1.2　木材的加工性能

在采用上述各种加工技术时，不同的树种所产生的反应，可显示出不同的性状，称为木材的工艺性质或加工特性。

1.2.1　木材的加工特性

与金属性质不同，木材是一种典型的具有非均质性和异向性的材料，其主要加工特点为：

（1）木材性质和强度因方向各异，切削力作用于木材纤维方向的夹角不同，木材的应力和破坏载荷也就不同，因而产生的切屑形态和工件表面质量也不同。例如顺纹切削时，材料超越裂缝发生在刃口斜上方，易于弯曲折断，切削表面良好；逆纹切削时，超越裂缝发生在刃口斜下方，不易折断，切削表面较差。由于木材的非均质性和异向性，切削方向不同需要不同形式的刀具。

（2）木材硬度不高，机械强度极限较低，分离性好。

（3）耐热能力较差，加工时不能超过其焦化温度（110～120℃）。　

（4）适于高速切削，木材切削速度一般在40～70m/s，最高可达120m/s，一般切削机床刀轴的转速在3000～12000r/min，最高可达20000r/min。高速切削使切屑来不及沿纤维方向劈裂就被切刀切掉，可以获得较高的几何精度和表面粗糙度。

（5）影响木材切削性能的因素多。树种、密度、含水率、木材纹理、纤维方向、年轮、温度、机械强度等，都可能会产生不同的切削动力消耗，或发生毛刺等加工缺陷。

木质人造材料种类繁多，又涉及诸多影响因素，目前还没有这方面的系统深入研究报道。由于木质人造材料多以木材为主要原料，切削成不同形状、大小的构成单元，再添加胶黏剂等制作而成，因此，木材的非均质性和异向性对这些材料的切削性能仍然有很大影响。

1.2.2　木材的物理力学性能指标

木材抵抗外部机械力作用的能力称为木材的力学性能。木材的主要力学性质有抗压强度、抗剪强度、抗拉强度、抗弯强度、硬度、握钉力等。由于木材具有相对于纤维方向的各向异性特性，作用力方向相对于纤维方向分为顺纹和横纹，横纹又可分为弦向和径向，如图1-1所示。

（1）抗压强度　木材的抗压强度分为顺纹抗压强度和横纹抗压强度。木材的顺纹抗压强度是指沿着木材纹理方向承受压力载荷的最大能力。木材的顺纹抗压强度是木材作为结构和建筑材料中至关重要的力学性质，也是木材力学性质中最实用的性质，它在一定程度上可以说明木材总的力学性能的好坏。木材的顺纹抗压强度为抗拉强度的10%～30%，但是木材的顺纹抗拉强度在遇到节子、斜纹等木材缺陷时，会相应地降低，有可能出现顺纹抗拉强度低于顺纹抗压强度的现象。由于木材的顺纹抗压强度很大，所以常常被用作木桩、木柱等制成件，“立木顶千斤”说明的就是这个道理。木材的横纹抗压强度是指垂直于木材纹理方向所能承受的压力载荷的最大能力。木材的横纹抗压强度只有顺纹抗压强度的15%～20%。

（2）抗剪强度　木材的剪切有顺纹剪切、横纹剪切和截纹切断三种。抗剪强度也相应地分为顺纹抗剪强度、横纹抗剪前度和截纹抗剪强度。

① 木材的顺纹抗剪前度是指沿着木材纹理方向抵抗剪切应力的最大能力，剪切力方向和剪切平面与木材纤维方向平行。顺纹抗剪强度一般只有顺纹抗压强度的15%～30%。

② 木材的横纹抗剪强度是指剪切力方向与木材纤维方向垂直，而剪切面与木材纤维方向平行时的强度。木材的横纹抗剪强度很低，一般只顺纹抗剪强度的50%左右。

③ 木材的截纹抗剪强度是指剪切力方向和剪切面都与木材纤维方向垂直时的抗剪强度。截纹抗剪强度大约是顺纹抗剪前度的3倍。

在实际的应用中，通常所说的木材抗剪强度是指木材的顺纹抗剪强度，横纹和截纹抗剪强度的实际意义并不是很大。

（3）抗拉强度　木材的抗拉强度分为顺纹抗拉强度和横纹抗拉强度。

① 木材的顺纹抗拉强度是指沿着木材纹理方向所能承受拉力载荷的最大能力；

② 木材的横纹抗拉强度是指垂直于木材的纹理方向所能承受拉力载荷的最大能力。

木材的顺纹抗拉强度比横纹抗拉强度大10～40倍。由于木材的横纹抗拉强度特别低，因此在木结构的部件中，要尽可能地避免产生横纹的拉伸应力，并且木材在干燥过程中往往会发生开裂，致使木材的横纹抗拉强度完全丧失。同时，木材干燥过程中经常产生开裂的现象也说明了木材本身的横纹抗拉强度比较低。

（4）抗弯强度　木材的抗弯强度是指木材承受逐渐施加的弯曲载荷的最大能力。木材抗弯强度的大小介于抗拉强度和抗压强度之间。若木材的顺纹抗压强度为1，则抗弯强度为其1.5～2倍，顺纹抗拉强度约为其3倍。

