Fresas de topo de alta hélice são uma das ferramentas de corte mais essenciais na usinagem contemporânea e oferecem superioridade em muitos aspectos das aplicações de ferramentas. Essas fresas de topo foram construídas com ângulos de hélice íngremes para melhor remoção de cavacos ou ação de corte, especialmente em altas velocidades. Nesta fase, deve-se apreciar o conceito de ângulos de hélice e sua relevância na escolha de projetos adequados a materiais e processos específicos para aumentar a produtividade e o acabamento da superfície. Este guia se concentrará na geometria complexa das fresas de topo de hélice alta, áreas de uso em várias indústrias e a maneira correta de usá-las para equipar os leitores com ferramentas para melhores escolhas durante os processos de usinagem.
O que é uma fresa de topo de alta hélice?
Compreendendo o projeto básico de fresas de topo helicoidais
Em fresas de ponta de hélice alta, canais geométricos espirais são usados onde o ângulo da aresta de corte é maior do que os 30 graus usuais, digamos 40 – 45 graus. Este design em particular é crucial, especialmente ao remover material, pois ajuda a ter um ângulo agudo, o que por sua vez permite a remoção mais fácil dos cavacos que são cortados. Além disso, o formato espiral das ferramentas de corte melhora sua rigidez e diminui a vibração, aumentando a estabilidade e a precisão. O contorno do canal também é crítico porque, com alguns, há melhor remoção de cavacos; por outro lado, mais cortes de retoque produzem uma superfície melhor quando mais dentes estão presentes. É essencial selecionar um fresa de topo ao usinar, aquele que tem um ângulo ideal da hélice e uma configuração de canal ideal para o material usinado para um trabalho eficiente em processos de usinagem.
O papel dos ângulos de hélice no desempenho da fresa de topo
O impacto dos ângulos de hélice, em particular, é imenso quando se trata do desempenho de fresas de topo, pois se relacionam com a eficiência de corte, remoção de cavacos e estabilidade durante várias operações de usinagem. Fresas de topo com ângulos de hélice mais altos tendem a ser maiores que trinta graus e incentivam melhor fluxo de cavacos e forças de corte reduzidas, resultando em acabamentos mais suaves e maior vida útil da ferramenta. Se, por outro lado, os ângulos de hélice forem baixos, há situações específicas nas quais eles são preferidos, por exemplo, ao usinar materiais duros. Nesses casos, ajuda a aumentar o controle sobre a vibração da ferramenta de corte. Em outras palavras, é essencial escolher um ângulo que corresponda ao material do osso de cachorro e ao processo de usinagem preferido para melhorar o desempenho e a precisão do processo de usinagem.
Vantagens de usar fresas de topo de alta hélice
Existem várias vantagens das fresas de ponta de hélice alta que melhoram drasticamente o desempenho da usinagem. Primeiro, o design permite uma evacuação eficaz de cavacos e minimiza a chance de recirculação de cavacos, contribuindo para a geração térmica e danos à ferramenta. Isso causa maior vida útil da ferramenta e acabamentos, já que os cavacos não são conservados na zona de corte. Também há vantagens, já que ângulos de hélice alta reduzem as forças de corte, minimizando assim a carga aplicada à ferramenta de corte e à peça usinada, resultando em melhor precisão. Essa característica é útil quando há necessidade de usinar metais mais macios que exigem superfícies lisas. Rigidez e amortecimento aprimorados também foram associados às fresas de ponta de hélice alta que aumentam a estabilidade durante a usinagem, permitindo maior avanço e produtividade aprimorada.
Como o ângulo da hélice afeta o desempenho do corte?
