Il vuoto nella lavorazione del legno - Parte 1
La tecnologia del vuoto è onnipresente nell'industria della lavorazione del legno. Le possibilità di utilizzo del vuoto sono molto versatili.
Ma l'argomento del vuoto è spesso sconosciuto per molti lavoratori del legno e falegnami, per non dire che si tratta di un argomento stranamente scomodo. Desideriamo condividere alcune informazioni utili in questa e nelle prossime tre edizioni per spiegare i diversi tipi di generazione di vuoto, i loro vantaggi e svantaggi e, non da ultimo, evidenziare il problema dell'efficienza economica. Oggi inizieremo con alcune riflessioni di base sul vuoto.
La tecnologia del vuoto è onnipresente nell'industria della lavorazione del legno.
Che cos'è in realtà il vuoto?
Nella lavorazione del legno il vuoto è usato principalmente per:- Bloccaggio su router CNC
- Trattenimento e trasporto di materiali in pannelli e pezzi lavorati con impianto di trasporto
- Laminatura e impiallacciatura
Nei processi di lavorazione del legno, il vuoto è usato per:
- Essiccazione di legname segato e da costruzione e
- Impregnazione del legno
Trattenimento e sollevamento di pezzi di legno
Il vuoto viene spesso utilizzato per il bloccaggio con il vuoto su router CNC e altre apparecchiature di lavorazione. Qui, la forza di tenuta del vuoto viene utilizzata per fissare in modo rapido e sicuro i vari materiali dei pannelli o le parti in legno massiccio durante la lavorazione del legno, senza lasciare segni di compressione. Anche gli impianti di trasporto e i robot di assemblaggio spesso ricavano la propria forza di tenuta dal vuoto.
Il vuoto viene spesso utilizzato per il bloccaggio con il vuoto su router CNC e altre apparecchiature di lavorazione.
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Fig. 1: Pressione atmosferica in funzione dell'altitudine. Fonte: Busch Vacuum Solutions.
L'unità di misura più comune della pressione per il vuoto è il millibar (mbar), sebbene secondo le norme questo campo di pressione sia indicato in Pascal (Pa). Nella tecnologia del vuoto, assumiamo pressioni assolute che iniziano teoricamente a 0 mbar e terminano a 1.000 mbar (= pressione atmosferica). In particolare, nell'industria della lavorazione del legno vengono ancora spesso utilizzati i bar, bar negativi (-bar) o l'indicazione della pressione in percentuale (%) (Fig. 2).
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Fig. 2: Unità di pressione standard utilizzate per il vuoto. Fonte: Busch Vacuum Solutions.
Forze nel bloccaggio con il vuoto
Il pezzo lavorato bloccato resterà fisso? Il vuoto è sufficiente o le prestazioni della pompa per vuoto sono sufficienti? Queste sono le domande che tutti si pongono, al più tardi quando l'utensile rotante si avvicina al pezzo lavorato bloccato. Dal punto di vista puramente teorico, la pressione tra il pezzo da lavorare e il tavolo di lavorazione, la superficie di supporto o la ventosa viene ridotta durante il bloccaggio mediante l'aspirazione dell'aria e la generazione di vuoto. La pressione atmosferica è ora più alta e comprime il pezzo lavorato sulla tavola di lavorazione, "bloccandolo". La pressione fisica è definita come una forza che agisce su un'area specifica. La pressione è quindi una funzione di forza e area (Fig. 3).
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Fig. 3: La pressione è la forza che agisce su un'area definita. Fonte: Busch Vacuum Solutions.
In pratica questo significa: più grande è il pezzo lavorato supportato, maggiore è la forza di tenuta. Un esempio aiuta a spiegare meglio questo concetto:
Un pannello di legno massiccio viene posizionato sulla griglia del tavolo del router CNC per la lavorazione, e una guarnizione viene creata con una guarnizione di gomma che si adatta alle dimensioni del pannello (Fig. 4). Una pompa per vuoto estrae l'aria tra il pannello di legno e la tabella all'interno dell'area tenuta.
Un pannello di legno massiccio viene posizionato sulla griglia del tavolo del router CNC per la lavorazione, e una guarnizione viene creata con una guarnizione di gomma che si adatta alle dimensioni del pannello (Fig. 4). Una pompa per vuoto estrae l'aria tra il pannello di legno e la tabella all'interno dell'area tenuta.
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Fig. 4: La curva della capacità di aspirazione mostra il rapporto tra capacità di aspirazione e pressione assoluta nominale. Fonte: Busch Vacuum Solutions.
