OPTIMIZAREA PRELUCRABILITĂŢII PRIN FREZARE ŞI PRIN ŞLEFUIRE A LEMNULUI DE PĂR, ÎN VEDEREA ÎNGLOBĂRII ÎN

PRODUSE DE MOBILĂ

STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR

Aspecte generale privind fondul forestier de pe Glob

Modificările societăţii, ce se datorează creşterii rapide a cantităţii şi calităţii informaţiilor, a diverselor tehnologii din sectorul telecomunicaţiilor şi a procesului amplu de globalizare, determină

schimbări profunde în orice domeniu; astfel şi în domeniul industriei forestiere, şi pe orice nivel: începând cu menţinerea fondului forestier, prin exploatarea acestuia şi până la procesul de

prelucrare a lemnului.

Pentru a asigura competitivitatea pe piaţă a sectorului forestier şi a industriei de prelucrare a lemnului trebuie să se elaboreze o strategie amplă, care are în vedere atât provocările mileniului

cât şi istoria, cunoştiinţele şi abilităţile moştenite în timpul secolelor. O strategie viabilă pe termen lung, identifică atuurile şi slăbiciunile sectorului, a domeniului sau a ramurei studiate

(îndreptând activitatea spre exploatarea punctelor forte şi eliminând pe cât posibil slăbiciunile). În acelaşi timp strategia trebuie să aibă în vedere modificările mediului, folosindu-se de oportunităţi şi ferindu-se de ameninţări care apar în urma unor tendiţe sau evoluţii nefavorabile.

În acelaşi timp nu trebuie să uităm numeroasele funcţii pe care la îndeplinesc pădurile:

- funcţii socio – economice: funcţionarea industriei de prelucrare a lemnului, prin furnizarea materiilor prime, asigurarea obiectului muncii şi a locurilor de muncă, implicit a veniturilor. Ele

furnizează materii prime pentru multe alte industrii cum ar fi: construcţiile sau producţia hârtiei şi a cartoanelor.

- funcţii sociale: protejează infrastructurile, localităţile şi aşezările umane, furnizează aer proaspăt zonelor urbane sau rurale.

- funcţii de mediu: reprezintă „plămânii” Pământului, reglează condiţiile climatice locale sau regionale, absorb dioxidul de carbon, protejează solul, reglează fluxul apelor din precipitaţii sau a

apelor curgătoare, asigură biodiversitatea.

Tindem să credem că viitorul sectorului forestier este determinat de diferite evoluţii nefavorabile atât la nivel socio-economic cât şi la nivelul intregului sistem biologic pe Glob.

Însă înainte de a trage anumite concluzii greşite trebuie realizată o analiză sumară în ceea ce priveşte fondul forestier existent pe Glob, şi activitatea economică a industriei de prelucrare a

lemnului.

Aspecte generale privind fondul forestier din România

Potrivit datelor de la Regia Naţională a Pădurilor din România, suprafaţa totală a fondului forestier din ţară este de 6,4 milioane ha, din care 65,6% (adică 4,2 milioane ha) reprezintă propritatea

publică a statului.

Suprafaţa ţării este împădurită în proporţie de 26,7%, procent care asigură locul 13 în Europa în ceea ce priveşte suprafeţele împădurite. Pe cap de locuitor ţara are 0,33 hectare de pădure, ceea

ce ne asigură numai locul 10 din acest punct de vedere.

S-au identificat aproape 300 de tipuri de păduri, conţinând 150 de tipuri de ecosisteme.

Compoziţia pădurilor (în funcţie de speciile lemnoase) este următoarea:

- 29,9% răşinoase

- 31,5% fag

- 18% stejar

- 15,7% alte specii tari

- 4,9% specii moi.

Repartiţia pădurilor pe zone geografice se realizează astfel:

- munte (30% din teritoriul ţării) acoperit în proporţie de 66% cu păduri răşinoase şi fag

- deal (37% din teritoriu) acoperit 24% cu păduri de stejar şi fag

- câmpie (33% din teritoriu) acoperită 10% cu păduri de şleauri şi de luncă.

