Artículo

 

Maquinado de cuatro especies maderables de encino de la Sierra de Juárez, Oaxaca

 

Maching of four timber oak species from Sierra de Jaurez, Oaxaca

 

Rogelio Flores Velázquez¹, Martha Elena Fuentes López¹, Juan Quintanar Olguín¹ y Juan Carlos Tamarit Urías

 

¹CE San Martinito. CIR-Golfo Centro. INIFAP. Correo-e: flores.rogelio@inifap.gob.mx

 

Recibido el 13 de julio de 2010
Aceptado el 12 de febrero de 2013.

 

Resumen

Se determinaron las características de maquinado con base en la norma ASTM D 1666-87 en las operaciones de cepillado, barrenado, moldurado, torneado y lijado de la madera de Quercus crassifolia, Q. laurina, Q. rugosa y Q. scitophylla. En la primera, los mejores resultados se obtuvieron al combinar todos los ángulos de corte probados con la velocidad de alimentación de 7.5 m min^-1, lo cual significa que este factor no influyó notablemente en la calidad de cepillado, y que el número de marcas de cuchilla por centímetro (determinado por la velocidad de alimentación) fue el que la definió. El defecto más frecuente, pero de manera superficial, fue el grano astillado. En el barrenado, moldurado, torneado y lijado, la madera de las cuatro especies analizadas mostró excelentes características de maquinado. En el barrenado y lijado, el defecto más común fue el grano apelusado, mismo que no incidió en la clasificación final, por producirse de modo superficial, debido, en gran medida, a la uniformidad del tamaño de los poros y al hilo recto de la madera, los cuales contrarrestaron la característica de textura gruesa de los taxa estudiados. Por su excelente comportamiento ante las máquinas y herramientas, la madera de los encinos incluidas en el presente trabajo es apropiada para utilizarse en la elaboración de productos terminados con un mayor valor agregado como molduras, lambrines, parquet y muebles.

Palabras clave: Encino, maquinado, Quercus crassifolia Humb. & Bonpl., Quercus laurina Humb. & Bonpl., Quercus rugosa Née, Quercus scitophylla Liebm.

 

Abstract

Machining characteristics in the planing, boring, shaping, turning and sanding operations were assessed in four oak species, Quercus crassifolia, Q. laurina, Q. rugosa and Q. scitophylla. Tests were made according to the ASTM-D 1666-87standard. Best results of planing were obtained by combining al cutting angles tested with 7.5 m min^-1 of feed speed, which means that the cutting angle had no marked influence on planing quality, and that the number of knife marks per inch (which is determined by the feed rate) was the factor that defined the quality that was obtained. The defect that occurred more frequently in this test was chipped grain, but in a superficial way. In boring, shaping, turning and sanding operations of the four species that were studied showed excellent machining characteristics. In boring and sanding the most frequent defect was "fuzzy" grain, which did not influence the final classification as it appeared in a superficial way, due, mainly, to the uniform size of the pores and the straight thread of wood, which counteract the characteristic coarse texture character of the taxa. For their excellent performance in regard to machines and tools, the wood of the four species is suitable to be used in the fabrication of finished products with a higher added value such as frames, wainscot, parquet flooring and furniture.

Key words: Oak, wood machining, Quercus crassifolia Humb. & Bonpl., Quercus laurina Humb. & Bonpl., Quercus rugosa Née, Quercus scitophylla Liebm.

 

Introducción

Las características de maquinado son de gran importancia dentro de las propiedades tecnológicas de la madera, pues determinan la facilidad o dificultad de su procesamiento durante las distintas operaciones de labrado y maquinado; su desconocimiento ha sido una de las causas por las cuales los encinos (Quercus spp.) están subutilizados y no se destinan a la elaboración de productos de mayor valor agregado (Flores et al., 2007).

