Son değirmen sarmal açısı, kesme performansı, takım ömrü ve işleme kalitesini önemli ölçüde etkileyen en kritik geometrik parametrelerden biridir. Bu spiral şekilli özellik sadece aletin çeşitli malzemelerden ne kadar etkili bir şekilde kesildiğini belirlemekle kalmaz, aynı zamanda çip tahliyesini, ısı dağılmasını ve genel kesme stabilitesini de etkiler. İster alüminyum, paslanmaz çelik veya sertleştirilmiş malzemelerle çalışıyor olun, uygun sarmal açı seçimini anlamak, işleme sonuçlarınızı ve araç uzun ömürlülüğünüzü önemli ölçüde artırabilir.
Makaleyi okumak istemiyorsanız, sonunda çeşitli uç değirmen sarmal açılarının karşılaştırma tablosuna da göz atabilirsiniz.
Bir uç değirmeni sarmal açısını ne tanımlar?
Sarmal açı son değirmen Tasarım geometrik olarak, son teknoloji tanjant vektörü ile aletin dönme ekseni arasındaki açı olarak tanımlanır. Daha basit bir şekilde, takım gövdesinin etrafına sarılmış spiral flütlerin açısıdır. Bu açı, son teknolojinin iş parçası malzemesiyle nasıl etkileşime girdiğini doğrudan etkiler ve işleme işlemleri sırasında üretilen kesme kuvvetlerini belirler.
Sarmal açı formülü ve matematiksel ifade
Silindirik uç fabrikaları için, sarmal açı formülü bu temel denklemle ifade edilebilir:
Tan (α) = R/T
Nerede:
- α sarmal açısını temsil eder
- R, son değirmenin yarıçapıdır
- T liderdir (sarmalın bir tam devrimi için gereken eksenel mesafe)
Daha kapsamlı bir matematiksel bağlamda, sarmal açı, teğetsel hız bileşeni ile birleşik radyal ve eksenel hız bileşenleri arasındaki oranı yansıtır:
Tan (β) = v₍ₜ₎/√ (v₍ᵣ₎² + v₍ᶻ₎²)
Belirli uygulamalar için en uygun tasarım parametrelerini belirlemek için bir sarmal açı hesap makinesi kullanırken bu ilişkileri anlamak çok önemlidir.
Karmaşık araçlarda dinamik varyasyon
Top ucu değirmenleri ve konik aletler gibi daha karmaşık döner kesme aletlerinde, sarmal açı, kesme kenarının farklı konumları boyunca değişebilir. Örneğin:
- Top uç fabrikalarında, sarmal açı kademeli olarak silindirik kısımdan bilyalı şeklinde uçlara değişir
- Matkap bitlerinde, sarmal açı tipik olarak dış kenarda en büyüktür (yaklaşık 25 ° -32 °) ve merkeze doğru azalır (6 ° kadar düşük)
- Konik uç fabrikalarında, sarmal açısı, takım boyunca tutarlı kesme mekaniğini korumak için dikkatli bir şekilde tasarlanmalıdır.
Ortak uç değirmen sarmal açı varyasyonları
Standart karbür uç fabrikaları tipik olarak üç ana kategoride sarmal açılara sahiptir:
- Standart Helix (30 °): Sertlik ve kesme verimliliği arasında iyi bir denge sağlar
- Orta sarmal (45 °): Genellikle bir “Güç sarmal açısı,” Geliştirilmiş çip tahliyesi sunmak
- Yüksek Helix End Fabrikası (60 °): Zorlu malzemeler ve yüksek performanslı uygulamalar için uzmanlaşmış
Önerilen tasarım aralığı genellikle 30 ° ile 45 ° arasında düşer. 45 ° 'ü aşan açılar takım sertliğini tehlikeye atabilirken, 30 °' nin altındaki açılar işleme işlemleri sırasında titreşimi ve konuşmayı indükleyebilir.
Helix açısı işleme performansını nasıl etkiler?
Kesme kuvvetleri ve takım geometrisi
Daha büyük bir uç değirmeni sarmal açısı etkili bir şekilde:
- Radyal kesme kuvvetlerini azaltır
- Gerçek çalışma tırmığı açısını iyileştirir
- Daha keskin kesme kenarları oluşturur
- Kesme yükünü kenarın daha büyük bir kısmına dağıtır
Bu, alüminyum ve diğer yumuşak malzemeler için bir uç değirmeni sarmal açısı seçerken özellikle faydalıdır, burada yerleşik kenarı en aza indirir ve pürüzsüz çip akışının sağlanması kritiktir.