Calcolo: Pressione atmosferica: 1.000 mbar Sottopressione della pompa per vuoto (pressione di esercizio): 200 mbar Dimensioni del pannello di legno: 1.000 x 500 mm
Pressione differenziale: 1.000 mbar – 200 mbar = 800 mbar = 80.000 Pa [N/m2]
Ripiano d'appoggio = superficie di bloccaggio 1.000 x 500 mm = 500.000 mm2 = 0,5 m2
Forza di tenuta F = p x A F = 80.000 N/m2 x 0,5 m2 =
40.000 N = 4.000 kg
40.000 N = 4.000 kg
Ciò significa che il pannello di legno massiccio ha una superficie di 0,5 m2 viene trattenuto dal vuoto con una forza di tenuta di 40.000 N, che in teoria corrisponde alla pressione esercitata dal pannello sulla tavola di lavorazione pari a un peso di 4 tonnellate. Se, nelle stesse condizioni, venisse bloccato un pannello di legno massiccio da 150 x 150 mm, la forza di tenuta sarebbe F = 80.000 N/m2 x 0,0225 m2 = 1.800 N = 180 kg.
Ora la domanda è quanto deve essere potente la forza di tenuta verticale del vuoto per bloccare in modo sicuro un pezzo lavorato. I calcoli esemplificativi mostrano che la forza di tenuta per i materiali di pannelli di grande superficie può essere valutata in modo meno critico rispetto a pezzi di legno più piccoli o materiali che sono permeabili all'aria o hanno superfici irregolari che causano perdite. In pratica, è difficile determinare la forza di tenuta necessaria, poiché occorre prendere in considerazione diversi fattori come i fattori operativi o di bloccaggio, le velocità e le direzioni di taglio e avanzamento, i materiali e la resistenza all'attrito, quindi normalmente si utilizzano regole generali.
Ora la domanda è quanto deve essere potente la forza di tenuta verticale del vuoto per bloccare in modo sicuro un pezzo lavorato. I calcoli esemplificativi mostrano che la forza di tenuta per i materiali di pannelli di grande superficie può essere valutata in modo meno critico rispetto a pezzi di legno più piccoli o materiali che sono permeabili all'aria o hanno superfici irregolari che causano perdite. In pratica, è difficile determinare la forza di tenuta necessaria, poiché occorre prendere in considerazione diversi fattori come i fattori operativi o di bloccaggio, le velocità e le direzioni di taglio e avanzamento, i materiali e la resistenza all'attrito, quindi normalmente si utilizzano regole generali.
Varie possibilità di bloccaggio con il vuoto
In linea di massima si distingue tra tre possibili procedure di bloccaggio con il vuoto: - tabella
- metodo di nesting (tecnologia di aspirazione)
- sistema a console con blocchi di aspirazione
Parametri della tecnologia del vuoto
In linea di principio, sono tre i parametri da considerare quando si deve scegliere la tecnologia del vuoto più adatta. Pressione assoluta nominale
La pressione assoluta nominale indica il livello di vuoto massimo raggiungibile della pompa per vuoto o la depressione minima. Capacità di aspirazione
Si intende il volume d'aria che una pompa per vuoto è in grado di estrarre in un determinato periodo di tempo. La capacità di aspirazione è influenzata dalla geometria (volume) della pompa per vuoto e dalla sua velocità. Maggiore è la capacità di aspirazione, più veloce è l'estrazione dell'aria e più veloce è il raggiungimento della pressione assoluta nominale. Capacità di aspirazione elevate aiutano a compensare le perdite, ad esempio quando si utilizza il metodo di nesting. Consumo energetico
Le pompe per vuoto meccaniche sono solitamente azionate da un motore elettrico. A seconda del principio di costruzione e del fattore di efficienza, le pompe per vuoto consumano quantità di energia differenti.
Per ottenere la massima efficienza energetica possibile, è importante scegliere una pompa per vuoto che produca le prestazioni necessarie in termini di pressione assoluta nominale e capacità di aspirazione e che, al contempo, abbia i più bassi requisiti energetici possibili.
Tutti e tre i parametri sono interdipendenti. In primo luogo, la capacità di aspirazione diminuisce man mano che la pompa per vuoto si avvicina al raggiungimento della pressione assoluta nominale (Fig. 4). In secondo luogo, i requisiti energetici di una pompa per vuoto sono più bassi in un determinato punto di esercizio. Chi non è esperto può avere difficoltà a progettare la generazione di vuoto perfetta, pertanto consigliamo sempre di consultare uno specialista del vuoto.
Nella seconda parte della nostra serie "Il vuoto nella lavorazione del legno" esamineremo più da vicino i diversi tipi di generazione di vuoto.