Pyrus piraster L.– părul sălbatic. Generalităţi. Arie de răspândire. Caracteristici.

Numele ştiinţific (botanic) este Pyrus piraster, care provine din cuvintele latine pirus (arbore de păr), piru (fruct) şi aster (stea). Părul are ca ţară de origine Persia şi Armenia, de unde în urma cu

2000 de ani a fost râspăndit de către greci şi romani.

Autorul LINNE în lucrarea publicată în 1753 „Species plantarum” nu face diferenţă între părul sălbatic şi părul cultivat, îi descrie sub un nume comun „Pyrus communis”.

Părul sălbatic a fost considerat de el numai ca o variantă a speciei. Abia în 1787 a ridicat Burgsdorf părul sălbatic la rangul de specie distinctă. Specia Pyrus aparţine familiei Rosaceae, unde au fost incluse mai multe specii: măr, păr şi gutui. Însă în momentul de faţă se referă numai la diferitele

subspecii ale lemnului de păr.

Aria de răspândire in Europa cuprinde ţările din zonele sub mediterane (Portugalia, puţine zone din vestul Spaniei, Italia, Grecia) şi ajunge prin Vestul-, Centrul-, şi Sud-Estul Europei până la zonele subcontinentale. La Nord este mărginit de Sudul- Angliei, Marea Baltică şi zona Kiev - Voronyezs iar

la Est la Caucaz

În general este o specie a regimurilor joase, dar în Europa de sud s-a răspândit şi la atitudini mai mari (900 -1000 m). Această răspândire verticală se datorează în cea mai mare parte nevoii sale

pentru căldură. În regiunea Carpatică apare aproape oriunde, dar mai ales în regiunile de câmpie şi deal.

Se cunosc peste 20 de specii de păr din Europa, Africa, America de Nord şi din unele zone din Estul şi Sud-Vestul Asiei. Multe dintre aceste specii sunt pomi fructiferi (exp: pyrus nivalis) dar există şi pomi ornamentali (exp: pyrus calleryana).

Arborele de păr sălbatic nu atinge dimensiuni şi vârtse extreme. În general creşte la înălţimi de 10-15 m şi are diametre de 50-70 cm. Înălţimea maximă înregistrată este de peste 20 m cu diametrul

de 1m. Trunchiul fără arbore poate atinge 6 – 8 m.

Deoarece necesită un timp îndelungat pentru creştere are o pondere redusă în cantitatea de material disponibil (în România sub 1%).

Domeniile de utilizare a arborelui de păr sunt foarte răspândite: uşi, mobilier, parchet, lambriuri, piese sculptate, elemente de precizie (rigle), piese strunjite, instrumente de muzică.

Materialul lemnos se rupe greu, este tare, elastic şi uşor de îndoit. Prelucrarea lui este uşoară din toate punctele de vedere: sculptură, strunjire rândeluire, frezare, lipire, uscare.

Produse din lemnul de păr din industria mobilei

Diferite piese sculptate din lemn de păr

Instrumente muzicale din lemnde păr

Caracteristicul principal acestei specii este cã nu lucreazã în timp. Datorit acestui fapt, a fost folosit pentru o perioadã lungã ca materie primã pentru fabricarea uneltelor de mânã (necesare prelucrãrii

lemnului) ºi pentru piese de precizie (locul lui a fost preluat treptat de materialele plastice).

Textura sa extrem de finã ºi netedã, face ca lemnul de pãr sã dea o materie primã idealã pentru sculpturã, dar datoritã înãlþimii reduse a arborelui produsele fabricate se limiteazã în dimensiuni,

realizându-se obiecte ornamentale mici.

Colorat în negru imitã abanosul, folosindu-se ca înlocuitor al acestuia în construirea instrumentelor muzicale ºcolare

STUDIUL DE LABORATOR LA PROPRIETĂŢI FIZICE ŞI MECANICE ALE LEMNULUI DE PĂR

Proprietăţi fizice:

Proprietăţile fizice şi mecanice ale lemnului determină domeniile de utilizare a diferitelor specii, dar luat invers din domeniile de utilizare a lemnului putem să avem primele indicii asupra

proprietăţilor fizico-mecanice ale unei anumite specii.

