Holzeigenschaften für CNC-Holzbearbeitungsprojekte verstehen

Maschinisten verwechseln Holz oft mit einem „leicht zu bearbeitenden Material“ während der CNC-Holzbearbeitung, weil das Material viel weicher als Metall ist. In gewisser Weise stimmt das, da Sie Holzschneidparameter in der CNC-Holzbearbeitung mit viel höheren Vorschüben im Vergleich zu den meisten Metallen programmieren können. Andererseits hat Holz jedoch viele einzigartige Eigenschaften, die berücksichtigt werden müssen, um den Schneidprozess für maximale Effizienz zu optimieren.

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Holzarten für die CNC-Holzbearbeitung

Es gibt 3 Hauptkategorien von Holz für die Holzbearbeitung:Hartholz, Weichholz und Holzwerkstoff.

Hartholz

Die Lehrbuchdefinition eines Hartholzbaums ist ein Angiosperm, häufiger als Laubbaum bezeichnet. Ein paar Beispiele wären Eichen, Birken und Ahornbäume. Diese Baumarten werden häufig für die Herstellung hochwertiger Möbel, Terrassen, Fußböden und Bauelemente verwendet.

Nadelholz

Ein Weichholz ist ein Nadelbaum, der manchmal als Gymnosperm bekannt ist. Diese sind in der Regel weniger dicht als Harthölzer und werden daher mit einer einfacheren Bearbeitung in Verbindung gebracht. Lassen Sie sich nicht vom Namen täuschen:Manche Weichhölzer sind härter als manche Harthölzer. Die Geschwindigkeits- und Vorschubtabellen von Harvey Tool für sein Angebot an materialspezifischen Schaftfräsern für Holz sind genau aus diesem Grund nach Janka-Härte kategorisiert. Die Janka-Härte ist eine modifizierte Härteskala mit einem Test, der speziell für die Klassifizierung von Holzarten entwickelt wurde.

Nadelholz wird zur Herstellung von Möbeln verwendet, kann aber auch für Türen, Fensterscheiben und Papierprodukte verwendet werden. Ein paar Beispiele sind Kiefern und Zedern. Tabelle 1 listet 20 gängige Hölzer mit ihrer Janka-Härte auf.

Kunststoffholz

Holzwerkstoff oder Verbundholz ist jede Art von Holzfasern, -partikeln oder -strangmaterial, die mit einem Klebstoff oder Bindemittel zusammengehalten werden. Obwohl einige dieser Materialien einfacher zu bearbeiten sind als Massivhölzer, kann der Klebstoff, der das Material zusammenhält, extrem abrasiv sein. Dies kann zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß und Schwierigkeiten bei der CNC-Holzbearbeitung führen. Es ist wichtig zu beachten, dass einige Arten von Holzwerkstoffen schwieriger zu bearbeiten sind als andere, insbesondere solche mit einem höheren Anteil an Bindematerial. Diese Typen sollten mit weniger aggressiven Geschwindigkeiten und Vorschüben programmiert werden. Beispielsweise sind mitteldichte Faserplatten (MDF) schwieriger zu bearbeiten als Sperrholz, aber viel einfacher zu bearbeiten als Phenolharz.

Eigenschaften von Holz

Korngröße

Technisch gesehen kann Holz als natürlicher Verbundwerkstoff angesehen werden, da es aus starken und flexiblen Zellulosefasern besteht, die durch eine steifere leimartige Matrix aus Lignin und Hemizellulose zusammengehalten werden. Wenn Sie in Bezug auf die Konstruktion denken, wären die Zellulosefasern die Stahlbewehrung und der Beton das Lignin und die Hemizellulose. Als grobkörnig gelten Hölzer mit großen Zellulosefasern (Eiche und Esche). Hölzer, die kleinere und weniger Fasern haben, gelten als feinkörnig (Kiefer und Ahorn). Nadelhölzer sind in der Regel feinkörnig und gelten daher als leichter zu bearbeiten, da sie nicht so viele starke Fasern zum Scheren haben. Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Laubholzbäume grob und nicht alle Weichholzbäume feinkörnig sind.

