AULA 2: MATERIAIS A SEREM USINADOS (ASU)

Transcrição

1 AULA 2: MATERIAIS A SEREM USINADOS (ASU) CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM SISTEMA: forma com que um determinado processo é executado: manual, automático, e descrever partes componentes de um processo: fabricação de chapas de MDP. PROCESSO: tipo de trabalho a ser executado para modificar a forma ou composição da madeira para produção de um determinado produto: usinagem, secagem, preservação, resinagem, impregnação, carbonização. OPERAÇÃO: trabalhos de transformação de forma da madeira inserido num determinado processo, ex. serramento de chapas, desdobro de toras, fresamento de bordas. As operações de corte nos diversos processos de usinagem podem ser previamente classificados como: abate, descascamento, desdobro, laminação, produção de partículas e beneficiamento. ABATE: seccionamento da árvore em sua porção inferior através de ferramentas manuais ou automática, com ou sem motorização, seguido de desgalhamento da tora e corte em dimensões de comprimento padrão, a fim de viabilizar o transporte e manuseio. DESCASCAMENTO: operação opcional, depende do processo, consiste na remoção da casca das toras. Esta operação pode ser executada de forma manual ou automática. DESDOBRO: processo de corte longitudinal das toras, com ou sem casca, empregado na produção de peças na forma de pranchas, tabuas, vigas, vigotas, caibros, sarrafos ou ripas. LAMINAÇÃO: operação de torneamento de toras descascadas (torno) ou fatiamento (faqueamento) (plaina) de peças previamente seccionadas com a retirada de costaneiras e em seção retangular. Espessura lamina: 0,6-8 mm (até 13 mm, 0,23 mm); PRODUÇÃO DE PARTÍCULAS: operação de sujeição de peças de madeira na forma roliça ou beneficiada por equipamentos que proporcionam a desintegração das mesmas, gerando partículas homogêneas denominadas cavacos. Os equipamentos recebem o nome de picadores. CAVACO: seção retangular espessura ¼ do comprimento. FLOCO, LAMÍNULA: cortes paralelos à direção das fibras, espessura menor que 1/30 comprimento. BENEFICIAMENTO/OPERAÇÕES DE CORTE PARA.: série de operações de usinagem por seccionamento das peças, aplainamento e lixamento, que podem ser classificadas e agrupadas em função do equipamento ou ferramental a ser utilizado.

2 INTRODUÇÃO No Brasil em geral, no processamento e beneficiamento da madeira, observam-se alguns contrastes no que diz respeito ao nível de tecnologia empregado. Existem indústrias que processam e beneficiam a madeira, atendendo o mercado nacional e de exportação, processando madeira para papel e celulose, movelarias, estruturas e esquadrias e painéis. Entretanto, há também um grande número de pequenos e médios produtos de madeira serrada que utilizam técnicas de desdobro, que nem sempre proporcionam bons rendimentos de madeira serrada, bem como não propiciam boa qualidade do produto final. Isto decorre, principalmente devido à falta de conhecimentos de parâmetros de corte da espécie processada, além de fatores de planejamento das serrarias e agregação de valor ao produto. O desenvolvimento de pesquisas, trabalhos de extensão que levem à melhorias tecnológicas, à racionalização do uso de matérias-primas, à maior eficiência e melhor utilização da madeira nativa e das espécies florestais disponíveis, e a busca de novos mercados internacionais, são imprescindíveis para o país. 1. Influência das propriedades da madeira na usinagem A qualidade final de um produto relaciona-se com as operações de usinagem e com a estrutura física e anatômica da madeira. Com relação à estrutura microscópica da madeira, em qualquer operação de usinagem as fibras da madeira são arrancadas e, raramente, cortadas. Este efeito pode ser explicado pela grande dimensão dos gumes de corte das ferramentas em relação às dimensões das fibras. As fibras apresentam dimensões, geralmente, menores que os raios dos gumes das ferramentas utilizadas na usinagem, principalmente quando são utilizados materiais que não permitem a confecção de gumes muito vivos. Neste caso as fibras da madeira são raspadas ou arrancadas e não cortadas. Os principais defeitos nos processos de corte, fresamento e furação, estão ligados às variações nas propriedades da madeira, as condições das máquinas e das ferramentas de corte e ao treinamento do operador da máquina.

