Compreendendo as propriedades da madeira para projetos de marcenaria CNC

Os maquinistas muitas vezes confundem a madeira por ser um “material fácil de usinar” durante a marcenaria CNC por causa de quão mais macio o material é do que o metal. De certa forma, isso é verdade, pois você pode programar parâmetros de corte de madeira no CNC Woodworking com taxas de avanço muito mais altas em comparação com a maioria dos metais. Por outro lado, no entanto, a madeira tem muitas propriedades únicas que precisam ser consideradas para otimizar o processo de corte para obter a máxima eficiência.

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Tipos de madeira para marcenaria CNC

Existem 3 categorias principais de madeira para marcenaria:madeira dura, madeira macia e madeira engenheirada.

Madeira dura

A definição de livro didático de uma árvore de madeira é uma angiosperma, mais comumente referida como uma árvore de folhas largas. Alguns exemplos seriam carvalhos, bétulas e bordos. Esses tipos de árvores são frequentemente usados ​​para fazer móveis, decks, pisos e componentes de construção de alta qualidade.

Madeira macia

Uma madeira macia é uma árvore conífera, às vezes conhecida como gimnosperma. Estes são tipicamente menos densos do que as madeiras duras e, portanto, estão associados a serem mais fáceis de usinar. Não se deixe enganar pelo nome:algumas madeiras macias são mais duras do que algumas madeiras duras. Os gráficos de velocidades e avanços da Harvey Tool para sua oferta de fresas de topo específicas de material para madeira são categorizados pela dureza Janka por esse motivo exato. A dureza Janka é uma escala de dureza modificada com um teste projetado especificamente para classificar os tipos de madeira.

A madeira macia é usada para fazer móveis, mas também pode ser usada para portas, vidraças e produtos de papel. Alguns exemplos são pinheiros e cedros. A Tabela 1 lista 20 madeiras comuns com sua dureza Janka.

Nome comum:	Dureza Imperial Janka:
Balsa	90
Buckeye, Amarelo	350
Salgueiro, Preto	360
Pinho, Açúcar	380
Cottonwood, Oriental	430
Castanha, americano	540
Pinho, Vermelho	560
Douglas-Fir, Interior Norte	600
Bétula, Cinza	760
Cinza, Preto	850
Cedro, Vermelho Oriental	900
Cherry, American Black	950
Nogueira, Preto	1010
Faia, Americana	1300
Carvalho, Branco	1360
Ácer, Açúcar	1450
Maçã	1730
Cereja, Brasileira	2350
Azeitona	2700
Jacarandá, indiano	3170

Madeiras projetadas

Madeira de engenharia, ou madeira composta, é qualquer tipo de fibra de madeira, partícula ou material de cordão mantido junto com um adesivo ou agente de ligação. Embora alguns desses materiais sejam mais fáceis de usinar do que madeiras maciças, o adesivo que mantém o material unido pode ser extremamente abrasivo. Isso pode causar desgaste prematuro da ferramenta e criar dificuldades ao trabalhar madeira cnc. É importante notar que alguns tipos de madeiras engenheiradas são mais difíceis de usinar do que outras, especificamente aquelas com maior quantidade de material de ligação. Esses tipos devem ser programados com velocidades e avanços menos agressivos. Por exemplo, o painel de fibra de média densidade (MDF) é mais difícil de usinar do que o compensado, mas muito mais fácil de usinar do que o fenólico.

Propriedades da Madeira

Tamanho do grão

Tecnicamente falando, a madeira pode ser considerada um material compósito natural, pois consiste em fibras de celulose fortes e flexíveis mantidas juntas por uma matriz semelhante a cola mais rígida composta de lignina e hemicelulose. Se você pensar em termos de construção, as fibras de celulose seriam o vergalhão de aço e o concreto seria a lignina e a hemicelulose. As madeiras com grandes fibras de celulose são consideradas de grão grosso (carvalho e freixo). As madeiras que possuem fibras menores e com menos fibras são consideradas de granulação fina (pinho e bordo). As madeiras macias tendem a ser de granulação fina e, portanto, são estereotipadas como sendo mais fáceis de usinar, pois não têm tantas fibras fortes para cisalhar. É importante notar que nem todas as árvores de madeira dura são de granulação grossa e nem todas as árvores de madeira macia são de granulação fina.

