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了解数控木工项目的木材性能

机械师经常混淆木材是一种“容易加工的材料”,在数控木工,因为多么软的材料比金属。在某种意义上,这是正确的,因为你可以编程的木材切割参数在CNC木工与更高的进给率相比,大多数金属。然而,另一方面,木材有许多独特的特性,需要考虑到,以优化切割过程最大效率

数控木工用木材种类

木工用材主要有三大类:硬木、软木和工程木。

硬木

教科书对阔叶树的定义是被子植物,通常被称为阔叶树。例如橡树、桦树和枫树。这些树通常用于制造高质量的家具、甲板、地板和建筑构件。

软木

针叶树是一种针叶树,有时被称为裸子植物。这些木材通常比硬木密度小,因此更容易加工。不要被这个名字欺骗了:有些软木材比一些硬木材更硬。哈维工具的速度和输入图表为它的奉献木材专用立铣刀都是根据扬卡硬度分类的,正是因为这个原因。扬卡硬度是一种改良的硬度标尺,是专门为分类木材类型而设计的测试。

软木可以用来制作家具,也可以用来制作门、窗玻璃和纸制品。例如松树和雪松。表1列出了20种常见木材的扬卡硬度。

共同的名字: 叫亚帝国硬度:
巴尔沙 90
七叶树、黄 350
柳树,黑色 360
松、糖 380
杨木、东 430
Chesnut,美国 540
松,红 560
花旗松、室内北 600
桦木、灰色 760
灰、黑 850
雪松,东部红 900
美国黑樱桃, 950
胡桃、黑 1010
山毛榉,美国 1300
橡木、白 1360
枫、糖 1450
苹果 1730
樱桃、巴西 2350
橄榄 2700
紫檀,印度 3170
表1:普通木材的扬卡硬度

工程森林

工程木,或复合木,是任何类型的木纤维,颗粒,或股材料用粘合剂或粘合剂。虽然有些材料比实木更容易用机器加工,但将材料粘在一起的粘合剂具有极强的研磨性。这可能会导致不成熟的刀具磨损并且制造数控木工时的困难。需要注意的是,有些类型的工程木材比其他类型的更难加工,特别是那些具有较高数量的粘合材料。这些类型应该被编程减少攻击性的速度和饲料。例如,中密度纤维板(MDF)如果比胶合板更难加工,但比酚醛树脂更容易加工。

用于数控木工的中密度纤维板件堆叠
图1:中密度纤维板的例子

木材的性质

晶粒尺寸

从技术上讲,木材可以被认为是一种天然的复合材料,因为它是由一种坚硬的木质素和半纤维素组成的胶状基质粘合在一起的强而有弹性的纤维素纤维。如果你从建筑的角度来看,纤维素纤维是钢筋,混凝土是木质素和半纤维素。有大纤维素纤维的木材被认为是粗粒的(橡木和灰)。有较小和较少纤维的木材被认为是细纹理的(松树和枫树)。软木材往往是细粒度的,因此被定型为更容易机器,因为它们没有那么多强的纤维可以剪切。需要注意的是,并不是所有的硬木树都是粗纹理的,也不是所有的软木树都是细纹理的。

数控木工用天然木材纤维示意图
图2:构成天然木材的纤维简化图。纤维素纤维在图中垂直分布。

水分含量(MC)

含水率(MC)是木材加工时最重要的考虑变量之一。用木头建造任何东西都有一个非常普遍的问题,那就是它很容易变形。空气中的水分变化不可避免地影响木材内部的水分含量。水分含量的任何变化(无论是增加还是减少)都会影响工件的形状。这就是为什么我们必须考虑产品在最终放置的地方会接触到什么样的水分。

平衡含水率(EMC)

平衡含水率(EMC)发生在木材的含水率达到一个平衡点时。整个美国的内部EMC值平均约为8%,外部值平均约为12%。由于温度和湿度的不同,这些数值在全国各地也有所不同。例如,美国东南部平均有11%的内部EMC,而西南部平均约为6%(不包括沿海地区)。重要的是要考虑到最终产品将会遇到什么地区和应用,以便在加工前选择具有正确水分含量的木材。大部分平纹木材的MC每改变4%,其尺寸就会发生1%的变化。翘曲的方向取决于纹理的取向。

美国地图显示平均地区室内EMC
图4:平均区域室内EMC

一般来说,一次运行所需的功率随含水率的增加而增加,主要是由于密度的激增。木材密度随MC的增加而增加。在CNC木工加工过程中,可能需要额外的功率来将较重的切屑推出切割区。值得注意的是,像合成聚合物一样,木材是一种粘弹性材料,它会在变湿时吸收能量。随着MC的增大,其力学性能的比例极限增大。

在某些类型的木材加工过程中,随着MC的增加,切割区域的温度会急剧上升,而在其他种类的木材中则会下降。当加工含水量超过10%的木材时,通过减少SFM来保证安全,避免刀具的快速磨损。Harvey工具的速度和馈送图表显示每MC百分点下降30。然而,一如既往,它取决于被加工的木材类型和被执行的操作类型。

温度变化不是唯一的原因较高的水分含量与快速磨损工具。木材中的水分不仅与水有关,还与水中的树脂、糖、油、淀粉、生物碱和单宁有关。这些物质与高速钢反应特别好,与碳化物反应程度较低。

结及其对数控木工加工的影响

结是树枝或枝干中并入树干的部分。结对木材力学性能的影响是由于其连续性的中断和与之相关的木材纤维方向的变化。这些特性在这部分的木材是较低的,因为纤维周围的结扭曲,导致应力集中。“检查”(收缩引起的开裂)经常发生在干燥过程中的结周围。硬度和强度垂直于晶粒是例外,一般较低的机械性能。由于这最后两个例外情况,木工加工参数应减少时,遇到一个打结部分的工件,以避免冲击加载。

典型的天然硬木结
图5:一个典型结的照片