O impacto na evacuação de cavacos e na força de corte
A combinação do ângulo da hélice da lâmina do fuso e o rpm é necessária para a usinagem porque determina a taxa na qual os cavacos deixam a área de corte e o nível de forças de corte produzidas. Aumentar o ângulo da hélice aumenta a agressividade da ação de corte, o que, por sua vez, promove o fluxo de cavacos. Esse favor atenua o acúmulo de cavacos dentro da zona do cortador, minimizando assim a probabilidade de a ferramenta ficar bloqueada e o estresse induzido termicamente no cortador. Por outro lado, cortadores de ângulo baixo podem trabalhar em materiais mais complexos e auxiliar na remoção dos cavacos presos na peça de trabalho, estabilizando mais efetivamente as forças de corte e, assim, eliminando a vibração. À luz do acima exposto, é fundamental observar que ângulos de hélice muitos ou desfavoráveis levam a práticas de usinagem inúteis, que implicam diretamente no desperdício de ferramentas e potencialmente comprometem a precisão das peças usinadas devido a deflexões indesejáveis da ferramenta de corte durante a operação.
Ângulos de hélice altos vs. ângulos de hélice baixos
Quando se trata de usinagem, ferramentas com ângulos de hélice altos e baixos influenciam significativamente a eficiência de corte e o manuseio da ferramenta. A maioria dos ângulos de limpeza da aresta helicoidal permanece entre 30-45 graus devido à facilidade de força experimentada no processo, remoção adequada de cavacos e dificuldade de acumulação de material nas pontas das ferramentas. Além disso, por serem feitas de materiais sólidos, essas estruturas minúsculas também causam menos desgaste nas ferramentas devido às suas áreas de contato de corte e melhoram a qualidade da superfície.
Por outro lado, um ângulo de hélice entre 20 e 30 graus é mais eficaz ao lidar com materiais mais rígidos. Quando ângulos tão baixos são usados, as forças radiais que atuam na ferramenta aumentam, aumentando assim a estabilidade da ferramenta e prevenindo a vibração e a deflexão da ferramenta. Essa estabilidade é essencial para manter limites dimensionais precisos para evitar a quebra da ferramenta. As regiões que abrangem ângulos de hélice baixos contribuem para uma taxa de corte mais lenta, o que pode dificultar a remoção de cavacos e levar ao superaquecimento da ferramenta, o que pode levar ao desgaste da ferramenta, necessitando de planejamento adequado. Portanto, o que determina qual ângulo usar deve ser o material em questão, os resultados esperados após a usinagem e os parâmetros da máquina.
Escolhendo o ângulo de hélice correto para sua aplicação de usinagem
A escolha de um ângulo de hélice adequado para uma aplicação de usinagem é baseada no material de usinagem, no acabamento necessário e na aplicação de uso. É uma descoberta comum na indústria e no conselho de especialistas que, em materiais mais macios que exigem usinagem, ângulos de hélice altos (30 a 45 graus) devem ser usados na maioria dos casos devido à eficiência aprimorada e aos acabamentos mais suaves obtidos. Para materiais mais complexos, no entanto, ângulos de hélice baixos (20 a 30 graus) têm a vantagem de estabilidade, forças de corte mais baixas e reduções vibracionais essenciais para a precisão. Parâmetros como taxas de avanço, velocidades de corte e geometria da ferramenta em relação à seleção do ângulo de hélice devem ser mutuamente considerados para maximizar o desempenho e aumentar a vida útil da ferramenta. A esse respeito, os especialistas em usinagem devem analisar as peculiaridades das tarefas práticas, pois eram referências de material para a escolha de ângulos de hélice, incluindo suas fontes.
Quais materiais são adequados para fresas de topo de alta hélice?
Trabalhando com ligas de alumínio
Devido à baixa densidade e boa usinabilidade das ligas de alumínio, elas são ideais para fresamento de ponta de alta hélice. O ângulo de alta hélice melhora o processo de remoção de cavacos durante o corte com ferramentas de alumínio para evitar a formação de uma aresta postiça e melhorar a qualidade da superfície. A maioria dos profissionais, por exemplo, usa usinagem de alta velocidade com fresas de ponta de alta hélice, pois tais técnicas produzem a qualidade de superfície desejada mensurável em alumínio, uma vez que as ferramentas controlam eficientemente a maciez do material. Deve-se ter muito cuidado ao aplicar os vários parâmetros de corte, como avanço e velocidade, para não exceder os valores limite, o que por sua vez causaria superaquecimento e embotamento da ferramenta, afetando assim a eficiência e a durabilidade da ferramenta, respectivamente.