Conteúdo de umidade (MC)

O teor de umidade (MC) é uma das variáveis ​​mais importantes a serem consideradas na usinagem de madeira. Um problema extremamente comum na construção de qualquer coisa com madeira é sua tendência a deformar. A variabilidade da umidade no ar inevitavelmente afeta o teor de umidade dentro da madeira. Qualquer alteração no teor de umidade (aumento ou diminuição) perturbará a forma da peça de trabalho. Por isso, deve-se levar em conta a que tipo de umidade um produto estará exposto em seu repouso final.

Conteúdo de Umidade de Equilíbrio (EMC)

O teor de umidade de equilíbrio (EMC) ocorre quando a madeira atinge um ponto de equilíbrio em seu teor de umidade. Os valores de EMC internos nos Estados Unidos são em média cerca de 8%, com valores externos em média em torno de 12%. Esses valores variam em todo o país devido às diferenças de temperatura e umidade. Por exemplo, o sudeste dos Estados Unidos tem uma média de CEM interior de 11%, enquanto o sudoeste tem uma média de cerca de 6% (excluindo a região costeira). É importante considerar qual região e aplicação o produto final irá encontrar para que a madeira com o teor de umidade correto possa ser selecionada antes da usinagem. A maioria das espécies de madeira de grão plano mudará de tamanho 1% para cada mudança de 4% no MC. A direção da deformação depende da orientação do grão.

Geralmente, os requisitos de energia para uma operação aumentam com o aumento do teor de umidade, principalmente devido ao aumento da densidade. A densidade da madeira aumenta com o aumento do MC. A potência adicional pode ser necessária para empurrar um cavaco mais pesado para fora da zona de corte durante o trabalho em madeira CNC. Vale ressaltar que, assim como os polímeros sintéticos, a madeira é um material viscoelástico que absorve energia à medida que se torna mais úmido. O limite proporcional de suas propriedades mecânicas se intensifica à medida que MC aumenta.

Ao usinar alguns tipos de madeira, a temperatura da região de corte aumentará com o aumento do MC, mas em outras espécies ela diminuirá. Seja seguro e evite o desgaste rápido da ferramenta diminuindo o SFM ao usinar uma madeira com teor de umidade acima de 10%. Os gráficos de velocidades e feeds da Harvey Tool sugerem uma redução de 30 por ponto percentual de MC. Como sempre, porém, depende do tipo de madeira que está sendo usinada e do tipo de operação que está sendo executada.

A mudança de temperatura não é a única razão pela qual o maior teor de umidade está associado ao rápido desgaste da ferramenta. A umidade na madeira não está apenas associada à água, mas também a resinas, açúcares, óleos, amidos, alcalóides e taninos presentes na água. Essas substâncias reagem particularmente bem com aço rápido e, em menor grau, com metal duro.

Nós e seu efeito na marcenaria CNC

Um nó é uma porção de um galho ou galho que foi incorporado ao tronco de uma árvore. A influência dos nós nas propriedades mecânicas da madeira se deve à interrupção da continuidade e mudança de direção das fibras de madeira a ela associadas. Essas propriedades são menores nesta porção da madeira porque as fibras ao redor do nó são distorcidas e levam a concentrações de tensões. A “verificação” (rachadura devido ao encolhimento) geralmente ocorre em torno dos nós durante a secagem. Dureza e resistência perpendicular ao grão são exceções às propriedades mecânicas geralmente mais baixas. Devido a essas duas últimas exceções, os parâmetros de usinagem de marcenaria devem ser reduzidos ao encontrar uma parte com nós da peça de trabalho para evitar carga de choque.