Compreendendo os ângulos de hélice:escolhendo o caminho certo para usinagem ideal

Existem muitos fatores que afetam a qualidade e o desempenho de uma aplicação de usinagem. Freqüentemente, o ângulo da hélice é esquecido. É uma característica geométrica simples em fresas de topo helicoidais e outras ferramentas de corte. Este fator pode influenciar 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.

Uma hélice, simplesmente, é uma curva 3D suave que gira em torno de um eixo linear. Uma maneira simples de entender é imaginar uma mola helicoidal, cujas bobinas representam uma curva helicoidal.

Principais características geométricas de uma hélice

Quatro características principais de uma hélice definem totalmente sua forma:

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

Ângulo da hélice :Como pode ser visto na figura, as bobinas da mola estão em um ângulo em relação ao eixo, conhecido como ângulo da hélice.

Argumento de venda :A distância entre duas voltas sucessivas da hélice é o seu passo. Um passo maior significa uma hélice “mais longa”. Este é um valor importante ao projetar diferentes tipos de roscas, vinculando seu movimento linear ao movimento rotacional.

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

O que é ângulo de hélice em ferramentas de corte?

Diversas ferramentas de corte possuem canais helicoidais (arestas de corte), sendo as mais comuns fresas de topo helicoidais e brocas helicoidais. A imagem abaixo mostra a hélice de uma ferramenta de corte. A mesma lógica explicada acima se aplica aqui – o ângulo das arestas de corte corresponde ao ângulo da hélice da ferramenta.



O ângulo da hélice para fresas de topo varia entre 12°-60°, dependendo da aplicação. Normalmente, entretanto, um ângulo de 30°-40° é recomendado para a maioria dos trabalhos. Esta faixa oferece um bom equilíbrio entre todos os fatores envolvidos.

Pequenas variações neste ângulo podem alterar o desempenho de uma ferramenta de corte. Conseqüentemente, os engenheiros e operadores de fabricação devem estar bem informados sobre seus vários efeitos. Vamos nos aprofundar nos detalhes de como diferentes ângulos de hélice afetam o desempenho da usinagem.

Ferramenta de corte com ângulos de hélice altos versus ângulos de hélice baixos:quais são as diferenças?

O ângulo da hélice pode ser rápido (alto) ou lento (baixo). Geralmente, os especialistas consideram a transição da hélice baixa para a hélice alta em torno de 40°. Afeta fatores importantes como forças de corte, taxa de remoção de material, acabamento superficial e evacuação de cavacos.

Ferramentas de ângulo de alta hélice

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

Seus dentes altamente inclinados entram gradualmente no corte. Como resultado, as forças sobre a ferramenta também aumentam gradualmente, prolongando a sua vida útil. Além disso, devido à sua inclinação, vários canais são cortados simultaneamente, diminuindo ainda mais a carga em canais individuais.

A hélice desvia uma parte da força radial para cima do 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 diminui as deflexões da ferramenta e melhora o acabamento superficial.

Em termos de evacuação de cavacos, uma ferramenta de alta hélice funciona muito bem. A força no eixo z (força axial) empurra os cavacos para fora da zona de corte, como uma broca ou rosqueamento. Isso é bom para remoção de calor e reduz o acúmulo de material. No entanto, a mesma força também pode, por vezes, puxar a peça de trabalho para cima e, consequentemente, perturbar a sua montagem. Isto é, no entanto, evitável com uma montagem adequada.

Ferramentas de ângulo de hélice baixo

As fresas de topo helicoidais com ângulos de hélice baixos têm seu próprio conjunto de vantagens. Possuem núcleos e arestas de corte fortes, o que lhes confere a capacidade de suportar tensões mais elevadas. Se o objetivo é uma alta taxa de remoção de material, essas ferramentas são preferíveis, pois retiram cavacos maiores e contínuos. Eles também são mais adequados para materiais duros.

No entanto, a desvantagem desse tipo de ferramenta é que o usuário precisa comprometer a qualidade da superfície com fresas de hélice baixa.

Como escolher o ângulo da hélice para sua aplicação?

Um engenheiro/maquinista especialista sabe quais ferramentas são melhores para suas aplicações específicas. O ângulo da hélice deve ser uma consideração importante na escolha de uma ferramenta para um trabalho.

Destacaremos algumas situações onde o conhecimento do ângulo da hélice pode auxiliar na tomada de decisão.

1. Requisitos de produtividade

Os efeitos da hélice na taxa de remoção de material já foram discutidos. Um ângulo de hélice mais baixo é preferível se for necessário remover muito material rapidamente.

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

2. Embolsando

Ao fresar bolsões, o gerenciamento eficiente de cavacos é muito importante. Os cavacos que permanecem na zona de corte podem ser altamente prejudiciais à qualidade da ferramenta e da peça. Uma hélice alta melhora o escoamento de cavacos e, conseqüentemente, é adequada para trabalhos do tipo abertura de bolsões/canais.

3. Paredes/pisos finos

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

Como o ângulo da hélice afeta diretamente esses dois componentes de força, os maquinistas podem tomar uma decisão informada para uma solução de ferramental apropriada. Por exemplo, ao usinar uma parede fina, eles podem considerar mudar para uma fresa de hélice alta para minimizar as forças radiais e obter um acabamento fino.

4. Vida útil da ferramenta

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

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

Diferentes ângulos de hélice para cortar vários materiais

Diferentes materiais requerem diferentes ângulos de hélice. Por exemplo, metais duros requerem ângulos de hélice baixos para resultados bem-sucedidos, 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 com ângulo de hélice baixo são adequadas para cavacos curtos e materiais de metal duro. Isso inclui aço, ferros fundidos e aço inoxidável de fácil usinagem. Além disso, tipos de materiais sintéticos, como sintéticos à base de epóxi, folhas de fibra de vidro e plásticos abrasivos, também são melhor usinados com ferramentas de hélice baixa.

No entanto, fresas com um ângulo de hélice alto são boas para materiais mais macios como alumínio, cobre, plásticos, etc.

Além disso, uma fresa com ângulo 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 vida útil prolongada da ferramenta os tornam a escolha perfeita até mesmo para as aplicações de usinagem mais desafiadoras.

Conclusão

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

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Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre um ângulo de ataque e um ângulo de hélice?

Os ângulos de ataque e de hélice são complementares (sua soma é 90 graus). Eles compartilham uma linha de referência, que é tangente à hélice da rosca ou engrenagem. A outra linha de referência, no entanto, é diferente. Para o ângulo da hélice, é o eixo da hélice em consideração. Para o ângulo de ataque, a segunda linha de referência é a linha perpendicular ao eixo central da hélice.

Qual é a utilidade de fresas de topo de hélice variável para ângulo de hélice?

As fresas de topo de hélice variável são fresas especiais com diferentes ângulos de hélice para cada canal. Possuem alta estabilidade dinâmica, pois são capazes de amortecer vibrações nas frequências ressonantes da ferramenta. Como resultado, essas ferramentas apresentam menos vibração e produzem um acabamento superficial mais fino.

Por que os ângulos de hélice são importantes na usinagem?

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