Usando fresas de ponta de alta hélice em aço e outras ligas
Fresas de ponta de hélice alta também podem trabalhar em aço e outras ligas, mas com cautela, pois as propriedades do material devem ser consideradas. Quanto maior o número de arestas de corte radiais, melhor o cavaco pode ser removido da peça de trabalho ao usiná-la com materiais mais rígidos, como aço inoxidável. Este design ajuda a usar as ferramentas de forma mais eficaz devido à força de corte e carga de usinagem reduzidas, o que resulta em maiores taxas de avanço, atingindo melhor precisão. No entanto, o ângulo de hélice correto, especialmente aço, deve ser selecionado entre 30 e 45 graus para evacuação de cavacos e necessidades de resistência da aresta. Além disso, parâmetros de corte, como velocidade, taxa de avanço e métodos de resfriamento, devem ser considerados para evitar superaquecimento, o que pode causar perda ou destruição da ferramenta. Ferramentas como essas terão melhor desempenho com um bom acabamento de superfície com avanço regular e baixa velocidade de corte, reduzindo assim o desgaste da ferramenta de corte.
Como otimizar a vida útil da ferramenta para fresas de topo de alta hélice?
Melhores práticas para reduzir a deflexão da ferramenta
A importância de reduzir a deflexão da ferramenta para manter a precisão e maximizar a vida útil das fresas de ponta de hélice alta usinadas não pode ser mais enfatizada. Com base nos melhores dados disponíveis da indústria, há várias práticas recomendadas, conforme listadas abaixo:
- Use comprimentos de ferramentas mais curtos: Evite ferramentas de corte longas; em vez disso, use lâminas de corte curtas sempre que possível, porque diminuir a altura da ferramenta minimiza o braço de momento e, portanto, a deflexão causada por cargas de subcorte. Ferramentas de fresa de topo projetadas para balanço mínimo maximizam a rigidez e a estabilidade da ferramenta durante as operações.
- Otimize o Caminho da Ferramenta: Os caminhos eficientes da ferramenta contribuem muito para diminuir as forças de corte. Engajar-se em técnicas que incluem caminhos de ferramenta adaptáveis e fresamento de subida pode ajudar a reduzir o quanto da ferramenta engata com o material, reduzindo a carga da ferramenta e, portanto, a deflexão.
- Seleção de Material e Ferramenta: O material, a geometria e a classe da ferramenta adequada devem suportar e executar com eficiência o trabalho acima do limite dado em material complexo. Use classes de ferramentas com alta rigidez e resistência ao desgaste para eliminar tensões de flexão durante o corte.
- Otimizar a fixação e a configuração: Diferentes métodos, como fornecer uma pressão de fixação apropriada, são essenciais para evitar choque e movimento dentro da peça de trabalho. O arranjo adequado dos acessórios pode afetar significativamente a estabilidade da peça de trabalho e da ferramenta de corte, melhorando a precisão.
- Ajuste dos Parâmetros de Corte: Velocidades de corte e avanços ideais devem ser determinados para diminuir quaisquer forças indevidas na ferramenta e manter a produtividade. Usar taxas de avanço mais lentas combinadas com as velocidades ideais do fuso pode ajudar a reduzir a deflexão.
Ao adotar tais técnicas, os operadores poderão obter maior eficiência e precisão de usinagem e, ao mesmo tempo, estender a vida útil das fresas de topo de alta hélice.
Técnicas para minimizar a vibração e a trepidação
- Incorporação de Soluções de Amortecimento: A introdução de materiais ou componentes de amortecimento na configuração da máquina pode ajudar a prevenir vibrações e reduzir a trepidação. Isso pode incluir materiais viscoelásticos ou montagens de isolamento de vibração que absorvem energia.
