Helixhoeken begrijpen:de juiste kiezen voor optimale bewerking

Er zijn veel factoren die van invloed zijn op de kwaliteit en prestaties van een bewerkingstoepassing. Vaak wordt de helixhoek over het hoofd gezien. Het is een eenvoudig geometrisch kenmerk in spiraalvormige vingerfrezen en andere snijgereedschappen. Deze factor kan de spaanbeheersing, trillingen, stroomvereisten, enz. beïnvloeden.

In dit artikel bespreken we wat een spiraal is in de context van verspanen, de voor- en nadelen ervan, en welke spiraalhoekoplossingen ideaal zijn voor uw toepassingen.

Een helix is, heel simpel gezegd, een vloeiende 3D-curve die rond een lineaire as spiraalt. Een eenvoudige manier om dit te begrijpen is door je een spiraalveer voor te stellen, waarvan de spoelen een spiraalcurve vertegenwoordigen.

Belangrijkste geometrische kenmerken van een helix

Vier hoofdkenmerken van een helix bepalen de vorm volledig:

Centrale as :Zoals hierboven uitgelegd, is een helix altijd gecentreerd op een as. Het biedt een referentie voor het lokaliseren en oriënteren van de helix in een 3D-ruimte.

Helixhoek :Zoals u in de afbeelding kunt zien, staan de windingen van de veer onder een hoek ten opzichte van de as, ook wel de hoek van de helix genoemd.

Pitch :De afstand tussen twee opeenvolgende windingen van de helix is de spoed. Een grotere spoed betekent een ‘langere’ helix. Dit is een belangrijke waarde bij het ontwerpen van verschillende soorten draden, waarbij hun lineaire beweging wordt gekoppeld aan rotatiebeweging.

Aantal beurten :Dit is een belangrijke parameter bij het definiëren van de totale lengte van een spiraalvormige curve. Hoe meer windingen, hoe langer de helix.

Wat is de helixhoek in snijgereedschappen?

Verschillende snijgereedschappen hebben spiraalvormige groeven (snijkanten), waarvan de meest voorkomende spiraalvormige vingerfrezen en spiraalvormige boren zijn. De onderstaande afbeelding toont de spiraal op een snijgereedschap. Hier geldt dezelfde logica als hierboven uitgelegd:de hoek van de snijkanten komt overeen met de spiraalhoek van het gereedschap.

De hoek van de spiraal voor vingerfrezen varieert tussen 12°-60°, afhankelijk van de toepassing. Normaal gesproken wordt voor de meeste klussen echter een hoek van 30°-40° aanbevolen. Dit bereik biedt een goede balans tussen alle betrokken factoren.

Kleine variaties in deze hoek kunnen de prestaties van een snijgereedschap veranderen. Daarom moeten productie-ingenieurs en operators kennis hebben van de verschillende effecten ervan. Laten we eens kijken naar de details van hoe verschillende helixhoeken de bewerkingsprestaties beïnvloeden.

Snijgereedschap met hoge spiraalhoeken versus snijgereedschap met lage spiraalhoek:wat zijn de verschillen?

De helixhoek kan snel (hoog) of langzaam (laag) zijn. Over het algemeen beschouwen experts de overgang van lage naar hoge helix rond de 40°. Het beïnvloedt belangrijke factoren zoals snijkrachten, materiaalverwijderingssnelheid, oppervlakteafwerking en spaanafvoer.

Hulpmiddelen voor hoge helixhoeken

Een frees met een grote spiraalhoek is ideaal voor bewerkingen met hoge voedingen, oppervlakteafwerking en thermische prestaties.

De sterk hellende tanden komen geleidelijk in de snede. Hierdoor nemen ook de krachten op het gereedschap geleidelijk toe, waardoor de levensduur ervan wordt verlengd. Bovendien bevinden zich, vanwege hun helling, meerdere fluiten tegelijkertijd in de snede, waardoor de belasting op individuele fluiten verder wordt verminderd.

De helix leidt een deel van de radiale kracht naar de z-as van de CNC-machine. Omdat het gereedschap door de gereedschapshouder en de spil stevig in deze richting wordt vastgehouden, heeft dit een positief effect op de standtijd en de bewerkingstolerantie. Door deze verminderde radiale kracht kan het gereedschap met hogere voedingssnelheden snijden. De lage radiale kracht vermindert ook de doorbuiging van het gereedschap en verbetert de oppervlakteafwerking.

Op het gebied van spaanafvoer presteert een gereedschap met hoge helix behoorlijk goed. De kracht in de z-as (axiale kracht) duwt de spanen uit de snijzone, net als bij een boor of tappen. Dit is goed voor de warmteafvoer en vermindert de materiaalophoping. Dezelfde kracht kan echter soms ook het werkstuk naar boven trekken en daardoor de montage ervan verstoren. Dit is echter te voorkomen door de juiste montage.

Lage spiraalhoekgereedschappen

Spiraalvormige vingerfrezen met lage spiraalhoeken hebben hun eigen voordelen. Ze hebben sterke kernen en snijkanten, waardoor ze hogere spanningen kunnen weerstaan. Als een hoge materiaalverwijderingssnelheid het doel is, verdienen deze gereedschappen de voorkeur omdat ze grotere, continue spanen uitscheppen. Ze zijn ook geschikter voor harde materialen.

Het nadeel van dergelijk gereedschap is echter dat de gebruiker de oppervlaktekwaliteit moet inleveren bij frezen met een lage spiraal.

Hoe kiest u de helixhoek voor uw toepassing?

Een deskundige ingenieur/machinist weet welke gereedschappen het beste zijn voor hun specifieke toepassingen. De hoek van de spiraal moet een belangrijke overweging zijn bij het kiezen van gereedschap voor een klus.

