Понимание углов спирали:выбор правильного для оптимальной обработки

Существует множество факторов, влияющих на качество и производительность обработки. Часто угол спирали упускают из виду. Это простая геометрическая особенность винтовых концевых фрез и других режущих инструментов. Этот фактор может влиять на контроль стружки, вибрацию, требования к питанию и т. д.

В этой статье мы обсудим, что такое спираль в контексте механической обработки, ее преимущества и недостатки, а также какие решения по углу спирали идеально подходят для ваших применений.

Проще говоря, спираль — это гладкая трехмерная кривая, которая закручивается вокруг линейной оси. Простой способ понять это — представить себе винтовую пружину, витки которой представляют собой спиральную кривую.

Основные геометрические особенности спирали

Четыре основные характеристики спирали полностью определяют ее форму:

Центральная ось :Как объяснялось выше, спираль всегда центрирована на оси. Он предоставляет ссылку для поиска и ориентации спирали в трехмерном пространстве.

Угол спирали :Как видно на рисунке, витки пружины расположены под углом к оси, известным как угол спирали.

Предложение :Расстояние между двумя последовательными витками спирали и есть ее шаг. Больший шаг означает «более длинную» спираль. Это важное значение при проектировании различных типов резьб, связывая их линейное движение с вращательным движением.

Количество ходов :Это важный параметр при определении общей длины винтовой кривой. Чем больше витков, тем длиннее спираль.

Что такое угол спирали в режущих инструментах?

Некоторые режущие инструменты имеют винтовые канавки (режущие кромки), наиболее распространенными из них являются винтовые концевые фрезы и винтовые сверла. На изображении ниже показана спираль на режущем инструменте. Здесь применяется та же логика, что описана выше – угол режущих кромок соответствует углу спирали инструмента.

Угол спирали концевых фрез варьируется от 12° до 60°, в зависимости от применения. Однако обычно для большинства работ рекомендуется угол 30–40°. Этот диапазон обеспечивает хороший баланс между всеми задействованными факторами.

Небольшие изменения этого угла могут изменить производительность режущего инструмента. Следовательно, инженеры-технологи и операторы должны быть осведомлены о его различных последствиях. Давайте углубимся в детали того, как различные углы спирали влияют на производительность обработки.

Режущий инструмент с большим углом спирали и режущим инструментом с низким углом спирали:в чем разница?

Угол спирали может быть быстрым (высоким) или медленным (низким). Обычно специалисты считают переход от низкой к высокой винтовой линии углом около 40°. Это влияет на такие важные факторы, как силы резания, скорость съема материала, качество поверхности и удаление стружки.

Инструменты с большим углом наклона спирали

Фреза с большим углом подъема спирали отлично подходит для обработки с высокой подачей, обработки поверхности и тепловых характеристик.

Его сильно наклоненные зубья входят в разрез постепенно. В результате силы, действующие на инструмент, также постепенно увеличиваются, продлевая срок его службы. Более того, благодаря наклону несколько канавок обрабатываются одновременно, что еще больше снижает нагрузку на отдельные канавки.

Спираль отводит часть радиальной силы вверх по оси Z станка с ЧПУ. Поскольку инструмент жестко удерживается в этом направлении держателем инструмента и шпинделем, это положительно влияет на стойкость инструмента и допуск обработки. Благодаря уменьшению радиальной силы инструмент может резать с более высокими скоростями подачи. Низкая радиальная сила также уменьшает отклонения инструмента и улучшает качество поверхности.

С точки зрения эвакуации стружки инструмент с высокой спиралью работает достаточно хорошо. Сила по оси Z (осевая сила) выталкивает стружку из зоны резания, подобно сверлу или нарезанию резьбы. Это хорошо отводит тепло и уменьшает налипание материала. Однако та же самая сила может иногда тянуть заготовку вверх и, как следствие, нарушать ее крепление. Однако этого можно избежать при правильном монтаже.

Инструменты с малым углом наклона спирали

Спиральные концевые фрезы с малыми углами подъёма винтовой линии имеют свои преимущества. Они имеют прочные сердцевину и режущие кромки, что позволяет им выдерживать более высокие нагрузки. Если целью является высокая скорость съема материала, эти инструменты предпочтительнее, поскольку они удаляют более крупную сплошную стружку. Они также больше подходят для твердых материалов.

Однако недостатком таких инструментов является то, что пользователю приходится жертвовать качеством поверхности при использовании фрез с низкой спиралью.

Как выбрать угол спирали для вашего применения?

Опытный инженер/механик знает, какие инструменты лучше всего подходят для конкретного применения. Угол спирали должен быть важным фактором при выборе инструмента для работы.