3 Em geral a presença de sílica (cristais de óxido de silício) confere certa resistência à madeira, mas possui efeito negativo quanto ao desgaste (abrasão) das ferramentas de corte. Madeiras com grã irregular apresentam superfície áspera nas regiões nas quais a ferramenta corta em sentido contrário à direção normal dos tecidos. A presença de substâncias especiais tais como canais celulares, resinas e células oleíferas, presentes em certas espécies, dificulta as operações de desdobro e de beneficiamento por processos de fresamento, corte e furação quando são danosas à saúde ou aderem as ferramentas. A massa específica é a propriedade física mais representativa da qualidade da madeira. Para representar as forças de corte envolvidas na usinagem da madeira não é diferente. Na ausência de qualquer informação empírica a respeito das forças envolvidas numa dada condição de usinagem para uma determinada espécie, pode-se fazer uma aproximação, comparando-se às informações sobre duas outras espécies de massa específica conhecida através de uma proporcionalidade linear de forças e massa específica. Entretanto, este procedimento seria uma primeira aproximação, visto que as interações entre as espécies, teor de umidade, espessura de cavaco e ângulo de saída da ferramenta são fatores complexos demais para serem tão simplesmente representados Os aspectos levantados acima são colocados para que sejam entendidas as relações entre as propriedades da madeira, as propriedades das ferramentas e as condições de corte para a utilização de máquinas e ferramentas adaptadas à usinagem de madeiras com diferentes propriedades e ainda pouco utilizadas. Para a identificação das melhores formas de industrializar a madeira é necessário compreender a interação entre as propriedades da madeira e os recursos utilizados para sua transformação em produtos manufaturados. 2. Propriedades da madeira que interferem na usinagem Deformações, empenamentos produzidos durante a secagem, tensões internas de crescimento, fibras retorcidas dificultam a usinagem de peças planas e retas de madeira seca.

4 A utilização correta e racional da madeira, depende, portanto, do conhecimento não só de suas características físicas e mecânicas, mas também da aptidão à usinagem. Um requisito básico para determinar se uma espécie de madeira é apta para um uso determinado é o conhecimento e análise de suas características de usinagem. Estas características incluem operações de usinagem tais como o corte, o fresamento (aplainamento ou desengrosso), torneamento, furação e lixamento. Algumas destas operações podem ser encontradas no processamento primário em serrarias e outras principalmente no processamento secundário na indústria de beneficiameto da madeira. Todas as operações envolvem um processo de tensão e ruptura. Seja manualmente ou através de máquinas, a força é transmitida para a madeira através de uma ferramenta de corte. A orientação e direção das forças são controladas através do modelo da ferramenta e/ou através das mãos do marceneiro. A ferramenta tem, normalmente, uma geometria definida, e a madeira tem suas propriedades físicas e mecânicas próprias. A direção do movimento e a configuração da ferramenta determinam o caminho e a maneira como os esforços são produzidos. As propriedades mecânicas da madeira determinam como estes esforços são resistidos, portanto, a junção destas duas ocorrências indica o modo de ruptura ou de corte. Anisotropia A madeira apresenta propriedades físicas e mecânicas diferenciadas nos planos transversal, tangencial e radial. Como conseqüência, a usinagem da madeira também será diferenciada nestes planos. Por exemplo, Kivimaa (1950) observou que quando o corte é efetuado na direção dos raios, as forças geradas para cortar são aproximadamente 12% maiores que quando o mesmo é efetuado perpendicularmente à estes.

5 Corte transversal Z X Y Corte Tangencial Corte radial Planos: xy (corte transversal), xz (corte radial) e yz (corte tangencial) Classes As madeiras são classificadas em coníferas (Gymnospermas) e folhosas (Angiospermas dicotiledôneas) As coníferas são madeiras que apresentam estrutura mais uniforme. São compostas principalmente por traqueídeos, canais resiníferos e raios. Os traqueídeos constituem 90 % do volume da madeira das coníferas. São células semelhantes a tubos, longas, estreitas e com extremidades fechadas. O comprimento destas células é de 75 a 200 vezes maior que a largura. A comunicação entre as células e outros componentes do lenho ocorre através de orifícios denominados Pontuações. Os traqueídeos são responsáveis pela condução de líquidos (alburno) e também pela resistência mecânica. Os raios são constituídos por células de parênquima com forma aparente de cubo, dispostas em bandas axiais, sempre horizontais, que se distribuem radialmente através dos traqueídeos. Constituem de 5 a 11% do volume da madeira da conífera e são responsáveis pelo armazenamento de carboidratos e pela condução da seiva na direção transversal. Os canais resiníferos são espaços intercelulares de forma tubular. Aparecem em algumas espécies e podem provocar defeitos pois as resinas