Lemnul de păr este un lemn foarte durabil, un lemn omogen, greu şi tare. Se usucă încet şi se deformează în acest timp, dar după uscare nu îşi mai modifică dimensiunile (“nu lucrează”), sau

într-o mică măsură. Din această cauză lemnul de păr este considerat un lemn stabil. Pe lângă aceste calităţi lemnul de păr se prelucrează uşor şi bine, se îmbibă bine cu ulei, se colorează şi se

lustruieşte bine. Are o culoare deschisă, alb – gălbui – roşiatic care colorat în negru imită abanosul.

Pentru determinarea diferitelor propritetăţi fizico – mecanice s-au utilizat epruvete din lemn de păr procurat de la Ocolul Silciv din Baraolt. Înălţimea arborii din care s-au recoltat epruvetele era în jur

de 12 m, iar diametrul la bază era de 43 cm.

Determinarea masei volumice a lemnului de păr

Densitatea sau masa volumică a lemnului se calculează pe baza STAS 84-87 şi se calculează pentru următoarele stări:

- masa volumică aparentă a lemnului în stare uscată: ρ0

- masa volumică aparentă a lemnului umed: ρu

- masa volumică aparentă convenţională a lemnului: ρc , care se calculează cu următoarele formule:

mu, – masa lemnului la umiditatea U, sub PSF

Vu, – volumul lemnului la umiditatea U,

Conform experimentelor epruvetele au avut în medie o umiditate de 9,625 %, ceea ce a condus la ρU = 718,0917 kg/m3.

Determinarea umflării şi contragerii totale

Întrucât apa higroscopică din lemn variază cantitativ, în funcţie de starea higrometrică a atmosferei, contragerea şi umflarea lemnului sunt fenomene permanente. Fenomenele de contragere şi umflare nu pot fi oprite, cel mult atenuate, şi constituie unul din neajunsurile materialului lemnos. (J.Filipovici, 1965) Variaţia dimensiunilor în funcţie de umiditate este

denumită şi “jocul lemnului”.

Cunoaşterea fenomenelor de umflare şi contragere este utilă din mai multe motive: cunoaşterea şi prevenirea schimbărilor dimensionale, explicarea şi prevenirea deformaţiilor sau a altor fenomene

legate de variaţia dimensională.

Determinarea acestor proprietăţi fizice ale lemnului de păr s-a realizat în Laboratorul de Încercări Fizico-mecanice din cadrul Facultăţii de Industria Lemnul, Universitatea Transilvania Braşov.

Pentru determinarea umflării şi contragerii totale s-au folosit câte 15 epruvete de dimensiuni: 100 x 20 x 20 mm (Figura 2.1) iar modul de lucru s-a realizat conform STAS 85/ 1 – 91 şi STAS 85/ 2 – 91

aprobate de Standardele Europene. Dimensiunile epruvetelor s-au măsurat cu şublerul, cu o precizie de 0,01 mm.

Epruvetă pentru determinarea umflării şi contragerii.

Determinarea umidităţii de saturaţie a fibrei

Pentru determinarea umidităţii de saturaţie a fibrei s-au utilizat valorile obţinute pentru ρ0 şi ρc

determinate pe un număr de 10 epruvete având dimensiuni de 20 x 20 x 20 mm, în stare anhidră (absolut uscată) şi în stare cu umiditate maximă.

Valoarea umidităţii de saturaţie a fibrei astfel calculată este de 30,786 %.

Conform datelor din literatură Usf pentru păr ca specie cu pori uniform împrăştiaţi se încadrează în intervalul 32 – 36 % (Cismaru 2003). Diferenţa poate fi pusă pe baza metodei utilizate.