Stabilite ve titreşim kontrolü
Helix açısı, iş parçasıyla kademeli takım etkileşimini sağlar ve eşzamanlı temasta kesme kenarlarının sayısını artırır. Bu özellik:
- Etki yüklemesini en aza indirir
- Titreşimi azaltır
- Daha pürüzsüz kesme eylemi sağlar
- Yüzey kaplama kalitesini geliştirir
Bu avantajı gösteren bir uç değirmeni sarmal açısı örneği, kesilmiş kesme işlemleri için kullanılan silindirik uç değirmenlerinde görülür, burada daha yüksek sarmal açıların kesme kuvvetlerini daha eşit olarak dağıtarak takım aşınmasını azaltır.
Termal Yönetim ve Araç Uzun Ömür
Sarmal açı, işleme sırasında ısı üretimini ve dağılmasını önemli ölçüde etkiler:
- Daha yüksek sarmal açıları, daha iyi ısı difüzyonunu teşvik ederek çip aleti temas yolunu uzatır
- Bu genişletilmiş temas, ısı konsantrasyonunu tek bir noktada azaltır
- Geliştirilmiş ısı dağılımı, son teknoloji bütünlüğünü korumaya yardımcı olur
- Daha verimli soğutma, uygun uygulamalarda daha yüksek kesme hızlarına izin verir
Malzemeye özgü sarmal açı seçimi
Alüminyum için son değirmen sarmal açısı
Alüminyum işlerken, uygun sarmal açıyı seçmek çok önemlidir:
- Önerilen Aralık: 40 ° -60 °
- Yüksek sarmal uç değirmen tasarımları (yaklaşık 45 ° -60 °) tercih edilir
- Faydalar arasında ısı üretimi, iyileştirilmiş çip tahliyesi ve malzeme yapışmasının önlenmesi yer alıyor
- Yüksek sarmal açı, bu yumuşak malzeme için ideal olan kesme kenarlarının keskinliğini arttırır
- Havacılık ve uzay sınıfı alüminyum alaşımları (7075-T6 gibi) için 50 ° -55 ° sarmal açılar en uygun performans sağlar
- Alüminyumun yüksek hızlı işlenmesi yapılırken, uygun kaplama teknolojisi ile eşleştirilmiş 50 °+ sarmal açıları olağanüstü sonuçlar elde edebilir
Paslanmaz çelik için uç değirmen sarmal açısı
Paslanmaz çelik için son değirmen sarmal açısı, özel düşünceler gerektiren benzersiz zorluklar sunar:
- Önerilen Aralık: 35 ° -45 °
- Orta ila yüksek sarmal açılar en iyi şekilde çalışır
- 45 ° “güç sarmal” Kesme verimliliği ve ısı yönetimi arasında mükemmel bir denge sunar
- Daha sert paslanmaz çelik kaliteler için, 60 ° sarmal açı daha iyi çip kırmaya yardımcı olur ve çalışmanın sertleşmesini önler
- Östenitik paslanmaz çelikler (304, 316) 40 ° -45 ° aralığındaki sarmal açılardan yararlanıyor
- Martensitik ve yağışla sertleştirilmiş paslanmaz çelikler, gelişmiş kenar mukavemeti için daha düşük açılar gerektirebilir (35 ° -40 °)
Sert malzemeler için sarmal açılar
Sertleştirilmiş çelikler (HRC ≥ 50) ve makine edilmesi zor malzemeler için:
- Önerilen Aralık: Maksimum sertlik için 30 ° veya daha düşük
- Değişken Helix End değirmen tasarımları optimal olabilir
- Alt açılar daha iyi kenar desteği ve yontulmaya karşı direnç sağlar
- Artan takım gücü, gerekli olan yüksek kesme kuvvetlerini telafi eder
- Takım çelikleri ve sertleştirilmiş kalıp bileşenleri için 25 ° -30 ° açılar, performans ve takım ömrünün en iyi dengesini sağlar
- Titanyum alaşımlarını işlerken, orta derecede sarmal bir açı (35 ° -40 °), malzemenin zayıf termal iletkenliğini yönetmeye yardımcı olur
Gelişmiş sarmal tasarımlar
Değişken Helix End değirmen teknolojisi
Değişken sarmal uç değirmeni araçları, aynı kesme aracı boyunca, tipik olarak kademeli varyasyonda 30 ° ila 45 ° arasında değişen farklı sarmal açılara sahiptir. Bu özel araçlar çeşitli avantajlar sunar:
- Harmonik rezonans paternlerinin bozulması
- Sohbet ve titreşimde önemli azalma
- Yüksek hızlı işleme sırasında geliştirilmiş stabilite
- Geliştirilmiş yüzey kaplama kalitesi
Bu gelişmiş tasarım özellikle karmaşık konturları işlerken veya daha az sert kurulumlarla çalışırken faydalıdır.
