Понимание спиральных углов: выбор правильного для оптимальной обработки

Существует множество факторов, влияющих на качество и производительность применения обработки. Часто спиральный угол упускается из виду. Это простая геометрическая характеристика спиралевидных торцевых фрез и других режущих инструментов. Этот фактор может влиять на управление стружкой, вибрацию, потребность в мощности и др.

В этой статье мы обсудим, что такое спираль в контексте обработки, её преимущества и недостатки, и какие решения по спиральному углу идеальны для ваших применений.

Спираль, просто скажем, — это гладкая 3D-кривая, спиралевидная вокруг линейной оси. Простой способ понять — представить пружину, чьи витки представляют спиралевидную кривую.

Основные геометрические признаки спирали

Четыре основных признака спирали полностью определяют её форму:

Центральная ось: Как объяснено выше, спираль всегда центрирована на оси. Она обеспечивает опорную точку для расположения и ориентации спирали в 3D-пространстве.

Спиральный угол: Как видно на рисунке, витки пружины находятся под углом к оси, известном как угол спирали.

Шаг: Расстояние между двумя последовательными витками спирали — её шаг. Больший шаг означает «более длинную» спираль. Это важное значение при проектировании различных типов резьб, связывая их линейное движение с вращательным.

Количество витков: Важный параметр для определения общей длины спиралевидной кривой. Чем больше витков, тем длиннее спираль.

Что такое спиральный угол в режущих инструментах?

У нескольких режущих инструментов спиралевидные канавки (режущие кромки), самыми распространенными из которых являются спиралевидные торцевые фрезы и спиралевидные сверла. На изображении ниже показана спираль на режущем инструменте. Та же логика, как описано выше, применяется здесь — угол режущих кромок соответствует спиральному уголу инструмента.

Спиральный угол для торцевых фрез варьируется между 12°–60° в зависимости от применения. Обычно, однако, угол 30°–40° рекомендуется для большинства задач. Этот диапазон предлагает хороший баланс между всеми задействованными факторами.

Небольшие вариации в этом угле могут изменить производительность режущего инструмента. Следовательно, инженеры-технологи и операторы должны знать о его различных эффектах. Давайте углубимся в детали того, как разные спиральные углы влияют на производительность обработки.

Инструменты с большим и малым спиральным углом: в чем разница?

Спиральный угол может быть быстрым (большим) или медленным (малым). Обычно эксперты считают переход от малого к большому спиральному углу около 40°. Он влияет на важные факторы: режущие силы, скорость снятия материала, чистота поверхности и удаление стружки.

Инструменты с большим спиральным углом

Резак с большим углом спирали отлично подходит для высокоскоростной обработки, чистоты поверхности и тепловой характеристики.

Его сильно наклонные зубья входят в рез постепенно. В результате силы на инструменте также возрастают постепенно, продлевая его жизнь. Кроме того, из-за их наклона несколько канавок одновременно находятся в зоне реза, дополнительно уменьшая нагрузку на отдельные канавки.

Спираль перенаправляет часть радиальной силы вверх по оси Z станка с ЧПУ. Поскольку инструмент жестко закреплен в этом направлении державой и шпинделем, это положительно влияет на срок службы инструмента и допуски обработки. Благодаря этому уменьшению радиальной силы инструмент может резать на более высоких подачах. Малая радиальная сила также уменьшает деформацию инструмента и улучшает чистоту поверхности.

В плане удаления стружки инструмент с большим спиральным углом работает довольно хорошо. Сила по оси Z (осевая сила) выталкивает стружку из зоны реза, подобно сверлу или резьбонарезке. Это хорошо для удаления тепла и снижает накопление материала. Однако та же сила может иногда подтягивать заготовку вверх и нарушать её закрепление. Это, однако, избегается при правильном закреплении.

Инструменты с малым спиральным углом

Спиралевидные торцевые фрезы с малыми спиральными углами имеют свои преимущества. У них сильные сердечники и режущие кромки, дающие способность выдерживать более высокие напряжения. Если целью высока скорость снятия материала, эти инструменты предпочтительнее, так как они выкачивают более крупные, непрерывные стружки. Они также более подходят для твердых материалов.

Однако недостаток такого оснащения — пользователь вынужден идти на компромисс по качеству поверхности с резаками малого спирального угла.

Как выбрать спиральный угол для вашего применения?

Опытный инженер/стружкерез знает, какие инструменты лучше для их конкретных применений. Угол спирали должен быть важным соображением при выборе инструмента для работы.

