Dominando las características de la madera para fresado CNC de precisión

Los mecanizadores a menudo confunden la madera por ser un "material fácil de mecanizar" durante el fresado CNC de madera debido a lo mucho más blando que es el material que el metal. En cierto sentido esto es cierto, ya que puede programar parámetros de corte de madera en fresado CNC con avances mucho más altos comparados con la mayoría de los metales. Por otro lado, sin embargo, la madera tiene muchas propiedades únicas que deben tenerse en cuenta para optimizar el proceso de corte para máxima eficiencia.

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Tipos de Madera para Fresado CNC

Hay 3 categorías principales de madera para carpintería: madera dura, madera blanda y madera ingenierada.

Madera Dura

La definición de libro de texto de un árbol de madera dura es una angiosperma, más comúnmente referida como árbol de hoja ancha. Algunos ejemplos serían roble, abedul y arce. Estos tipos de árboles se usan a menudo para hacer muebles de alta calidad, terrazas, suelos y componentes de construcción.

Madera Blanda

Una madera blanda es un árbol conífero, a veces conocido como gimnosperma. Estos son típicamente menos densos que las maderas duras y por tanto asociados con ser más fáciles de mecanizar. No deje que el nombre lo engañe: algunas maderas blandas son más duras que algunas maderas duras. Las Tablas de Velocidades y Avances de Harvey Tool para su oferta de Fresas Específicas para Material Madera están categorizadas por dureza Janka por esta razón exacta. La dureza Janka es una escala de dureza modificada con una prueba diseñada específicamente para clasificar tipos de madera.

La madera blanda se usa para hacer muebles, pero también para puertas, paneles de ventanas y productos de papel. Un par de ejemplos son árboles de pino y cedro. La Tabla 1 lista 20 maderas comunes con su dureza Janka.

Nombre Común:	Dureza Janka Imperial:
Balsa	90
Alcornoque, Amarillo	350
Sauce, Negro	360
Pino, Azucarero	380
Algodonero, Oriental	430
Castaño, Americano	540
Pino, Rojo	560
Abeto Douglas, Interior Norte	600
Abedul, Gris	760
Fresno, Negro	850
Cedro, Rojo Oriental	900
Cerezo, Negro Americano	950
Nogal, Negro	1010
Haya, Americana	1300
Roble, Blanco	1360
Arce, Azucarero	1450
Manzano	1730
Cerezo, Brasileño	2350
Olivo	2700
Palo de Rosa, Indio	3170

Maderas Ingenieradas

Madera ingenierada, o madera composite, es cualquier tipo de fibra, partícula o hebra de madera unida con un adhesivo o aglutinante. Aunque algunos de estos materiales son más fáciles de mecanizar que maderas sólidas, el adhesivo que mantiene el material unido puede ser extremadamente abrasivo. Esto puede causar desgaste prematuro de la herramienta y crear dificultades en el fresado CNC de madera. Es importante notar que algunos tipos de maderas ingenieradas son más difíciles de mecanizar que otras, específicamente aquellas con mayor cantidad de material aglutinante. Estos tipos deberían programarse con velocidades y avances menos agresivos. Por ejemplo, el tablero de fibra de densidad media (MDF) es más difícil de mecanizar que el contrachapado, pero mucho más fácil que el fenólico.

Propiedades de la Madera

Tamaño de Grano

Técnicamente, la madera puede considerarse un material composite natural ya que consiste en fibras de celulosa fuertes y flexibles unidas por una matriz rígida similar a pegamento compuesta de lignina y hemicelulosa. Si piensa en términos de construcción, las fibras de celulosa serían el acero de refuerzo, y el hormigón sería la lignina y hemicelulosa. La madera con fibras de celulosa grandes se considera de grano grueso (roble y fresno). Las maderas que tienen fibras más pequeñas y menos son de grano fino (pino y arce). Las maderas blandas tienden a ser de grano fino y por tanto estereotipadas como más fáciles de mecanizar ya que no tienen tantas fibras fuertes que cizallar. Es importante notar que no todos los árboles de madera dura son de grano grueso y no todos los árboles de madera blanda son de grano fino.

Contenido de Humedad (CH)

El contenido de humedad (CH) es una de las variables más importantes a considerar al mecanizar madera. Un problema extremadamente común al construir algo con madera es su tendencia a deformarse. La variabilidad de humedad en el aire inevitablemente afecta el contenido de humedad dentro de la madera. Cualquier cambio en el contenido de humedad (ya sea aumento o disminución) perturbará la forma de la pieza de trabajo. Por esto se debe tener en cuenta qué tipo de humedad estará expuesto un producto en su lugar final.

Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE)

El contenido de humedad de equilibrio (CHE) ocurre cuando la madera ha alcanzado un punto de equilibrio en su contenido de humedad. Los valores de CHE interior en Estados Unidos promedian alrededor del 8%, con valores exteriores promediando alrededor del 12%. Estos valores varían por el país debido a diferencias en temperatura y humedad. Por ejemplo, el sureste de EE. UU. tiene un CHE interior promedio del 11% mientras que el suroeste promedia alrededor del 6% (excluyendo la región costera). Es importante considerar qué región y aplicación encontrará el producto final para que la madera con el contenido de humedad correcto pueda seleccionarse antes del mecanizado. La mayoría de especies de madera de grano plano cambiarán de tamaño 1% por cada 4% de cambio en CH. La dirección de la deformación depende de la orientación del grano.

Generalmente, los requisitos de potencia para una operación aumentan con el contenido de humedad creciente, principalmente debido al aumento de densidad. La densidad de la madera aumenta con el CH creciente. La potencia adicional puede ser necesaria para empujar una viruta más pesada fuera de la zona de corte durante el fresado CNC de madera. Vale notar que, como los polímeros sintéticos, la madera es un material viscoelástico que absorbe energía a medida que se humedece. El límite proporcional de sus propiedades mecánicas se intensifica a medida que aumenta el CH.

Al mecanizar algunos tipos de madera, la temperatura de la zona de corte aumentará con el CH creciente, pero en otras especies disminuirá. Sea seguro y evite el desgaste rápido de la herramienta disminuyendo Vc (velocidad de corte) al mecanizar madera con contenido de humedad superior al 10%. Las Tablas de Velocidades y Avances de Harvey Tool sugieren una disminución de 30 por punto porcentual de CH. Como siempre, sin embargo, depende del tipo de madera que se mecanice y del tipo de operación que se realice.

El cambio de temperatura no es la única razón por la que un mayor contenido de humedad se asocia con desgaste rápido de herramienta. La humedad dentro de la madera no solo está asociada con agua, sino también con resinas, azúcares, aceites, almidones, alcaloides y taninos presentes dentro del agua. Estas sustancias reaccionan particularmente bien con acero de alta velocidad, y en menor grado con carburo.

Nudos y su Efecto en el Fresado CNC de Madera

Un nudo es una porción de una rama o extremidad que se ha incorporado en el tronco de un árbol. La influencia de los nudos en las propiedades mecánicas de la madera se debe a la interrupción de la continuidad y cambio en la dirección de las fibras de madera asociadas con él. Estas propiedades son más bajas en esta porción de la madera porque las fibras alrededor del nudo están distorsionadas y conducen a concentraciones de tensión. "Aserrado" (agrietamiento por contracción) a menudo ocurre alrededor de nudos durante el secado. Dureza y resistencia perpendicular al grano son excepciones a las propiedades mecánicas generalmente más bajas. Debido a estas dos últimas excepciones, los parámetros de mecanizado en carpintería deberían reducirse al encontrar una porción nudosa de la pieza de trabajo para evitar cargas de choque.