Değişken Pitch Tasarım Entegrasyonu
Modern kesme alet tasarımı genellikle değişken sarmal açıları değişken perde aralığı ile birleştirir:
- Değişken perde diş etkilerinin zamanlamasını bozar
- Değişken sarmal açılarla birleştirildiğinde, bu güçlü bir anti-vibrasyon sistemi oluşturur
- Bu araçlar, derin cep ve ince duvar işleme gibi zorlu uygulamalarda mükemmeldir
- Endüstri testi, bazı uygulamalarda harmonik konuşmada% 80'e kadar azalma göstermiştir
Yön düşünceleri
Sarmal açının yönü de önemlidir:
- Sağ sarmal açılar yukarı doğru çip tahliyesini kolaylaştırır
- Sol sarmal açılar doğrudan cips aşağı doğru
- Seçim, takım takımının iş mili dönüş yönünü tamamlamalıdır
- Bazı malzemelerde, yön işlenmiş kenarın kalitesini etkileyebilir
- Yatay işleme merkezleri için, sarmal yönü yonga kontrolünü ve tahliyeyi önemli ölçüde etkiler
Optimal seçim için sarmal açı hesap makinesi kullanma
Hassasiyet kritik olduğunda, sarmal açı hesap makinesi kullanmak, belirli uygulamalar için ideal açıyı belirlemeye yardımcı olabilir. Dikkate alınması gereken faktörler şunları içerir:
- Malzeme Özellikleri (sertlik, termal iletkenlik)
- Makine sertliği ve güç
- İstenen yüzey kaplaması
- Chip Kontrol Gereksinimleri
- Araç Yaşam Beklentileri
Çevrimiçi hesap makineleri genellikle daha önce bahsedilen sarmal açı formülünü kullanır ve makinistlerin özelleştirilmiş öneriler için spesifik parametrelerini girmelerine izin verir.
Pratik hesaplama örneği
Bir sarmal açı hesap makinesinin nasıl çalıştığını bilmek için:
40mm kurşun (t) olan 12mm çapında bir uç değirmeni için:
- r = 6mm (yarıçap)
- T = 40mm (kurşun)
- Tan (α) = 6/40 = 0.15
- α = So⁻ (0.15) ≈ 8.53 °
Ancak, bu açı çoğu uygulama için çok küçük olacaktır. Kurşun 10 mm'ye ayarlayarak:
- Tan (α) = 6/10 = 0.6
- α = So⁻ (0.6) ≈ 31 °
Bu, araç tasarımcılarının belirli uygulamalar için istenen sarmal açıları elde etmek için kurşun değerini nasıl değiştirir.
Aracı Yaşam ve İşleme Hassasiyeti Dengeleme
Optimal uç değirmen sarmal açısını bulmak, birkaç rakip faktörü dengelemeyi içerir:
- Araç ömrü: 40 ° 'ye kadar sarmal açılar genellikle kesme yüklerini dağıtarak takım ömrünü iyileştirir, ancak bu eşiği aşan açılar sertliği azaltabilir
- İşleme hassasiyeti: Orta sarmal açılar (30 ° -40 °), dikey tolerans ve düzlük arasında en iyi dengeyi sağlar
- Malzeme Deformasyonu: İnce duvarlı bileşenlerin işlenirken, daha küçük sarmal açılar, deformasyona neden olabilecek eksenel kuvvetleri azaltır
- Güç Tüketimi: Daha yüksek sarmal açılar genellikle daha az güç gerektirir, potansiyel olarak kesme parametrelerinin artmasına izin verir
Endüstri uygulamaları ve vaka çalışmaları
Havacılık bileşeni üretimi
Havacılık ve Uzay İşleminde:
- Yüksek Alüminyum yapısal bileşenler için sarmal uç değirmeni aletleri (45 ° -60 °) tercih edilir
- Titanyum çerçeve bileşenlerinin titreşimi yönetmesi için değişken sarmal uç değirmen tasarımları gereklidir
- Inconel ve diğer nikel bazlı süper alaşımlar için, uygun kaplamalarla birlikte 35 ° -40 ° özel sarmal açılar optimal sonuçlar verir
Die ve Kalıp Üretimi
Kalıp oluşturma uygulamaları için:
- Orta sarmal açılar (35 ° -40 °), yarı bitirme işlemleri için en iyi dengeyi sağlar
- Alt sarmal açıları (25 ° -30 °) Sertleştirilmiş çelik kaplama kesimlerinde Excel Yüzey kaplamasının kritik olduğu yerlerde
- Derin boşluk işleme için, giderek artan sarmal açıları olan özel aletler duvar kalitesini korur