（5）硬度　木材的硬度是指木材在外力作用下抵抗另一个固体压入的能力。不同树种的木材其硬度也不同，一般密度越大，其硬度就越大。

（6）握钉力　木材的握钉力指的是钉子被拔出木材的阻力。木材握钉力的大小与木材的密度、木材的含水率、木材的可劈裂性、钉子本身等因素有关。木材的密度越大，其握钉力也越大。虽然密度大的木材比密度小的握钉力大，但是密度小不容易劈裂，这样可以通过增加钉子直径、长度和钉子的数量来弥补握钉力的不足。木材顺纹握钉力大约为横纹握钉力的2/3。木材的含水率发生变化时，握钉力也会产生相应的变化。螺钉的握钉力要大于圆钉，钉子越大，握钉力就越大。

在木材上预先钻好孔可以提高握钉力，但是钻孔的直径应控制在钉子直径的2/3左右。这样也可以避免直接钉钉子容易造成木材本身开裂而造成的握钉力下降。

表1-3给出了木材的物理及力学性能指标。

1.2.3　常用木材的加工特性

下面是几种常见木材的加工特性：

(1)水曲柳　主要生长在东北和华北地区。心边材区别明显，边材黄白色，心材灰褐色，花纹美观大方，结构粗，有光泽。

加工特性：密度0.686g/cm3，干燥不易，干缩性大，容易产生翘裂缺陷，较耐腐及耐水。材质坚韧，抗弯性能好。木材加工较易，耐磨损，切面光滑，油漆和胶黏性能好。水曲柳加工性能良好，能用钉、螺钉及胶水良好固定，可经染色及抛光而取得良好表面。适合干燥气候，且老化极轻微，性能变化小。

（2）桃花心木　产地美国佛罗里达南部，西印度群岛到南美，在古巴有纯林，我国已引进栽培于桂-粤-闽等。心边材区别明显，边材黄白色，心材淡红褐色，有细绢光泽。美观，纹理直至交错，或带波浪行带花纹状，结构较粗，生长轮不明显。

加工特性：材质软硬适中，绝干密度0.55g/cm3左右，易干燥，不易开裂和翘曲，在使用时不易遭受虫害，木材加工不十分容易，但也不十分困难，遇到不规则纹理时，应减少切削角度，使材面光滑，握钉力和胶黏性能良好。

(3)柞木　主要生长在东北和华北地区。心边材区别明显，边材黄白色，心材褐色至暗褐色，有时略带黄色。有光泽，纹理直或斜，结构短，年轮明显，呈波浪状。

加工特性：密度0.766g/cm3，干燥不易，容易产生翘裂现象，耐水。但不耐腐，防腐处理不易，不易锯解和切削，材质坚韧，抗弯性能好。木材加工较易，耐磨损，干材车旋和刨削切面光滑，油漆和握钉力好，胶着不易。

(4)胡桃楸　东北各省及冀、豫，为东北主要阔叶树林之一。前苏联和朝鲜均有分布。心边材区别明显，边材灰白色带褐色，心材淡褐色至灰红褐色，较带绿色，纹理直或斜，结构较粗，有光泽，年轮明显，宽，轮界具棱角，呈蜘蛛网状，半散孔材，管孔中等。

加工特性：材质偏软，绝干密度0.527g/cm3左右，材色悦目，花纹美丽，不易干燥过快，干后性质稳定，不变形，耐腐，但易遭虫害，木材易加工，切面光滑，弯曲性能好，握钉力适中。

(5)杨木　华北，西北，东北，华中和西南地区。心边材区别不明显，材色略带红褐色，有丝绢光泽，纹理直，结构细至甚细，年轮明显，轮界晚材带色深，管孔削而多。

加工特性：密度0.48g/cm3，干燥快，易翘曲和开裂，木材不耐腐。加工易，不易刨光，但易劈裂，不耐磨，油漆和胶黏性能好。

(6)桦木　华东，中南，川和山西。心边材区别不明显，木材灰褐至灰红色，边材易青变，纹理交错，结构细，年轮不明显，略均匀至不均匀，管孔小，分布均匀。

加工特性：密度0.588g/cm3，中等，干燥易翘曲变形，胀缩力大，因此需慢慢的干燥。不耐腐，心材在立木时易腐朽，边材在伐倒后易变色，腐朽材有黑色界纹；易加工，切面光滑，宜于旋切和雕刻；握钉力强，不易劈裂，油漆，着色和胶黏性能好。

(7)枫木　东北，华北，长江流域各省及贵州，国外分布于前苏联西伯利亚，朝鲜和日本。心边区别不明显，木材肉红色，常带有灰紫色，夹有绿斑色，假心材，纹理直，结构细，有光泽，年轮较明显，均匀，年轮间界以深色细线，轮界具棱角，略带蜘蛛网状，管孔甚小，但分布均匀。

加工特性：木材略重，硬，密度0.709g/cm3，木材干燥慢，干燥时常有开裂，但反翘现象并不严重，耐腐性中等，防腐剂注入困难，机械强度高，弹性大，耐磨损，木材加工困难，不易锯解，切削，但车旋和钻孔容易，刨面光滑，胶接不易，油漆，着色和胶接性能好，握钉力强，不劈裂。广泛运用于建材、家具、家用电器、乐器、家庭装潢等，是一种质优价廉的多种用途新型木质人造材料。