En México son escasas las investigaciones sobre ese tema, particularmente en especies de madera dura como los encinos, lo cual ocasiona que esta se trabaje de forma similar a las maderas suaves (pino) y, en consecuencia, se reduzca la calidad de su tersura. Ello se debe en esencia a que el equipamiento de la industria nacional no está diseñada para operar maderas duras, lo que dificulta aún más su procesamiento (Flores et al., 2001; Flores et al., 2007). Asi, a pesar de que los encinos son el segundo grupo (solo después de los pinos) más numeroso de especies forestales en los bosques de clima templado-frío, en cuanto a su distribución y abundancia, su aprovechamiento es reducido y su madera se destina principalmente a la producción de celulosa para papel, leña y carbón. De acuerdo con los datos registrados por Semarnat (2012), en 2011 su volumen extraído fue de 523 335 m³r en la república mexicana, que representó 9.5 % de la producción nacional; en el estado de Oaxaca, su valor alcanzó 11 351 m³r.

La necesidad de utilizar los encinos a nivel industrial, mediante la incorporación de un mayor volumen de madera y destinarla para la obtención de productos con un valor agregado más alto requiere de nuevas alternativas de extracción y procesamiento.

En el cepillado de la madera de encino se recomienda emplear un ángulo de corte entre 10 y 20°, en función de su contendo de humedad, y una profundidad de corte de 1/16" (Herrera, 1981; Quiñones y Herrera, 1984; Wengert, 1988; Flores y Fuentes, 1995; Flores y Fuentes 2002; Flores et al., 2002; Flores et al., 2007); con ángulos de corte de 30° es necesario reducir la profundidad de corte a 1/32" y la madera deberá tener un contenido de humedad entre 6 y 10%, con la ventaja de que al utilizar un ángulo de corte más grande, el consumo de energía y el desafilado disminuyen (Wengert, 1988).

La velocidad de alimentación es otra variable significativa en el cepillado de la madera, pues se ha comprobado que mientras se reduce, la calidad de la superficie cepillada se incrementa, ya que el número de marcas de cuchilla por unidad de superficie es mayor; es decir, la cantidad de madera que removerá cada cuchilla al cortar es menor (Herrera, 1981; Torelli, 1982; Quiñones y Herrera, 1984; Flores y Fuentes, 1995; Flores y Fuentes, 2002; Flores et al., 2002; Flores et al., 2007). Con base en lo anterior, la mejor calidad de cepillado en la madera de encino se alcanza mediante la combinación de un ángulo de corte y una velocidad de alimentación reducidos.

En el barrenado, moldurado, torneado y lijado de la madera de Quercus, en general, los resultados son de buenos a excelentes (Herrera, 1981; Torelli, 1982; Quiñones y Herrera, 1984; Flores y Fuentes, 1995; Flores y Fuentes, 2002; Flores et al., 2002; Flores et al., 2007) están fuertemente influenciados por la existencia de hilo irregular ocasionado por nudos. Flores y Fuentes (2002) señalan que el contenido de humedad afecta la calidad del torneado, de ahí que la obtención de mejores resultados corresponda a contenidos superiores a 12%.

Fuentes et al. (1998) indican que Q. affinis Scheidw y Q. crassifolia Humb. & Bonpl. muestran un comportamiento excelente en el maquinado porque las maderas con hilo recto y densidad alta tienen un acabado más terso que las ligeras; sin embargo, presentan una mayor remoción de sustancia madera, por tanto, requieren una cantidad más elevada de energía en su procesamiento y causan un rápido desafilado de las herramientas de corte.

Los objetivos de este estudio fueron determinar las características de maquinado en las operaciones de cepillado, barrenado, moldurado, torneado y lijado de la madera de Quercus crassifolia, Q. laurina Humb. & Bonpl., Q. rugosa Née y Q. scitophylla Liebm.; evaluar el efecto de cuatro ángulos de corte combinados con dos velocidades de alimentación en la calidad de cepillado, y evaluar la influencia de dos contenidos de humedad en el torneado.

 

Materiales Y Métodos

El número y especificaciones de las probetas de ensayo responden a lo establecido en la norma ASTM D 1666-87, excepto en que se obtuvieron al sanear tablas de diferentes dimensiones (Figura 1), en lugar de utilizar tablas limpias con medidas fijas de 25 x 12.5 x 122 cm (1" x 5" x 4"), ya que a partir del material disponible no se podían obtener tablas con estas dimensiones libres de defectos.