End değirmen sarmal açısı örnek uygulamaları
İşte biraz son değirmen sarmal açısı örneği Pratik uygulamayı gösterecek senaryolar:
- Alüminyum elektronik konut
- Marate: 6061-T6 kötü;
- Araç: 12mm çap, 3 flüt, 50 ° sarmal açı
- Sonuç: Standart sarmal araçlarından% 25 daha yüksek besleme oranları ile mükemmel yüzey kaplaması
- Paslanmaz çelik tıbbi bileşenler
- Malzeme: 316L paslanmaz çelik
- Araç: 8mm çap, 4 flüt, 45 ° sarmal açı
- Sonuç: Geliştirilmiş çip kontrolü ve azaltılmış çalışma sertleşmesi
- Sertleştirilmiş alet çelik kalıp bileşenleri
- Malzeme: D2 Takım çeliği (60 HRC)
- Araç: 6mm çap, 4 flüt, 30 ° sarmal açı
- Sonuç: Geliştirilmiş kenar dayanıklılığı ve tutarlı boyutsal doğruluk
Çözüm
Son değirmen sarmal açısı, işleme performansını doğrudan etkileyen temel bir tasarım parametresini temsil eder. Makinistler, farklı sarmal açıların geometrik ilkelerini ve pratik uygulamalarını anlayarak, çeşitli malzemelerdeki kesme işlemlerini optimize etmek için bilinçli kararlar verebilirler. Alüminyumun kesme kenarlarına veya paslanmaz çeliğin iş sertleştirme özelliklerine uyma eğilimi ile çalışma, uygun sarmal açıyı seçmek-veya değişken sarmal tasarımları uygulamak-üretkenliği ve parça kalitesini önemli ölçüde artırabilir.
Alüminyum işleme için en iyi sarmal açı nedir?
Alüminyum işleme için, 40 ° ve 60 ° arasındaki daha yüksek sarmal açılar genellikle optimaldir. Bu açılar daha keskin kesme hareketi sağlar, ısı üretimini azaltır ve çip tahliyesini iyileştirir, bu da alüminyumun araca bağlı kalmasını önlemeye yardımcı olur.
Helix açısı araç yaşamını nasıl etkiler?
Helix açısı, kesme kuvvetlerini ve ısı dağılımını etkileyerek takım ömrünü etkiler. Orta açılar (35 ° -45 °) tipik olarak kesme verimliliği ve yapısal sertliği dengeleyerek takım ömrünü en üst düzeye çıkarır. Çok yüksek açılar son teknolojiyi zayıflatabilirken, çok düşük olan açılar titreşimi ve sürtünmeyi artırabilir.
Değişken Helix End Mills ve Standart End Mills arasındaki fark nedir?
Değişken Helix End Mills, farklı flütler arasında farklı sarmal açılara sahiptir, standart uç değirmenler tutarlı sarmal açıları korur. Değişken tasarımlar harmonik titreşimleri bozar, konuşmayı azaltır ve istikrarı iyileştirir, özellikle zorlu malzemeler veya daha az sert kurulumlar için faydalıdır.
Özel uygulamam için en uygun sarmal açıyı hesaplayabilir miyim?
Evet, spesifik uygulamanız için en uygun açıyı belirlemek için malzeme özellikleri, kesme parametreleri ve makine özellikleri ile birlikte sarmal açı formülünü (tan (α) = r/t) içeren bir sarmal açı hesap makinesi kullanabilirsiniz.
Standart sarmallara karşı ne zaman yüksek sarmal uç değirmeni seçmeliyim?
Alüminyum gibi yumuşak malzemeleri işlerken, çip tahliyesi kritik olduğunda veya yüzey kaplama kalitesi çok önemli olduğunda yüksek bir sarmal uç değirmeni (45 ° -60 °) seçin. Standart sarmal araçları (30 °), kenar mukavemeti ve sertliğinin çip akışından daha önemli olduğu daha sert malzemeler için daha uygundur.
Kaplamalar sarmal açı seçimi ile nasıl etkileşime girer?
Kaplama teknolojisi, sarmal açı tasarımı ile sinerjik olarak çalışır. Daha yüksek sarmal açılar, çip akışını arttırmak için genellikle Tialn veya Altin gibi düşük sürtünmeli kaplamalardan yararlanırken, daha düşük sarmal açıları zorlu uygulamalarda kenar mukavemetini güçlendirmek için TICN gibi daha sert kaplamalar kullanabilir.