- Otimização da geometria da ferramenta: alterar os raios de canto e as formas de flauta das ferramentas, por exemplo, tem um efeito de suavização na distribuição de carga. Essa alteração melhora a ação de corte, ao mesmo tempo em que minimiza as chances de induzir vibração.
- Rigidez da Máquina-ferramenta: Se medidas forem implementadas para garantir que a estrutura da máquina-ferramenta esteja rígida e intacta, a vibração será consideravelmente reduzida. Verificação regular do desgaste da máquina-ferramenta e construções mais rígidas da máquina-ferramenta serão usadas para aumentar a estabilidade.
- Balanceamento dinâmico: Os procedimentos do local de trabalho abrangem o balanceamento dinâmico pré-uso das ferramentas para evitar vibrações durante o uso. Uma ferramenta desbalanceada induz vibrações excessivas durante as operações. Portanto, verificações e retificações regulares são necessárias para que a ferramenta funcione corretamente.
Dessa forma, os fabricantes podem reduzir muitas vibrações e ruídos, melhorando o resultado da usinagem, a vida útil da ferramenta e a qualidade da superfície.
Mantendo a integridade da aresta de corte para maior vida útil da ferramenta
Prestar atenção à integridade da ponta é essencial para garantir que as ferramentas de corte durem muito e sejam eficazes. Algumas das principais incluem:
- Seleção Adequada de Ferramentas: Melhorar o desempenho de ponta depende da seleção de material de ferramenta e revestimento adequados em relação à aplicação de usinagem. Essas ferramentas podem ser feitas de aço rápido ou carboneto e podem ser revestidas com TiN ou TiAlN de alto desempenho, ambos resistentes ao calor e ao desgaste.
- Parâmetros de corte ideais: Encontrar as velocidades de corte, as taxas de avanço e as profundidades de corte para um determinado cenário de usinagem é fundamental. Manter todas as variáveis de trabalho dentro dos limites acordados previne o superaquecimento e a carga indevida das arestas de corte, prevenindo assim lascas ou trefilação.
- Inspeção Regular de Ferramentas: Isso ajuda a determinar a quantidade de desgaste da ferramenta e possíveis danos na aresta que ainda não são críticos para o desempenho operacional da ferramenta. A manutenção preventiva pode, portanto, evitar a falha da ferramenta em momentos não planejados e mais perdas de produção devido à quebra da máquina.
- Resfriamento e Lubrificação: Sistemas apropriados de inundação e lubrificação no corte podem reduzir a temperatura ambiente e o atrito induzido pelo calor na aresta de corte. Isso ajuda nas arestas afiadas e reduz a oxidação ou fadiga relacionada ao calor.
Ao seguir essas práticas, os fabricantes podem garantir arestas de corte longas, maior vida útil da ferramenta e maior produtividade nas operações de usinagem.
Quando devemos usar fresas de topo de metal duro em vez de outros materiais?
Vantagens das fresas de topo de metal duro em aplicações de alta hélice
Em aplicações de alta hélice, fresas de metal duro apresentam diversas vantagens distintas que se devem principalmente ao design favorável e às propriedades mecânicas:
- Aumento das taxas de remoção de cavacos: em um fresa de topo de metal duro, o ângulo da hélice é tão íngreme que a remoção efetiva de cavacos é possível quando cortada por esta ferramenta de corte durante operações de corte agressivas. Consequentemente, maiores taxas de avanço são economicamente possíveis, juntamente com melhor acabamento de superfície devido a essas características.
- Melhoria da Resistência da Ferramenta e Resistência ao Desgaste: O carboneto tem propriedades que são superiores às de outros constituintes, a saber, resistência, desgaste a frio e desgaste da ponta de corte. Essa longevidade das fresas é vantajosa, especialmente durante usinagem de alta velocidade e alta eficiência, onde a degradação de ferramentas de corte livre aumenta.
- Precisão e acabamento de superfície aprimorados: Esse recurso é possuído por fresas de topo de carboneto de alta hélice para que o corte seja mais suave e haja vibração reduzida, o que significa menos ou nenhuma trepidação. Esse recurso contribui para a precisão e melhora a qualidade do produto acabado, o que é particularmente importante onde alta precisão é necessária.