6 aderem ao fio da ferramenta. Na passada seguinte, o cavaco comprime a superfície da madeira produzindo pequenos orifícios. Este defeito ocorre no aplainamento, e é conhecido com o nome de marcas de cavaco (chipmarks). As angiospermas dicotiledôneas, também denominadas folhosas, representam a grande maioria das madeiras comerciais brasileiras. Apresentam uma composição anatômica bem mais complexa e com células mais especializadas do que as coníferas. Os principais elementos que compõem a estrutura anatômica das dicotiledôneas são as fibras, vasos, raios e células de parênquima. As fibras são células alongadas, mais curtas do que os traqueóides e compõem de 25% a 50% do volume das folhosas, dependendo da espécie. Seu comprimento pode variar entre 0,76 mm a 2,3 mm e, em média, apresentam cerca de 1 mm. São responsáveis pela resistência mecânica nestas espécies. Os vasos são células condutoras, alongadas ou não, que unidas, formam canais. Quando presentes no alburno, a função do vaso é a condução de líquidos. Os vasos no plano transversal aparecem como pequenas aberturas e neste caso são denominados poros. Do ponto de vista de usinagem, a característica geométrica mais importante do vaso é o seu diâmetro. Este diâmetro pode variar entre as espécies e também no interior dos anéis de crescimento (de 20 a mais de 300 ). Na produção de laminados muito finos (Ex: 0,25 mm), a existência de vasos com diâmetros muito grandes podem produzir orifícios dentro da placa. Desta maneira, o diâmetro dos vasos condiciona a espessura mínima das lâminas que podem ser obtidas. O diâmetro dos vasos assume, portanto, importância na coesão e qualidade das placas de laminados colados. Os raios nas dicotiledôneas ocupam de 10 a 20% do volume da madeira e têm a mesma função que quando presentes nas coníferas.

7 As células de parênquima têm a função de armazenamento. Ocorrem em maior proporção nas espécies originárias de regiões tropicais, onde pode representar até 50% do volume total de madeira, enquanto que, aquelas da América do Norte, apresentam apenas de 1 a 18%. As células de parênquima ocorrem associadas ou não aos vasos e com distribuição bastante variada de acordo com a espécie de madeira considerada. Anéis de crescimento Os anéis de crescimento são geralmente camadas definidas de madeira clara e escura. Os anéis de crescimento marcam a presença de madeira com características diferentes (inverno e verão) no que diz respeito à densidade, espessura das paredes celulares, etc. Tais diferenciações promovem diferentes comportamentos das tensões envolvidas durante o processo de usinagem. Dependendo da espécie e de fatores climáticos, o contraste dos anéis de crescimento adquire maior ou menor importância. De maneira geral as madeiras tropicais são mais homogêneas e os anéis de crescimento não apresentam maior importância. Cerne e Alburno O cerne é composto por células mortas, enquanto o alburno, por células vivas. O cerne, por ser composto por células mortas, mais fechadas e, em alguns casos preenchida com extrativos possui maior densidade. Alguns extrativos, quando em grande quantidade podem danificar a ferramenta de corte na usinagem. Para um determinado teor de umidade, normalmente não existe diferença nas propriedades mecânicas entre o cerne e o alburno. No entanto, em madeiras ricas em extrativos podem ocorrer diferenças marcantes nas propriedades e neste caso, o alburno pode apresentar menor resistência que o cerne. Do ponto de vista de usinagem a diferença ocorre quando o alburno apresenta maior teor de umidade. A figura presenta esquematicamente os anéis de crescimento, raios, cerne, alburno e outros elementos componentes do tronco.

8 Casca/Camada cortiçal Anéis Raios medulares Medula Alburno Camada de câmbio Cerne Casca interna/floema Figura 2. Estrutura anatômica do tronco de uma árvore madura Propriedades Mecânicas: Durante a usinagem da madeira é muito importante considerar as propriedades que determinam a natureza da ruptura, ou seja, a deformabilidade e a resistência máxima para cada tipo de solicitação. Os fatores que afetam a resistência mecânica da madeira e, conseqüentemente, os parâmetros relacionados à usinagem, são: Teor de umidade Umidades abaixo do ponto de saturação das fibras afetam a resistência mecânica da madeira e, por conseguinte, as forças desenvolvidas no processo de usinagem. Tendo em vista que alguns processos de usinagem são realizados com a madeira apresentando umidade acima do ponto de saturação e outros com a madeira seca, o conhecimento das características de usinagem nestas duas condições é muito importante. Temperatura São três razões principais para se estudar o efeito da temperatura no processo de usinagem:

9 a) A geração de certa quantidade de calor durante o processo é intrínseca e pode afetar a resistência da madeira; b) Existe a possibilidade de serem utilizados processos para variar a temperatura da madeira para facilitar o corte; c) Os tratamentos térmicos dados ao material, em alguns tipos de corte, podem ter um efeito permanente sobre suas propriedades mecânicas. Densidade A densidade é uma propriedade intrínseca da madeira e está intimamente associada com sua resistência mecânica. Desta maneira, certamente será um parâmetro importante a ser considerado na usinagem. Para se conhecer a comportamento da madeira aos diferentes processos de corte, um dos parâmetros fundamentais a se estudar são as forças geradas durante a usinagem. Estas forças, desenvolvidas durante o corte, têm grande importância na escolha do tipo da ferramenta e no cálculo da potência das máquinas que compõem uma serraria. Estas forças de corte variam com a espécie de madeira, direção das fibras, direção de corte, afiação das ferramentas de corte, e outras variáveis relacionadas à matéria prima ou à ferramenta. MATERIAIS A SEREM USINADOS: A) MADEIRA SERRADA: B) CHAPAS DURAS C) MDP/AGLOMERADO D) MDF E) PAINÉIS LAMINADOS F) PRODUTOS (PMVA):