Qual é o ângulo espiral e como escolhê-lo na usinagem?

Ângulo de hélice

Existem muitos fatores que afetam a qualidade e o desempenho de um aplicativo de edição. O ângulo espiral é frequentemente esquecido. É uma característica geométrica simples em fresas de topo em espiral e outras ferramentas de corte. Este fator pode afetar o controle de cavacos, vibração, requisitos de energia, etc.

Neste artigo discutiremos o que é uma hélice no contexto da usinagem, suas vantagens e desvantagens e quais soluções de ângulo de hélice são ideais para suas aplicações.

O que é uma hélice?

Uma hélice, simplificando, é uma curva 3D suave que gira em torno de um eixo linear. Pode ser melhor imaginada como uma mola helicoidal, cujas espirais formam uma curva helicoidal.

O que é Hélice?

Principais características geométricas de uma hélice

Quatro características principais de uma hélice definem completamente sua forma:

Eixo central: Conforme explicado acima, uma hélice está sempre centrada em um eixo. Fornece uma referência para localizar e alinhar a hélice em um espaço 3D.

Ângulo de hélice: Como pode ser visto na figura, as bobinas da mola formam um ângulo com o eixo, que é chamado de ângulo da hélice.

tom: A distância entre duas voltas consecutivas da espiral é o seu passo. Um passo maior significa uma espiral “mais longa”. Este é um valor importante ao projetar diferentes tipos de roscas porque o seu movimento linear está ligado ao movimento rotacional.

Número de trens: Este é um parâmetro importante na definição do comprimento total de uma curva espiral. Quanto mais voltas, mais longa será a espiral.

Qual é o ângulo da hélice nas ferramentas de corte?

Várias ferramentas de corte possuem ranhuras em espiral (arestas de corte). As mais comuns são fresas de topo helicoidais e brocas helicoidais. A imagem abaixo mostra a espiral de uma ferramenta de corte. A mesma lógica explicada acima se aplica aqui – o ângulo das arestas de corte corresponde ao ângulo espiral da ferramenta.

Ângulo espiral na ferramenta de corte

O ângulo de hélice das fresas de topo varia entre 12° e 60° dependendo da aplicação. No entanto, um ângulo de 30° a 40° é geralmente recomendado para a maioria dos trabalhos. Esta área oferece um bom equilíbrio entre todos os fatores envolvidos.

Pequenas variações neste ângulo podem alterar o desempenho de uma ferramenta de corte. Portanto, os engenheiros e operadores de produção precisam estar cientes dos vários impactos. Vamos examinar detalhadamente como diferentes ângulos de hélice afetam o desempenho da usinagem.

Ferramenta de corte com ângulo de hélice alto versus ferramenta de corte com ângulo de hélice baixo: Quais são as diferenças?

O ângulo espiral pode ser rápido (alto) ou lento (baixo). Em geral, os especialistas acreditam que a transição da espiral baixa para a espiral alta é de cerca de 40°. Influencia fatores importantes como forças de corte, taxa de remoção de material, qualidade da superfície e evacuação de cavacos.

Ângulos espirais para diferentes aplicações

Ferramentas com alto ângulo de hélice

Uma fresa com grande ângulo de hélice é excelente para usinagem com alto avanço, melhor acabamento superficial e melhor desempenho térmico.

Seus dentes bem inclinados penetram gradualmente no corte. Isto também faz com que as forças sobre a ferramenta aumentem gradualmente, prolongando a sua vida útil. Além disso, devido à sua inclinação, várias ranhuras estão no corte ao mesmo tempo, o que reduz ainda mais a carga nas ranhuras individuais.

A espiral redireciona parte da força radial para o eixo Z da máquina CNC. Como a ferramenta é mantida rigidamente nesta direção pelo porta-ferramenta e pelo fuso, isso tem um efeito positivo na vida útil da ferramenta e na tolerância de usinagem. Devido a esta força radial reduzida, a ferramenta pode cortar com taxas de avanço mais altas. A baixa força radial também reduz as deflexões da ferramenta e melhora o acabamento superficial.

Quando se trata de remoção de cavacos, uma ferramenta espiral íngreme funciona muito bem. A força no eixo Z (força axial) empurra os cavacos para fora da zona de corte, semelhante a uma broca ou macho. Isso é bom para dissipação de calor e reduz o acúmulo de material. No entanto, a mesma força pode por vezes puxar a peça para cima, perturbando a sua fixação. No entanto, isso pode ser evitado se for fixado corretamente.

Ferramentas com ângulo de hélice baixo

Os cortadores espirais de baixo ângulo de hélice têm suas próprias vantagens. Eles têm núcleos fortes e arestas de corte, permitindo-lhes suportar cargas mais elevadas. Se o objetivo for uma alta taxa de remoção de material, essas ferramentas são preferíveis porque escavam cavacos maiores e contínuos. Eles também são mais adequados para materiais duros.

Contudo, a desvantagem de tais ferramentas é que o usuário tem que comprometer a qualidade da superfície com fresas de hélice baixa.