We zullen enkele situaties belichten waarin kennis van de helixhoek kan helpen bij het nemen van beslissingen.

1. Productiviteitsvereisten

De effecten van de helix op de materiaalverwijderingssnelheid zijn al besproken. Als er snel veel materiaal verwijderd moet worden, verdient een lagere spiraalhoek de voorkeur.

Dit kan worden gecombineerd met compenserende maatregelen om de negatieve effecten van een lage helix te verminderen. Voor de nabewerking kan bijvoorbeeld een gereedschap met een hoge spiraal worden gebruikt en voor grove sneden een gereedschap met een lage spiraal.

2. Zakken

Bij het frezen van kamers is efficiënt spaanbeheer erg belangrijk. Spaanders die in de snijzone achterblijven, kunnen zeer schadelijk zijn voor de kwaliteit van het gereedschap en het onderdeel. Een hoge spiraal verbetert de spaanafvoer en is daarom geschikt voor taken van het pocket-/gleufsteektype.

3. Dunne muren/vloeren

Dunne wandconstructies en dunne vloeren vervormen zeer gemakkelijk onder snijkrachten. Voor muren veroorzaken de radiale krachten vervorming, en voor vloeren is de axiale kracht van belang.

Omdat de hoek van de helix rechtstreeks van invloed is op beide krachtcomponenten, kunnen machinisten een weloverwogen beslissing nemen voor een geschikte gereedschapsoplossing. Bij het bewerken van dunne wanden kunnen ze bijvoorbeeld overwegen om over te stappen op een frees met hoge spiraal om de radiale krachten te minimaliseren en een fijne afwerking te verkrijgen.

4. Standtijd

Een nadeel van het hebben van hoge spiraalgroeven is dat de dikte van het midden (de kern) van de frees wordt verminderd. Dit verslechtert de kernsterkte van het gereedschap en daarmee de standtijd.

Een lage spiraal is echter ook niet het beste voor de standtijd. Het veroorzaakt problemen in de vorm van warmteaccumulatie en stootbelasting door onderbroken sneden. Materiaalophoping op de snijkanten is ook mogelijk vanwege een slechte spaanafvoer.

Verschillende spiraalhoeken voor het snijden van verschillende materialen

Verschillende materialen vereisen verschillende helixhoeken. Harde metalen vereisen bijvoorbeeld lage spiraalhoeken voor succesvolle resultaten, terwijl hoge spiraalhoeken het beste zijn voor zachte metalen. Daarom moet bij het selecteren van de juiste spiraalhoek rekening worden gehouden met het type materiaal dat wordt gefreesd.

Gereedschappen met een lage spiraalhoek zijn zeer geschikt voor korte spanen en harde metalen materialen. Deze omvatten staal, gietijzer en gemakkelijk te bewerken roestvrij staal. Bovendien kunnen synthetische materiaalsoorten zoals op epoxy gebaseerde kunststoffen, glasvezelplaten en schurende kunststoffen ook beter worden bewerkt met gereedschappen met een lage helix.

Frezen met een hoge spiraalhoek zijn echter goed voor zachtere materialen zoals aluminium, koper, kunststoffen, enz.

Bovendien is een variabele spiraalhoekfrees de ideale keuze voor hoogwaardige bewerkingen. Het is geschikt voor moeilijk te bewerken materialen zoals roestvrij staal en hittebestendige superlegeringen. Hun superieure snijprestaties en langere standtijd maken ze de perfecte keuze voor zelfs de meest uitdagende bewerkingstoepassingen.

Conclusie

Wij hopen dat dit een interessant artikel was voor ons lezerspubliek. Er zijn veel variabelen bij het bewerken en de spiraalhoek wordt niet voldoende besproken in verhouding tot de betekenis ervan. Een expert kent alle aspecten van zijn vak en optimaliseert met deze kennis en ervaring de prestaties.

WayKen Rapid Manufacturing is een toonaangevende leverancier van CNC-bewerkingsdiensten. Onze productie-experts zijn goed thuis in moderne bewerkingstechnologieën en gebruiken de meest optimale gereedschappen en apparatuur om machinaal bewerkte onderdelen van hoge kwaliteit met nauwe toleranties te leveren.

Neem gerust contact met ons op voor uw snelle productiebehoeften. Met onze ongeslagen expertise kunt u niets minder dan het beste verwachten!

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een leadhoek en een helixhoek?

De lead- en helixhoeken zijn complementair (hun som is 90 graden). Ze delen één referentielijn, die raakt aan de spiraal van de draad of het tandwiel. De andere referentielijn is echter anders. Voor de spiraalhoek is dit de as van de beschouwde spiraal. Voor de instelhoek is de tweede referentielijn de lijn loodrecht op de centrale as van de helix.

Wat is het nut van vingerfrezen met variabele spiraal voor de spiraalhoek?

Variabele spiraalschachtfrezen zijn speciale frezen met verschillende spiraalhoeken voor elke fluit. Ze hebben een hoge dynamische stabiliteit omdat ze trillingen op de resonantiefrequenties van het gereedschap kunnen dempen. Als gevolg hiervan ervaren deze gereedschappen minder trillingen en produceren ze een fijnere oppervlakteafwerking.

Waarom zijn spiraalhoeken belangrijk bij verspanen?

De spiraalhoek is een geometrische kernparameter van bewerkingsfrezen. Dit is belangrijk omdat het de materiaalverwijderingssnelheid, voedingssnelheid, oppervlakteafwerking, snijkrachtverdeling, gereedschapssterkte en standtijd beïnvloedt.