Comprendre les propriétés du bois pour les projets de menuiserie CNC

Les machinistes confondent souvent le bois avec un «matériau facile à usiner» pendant le travail du bois CNC en raison de la douceur du matériau par rapport au métal. Dans un certain sens, cela est vrai, car vous pouvez programmer les paramètres de coupe du bois dans CNC Woodworking avec des vitesses d'avance beaucoup plus élevées par rapport à celles de la plupart des métaux. D'un autre côté, cependant, le bois possède de nombreuses propriétés uniques qui doivent être prises en compte afin d'optimiser le processus de coupe pour une efficacité maximale.

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Types de bois pour le travail du bois CNC

Il existe 3 grandes catégories de bois pour le travail du bois :les feuillus, les résineux et les bois d'ingénierie.

Bois dur

La définition du manuel d'un arbre feuillu est un angiosperme, plus communément appelé un arbre à feuilles larges. Quelques exemples seraient les chênes, les bouleaux et les érables. Ces types d'arbres sont souvent utilisés pour fabriquer des meubles, des terrasses, des revêtements de sol et des composants de construction de haute qualité.

Résineux

Un résineux est un conifère, parfois appelé gymnosperme. Ceux-ci sont généralement moins denses que les bois durs et sont donc associés à une plus grande facilité d'usinage. Ne vous laissez pas tromper par le nom :certains bois tendres sont plus durs que certains bois durs. Les tableaux de vitesses et d'avances de Harvey Tool pour son offre de fraises en bout spécifiques au matériau pour le bois sont classés par dureté Janka pour cette raison précise. La dureté Janka est une échelle de dureté modifiée avec un test spécialement conçu pour classer les types de bois.

Le bois résineux est utilisé pour fabriquer des meubles, mais peut également être utilisé pour les portes, les vitres et les produits en papier. Quelques exemples sont les pins et les cèdres. Le tableau 1 répertorie 20 bois courants avec leur dureté Janka.

Nom commun :	Dureté Impériale Janka :
Balsa	90
Buckeye jaune	350
Saule noir	360
Pin, Sucre	380
Cotonnier oriental	430
Châtaignier américain	540
Pin rouge	560
Douglas, intérieur nord	600
Bouleau gris	760
Frêne, Noir	850
Cèdre rouge oriental	900
Cerise noire américaine	950
Noyer, Noir	1010
Hêtre américain	1300
Chêne blanc	1360
Érable, Sucre	1450
Pomme	1730
Cerise brésilienne	2350
Olive	2 700
Palissandre indien	3170

Bois d'ingénierie

Le bois d'ingénierie, ou bois composite, est tout type de fibre de bois, de particules ou de brins de bois maintenus ensemble par un adhésif ou un liant. Bien que certains de ces matériaux soient plus faciles à usiner que le bois massif, l'adhésif qui maintient le matériau ensemble peut être extrêmement abrasif. Cela peut entraîner une usure prématurée de l'outil et créer des difficultés lors du travail du bois cnc. Il est important de noter que certains types de bois d'ingénierie sont plus difficiles à usiner que d'autres, en particulier ceux qui contiennent une plus grande quantité de liant. Ces types doivent être programmés avec des vitesses et des avances moins agressives. Par exemple, les panneaux de fibres à densité moyenne (MDF) sont plus difficiles à usiner que le contreplaqué, mais beaucoup plus faciles à usiner que le phénolique.

Propriétés du bois

Taille des grains

Techniquement parlant, le bois peut être considéré comme un matériau composite naturel car il se compose de fibres de cellulose solides et flexibles maintenues ensemble par une matrice plus rigide semblable à de la colle composée de lignine et d'hémicellulose. Si vous pensez en termes de construction, les fibres de cellulose seraient les barres d'armature en acier, et le béton serait la lignine et l'hémicellulose. Les bois à grosses fibres cellulosiques sont considérés comme à gros grain (chêne et frêne). Les bois qui ont des fibres de plus en plus petites sont considérés comme à grain fin (pin et érable). Les résineux ont tendance à être à grain fin et sont donc stéréotypés comme étant plus faciles à usiner car ils n'ont pas autant de fibres solides à cisailler. Il est important de noter que tous les feuillus n'ont pas un grain grossier et que tous les résineux n'ont pas un grain fin.