Figura 1. Obtención de probetas de ensayo.
Figure 1. Extraction of the wooden assay test pieces.

Las tablas para la obtención de las probetas se seleccionaron de un lote de madera aserrada cuyos contenidos de humedad promedio fueron 11% en Q. crassifolia y Q. rugosa, 10.9% en Q. laurina y 11.1% en Q. scitophylla. Respecto al ensayo de torneado, se acondicionaron 50 probetas por especie con un contenido de humedad promedio de 16.1% en Q. crassifolia y Q. rugosa, 16% en Q. laurina y 15.9% en Q. scitophylla, y se procuró que no tuvieran defectos (Figura 2) como rajaduras, nudos e incrustaciones de corteza. Esto se realizó para que al evaluar la calidad de los ensayos, los resultados se atribuyeran a las máquinas, herramientas, condiciones de trabajo o variables de estudio, y no a los defectos de la madera.

Figura 2. Elaboración de probetas de ensayo.
Figure 2. Manufacturing of wooden assay test pieces.

En el caso del cepillado se utilizó una velocidad de giro del cabezal portacuchillas de 5 500 rpm y dos de alimentación: 13 y 7.5 m min^-1 para obtener 16.9 y 29.3 marcas de cuchilla por centímetro, respectivamente; en combinación con cuatro ángulos de corte: 15, 20, 25 y 30 grados; en el de barrenado se probaron dos velocdades de giro del cabezal: 1 300 y 2 500 rpm; en el moldurado se aplicó una velocidad de giro del cabezal porta-herramientas de 8 000 rpm, con la cual se alcanzó una velocidad de corte de 63 m s^-1, y en el de lijado, se sustituyó la lijadora de tambor de dos cabezales especificada en la norma por una banda con velocidad de alimentación promedio de 6.5 m min^-1, con una mínima de 6.365 y máxima de 6.7 m min^-1, lo cual ejerció una presión constante sobre el cojín opresor de 4.573 kg. Las lijas fueron de grano 80 y 100 de granate.

La evaluación de ensayos se efectuó como lo determina la Norma ASTM D 1666-87 (ASTM, 1992), que se basa en el examen visual de las probetas, a fin de analizar la presencia y severdad de los defectos de grano astillado, grano apelusado (Figura 3), grano levantado, marcas de astilla, grano rasgado, grano comprimdo y rayones. Las probetas se clasificaron en cinco categorías de acuerdo a lo establecido en el Cuadro 1.

Figura 3. Defectos de grano: (a) apelusado y (b) astillado.
Figure 3. Defects of grain (a) fuzzied and (b) splintered grain.

Hacer clic para agrandar

En la evaluación de la calidad de maquinado de la madera se consideró la suma del porcentaje de piezas excelentes (E) y buenas (B), según la clasificación mostrada en el Cuadro 2. En el ensayo de torneado también se incluyó el porcentaje de probetas clasificadas como regulares, de acuerdo con la norma antes citada.

Cuadro 2. Clasificación de la calidad de maquinado en función del porcentaje de piezas excelentes.
Table 2. Classification of machining quality in terms of the percentage of excellent pieces.

Resultados y Discusión

Para Quercus crassifolia, los mejores resultados se produjeron al combinar todos los ángulos de corte con la velocidad de alimentación de 7.5 m min^-1; por lo tanto, esa variable no incidió en la calidad de cepillado; en cambio el número de marcas de cuchilla por centímetro (determinado por la velocidad de alimentación) fue el factor definitorio de la calidad lograda. Cabe señalar que solo cuando se utilizó un ángulo de 25° y una velocidad de alimentación de 13 m min^-1 se tuvo una buena clasificación, pero apenas por debajo del porcentaje de probetas excelentes + buenas requeridas para clasificarse en la categoría de excelente (Cuadro 3).