Determinarea modului de elasticitate şi a rezistenţei la încovoiere staticăModulul de elasticitate şi rezistenţa la încovoiere statică s-au determinat pe baza STAS 337_1 ; ISO 3133, pe 20 de epruvete de formă prismatică, având lungimea de 300±1 mm, iar baza pătrată cu

latura de 20±0,5 mm

Experimentele au fost efectuate la maşina universală pentru testarea materialelor pe bază de lemn cu două coloane, model BT1-FB050TN.D30 ZWICK/ROEL GERMANIA.

Epruvetele s-au sprijinit cu faţa radială pe două reazeme mobile rotunjite (r = 15mm) distanţa între ele fiind de 240 mm, direcţia forţei fiind tangenţială.

Deformarea s-a efectuat prin acţionarea într-un singur punct, iar săgeata s-a măsurat cu un comparator fixat sub epruvetă (Figura 2.3.), dispozitivul de aplicare a forţei având aceleaşi

caracteristici ca şi cele din punctele de sprijin.

Înregistrarea săgeţii maxime a fost urmată de creşterea în continuare a forţei aplicate până la ruperea materialului Datele obţinute au fost prelucrate conform STAS 337_1; ISO 3133.

Determinarea modulului de elasticitate şi a rezistenţei la încovoiere statică – apartul utilizat, epruvetă şi comparator

Determinarea compresiunii paralele cu fibre

Încercarea s-a realizat pe baza STAS 86-51 şi a constat în măsurarea forţei maxime P, care produce strivirea epruvetelor de lemn cu secţiunea transversală 20x20 mm (±1 mm) şi lungimea de 60 ± 1

mm conform

Epruvetă pentru măsurarea rezistenţei la compresiune

Încercarea s-a făcut cu o creştere a sarcinii, lent şi uniform, de 16000 N/min, astfel încât până la rupere încercarea a durat în medie 74,82 secunde.

Determinarea compresiunii perpendicular pe fibre

Rezistenţa la compresiune perpendiculară pe fibre este mai complicată decât pentru compresiune paralelă cu fibrele. În acest caz se petrec deformaţii plastice şi numai ulterior se poate vorbi despre turtire totală sau parţială a celulelor, moment în care se petrece ruperea la pereţii membranelor. Şi în acest caz au fost supuse câte 15 epruvete la încercările de compresiune perpendiculară pe

fibre, în direcţie tangenţială şi radială.

Încercarea la compresiune perpendiculară pe fibre are la bază SR ISO 3132:2008 şi s-a realizat cu intervale de creştere a sarcinii de 40 daN. Epruvetele au aceleaşi dimensiuni ca în cazul

compresiunii paralele cu fibre, dar sarcina de compresiune se aplică cu ajutorul unei piese de oţel cu secţiunea transversală de 20x20 mm.

Determinarea modulului de elasticitate şi a rezistenţei la tracţiune paralelă cu fibre.

Încercările experimentale realizate în scopul determinării modului de elasticitate şi rezistenţă la tracţiune paralelă cu fibre s-au făcut pe baza STAS 336/2 – 88 respectiv SR ISO 3345:2008.

Epruvetele folosite (câte 15) pentru determinarea modulului de elasticitate şi a rezistenţei la tracţiune paralelă cu fibre au secţiune dreptunghiulară la mijloc şi pătrată la capete, având

lungimea de 400 mm (pentru modul de elasticitate) şi 350 mm (pentru rezistenţă).

Epruvetă utilizată pentru determinarea modulului de elasticitate la tracţiune paralelă cu fibre

Epruvetă utilizată pentru determinarea rezistenţei la tracţiune paralelă cu fibre

Determinarea rezistenţei la tracţiune perpendiculară pe fibre

Încercările s-au efectuat pe câte 15 epruvete pentru tracţiune perpendiculară pe fibre în direcţie tangenţială şi radială, iar la baza lor a stat SR ISO 3346:2008.