Teneur en humidité (MC)

La teneur en humidité (MC) est l'une des variables les plus importantes à prendre en compte lors de l'usinage du bois. Un problème extrêmement courant avec la construction de tout ce qui est en bois est sa tendance à se déformer. La variabilité de l'humidité dans l'air affecte inévitablement la teneur en humidité du bois. Tout changement de la teneur en humidité (qu'il s'agisse d'une augmentation ou d'une diminution) perturbera la forme de la pièce. C'est pourquoi il faut tenir compte du type d'humidité auquel un produit sera exposé dans son lieu de repos final.

Teneur en humidité d'équilibre (EMC)

La teneur en humidité d'équilibre (EMC) se produit lorsque le bois a atteint un point d'équilibre dans sa teneur en humidité. Les valeurs CEM intérieures aux États-Unis sont en moyenne d'environ 8 %, avec des valeurs extérieures d'environ 12 %. Ces valeurs varient à travers le pays en raison des différences de température et d'humidité. Par exemple, le sud-est des États-Unis a une CEM intérieure moyenne de 11 %, tandis que le sud-ouest est en moyenne d'environ 6 % (à l'exclusion de la région côtière). Il est important de considérer la région et l'application que le produit final va rencontrer afin que le bois avec la bonne teneur en humidité puisse être sélectionné avant l'usinage. La plupart des essences de bois à grain plat changeront de taille de 1 % pour chaque changement de 4 % de MC. La direction du gauchissement dépend de l'orientation du grain.

En règle générale, les besoins en énergie pour une opération augmentent avec l'augmentation de la teneur en humidité, principalement en raison de l'augmentation de la densité. La densité du bois augmente avec l'augmentation de MC. La puissance supplémentaire peut être nécessaire pour pousser un copeau plus lourd hors de la zone de coupe pendant le travail du bois CNC. Il convient de noter que, comme les polymères synthétiques, le bois est un matériau viscoélastique qui absorbe l'énergie à mesure qu'il devient plus humide. La limite proportionnelle de ses propriétés mécaniques s'intensifie à mesure que MC augmente.

Lors de l'usinage de certains types de bois, la température de la région de coupe augmentera avec l'augmentation de MC, mais dans d'autres essences, elle diminuera. Soyez prudent et évitez l'usure rapide des outils en diminuant le SFM lors de l'usinage d'un bois dont la teneur en humidité est supérieure à 10 %. Les tableaux des vitesses et des avances des outils Harvey suggèrent une diminution de 30 par point de pourcentage MC. Comme toujours, cependant, cela dépend du type de bois usiné et du type d'opération effectuée.

Le changement de température n'est pas la seule raison pour laquelle une teneur en humidité plus élevée est associée à une usure rapide de l'outil. L'humidité dans le bois n'est pas seulement associée à l'eau, mais aussi aux résines, sucres, huiles, amidons, alcaloïdes et tanins présents dans l'eau. Ces substances réagissent particulièrement bien avec l'acier rapide, et dans une moindre mesure avec le carbure.

Les nœuds et leur effet sur le travail du bois CNC

Un nœud est une partie d'une branche ou d'un membre qui s'est incorporée dans le tronc d'un arbre. L'influence des nœuds sur les propriétés mécaniques du bois est due à l'interruption de la continuité et au changement de direction des fibres de bois qui lui sont associées. Ces propriétés sont plus faibles dans cette partie du bois car les fibres autour du nœud sont déformées et conduisent à des concentrations de contraintes. Des « craquelures » (fissures dues au rétrécissement) se produisent souvent autour des nœuds pendant le séchage. La dureté et la résistance perpendiculaire au grain sont des exceptions à des propriétés mécaniques généralement inférieures. En raison de ces deux dernières exceptions, les paramètres d'usinage du bois doivent être réduits lorsqu'ils rencontrent une partie nouée de la pièce pour éviter les chocs.