Hacer clic para agrandar

El defecto más usual fue el grano astillado; sin embargo, se observó en un número de probetas muy reducido y en forma superficial, pese a su porosidad circular, debido a que la uniformidad del tamaño de los poros y el hilo recto de la madera de esta especie contrarrestan su presencia, y la hacen apropiada para el maquinado (Davis, 1962).

Estos resultados coinciden con los demostrados para Q. crassifolia por Flores y Fuentes (1998) y Flores (1990), quienes señalaron que con mayor número de marcas de cuchilla por centímetro se obtiene una calidad superior de cepillado; no obstante, en el estudio que se documenta el ángulo de corte no fue determinante.

La madera de Q. laurina, en general se clasificó como excelente para todas las variables de estudio (Cuadro 4). Aunque la combinación de los ángulos de corte de 15, 20, 25 y 30 grados y la velocidad de alimentación de 7.5 m min^-1 fue la mejor, lo cual significa que el ángulo de corte tampoco influyó notablemente en la calidad de cepillado a diferencia del número de marcas de cuchilla por centímetro. Lo anterior es atribuible a las características y propiedades de la madera de Q. laurina, como su alta densidad y dureza, y su hilo recto, que la hacen apropiada para un excelente maquinado. Respecto a la misma especie, los resultados producidos concuerdan con los referidos por Flores y Fuentes (2002) y Flores et al. (2007), quienes puntualizaron que el número de marcas de cuchilla por centímetro es determinante en la calidad de cepillado.

Hacer clic para agrandar

Para Q. rugosa con todos los ángulos de corte, en combinación con una velocidad de alimentación de 7.5 m min^-1, los resultados fueron mejores que los alcanzados mediante la conjunción de los mismos ángulos de corte con una velocidad de alimentación de 13 m min^-1, con los que, aun cuando se obtiene una clasificación de excelente para el cepillado con los ángulos de 15, 20 y 25 grados, el porcentaje de probetas excelentes + buenas es menor; en tanto, con el ángulo de 30 grados, la clasificación es solo buena, por lo cual, a semejanza de los casos anteriores, se puede apreciar la influencia del número de marcas de cuchilla por centímetro, incluso en ausencia de un cambio drástico de categoría (Cuadro 5).

Hacer clic para agrandar

El defecto más frecuente fue el grano astillado, que aunque se manifestó, estuvo presente en un número reducido de probetas y de manera superficial, lo que es atribuible a las características y propiedades de la madera de la especie: su densidad, de 0.72 g cm^-3 (Honorato y Fuentes, 2001) y dureza alta, y su hilo recto, que la tornan apropiada para el maquinado.

En cuanto a Q. rugosa, los resultados logrados coinciden con los asentados por Flores (1991), autor que obtuvo una menor calidad con un mayor ángulo de corte (30 grados).

En relación con la madera de Q. scitophylla, la calidad de cepillado resultó excelente. Tanto el ángulo de corte como la velocidad de alimentación carecen de influencia; sin embargo, el mayor porcentaje de piezas con clasificación excelente y buena se consiguió con una velocidad de alimentación de 7.5 m min^-1 (Cuadro 6).

Hacer clic para agrandar

Estos resultados sobresalientes se explican, en gran medida, por la alta dureza de su madera, cuya consecuencia es la reducción de la presencia de grano astillado, lo cual se ajusta a lo especificado por Davis (1962).

Por otro lado, algunas de las características anatómicas de la madera de Q. scitophylla, como es su hilo recto y porosidad difusa con poros poco numerosos, de contorno oval y circular, de diámetro tangencial mediano uniforme, la hacen apropiada para un buen maquinado (Davis, 1962).

El análisis del ángulo de corte y número de marcas de cuchilla por centímetro en el cepillado de la madera de las cuatro especies estudiadas demuestran que los mejores resultados se producen al combinar un ángulo de corte pequeño con una baja velocidad de alimentación. El efecto de esta última es mayor, pues en las cuatro especies es clara la influencia del número de marcas de cuchilla por centímetro.