Como você escolhe o ângulo espiral para sua aplicação?

Um engenheiro/maquinista experiente saberá quais ferramentas são mais adequadas para sua aplicação específica. O ângulo da espiral deve ser uma consideração importante ao selecionar uma ferramenta para um trabalho.

Destacaremos algumas situações em que conhecer o ângulo da hélice pode auxiliar na tomada de decisão.

Ferramentas de ângulo de hélice

1. Requisitos de produtividade

Os efeitos da espiral na taxa de remoção de material já foram discutidos. Um ângulo de hélice menor é preferível quando muito material precisa ser removido rapidamente.

Isto pode ser associado a medidas compensatórias para reduzir os efeitos negativos do baixo número de torções. Por exemplo, uma ferramenta de hélice alta pode ser usada para o passe de acabamento e uma ferramenta de hélice baixa pode ser usada para cortes de desbaste.

2. Conecte

Ao fresar bolsões, a remoção eficiente de cavacos é muito importante. Os cavacos remanescentes na zona de corte podem ter um efeito muito prejudicial na ferramenta e na qualidade da peça. Uma espiral alta melhora o escoamento de cavacos e, portanto, é adequada para trabalhos de fresamento de bolsões/ranhuras.

3. Paredes/pisos finos

Estruturas de paredes finas e pisos finos deformam-se facilmente sob forças de corte. Nas paredes, as forças radiais causam deformação nos pisos, é a força axial que é importante;

Como o ângulo da espiral influencia diretamente ambos os componentes da força, os operadores de máquinas podem tomar uma decisão informada sobre uma solução de ferramental adequada. Por exemplo, se você estiver usinando uma parede fina, considere mudar para uma fresa espiral alta para minimizar as forças radiais e obter um acabamento fino.

4. Vida útil

Uma desvantagem dos canais de hélice alta é que a espessura do centro (núcleo) da fresa é reduzida. Isto piora a resistência do núcleo da ferramenta e, portanto, também a sua vida útil.

No entanto, uma altura de torção baixa também não é ideal para a vida útil. Causa problemas na forma de acúmulo de calor e carga de choque devido a cortes interrompidos. O acúmulo de material nas arestas de corte também é possível devido ao mau escoamento dos cavacos.

Diferentes ângulos espirais para cortar diferentes materiais

Diferentes materiais requerem diferentes ângulos espirais. Por exemplo, metais duros requerem ângulos de hélice baixos para obter bons resultados, enquanto ângulos de hélice altos são melhores para metais macios. Portanto, o tipo de material a ser fresado deve ser levado em consideração ao selecionar o ângulo de hélice apropriado.

Ferramentas de corte para diferentes materiais

Ferramentas de hélice baixa são adequadas para remoção de cavacos curtos e materiais de metal duro. Isso inclui aço, ferro fundido e aço inoxidável fácil de usinar. Além disso, tipos de materiais sintéticos, como plásticos à base de resina epóxi, painéis de fibra de vidro e plásticos abrasivos, também podem ser processados ​​melhor com ferramentas com ângulo de hélice baixo.

No entanto, fresas com ângulo de hélice grande são adequadas para materiais mais macios, como alumínio, cobre, plástico, etc.

Além disso, uma fresa de hélice variável é a escolha ideal para usinagem de alto desempenho. É adequado para materiais difíceis de usinar, como aço inoxidável e superligas resistentes ao calor. Seu desempenho de corte superior e maior vida útil da ferramenta os tornam a escolha perfeita até mesmo para as aplicações de usinagem mais exigentes.

Diploma

Esperamos que este artigo tenha sido interessante para nossos leitores. Existem muitas variáveis ​​na usinagem e o ângulo da hélice não é discutido adequadamente em relação à sua importância. Um especialista conhece todos os aspectos de sua área e otimiza o desempenho com esse conhecimento e experiência.

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Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre um ângulo de inclinação e um ângulo espiral?

Os ângulos de inclinação e espiral se complementam (sua soma é 90 graus). Eles possuem uma linha de referência comum que é tangente à espiral da rosca ou engrenagem. No entanto, a outra linha de referência é diferente. Para o ângulo espiral, este é o eixo da espiral em questão. Para o ângulo de inclinação, a segunda linha de referência é a linha perpendicular ao eixo central da espiral.

Para que são utilizadas fresas de topo com comprimento de hélice variável para o ângulo de hélice?

As fresas de topo de hélice variável são fresas especiais com diferentes ângulos de hélice para cada aresta de corte. Eles têm alta estabilidade dinâmica porque podem amortecer vibrações nas frequências ressonantes da ferramenta. Como resultado, essas ferramentas apresentam menos trepidação e produzem um acabamento superficial mais fino.

Por que os ângulos espirais são importantes na usinagem?

O ângulo de hélice é um parâmetro geométrico central na usinagem de fresas. É importante porque afeta a taxa de remoção de material, a taxa de avanço, o acabamento superficial, a distribuição da força de corte, a resistência e a vida útil da ferramenta.

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