Essas características complementares tornam a seleção de fresas de metal duro ideal para aplicações de alta hélice e melhora a eficiência e eficácia em operações de usinagem, particularmente em processos de fresamento de topo de uso geral.
Comparando fresas de topo de carboneto com HSS e outras alternativas
Quando fresas de metal duro são comparadas com HSS e outras alternativas, vários parâmetros são considerados, como as propriedades dos materiais, o custo e a adequação para diversas aplicações.
- Propriedades do material: As fresas de topo de carboneto têm dureza e resistência ao desgaste excelentes em comparação com as fresas de topo HSS, portanto, são mais eficientes ao trabalhar em velocidades elevadas ou usar materiais abrasivos. Ao contrário, as fresas de topo HSS têm algum grau de flexibilidade e resistem a cargas de choque, mas não são tão duráveis e exigem substituição com frequência.
- Considerações de Custo: O custo inicial de uso de fresas de topo de carboneto é geralmente maior do que o de ferramentas HSS; no entanto, devido à vida útil mais longa das ferramentas e melhor desempenho de usinagem, o custo operacional às vezes é reduzido. É comum que os usuários descubram que o custo incorrido na aquisição de carboneto no início é recuperado por meio de substituições pouco frequentes e tempo mínimo perdido.
- Adequação da aplicação: As fresas de topo são mais úteis em situações que exigem muito avanço com alta precisão e velocidade. Outras aplicações de baixo custo, como HSST em aplicações mais suaves ou orçadas, ainda têm áreas onde podem segurar o solo.
Concluindo, embora as evidências fornecidas indiquem que as fresas de topo de carboneto têm benefícios pronunciados em relação ao desempenho e à durabilidade, as ferramentas HSS ainda podem ser vantajosas em certas situações quando o foco principal é o custo e o tipo do material. Isso equilibra essas opções e sugere que as necessidades e objetivos particulares de usinagem os determinarão.
Fontes de referência
Perguntas frequentes (FAQ)
P: O que é um ângulo de hélice de fresa?
A: Um ângulo de hélice de fresa de topo é o ângulo da porção cilíndrica da flauta em relação ao eixo no qual a fresa de topo reside. A evacuação de cavacos e o desempenho no corte dependem desse parâmetro. Ângulos helicoidais entre 30° e 60° são padrão, enquanto ferramentas de corte com um ângulo helicoidal mais significativo geralmente têm melhor remoção de cavacos e ação de corte.
P: Como um ângulo de hélice maior afeta o desempenho da fresa?
R: Aumentar a inclinação axial também aumenta a inclinação resultante da cavidade da fresa, desviando um cavaco durante o corte. Ângulos como 60° geralmente levam a uma ação de corte rápida, que é suave e fácil de usar para remover cavacos do corte. Isso pode ajudar a melhorar os acabamentos da superfície e aumentar as taxas de avanço, mas potencialmente reduzir a rigidez da ferramenta, especialmente quando estes são adotados para o processo de usinagem de materiais mais rígidos.
P: Quais são as vantagens de usar fresas de topo de hélice alta?
A: Fresas de ponta de alta hélice fornecem vários benefícios de remoção de cavacos e forças de corte melhoradas, bem como maiores taxas de avanço e são fáceis de usar, mesmo com metais duros, especialmente para fresamento eficiente de materiais duros usando fresas de ponta quadrada com alta eficiência de usinagem de pneus e adequadas para materiais de dureza elevada. Além disso, ferramentas de alta hélice minimizam ou eliminam a vibração sob certas condições e melhoram o acabamento da superfície.
P: Qual é a faixa ideal de eficiência de corte do ângulo da hélice da fresa para um material específico?
R: O ângulo de hélice ideal varia de material para material. Materiais mais macios, como alumínio, preferem ângulos máximos ideais aumentados entre 50° e 60°, o que resulta em taxas de alimentação melhores e mais rápidas e evacuação de cavacos ainda melhor. Materiais mais rígidos, no entanto, preferem ângulos máximos ideais baixos de 30° -45°, o que fornece resistência e estabilidade extras. Os maquinistas devem levar em conta as propriedades do material ao escolher a ferramenta de fresagem necessária.