Epruvete supuse tracţiunii perpendiculare pe fibre în

Direcţie tangenţială şi radialăDeterminarea rezistenţei lemnului de păr la forfecare longitudinală paralelă şi perpendiculară

În unele domenii de utilizare a lemnului, mai ales în construcţii (în cazul anumitor îmbinări) lemnul este solicitat la forfecare în unul sau mai multe planuri. Încercările se fac pe baza SR ISO 3347:2008

iar în secţiunile de forfecare iau naştere tensiuni tangenţiale de forfecare.

Determinarea rezistenţei la forfecare longitudinală paralelăÎn cazul forfecării longitudinale paralele, planul de forfecare şi direcţia de exercitare a sarcinii, sunt paralele cu fibrele lemnului, planul de forfecare putând fi tangenţial sau radial faţă de inelel anuale.

Pentru încercare la forfecare longitudinală paralelă s-au utilizat 15 epruvete de forma şi dimensiunile

Epruvete supuse la forfecare longitudinală paralelăradial şi tangenţial

În vederea ruperii epruvetei s-a aplicat sarcina în continuu şi lent, cu o creştere de 4000 N/min.

Determinarea rezistenţei la forfecare longitudinală perpendicularăÎn cazul forfecării longitudinale perpendiculare planul de forfecare este paralel cu fibrele, iar

direcţia de exercitare a sarcinii este perpendiculară pe direcţia acestora, planul de forfecare şi direcţia forţei putând fi orientate în sens tangenţial sau radial conform Figurii 2.9. (Pescăruş P,

Cismaru M., 1979)

Dimensiunile şi forma epruvetelor supuse la forfecare longitudinală perpendiculară

Determinarea rezistenţei lemnului de păr la despicare

Încercările privind despicarea lemnului de păr au avut la bază STAS 1038-68, şi s-au efectuat cu câte 15 epruvete în direcţie radială şi tangenţială

Forma şi dimensiunile epruvetelor utilizate la

încercări de despicare

Determinarea durităţii Janka a lemnului de păr

Metoda folosită pentru determinarea durităţii Janka este standardizată de STAS 2417 – 68 şi de ISO 3350, şi constă în măsurarea sarcinii care produce pătrunderea în lemn a unui poanson semisferic (D = 11,284 mm), suprafaţa imprimată fiind de 1cm2. Valoarea saricinii măsurate

reprezintă direct valoarea durităţii în Mpa (N/mm2). Pentru determinarea durităţii (H) s-au folosit 20 epruvete (radial, tangenţial şi transversal),

Forma şi dimensiunile epruvetelor folosite pentru

determinarea durităţii Janka

STUDIUL ANATOMIC AL LEMNULUI DE PĂR, MACROSCOPIE ŞI MICROSCOPIE

Cunoaşterea structurii lemnului de păr este importantă atât pentru înţelegerea proprietăţilor fizice, mecanice, termice, electrice şi tehnologice cât şi pentru stabilirea diferitelor tehnologii de

prelucrare a lemnului.

Studiul anatomic al lemnului de păr s-a realizat în laboratorul de microscopie din Facultatea de Industria Lemnului, cu ajutorul microscop optic prin reflexie şi transmisie Tip B5HPT dotat cu

cameră video, iar epruvetele folosite au avut forma şi dimensiunile

Epruvete folosite pentru studiul anatomic

la lemnului de păr

STUDIUL PROCESULUI DE FREZARE ŞI ŞLEFUIRE DIN PUNCT DE VEDERE AL PARAMETRILOR ŞI FACTORILOR DE INFLUENŢĂ REFERITOR LA CALITATEA SUPRAFEŢELOR ŞI CONSUMURILOR

ENERGETICE

CERCETĂRI TEORETICE CU PRIVIRE LA FREZAREA LEMNULUI DE PĂR

Frezarea lemnului reprezintă operaţiunea de prelucrare a lemnului prin care se dă pieselor de lemn dimensiunile şi formele necesare. După această metodă de tăiere lucrează maşinile de îndreptare,

de rindeluire, de tăiat cepuri, maşinile de frezare verticale, (MNF) de sus, de copiere (FAS), etc.

Frezarea este un proces care se regăseşte în orice tehnologie de prelucrare a lemnului.