Olağandışı sarmal açıların önerildiği durumlar var mı?
Evet, kompozit malzeme işleme gibi özel uygulamalarda, delaminasyonu en aza indirmek için ekstra yüksek sarmal açılar (65 °+) kullanılabilir. Tersine, mikro işleme operasyonları, küçük çaplarda takım sertliğini en üst düzeye çıkarmak için çok düşük sarmal açılar (15 ° -20 °) kullanabilir.
Uç değirmen sarmal açısı karşılaştırma tablosu
| Sarmal açı | Tipik aralık | İdeal uygulamalar | Malzeme | Avantajlar | Dezavantajlar | Kesme kuvvetleri | Çip tahliyesi |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Alçak açı | 15 ° -30 ° | Ağır kaba, sert malzemeler, yuva frezeleme | Takım çeliği, sertleştirilmiş çelik (>50 HRC), dökme demir |
• Daha yüksek takım sertliği • Daha iyi kenar gücü • Yuvalarda iyileştirilmiş stabilite • yongaya karşı daha yüksek direnç |
• Artan titreşim potansiyeli • Daha az verimli çip tahliyesi • Daha yüksek kesme sıcaklıkları • İş parçasına daha agresif giriş |
• Daha yüksek radyal kuvvetler • Alt eksenel kuvvetler • Daha yüksek güç tüketimi | Daha yavaş yonga çıkarma Derin ceplerde daha az verimli |
| Orta açılı | 30 ° -45 ° | Genel amaçlı frezeleme, yarı bitirme, çoğu standart uygulama | Karbon çelik, alaşım çelik, önceden sertleştirilmiş çelik (30-50 hrc), paslanmaz çelik |
• İyi sertlik ve kesme verimliliği dengesi • Malzemeler arasında çok yönlü • Orta derecede ısı üretimi • Dengeli çip akışı |
• Aşırı koşullar için optimize edilmemiş • Çoğu kategoride ortalama performans |
• Dengeli radyal ve eksenel kuvvetler • Orta güç gereksinimleri | Orta verimlilik Çoğu uygulama için iyi |
| Yüksek açı | 45 ° -60 ° | Yüksek hızlı işleme, bitirme işlemleri, ince duvar bileşenleri | Alüminyum, bakır, pirinç, demir dışı alaşımlar, plastikler |
• Daha keskin kesme eylemi • Üstün çip tahliyesi • Azaltılmış kesme kuvvetleri • Daha iyi yüzey kaplaması • Daha az ısı konsantrasyonu |
• Azaltılmış takım sertliği • Ağır kesimlerde potansiyel sapma • Kesilen kesim için daha az uygun |
• Alt radyal kuvvetler • Daha yüksek eksenel kuvvetler • Daha düşük güç tüketimi | Çok verimli Derin cepler için mükemmel CHIP REVÜSÜNÜ KAYNAĞI |
| Ekstra yüksek açı | >60 ° | Ultra yüksek hızlı işleme, özel bitirme, kompozit malzemeler | Yumuşak alüminyum, plastik, karbon fiber kompozitler, grafit |
• Son derece verimli çip tahliyesi • Minimal kesme basıncı • Hassas malzemeler için mükemmel • Delaminasyonu önlemek için en iyisi |
• Kötü sertlik • sapmaya eğilimli • Sınırlı kesme kapasitesi derinliği • erken aşınmaya duyarlı |
• Minimal radyal kuvvetler • Maksimum eksenel kuvvetler • En düşük güç tüketimi | Son derece verimli Derin boşluk işlemesi için ideal |
| Değişken sarmal | Karışık (tipik olarak 3 ° -8 ° varyasyonlarla 35 ° -50 °) | Vibration-prone setups, Thin walls, Deep pockets, Long overhang conditions | Tüm malzemeler, özellikle makine edilmesi zor alaşımlarda etkili |
• Mükemmel titreşim bastırma • Azaltılmış harmonikler ve sohbet • Zorlu koşullarda gelişmiş yüzey kaplaması • Titreşime eğilimli uygulamalarda gelişmiş takım ömrü |
• Daha yüksek üretim maliyeti • Daha karmaşık yeniden oluşturma • Uygulamaya özgü performans • Daha az standartlaştırılmış |
• Dağıtılmış kuvvet modelleri • Harmonikleri bozdu • Optimize edilmiş istikrar | Tasarıma dayalı değişken verimlilik Zor koşullarda genellikle mükemmel |