En el barrenado, el excelente resultado obtenido para las cuatro especies (Cuadro 7) se puede atribuir a su dureza, densidad e hilo recto, los cuales contrarrestaron la presencia de grano comprimido, defecto más común en este ensayo; el grano apelusado se presentó con poca severidad, sin influir en la calidad de la superficie de la perforación. La calidad del barrenado mejoró cuando la velocidad de penetración disminuyó al inicio del contacto entre la broca y la madera, y después se aumentó para reducirla nuevamente al final de la operación.

Hacer clic para agrandar

Para Q. crassifolia, los resultados coinciden con los mostrados por Flores y Fuentes (1998) y Flores (1990), quienes no observaron influencia de la velocidad de giro del portabrocas con las mismas velocidades de rotación que las probadas en el presente trabajo (Cuadro 7). Para Q. laurina se difiere en los clasificados como buenos por Flores (1991; mientras que para Q. rugosa, se concuerda con los resultados excelentes consignados por dicho autor.

En el ensayo de moldurado se produjeron resultados excelentes que se pueden explicar en función de las dimensiones reducidas de las probetas, lo cual evitó que se manifestara el hilo irregular asociado con la existencia de nudos, cuya consecuencia es la presencia severa del grano astillado, defecto suscitado principalmente al cambiar el corte de la dirección transversal a la longitudinal. Por otra parte, el grano apelusado fue superficial y no incidió de manera negativa en la calidad, pues resultó más fuerte en el corte final de Q. laurina y Q. scitophylla que, pese a ello, tuvieron una calidad excelente de moldurado (Cuadro 8). Lo anterior, también se pueden adjudicar a la velocidad de giro (8 000 rpm), que implica una velocidad de corte de 628 m seg^-1 del cabezal porta-herramientas; ello contribuye a que el espesor de corte sea reducido, que en combinación con las características anatómicas y propiedades físico-mecánicas de la madera de las especies estudiadas determina que los resultados sean buenos

Hacer clic para agrandar

En el ensayo de torneado, el contenido de humedad no exhibió un efecto determinante en la calidad de la superficie torneada, ya que en todas las especies los resultados fueron excelentes (Cuadro 9), situación que no concuerda con lo señalado por Flores (1990), quien mencionó que el contenido de humedad afectó la calidad del torneado. Para este ensayo, la clasificación similar con ambos contenidos de humedad se puede deber a que éstos fueron elevados: en promedio de 11 y 16%. A pesar de que con ambos contenidos de humedad se logró un excelente torneado, con el menor contenido el defecto más frecuente fue el grano astillado; en tanto que, con el mayor fue el grano apelusado, que es más fácil de eliminar.

Hacer clic para agrandar

El hilo recto y la dureza alta contrarrestaron la presencia del defecto de rayones en las cuatro especies y permitió obtener resultados excelentes en la prueba de lijado (Cuadro 10), en la que surgió como defecto más frecuente el grano apelusado, aunque en un número de probetas muy reducido por especie y de forma muy superficial. Lo cual coincide con lo registrado para Q. crassifolia, Q. laurina y Q. rugosa por Flores y Fuentes (1998), Flores (1990) y Flores (1991).

Hacer clic para agrandar

 

Conclusiones

La mejor calidad de superficie de la madera en el cepillado se consiguió cuando se utilizó un número mayor de marcas de cuchilla por centímetro, lo cual implica una menor velocidad de alimentación. En cambio, el ángulo de corte no manifestó efecto alguno. La presencia de hilo irregular, por el contrario, afectó de manera negativa la calidad de la superficie cepillada.

La madera de las cuatro especies estudiadas mostró excelentes características de maquinado en las operaciones de torneado, taladrado, moldurado y lijado. La calidad de torneado no fue afectada por los dos contenidos de humedad probados.

Debido a su excelente comportamiento ante las máquinas y herramientas, la madera de las cuatro especies es apropiada para emplearse en la industria maderera para la elaboración de productos terminados con un mayor valor agregado: molduras, lambrines, parquet y muebles.

