Análisis de rugosidad superficial en maquinado por router CNC, comparando tableros de partículas y tableros MDF

Resumen. - El sector industrial del mueble de madera utiliza tableros de particulas y tableros de fibras de densidad media (MDF), como insumos importantes para la fabricacion de mobiliarios, esto por sus dimensiones, caracteristicas, propiedades y costo. Uno de los procesos de manufactura dentro de la fabricacion de muebles, es el proceso de fresado en donde se realizan los procesos de barrenado, vaciado, grabado y corte. Todos estos procesos se pueden realizar en equipos de control numerico como el router CNC, que permiten un control en la calidad de las piezas maquinadas. Estos equipos a diferencia de los procesos convencionales, permiten la variacion de los parametros del maquinado y dan como resultado una superficie: consecuencia del proceso de maquinado, el tipo de material y la herramienta de corte. La evaluacion de la superficie puede ser cualitativa en relacion a su apariencia y defectos, pero es necesario su definicion cuantitativa por medio de la rugosidad superficial, lo que permite el analisis de la calidad del proceso. La densidad de los tableros de particulas, esta entre 680 a 800 kg/m 3 (ANSI A208.1, 2002),  en donde las particulas de madera, al conformar el tablero incrementan su densidad en el proceso de prensado,  logrando un contacto total entre particula y particula (Thoemen, Irle y Sernek, 2010). Los tableros MDF estan entre 500 y 1000 kg/m 3 (ANSI A208.2, 2002). Ante las diferencias entre los tableros, es importante identificar la calidad del proceso de corte, en la superficie del tablero. De manera microscopica la superficie presenta irregularidades e imperfecciones, con relacion a la superficie nominal (Groover, 2007). La rugosidad superficial en la madera es una propiedad importante que influye en el proceso posteriores al maquinado: pegado, lijado, aplicacion de los recubrimientos, terminados y la durabilidad (Klaus et al., 1995; Taylor et al., 1999). Los estudios sobre los aspectos de la rugosidad superficial en los tableros se han realizado en diferentes procesos y variables. Los parametros de corte como son la velocidad del husillo, la velocidad de corte y la velocidad de avance, influyen en el fresado de los tableros, indican una correlacion con la rugosidad superficial (Davim et al., 2009, Sutcu & Karagoz, 2012, Wilkowski et al., 2015, De Deus et al., 2015, Koc et al., 2017, Deus et al., 2018). El objetivo de esta investigacion es evaluar la rugosidad superficial en el maquinado por router CNC comparando tableros de particulas y tableros MDF, caracterizando el proceso de vaciado en tableros comerciales en Mexico, para establecer los parametros de corte que generen el valor mas bajo de rugosidad superficial. En los ultimos anos se ha incrementado la investigacion de la rugosidad superficial en tableros, es importante mencionar que estos productos derivados de la madera se encuentran en un constante cambio y evolucion, al modificar su composicion: el tipo de particulas o fibras, resinas aglutinantes, capas que lo conforman y procesos de prensado. Por lo que el conocer la influencia de los parametros de maquinado en la calidad superficial a obtener, permite a la industria identificar la rugosidad ideal para los procesos subsecuentes; de lijado, ensamble, pegado o recubrimientos, de manera que se garantice la calidad y durabilidad de los productos fabricados. Se presenta el experimento en dos tipos de tableros comerciales, teniendo como indicador de la calidad del maquinado, la variable dependiente de la rugosidad superficial en el plano horizontal del corte, con la rugosidad media aritmetica Ra . Las variables independientes son la velocidad de avance, velocidad del husillo y tipo de tablero. El analisis estadistico fue por medio de un diseno factorial completo, de tres niveles, con tres replicas. Revisando la significancia de cada factor y los efectos de interaccion por medio de un analisis de la varianza. La herramienta de corte utilizada es de geometria recta, de dos filos, de 6.35 mm de diametro, 12.7 mm de largo del corte y de carburo solido H. El proceso de maquinado se realizo por medio de un router CNC, marca Techno LS Series 4896. La rugosidad superficial fue medida por medio de un perfilometro marca Mitutoyo modelo SJ-210. Con un rango de medicion del eje Z de -200 µm a +160 µm, dentro del eje X 5.6 mm y una resolucion de 25 µm a 0.0002 µm. Un radio de aguja de 5 µm. Las mediciones fueron con base en el estandar ISO 469 (1997), filtro Gaussiano, longitud total de medicion Lm = 12 mm, con un modulo de medicion λc=0.8mm (Cut-off) y λs =2.5µm. Los resultados demostraron una influencia directa de las condiciones de corte y tipo de material, la diferencia entre los dos tipos de tableros, una mejor calidad en los tableros de fibras de densidad media y una mayor dificultad en la medicion de la rugosidad superficial en los tableros de particulas, definiendo parametros mas especificos para el maquinado de un vaciado. Este resultado confirma que los tableros de particulas, por sus caracteristicas de materia prima, es un material con una porosidad que queda fuera de rango del perfilometro y confirma la ausencia en la literatura sobre investigaciones de rugosidad superficial en tableros de particulas. Los parametros de corte que permiten obtener una rugosidad mas baja en los tableros de particulas, son la velocidad del husillo a 12000 rpm, con una velocidad de avance de 2 m/min, logrando obtener una rugosidad superficial de 16 a 21 µm. Los resultados en los tableros MDF se encuentran por arriba de los parametros reportados por Koc et al., (2017) que indican rugosidad superficial en MDF de 4.6 µm a una velocidad de avance de 8 m/min y una velocidad de rotacion de 12000 rpm. Pero coinciden con los rangos recomendados para tener una buena calidad en el proceso de maquinado de 16 µm. (Kminiak & Sustek, 2016). La rugosidad superficial es un buen indicador de la calidad de un proceso de maquinado. Se identifica que el tipo de tablero y la velocidad de avance son variables altamente significativas en la variable independiente de la rugosidad superficial, al igual que la velocidad de rotacion, que tambien presento un efecto en la rugosidad superficial. Los parametros de corte dentro de los tableros comerciales en Mexico, coinciden con investigaciones de otros paises, en donde uno de los elementos mas importantes es la relacion entre la velocidad de avance y la densidad del tablero. Como trabajo a futuro, es necesario definir los diferentes niveles de rugosidad superficial que se requieren en los procesos subsecuentes para recubrimientos, uniones por adhesivos, ensambles, cubrecantos, proceso de lijado y de terminados. Esta informacion debe incidir en los procesos de manufactura de la industria del mueble.