Мы выделим некоторые ситуации, когда знание угла винтовой линии может помочь в принятии решений.

1. Требования к производительности

Влияние спирали на скорость съема материала уже обсуждалось. Меньший угол спирали предпочтителен, если необходимо быстро удалить много материала.

Это может сочетаться с компенсаторными мерами по уменьшению негативных последствий низкой спирали. Например, инструмент с высокой спиралью можно использовать для чистового прохода, а инструмент с низкой - для черновой резки.

2. Карманы

При фрезеровании карманов очень важно эффективно отводить стружку. Стружка, остающаяся в зоне резания, может сильно ухудшить качество инструмента и детали. Высокая скорость спирали улучшает эвакуацию стружки и, следовательно, подходит для обработки карманов и пазов.

3. Тонкие стены/полы

Тонкостенные конструкции и тонкие перекрытия очень легко деформируются под действием сил резания. Для стен радиальные силы вызывают деформацию, а для полов имеет значение осевая сила.

Поскольку угол спирали напрямую влияет на оба этих компонента силы, машинисты могут принять обоснованное решение о выборе подходящего инструмента. Например, при обработке тонкой стенки можно рассмотреть возможность перехода на фрезу с высокой спиралью, чтобы минимизировать радиальные силы и получить чистовую обработку.

4. Срок службы инструмента

Недостатком использования высоких спиральных канавок является уменьшение толщины центра (сердцевины) фрезы. Это ухудшает прочность сердцевины инструмента и, следовательно, срок его службы.

Однако низкая скорость спирали также не является лучшим фактором для стойкости инструмента. Это вызывает проблемы в виде накопления тепла и ударных нагрузок из-за прерывистого резания. Также возможно скопление материала на режущих кромках из-за плохой эвакуации стружки.

Различные углы спирали для резки различных материалов

Разные материалы требуют разных углов спирали. Например, для получения успешных результатов твердые металлы требуют малых углов спирали, а большие углы спирали лучше всего подходят для мягких металлов. Поэтому при выборе подходящего угла спирали следует учитывать тип фрезеруемого материала.

Инструменты с малым углом подъема винтовой линии хорошо подходят для обработки материалов с короткой стружкой и твердых металлов. К ним относятся сталь, чугун и легкообрабатываемая нержавеющая сталь. Кроме того, синтетические материалы, такие как синтетика на основе эпоксидной смолы, листы стекловолокна и абразивные пластмассы, также лучше обрабатываются инструментами с низкой спиралью.

Однако фрезы с большим углом спирали хороши для более мягких материалов, таких как алюминий, медь, пластик и т. д.

Кроме того, фреза с переменным углом наклона спирали является идеальным выбором для высокопроизводительной обработки. Подходит для труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющая сталь и жаропрочные суперсплавы. Превосходная производительность резания и увеличенный срок службы инструмента делают их идеальным выбором даже для самых сложных операций обработки.

Заключение

Надеемся, что это была интересная статья для наших читателей. В процессе обработки существует много переменных, и угол спирали недостаточно обсуждается в той мере, в какой он важен. Эксперт знает все аспекты своей профессии и оптимизирует свою деятельность с помощью этих знаний и опыта.

WayKen Rapid Manufacturing — ведущий в отрасли поставщик услуг механической обработки с ЧПУ. Наши специалисты-производители хорошо разбираются в современных технологиях обработки и используют наиболее оптимальные инструменты и оборудование для изготовления высококачественных обработанных деталей с жесткими допусками.

Не стесняйтесь обращаться к нам для решения ваших задач по быстрому производству. Благодаря нашему непревзойденному опыту вы можете ожидать только самого лучшего!

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между углом в плане и углом спирали?

Углы подъема и подъема винтовой линии дополнительны (их сумма равна 90 градусов). У них есть одна опорная линия, касательная к винтовой линии резьбы или шестерни. Однако другая контрольная линия отличается. Для угла спирали это ось рассматриваемой спирали. Для угла подъема второй опорной линией является линия, перпендикулярная центральной оси спирали.

Для чего используются концевые фрезы с изменяемым углом спирали?

Концевые фрезы с переменным углом спирали представляют собой специальные фрезы с разными углами спирали для каждой канавки. Они обладают высокой динамической устойчивостью, так как способны гасить вибрации на резонансных частотах инструмента. В результате эти инструменты меньше вибрируют и обеспечивают более качественную поверхность.

Почему углы спирали важны при механической обработке?

Угол спирали является основным геометрическим параметром обрабатывающих фрез. Это важно, поскольку влияет на скорость съема материала, скорость подачи, качество поверхности, распределение силы резания, прочность и срок службы инструмента.