 29 年生的较优。表 4 不同林龄木材机械加工性能综合评分 Table 4 Marks for machining properties of woods at different ages 林龄/年 Stand age 刨削 Planing 砂削 Sanding 铣削Shaping 钻削Boring 开榫Mortising 总分 Total 29(60%)3(37%)2(100%)5(5%)1(100%)5 26 35(30%)2(47%)2(100%)5(1.8%)1(100%)5 24 3 讨论与结论 在进料速度为 7 m min1时，29、35 年生大花序桉木材刨削性能均为优等，其中 29 年生木材的刨削性能较好，合格率为 60%，较 35 年生木材高出30%；两者的砂光性能差距不大，以 35 年生的合格率较高，为 46.7%；铣削性能均为优异，合格率均达到 100%；随着林龄增加，大花序桉木材的钻削加工性能逐渐降低，29 年生木材的钻削加工性能较好；两个林龄大花序桉木材均具有良好的开榫加工性能，以 29 年生木材的开榫加工性能较好；29、35年生大花序桉木材机械加工性能综合得分分别为26、24。总体而言，以 29 年生大花序桉木材的综合机械加工性能优于 35 年生。相较于我国常用珍贵阔叶树种，29 年生大花序桉木材综合机械加工性能低于柚木(Tectona grandis，21 年生，34)11、香樟(Cinnamomum camphora，30年生，30)11、米老排(Mytilaria laosensis，21 年生，37)12等树种，与香椿(Toona sinensis，17 年生，29)11、核桃楸(Juglans mandshurica，25 年生，28)13等相仿。大花序桉木材钻削加工性能较差，是因为本研究采用了麻花钻，而上述研究均采用了圆形沉割刀。研究表明，相同的木材采用麻花钻试件1级率为5%，而采用圆形沉割刀试件 1 级率为 100%14。因此，在大花序桉木材实际生产过程中，可考虑采用圆形沉割刀以提高试件钻削合格率。参考文献 1 李昌荣,陈奎,周小金.大花序桉研究现状与发展趋势J.桉树科技,2012,29(2):40-46.2 黄振,张俊,陈炙,等大花序桉国内遗传育种现状与研究展望J.四川林业科技,2018,39(1):17-21.3 唐再生,王建忠,莫继有,等.大花序桉组培快繁技术及其无性系造林效果的初步评价J.桉树科技,2018,35(3):36-45.4 李昌荣,陈健波,郭东强,等.锯材大花序桉生长和材性的综合指数选择J.南京林业大学学报(自然科学版),2019,43(1):1-8.5 邓紫宇,陈莹莹,蒙海勤,等.大花序桉萌芽性能研究J.桉树科技,2020,37(1):33-35.6 莫继有,严理,王建忠,等.广西29年生大花序桉生长规律及模型探究J.湖北农业科学,2020,59(4):91-97.7 余玉珠,苏远玉,陆艳柳,等.大花序桉种源幼龄材木材物理性质变异J.桉树科技,2019,36(2):9-15.8 张磊,刘衡,陈黎强,等.树龄对大花序桉木材物理性质的影响J.宁夏农林科技,2020,61(5):27-29.9 王建忠,刘衡,覃林波,等.树龄对大花序桉木材力学性质的影响J.黑龙江农业科学,2020(4):78-81.10 全国木材标准化技术委员会.锯材机械加工性能评价方法:LY/T 2054-2012S.北京:中国标准出版社,2012.11 谢雪霞.我国 12 种人工林木材机械加工性能研究D.北京:中国林业科学研究院,2014.12 朱志鹏,钟楷,陈川富,等.不同树龄米老排木材机械加工性能研究J.西南林业大学学报(自然科学),2019,39(1):184-188.13 刘波,谢雪霞,孙华林,等.核桃楸和银杏人工林木材的机械加工性能评价J.木材工业,2016,30(4):9-12.14 黄腾华,王军锋,宋恋环,等.不同树龄尾巨桉无性系木材机械加工性能研究J.广西林业科学,2021,50(1):77-82.