Feuchtigkeitsgehalt (MC)

Der Feuchtigkeitsgehalt (MC) ist eine der wichtigsten Variablen, die bei der Bearbeitung von Holz zu berücksichtigen sind. Ein sehr häufiges Problem beim Bau von Holz ist die Neigung zum Verziehen. Feuchtigkeitsschwankungen in der Luft wirken sich zwangsläufig auf den Feuchtigkeitsgehalt im Holz aus. Jede Änderung des Feuchtigkeitsgehalts (ob zu- oder abnehmend) stört die Form des Werkstücks. Aus diesem Grund muss berücksichtigt werden, welcher Art von Feuchtigkeit ein Produkt an seinem endgültigen Aufbewahrungsort ausgesetzt wird.

Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt (EMV)

Der Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt (EMC) tritt auf, wenn Holz einen Gleichgewichtspunkt in seinem Feuchtigkeitsgehalt erreicht hat. Die EMV-Werte im Inneren liegen in den Vereinigten Staaten im Durchschnitt bei etwa 8 %, während die äußeren Werte im Durchschnitt bei etwa 12 % liegen. Diese Werte variieren im ganzen Land aufgrund der Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede. Beispielsweise haben die südöstlichen Vereinigten Staaten eine durchschnittliche innere EMV von 11 %, während der Südwesten durchschnittlich etwa 6 % beträgt (ohne die Küstenregion). Es ist wichtig zu berücksichtigen, in welcher Region und Anwendung das Endprodukt eingesetzt wird, damit das Holz mit dem richtigen Feuchtigkeitsgehalt vor der Bearbeitung ausgewählt werden kann. Die meisten Holzarten mit flacher Maserung ändern ihre Größe um 1 % für jede Änderung des MC um 4 %. Die Richtung der Verwerfung hängt von der Faserorientierung ab.

Im Allgemeinen steigt der Energiebedarf für einen Betrieb mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt, hauptsächlich aufgrund des Dichtesprungs. Die Holzdichte nimmt mit steigendem MC zu. Die zusätzliche Leistung kann erforderlich sein, um während der CNC-Holzbearbeitung einen schwereren Span aus der Schneidzone zu drücken. Es ist erwähnenswert, dass Holz wie synthetische Polymere ein viskoelastisches Material ist, das Energie absorbiert, wenn es feuchter wird. Die proportionale Grenze seiner mechanischen Eigenschaften verstärkt sich mit zunehmendem MC.

Bei der Bearbeitung einiger Holzarten steigt die Temperatur des Schnittbereichs mit zunehmendem MC an, bei anderen Arten sinkt sie jedoch. Gehen Sie auf Nummer sicher und vermeiden Sie schnellen Werkzeugverschleiß, indem Sie die SFM verringern, wenn Sie Holz mit einem Feuchtigkeitsgehalt von über 10 % bearbeiten. Harvey-Werkzeuggeschwindigkeits- und Vorschubtabellen deuten auf eine Abnahme von 30 pro MC-Prozentpunkt hin. Wie immer hängt es jedoch von der Art des bearbeiteten Holzes und der Art der durchgeführten Operation ab.

Temperaturänderungen sind nicht der einzige Grund, warum ein höherer Feuchtigkeitsgehalt mit schnellem Werkzeugverschleiß einhergeht. Feuchtigkeit im Holz ist nicht nur mit Wasser verbunden, sondern auch mit Harzen, Zuckern, Ölen, Stärken, Alkaloiden und Tanninen, die im Wasser vorhanden sind. Diese Substanzen reagieren besonders gut mit Schnellarbeitsstahl und in geringerem Maße mit Hartmetall.

Knoten und ihre Wirkung auf die CNC-Holzbearbeitung

Ein Knoten ist ein Teil eines Astes oder Astes, der in den Stamm eines Baumes eingearbeitet ist. Der Einfluss von Ästen auf die mechanischen Eigenschaften von Holz ist auf die damit verbundene Unterbrechung der Kontinuität und Richtungsänderung der Holzfasern zurückzuführen. Diese Eigenschaften sind in diesem Teil des Holzes geringer, da die Fasern um den Ast herum verzerrt sind und zu Spannungskonzentrationen führen. „Rissbildung“ (Rissbildung durch Schrumpfung) tritt während des Trocknens häufig um Knoten herum auf. Härte und Festigkeit senkrecht zur Faser sind Ausnahmen von allgemein schlechteren mechanischen Eigenschaften. Aufgrund dieser letzten beiden Ausnahmen sollten die Bearbeitungsparameter der Holzbearbeitung reduziert werden, wenn auf einen verknoteten Teil des Werkstücks gestoßen wird, um eine Stoßbelastung zu vermeiden.