Понимание свойств древесины для проектов деревообработки с ЧПУ

Искусственная древесина

Искусственная древесина или композитная древесина — это любой тип древесного волокна, частиц или прядей, скрепленных клеем или связующим веществом. Хотя некоторые из этих материалов легче обрабатывать, чем массивную древесину, клей, скрепляющий материал, может быть чрезвычайно абразивным. Это может вызвать преждевременный износ инструмента и создать трудности при обработке дерева с ЧПУ. Важно отметить, что некоторые виды искусственной древесины труднее обрабатывать, чем другие, особенно с большим количеством связующего материала. Эти типы должны быть запрограммированы с менее агрессивными скоростями и подачами. Например, древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ) труднее обрабатывать, чем фанеру, но гораздо легче, чем фенольные.

Свойства древесины

Размер зерна

С технической точки зрения древесину можно считать природным композитным материалом, поскольку она состоит из прочных и гибких волокон целлюлозы, скрепленных более жесткой клееподобной матрицей, состоящей из лигнина и гемицеллюлозы. Если подумать с точки зрения строительства, целлюлозные волокна будут стальной арматурой, а бетон — лигнином и гемицеллюлозой. Древесина с крупными волокнами целлюлозы считается крупнозернистой (дуб и ясень). Древесина, имеющая более мелкое и меньшее количество волокон, считается мелкозернистой (сосна и клен). Мягкая древесина, как правило, мелкозернистая, и поэтому считается, что ее легче обрабатывать, поскольку в ней не так много прочных волокон, которые можно срезать. Важно отметить, что не все деревья лиственных пород крупнозернистые, а не все деревья хвойных пород мелкозернистые.

Влажность (MC)

Влажность (MC) является одной из наиболее важных переменных, которые следует учитывать при обработке древесины. Чрезвычайно распространенной проблемой при строительстве чего-либо из дерева является его склонность к деформации. Изменчивость влажности воздуха неизбежно влияет на содержание влаги в древесине. Любое изменение содержания влаги (будь то увеличение или уменьшение) нарушит форму заготовки. Вот почему необходимо учитывать, какой влажности подвергается продукт в месте своего последнего упокоения.

Равновесное содержание влаги (EMC)

Равновесная влажность (РВВ) возникает, когда древесина достигает точки баланса влажности. Внутренние значения электромагнитной совместимости в Соединенных Штатах в среднем составляют около 8%, а внешние значения составляют в среднем около 12%. Эти значения различаются по стране из-за различий в температуре и влажности. Например, на юго-востоке США средний внутренний EMC составляет 11%, а на юго-западе - около 6% (исключая прибрежные районы). Важно учитывать регион и область применения конечного продукта, чтобы перед обработкой можно было выбрать древесину с правильным содержанием влаги. Большинство видов плосковолокнистой древесины изменяют размер на 1% на каждые 4% изменения МС. Направление деформации зависит от ориентации волокон.

Как правило, потребность в мощности для работы возрастает с увеличением содержания влаги, в основном из-за скачка плотности. Плотность древесины увеличивается с ростом МС. Дополнительная мощность может быть необходима для выталкивания более тяжелой стружки из зоны резания во время деревообработки с ЧПУ. Стоит отметить, что, как и синтетические полимеры, древесина является вязкоупругим материалом, который поглощает энергию по мере того, как становится более влажным. Пропорциональный предел его механических свойств усиливается по мере увеличения МС.

При обработке одних пород древесины температура в зоне резания будет расти с увеличением МС, а у других пород она будет снижаться. Безопасность и предотвращение быстрого износа инструмента за счет уменьшения SFM при обработке древесины с содержанием влаги выше 10%. Диаграммы скорости и подачи инструмента Harvey предполагают снижение на 30 на процентный пункт MC. Однако, как всегда, это зависит от типа обрабатываемой древесины и типа выполняемой операции.

Изменение температуры — не единственная причина, по которой более высокое содержание влаги связано с быстрым износом инструмента. Влага в древесине связана не только с водой, но и со смолами, сахарами, маслами, крахмалами, алкалоидами и танинами, присутствующими в воде. Эти вещества особенно хорошо реагируют с быстрорежущей сталью и в меньшей степени с карбидом.

Узлы и их влияние на деревообработку с ЧПУ

Сучок — это часть ветки или сучка, приросшая к стволу дерева. Влияние сучков на механические свойства древесины обусловлено нарушением сплошности и изменением направления связанных с ним древесных волокон. Эти свойства ниже в этой части древесины, потому что волокна вокруг сучка деформируются и приводят к концентрации напряжений. Вокруг сучков во время сушки часто возникает «чеканка» (растрескивание из-за усадки). Твердость и прочность перпендикулярно зерну являются исключениями из обычно более низких механических свойств. Из-за этих последних двух исключений параметры деревообрабатывающей обработки должны быть уменьшены при столкновении с сучковатым участком заготовки, чтобы избежать ударной нагрузки.