Pentru a obţine suprafeţe cu un grad scăzut de rugozitate, deci cu un grad ridicat din punct de vedere calitativ şi în acelaşi timp pentru a genera un consum cât se poate de scăzut, toţi factorii

care determină regimul de lucru trebuiesc corelaţi adecvat.

Factorii care determină regimul de lucru în cazul frezării sunt următoarele:

- maşina de frezare cu parametrii ei dinamici şi cinematici: precizia de prelucrare, viteza de aşchiere, viteza de avans, implicit productivitatea de aşchiere.

- freza folosită prin parametrii ei constructivi, material, grad de uzură etc.

- materialul lemnos supus operaţiei de frezare: specia lemnoasă, direcţia de prelucrare, adâncimea de aşchiere şi alte caracteristici cum ar fi: umiditatea.

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND RUGOZITATEA SUPRAFEŢELOR

PRELUCRATE PRIN FREZAREA LEMNULUI DE PĂR

Lemnul de păr utilizat pentru experimente, provenit de la Ocolul Silvic Baraolt sub formă de buşteni (cu diametrul de 430 mm, înălţimea arborii 12 m), a fost debitat în piese de cherestea şi

ulterior supus la procesul de uscare. După care a fost supus operaţiilor de prelucrare primară: retezare, tivire, spintecare şi rindeluire la grosimile cerute în experiment.

Buştenii de păr,debitare în piese de cherestea

S-au debitat epruvete din cherestea de păr cu lungimea de 700 mm pentru prelucrare longitudinală la frezare şi cu următoarele grosimi nete: 20, 25, 30, 35 şi 40 mm.

S-au realizat panouri pentru prelucrare transversală prin înnădire în lăţime, obţinând lăţimea necesară pentru frezare de 700 mm, cu lungimea între 40-110mm pentru aceeaşi gamă de

grosime. Epruvetele au fost prelucrate prin frezare longitudinală şi transversală. Frezarea s-a făcut cu frezele: D60, D80, D100, D120 şi D140 – pentru frezare profilată

Maşina utilizată pentru frezare a fost: o maşină normală de frezat MNF 10 conform a, cu un sistem mecanic de avans ataşabil

Maşina normală de frezat MNF 10 (a), Sistemul mecanic de avans

La motorul maşinii de frezat MNF 10 s-a montat un montaj electronic utilizat pentru înregistrarea puterii consumate la frezarea lemnului de păr

Montajul electronic ataşat maşinii de frezat MNF 10

În urma cercetărilor preliminare s-au stabilit factorii variabili care vor interveni în experimente în intervalul lor de variaţie:

- lăţimea de aşchiere: b (mm)

- viteza de avans: u (m/min)

- adâncimea de aşchiere: h (mm) , în funcţie de direcţia de prelucrare, conform tabelului

Pentru frezarea dreaptă (pe două direcţii de prelucrare: transversal şi longitudinal şi pentru 2 turaţii: n1 = 6624 rot/min şi n2 = 9720 rot/min) s-a utilizat experimentul factorial (Laurenzi, 2000) cu trei factori (viteza de avans, adâncimea de aşchiere şi lăţimea de aşchiere) folosind 20 de epruvete

conform calculelor teoretice Repartiţia factorilor variabili pe epruvete

Epruvetele în lucru şi frezarea lor

Sortarea, etichetarea şi ambalarea lamelelor frezate,în

vederea păstrării lor pentru măsurarea ulterioară a rugozităţii

Pentru măsurarea rugozităţii s-au utilizat lamele debitate în număr de 480 buc. din epruvetele prelucrate prin frezare longitudinală şi transversală dreaptă cu următoarele freze

- freze cu plăcuţe brazate drepte cu diametre de 63, 80 şi 100 mm

- freze cu plăcuţe amovibile cu diametre de 80 şi 100 mm

- freze cu plăcuţe brazate înclinate de 100 mm

Parametrii variabili ai regimului de prelucrare pentru frezarea dreaptă

Rasca Vasile Horia

Anul –IV- Gr2- Sg3- MUSP- Bistrita