Мы выделим ситуации, где знание спирального угла помогает в принятии решений.

1. Требования к производительности

Эффекты спирали на скорость снятия материала уже обсуждены. Меньший спиральный угол предпочтителен, если нужно быстро удалить много материала.

Это можно сочетать с компенсационными мерами для снижения негативных эффектов малого спирального угла. Например, инструмент с большим спиральным углом для чистовой проходки и с малым — для черновых резов.

2. Выточка карманов

При фрезеровке карманов эффективное управление стружкой очень важно. Стружка, остающаяся в зоне реза, может быть крайне вредна для инструмента и качества детали. Большой спиральный угол улучшает удаление стружки и следовательно подходит для выточки карманов/пазов.

3. Тонкие стенки/полы

Тонкостенные конструкции и тонкие полы легко деформируются под режущими силами. Для стенок деформацию вызывают радиальные силы, для полов — осевая сила.

Поскольку спиральный угол напрямую влияет на обе эти компоненты силы, стружкерезы могут принять обоснованное решение о подходящем инструменте. Например, при обработке тонкой стенки они могут переключиться на резак с большим спиральным углом для минимизации радиальных сил и получения тонкой чистоты.

4. Срок службы инструмента

Один из недостатков больших спиральных канавок — уменьшается толщина сердечника (ядра) резака. Это ухудшает основную прочность инструмента и, таким образом, срок его службы.

Однако малый спиральный угол также не лучший для срока службы. Он вызывает проблемы в виде накопления тепла и ударных нагрузок из-за прерывистых резов. Накопление материала на режущих кромках также возможно из-за плохого удаления стружки.

Разные спиральные углы для резки различных материалов

Разные материалы требуют разных спиральных углов. Например, твердые металлы требуют малых спиральных углов для успешных результатов, в то время как большие спиральные углы лучше для мягких металлов. Поэтому тип обрабатываемого материала должен учитываться при выборе подходящего спирального угла.

Инструменты с малым спиральным углом хорошо подходят для коротколомкой стружки и твердых металлов. К ним относятся сталь, чугуны и легкообрабатываемая нержавейка. Кроме того, синтетические материалы вроде эпоксидных синтетиков, стекловолокнистых листов и абразивных пластиков также лучше обрабатываются инструментами с малым спиральным углом.

Однако резаки с большим углом спирали хороши для более мягких материалов: алюминий, медь, пластики и др.

Кроме того, резак с переменным спиральным углом — идеальный выбор для высокопроизводительной обработки. Он подходит для труднообрабатываемых материалов вроде нержавеющей стали и термостойких сверхсплавов. Их превосходная режущая характеристика и продленный срок службы делают их идеальным выбором даже для самых сложных применений.

Заключение

Надеемся, эта статья была интересной для наших читателей. В обработке много переменных, и спиральный угол не обсуждается достаточно пропорционально его значимости. Эксперт знает все аспекты своего ремесла и оптимизирует производительность с этим знанием и опытом.

WayKen Rapid Manufacturing — ведущий провайдер услуг обработки на ЧПУ. Наши производственные эксперты хорошо знают современные технологии обработки и используют наиболее оптимальное оснащение и оборудование для поставки высококачественных обработанных деталей с тугими допусками.

Свободно связывайтесь с нами для ваших потребностей в быстром производстве. С нашей непревзойденной экспертизой вы можете ожидать не меньше лучшего!

FAQ

В чем разница между углом подъема и спиральным углом?

Угол подъема и спиральный угол дополнительны (их сумма 90 градусов). Они делят одну опорную линию — касательную к спирали резьбы или зубчатого колеса. Вторая опорная линия, однако, отличается. Для спирального угла это ось рассматриваемой спирали. Для угла подъема вторая опорная линия — перпендикуляр к центральной оси спирали.

Каково применение торцевых фрез с переменным спиральным углом?

Торцевые фрезы с переменным спиральным углом — специальные резаки с разными спиральными углами для каждой канавки. Они обладают высокой динамической стабильностью, так как способны гасить вибрации на резонансных частотах инструмента. В результате эти инструменты испытывают меньше вибрации и производят более тонкую чистоту поверхности.

Почему спиральные углы важны в обработке?

Спиральный угол — основной геометрический параметр режущих инструментов. Важен, так как влияет на скорость снятия материала, скорость подачи, чистоту поверхности, распределение режущих сил, прочность инструмента и срок его службы.