P: Você diria que uma fresa padrão é o oposto de uma fresa helicoidal de ângulo variável?
R: No caso de fresas de topo padrão, o ângulo de hélice mantido ao longo do comprimento das ranhuras é o mesmo, enquanto em fresas de topo de hélice variável, o arranjo tem cada ranhura contendo ângulos de hélice diferentes. Os projetos de hélice variável também auxiliam na redução de harmônicos, bem como de vibração ao cortar, em uma tentativa de resolver quaisquer problemas ou complicações potenciais para usinagem de paredes finas ou processos de usinagem de materiais complexos.
P: De que forma a profundidade axial do corte está relacionada às mudanças no ângulo da hélice?
R: No entanto, aumentar o ângulo da hélice geralmente reduz a profundidade axial recomendada do corte. Isso ocorre porque quanto maior o ângulo da hélice, menos a ferramenta pode implementar uma certa quantidade de corte. Por exemplo, um ângulo de hélice de 30° pode permitir 'cortes de mergulho' mais profundos do que um raio de hélice de 60°. Esse fator variará dependendo do uso da ferramenta e dos parâmetros de deformação selecionados no caso que suporta esse ângulo de hélice.
P: É possível executar ranhuras com ferramentas de alta hélice?
A: Mesmo que ferramentas de alta hélice possam ser utilizadas para corte, este não pode ser o método preferencial para todas as operações de corte. Será notado que quando a folga para ranhuras profundas é cortada com ângulos de alta hélice, esses ângulos puxam a fresa para dentro da peça de trabalho. Ao cortar largura total, melhor estabilidade e remoção de cavacos parecem ser fornecidas devido aos ângulos de colheita de hélice mais baixos de 30 a 40 graus. No entanto, ao cortar larguras parciais ou ao cortar materiais mais macios, as ferramentas de alta hélice têm um bom desempenho.
P: Qual é a relação entre taxas de avanço e ângulos de hélice?
R: Geralmente, quanto maiores os ângulos da hélice, mais rápidas as taxas de avanço devido à remoção aprimorada de cavacos e às forças de corte mais baixas. No entanto, nem sempre é correto dizer que a taxa de avanço aumenta com o aumento do ângulo da hélice. Em algumas situações, um ângulo de hélice muito alto pode necessitar de uma taxa de avanço mais lenta para evitar amassados excessivos, particularmente no caso de materiais duros ou durante o cegamento profundo.
P: Ao decidir entre 45° e 60°, há um dilema sobre qual ângulo adotar. Quais fatores desempenham um papel significativo?
R: Vários fatores devem ser considerados para escolher um ângulo de hélice de 45° ou 60°. Os principais fatores são o material de usinagem, os requisitos de parâmetros de corte e aplicações específicas. Um ângulo de hélice de 45 graus fornece um carregamento e evacuação de cavacos de ferramenta ideais para usinagem de vários materiais. Um ângulo de 60 graus torna possível lidar com mais cavacos e, portanto, é recomendado para materiais mais macios e usinagem de alta velocidade. Caso contrário, pode não ter a rigidez necessária para usinagem de materiais duros ou cortes profundos.
P: Que importância um desenhista deve dar ao ângulo da hélice ao escolher a fresa de topo?
R: Sim, o ângulo da hélice deve ser considerado ao selecionar uma fresa de topo porque ele tem efeitos severos no desempenho de corte, remoção de cavacos e eficiência de usinagem como um todo. Adaptar o ângulo correto da hélice resulta em melhor qualidade de superfície, maior produtividade e maior vida útil da ferramenta. Operadores de máquinas, como máquinas de corte, devem prestar atenção ao ângulo da hélice para outros fatores, incluindo a peça de trabalho do cortador, condições de trabalho e a aplicação da ferramenta.