 

Referencias

American Society for Testing and Materials (ASTM). 1992. Annual book of ASTM standards. Construction section 04 wood. ASTM-D1666-87 Standard methods for conductng machning test of wood and wood-base materials. Philadelphia, PA USA. pp. 260-279.         [ Links ]

Davis, E. M. 1962. Machining related characteristics of United States hardwoods. Tech. Bul. No. 1267. Washington, DC USA. 68 p.         [ Links ]

Flores G., E. 1991. Características de maquinado y comparación de dos aleaciones de acero de las cuchillas en el cepillado en tres especies de encino del estado de Guanajuato. Tesis Profesional. División de Ciencias Forestales. Universidad Autónoma Chapingo. Texcoco, Edo. de Méx. México. 49 p.         [ Links ]

Flores V., R. 1990. Características de maquinado de cuatro especies maderables de encino del estado de Puebla. Tesis Profesional. División de Ciencias Forestales. Universidad Autónoma Chapingo. Texcoco, Edo. de Méx. México. 65 p.         [ Links ]

Flores V., R. y M. E. Fuentes L. 1995. Características de maquinado de Quercus affinis, Q. crassifolia, Q. glabrescens y Q. mexicana. Folleto Científico No. 1. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Tlahuapan, Puebla. México. 14 p.         [ Links ]

Flores V., R. y M. E. Fuentes L. 1998. Estudio de maquinado de dos especies de encino (Quercus affinis y Quercus crassifolia) del estado de Guanajuato. In: Memoria de resúmenes del II Congreso Mexicano de Tecnología de Productos Forestales. Morelia, Mich. México. p. 23.         [ Links ]

Flores V., R., M. E. Fuentes L. y J. Quintanar O. 2001. Desafilado de sierras banda en el aserrío de encinos. Cien. For. en Méx. 26 (901:55-7).         [ Links ]

Flores V., R. y M. E. Fuentes L. 2002. Maquinado de la madera. In: Quintanar O., J. (ed.). Características, propiedades y procesos de transformación de la madera de los encinos de México. INIFAP-CIRCE. C. E. San Martinito. Tlahuapan, Puebla. México. Libro Técnico No. 2. pp. 178-195.         [ Links ]

Flores V., R., M. E. Fuentes L. y J. Quintanar O. 2002. Maquinado de dos especies de encino (Quercus affinis, y Q. crassifolia) del estado de Guanajuato. Cien. For. en Méx. 27(91): 55-65.         [ Links ]

Flores V., R., V. Rangel P., J. Quintanar O., M. E. Fuentes L. y L. Vázquez S. 2007. Calidad de maquinado de la madera de Quercus affinis y Quercus laurina. Revista Chapingo. Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 13(1): 41-46.         [ Links ]

Fuentes L., M. E., J. Ouintanar O. y R. Flores V. 1998. Influencia de las propiedades físicas y mecánicas en el maquinado de dos especies de encino. In: Memoria de resúmenes del II Congreso Mexicano de Tecnología de Productos Forestales. Morelia, Mich. México. pp. 25.         [ Links ]

Herrera B., A. 1981. Avance en la determinación de las características de maquinado de cinco especies de encino que vegetan en México. Rev. Cien. For. en Méx. 6 (34):45-63.         [ Links ]

Honorato S., J. A. y M. E. Fuentes L. 2001.Propiedades físico-mecánicas de la madera de cinco especies de encino del estado de Guanajuato. Rev. Cien. For. en Méx. 26 (90):5-28.         [ Links ]

Quiñones O., J. y A. Herrera B. 1984. Potencialidad y utilización de los encinos en el norte del país. Rev. Cien. For. en Méx. 52 (9):3-10.         [ Links ]

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat). 2012. Anuario estadístico de la producción forestal 2011. Subsecretaría de Gestión para la Protección Ambiental. Dirección General de Gestión Forestal y de Suelos. México, D. F. México. 222 p.         [ Links ]

Torelli, N. 1982. Estudio promocional de 43 especies forestales tropicales mexicanas. Programa de Cooperación Científica y Técnica México-Yugoslavia. SARH. SFF. UEK. Tlahuapan, Puebla. México. 73 p.         [ Links ]

Wengert, E. M. 1988. The wood's doctor RX. Department of Forest Ptoducts. Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg, VA. USA. 378 p.         [ Links ]