Comprensión de las propiedades de la madera para proyectos de carpintería CNC
Los maquinistas a menudo confunden la madera con un "material fácil de mecanizar" durante la carpintería CNC debido a que el material es mucho más suave que el metal. En cierto sentido, esto es cierto, ya que puede programar parámetros de corte de madera en CNC Woodworking con velocidades de avance mucho más altas en comparación con la mayoría de los metales. Sin embargo, por otro lado, la madera tiene muchas propiedades únicas que deben tenerse en cuenta para optimizar el proceso de corte y lograr la máxima eficiencia.
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Tipos de madera para CNC Carpintería
Hay 3 categorías principales de madera para carpintería:madera dura, madera blanda y madera de ingeniería.
Madera dura
La definición de libro de texto de un árbol de madera dura es una angiosperma, más comúnmente conocida como árbol de hoja ancha. Algunos ejemplos serían robles, abedules y arces. Estos tipos de árboles se usan a menudo para fabricar muebles, terrazas, pisos y componentes de construcción de alta calidad.
Madera blanda
Una madera blanda es un árbol conífero, a veces conocido como gimnosperma. Estos suelen ser menos densos que las maderas duras y, por lo tanto, se asocian con ser más fáciles de mecanizar. No se deje engañar por el nombre:algunas maderas blandas son más duras que algunas maderas duras. Las tablas de velocidades y avances de Harvey Tool para su oferta de fresas de extremo específicas para materiales para madera se clasifican según la dureza de Janka por esta razón exacta. La dureza de Janka es una escala de dureza modificada con una prueba diseñada específicamente para clasificar los tipos de madera.
La madera blanda se usa para fabricar muebles, pero también se puede usar para puertas, cristales de ventanas y productos de papel. Un par de ejemplos son los pinos y los cedros. La Tabla 1 enumera 20 maderas comunes con su dureza Janka.
| Nombre común: | Dureza imperial Janka: |
| Balsa | 90 |
| Buckeye, Amarillo | 350 |
| Sauce, Negro | 360 |
| Pino, Azúcar | 380 |
| Álamo oriental | 430 |
| Castaño americano | 540 |
| Pino, Rojo | 560 |
| Douglas-Fir, interior norte | 600 |
| Abedul, Gris | 760 |
| Ceniza, Negro | 850 |
| Cedro rojo del este | 900 |
| Cereza, Negro Americano | 950 |
| Nogal, Negro | 1010 |
| Haya americana | 1300 |
| Roble, Blanco | 1360 |
| Arce, Azúcar | 1450 |
| manzana | 1730 |
| Cereza brasileña | 2350 |
| Olivo | 2700 |
| Palosanto de la India | 3170 |
Maderas de Ingeniería
La madera de ingeniería, o madera compuesta, es cualquier tipo de material de fibra, partícula o hebra de madera que se mantiene unido con un adhesivo o agente aglutinante. Aunque algunos de estos materiales son más fáciles de mecanizar que las maderas sólidas, el adhesivo que mantiene unido el material puede ser extremadamente abrasivo. Esto puede causar un desgaste prematuro de la herramienta y crear dificultades al trabajar la madera con CNC. Es importante tener en cuenta que algunos tipos de maderas de ingeniería son más difíciles de mecanizar que otros, específicamente aquellos con una mayor cantidad de material aglutinante. Estos tipos deben 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 de mecanizar que el fenólico.
Propiedades de la Madera
Tamaño de grano
Técnicamente hablando, la madera puede considerarse un material compuesto natural, ya que consiste en fibras de celulosa fuertes y flexibles unidas por una matriz más rígida similar a un pegamento compuesta de lignina y hemicelulosa. Si piensas en términos de construcción, las fibras de celulosa serían las barras de acero y el concreto sería la lignina y la hemicelulosa. Las maderas con grandes fibras de celulosa se consideran de grano grueso (roble y fresno). Las maderas que tienen fibras más pequeñas y menos se consideran de grano fino (pino y arce). Las maderas blandas tienden a ser de grano fino y, por lo tanto, están estereotipadas como más fáciles de mecanizar, ya que no tienen tantas fibras fuertes para cortar. Es importante tener en cuenta 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 (CM)
El contenido de humedad (CM) es una de las variables más importantes a tener en cuenta al mecanizar madera. Un problema extremadamente común con la construcción de cualquier cosa con madera es su tendencia a deformarse. La variabilidad de la humedad en el aire afecta inevitablemente el contenido de humedad dentro de la madera. Cualquier cambio en el contenido de humedad (ya sea un aumento o una disminución) alterará la forma de la pieza de trabajo. Es por esto que se debe tener en cuenta a qué tipo de humedad estará expuesto un producto en su lugar de descanso final.
Contenido de humedad de equilibrio (EMC)
El contenido de humedad de equilibrio (EMC) ocurre cuando la madera ha alcanzado un punto de equilibrio en su contenido de humedad. Los valores interiores de EMC en los Estados Unidos promedian alrededor del 8 %, con valores exteriores promediando alrededor del 12 %. Estos valores varían en todo el país debido a las diferencias de temperatura y humedad. Por ejemplo, el sureste de los Estados Unidos tiene una EMC interior promedio del 11 %, mientras que el suroeste tiene un promedio de alrededor del 6 % (excluyendo la región costera). Es importante considerar a qué región y aplicación se enfrentará el producto final para poder seleccionar la madera con el contenido de humedad correcto antes del mecanizado. La mayoría de las especies de madera de grano plano cambiarán de tamaño un 1 % por cada 4 % de cambio en CM. La dirección de la deformación depende de la orientación del grano.
En general, los requisitos de energía para una operación aumentan con el aumento del contenido de humedad, principalmente debido al aumento de la densidad. La densidad de la madera aumenta con el aumento de CM. La potencia adicional puede ser necesaria para empujar una viruta más pesada fuera de la zona de corte durante la carpintería CNC. Vale la pena señalar que, al igual que 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 MC.
Al mecanizar algunos tipos de madera, la temperatura de la región de corte aumentará con el aumento de MC, pero en otras especies disminuirá. Esté seguro y evite el desgaste rápido de la herramienta al disminuir el SFM cuando mecanice una madera con un contenido de humedad superior al 10 %. Los gráficos de velocidades y avances de Harvey Tool sugieren una disminución de 30 por punto porcentual de MC. Sin embargo, como siempre, 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 un desgaste rápido de la herramienta. La humedad dentro de la madera no solo está asociada con el agua, sino también con resinas, azúcares, aceites, almidones, alcaloides y taninos presentes en el agua. Estas sustancias reaccionan especialmente bien con el acero rápido y, en menor grado, con el carburo.
Los nudos y su efecto en la carpintería CNC
Un nudo es una parte de una rama o extremidad que se ha incorporado al 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 al cambio de dirección de las fibras de madera asociadas a ella. Estas propiedades son menores en esta porción de la madera porque las fibras alrededor del nudo están distorsionadas y conducen a concentraciones de tensión. A menudo se producen “fisuras” (grietas debido a la contracción) alrededor de los nudos durante el secado. La dureza y la resistencia perpendiculares al grano son excepciones a las propiedades mecánicas generalmente más bajas. Debido a estas dos últimas excepciones, los parámetros de mecanizado de carpintería deben reducirse cuando se encuentra una parte anudada de la pieza de trabajo para evitar cargas de impacto.
