Comprensión de los ángulos de hélice:elección del adecuado para un mecanizado óptimo

Hay muchos factores que afectan la calidad y el rendimiento de una aplicación de mecanizado. A menudo se pasa por alto el ángulo de la hélice. Es una característica geométrica simple en fresas helicoidales y otras herramientas de corte. Este factor puede influir en el control del chip, la vibración, los requisitos de energía, etc.

En este artículo, analizaremos qué es una hélice en el contexto del mecanizado, sus ventajas y desventajas, y qué soluciones de ángulo de hélice son ideales para sus aplicaciones.

Una hélice, en pocas palabras, es una curva suave en 3D que gira en espiral alrededor de un eje lineal. Una forma sencilla de entenderlo es imaginar un resorte helicoidal, cuyas espiras representan una curva helicoidal.

Principales características geométricas de una hélice

Cuatro características principales de una hélice definen completamente su forma:

Eje Central :Como se explicó anteriormente, una hélice siempre está centrada en un eje. Proporciona una referencia para localizar y orientar la hélice en un espacio 3D.

Ángulo de hélice :Como se ve en la figura, las espiras del resorte están en un ángulo con respecto al eje, conocido como ángulo de la hélice.

Tono :La distancia entre dos vueltas sucesivas de la hélice es su paso. Un paso mayor significa una hélice "más larga". Este es un valor importante a la hora de diseñar diferentes tipos de hilos, vinculando su movimiento lineal al movimiento rotacional.

Número de vueltas :Este es un parámetro importante para definir la longitud total de una curva helicoidal. Cuanto más vueltas, más larga será la hélice.

¿Qué es el ángulo de hélice en las herramientas de corte?

Varias herramientas de corte tienen ranuras helicoidales (filos de corte), siendo las más comunes las fresas helicoidales y las brocas helicoidales. La siguiente imagen muestra la hélice de una herramienta de corte. Aquí se aplica la misma lógica explicada anteriormente:el ángulo de los filos de corte corresponde al ángulo de hélice de la herramienta.

El ángulo de la hélice de las fresas de extremo varía entre 12° y 60°, según la aplicación. Sin embargo, normalmente se recomienda un ángulo de 30°-40° para la mayoría de los trabajos. Esta gama ofrece un buen equilibrio entre todos los factores implicados.

Pequeñas variaciones en este ángulo pueden cambiar el rendimiento de una herramienta de corte. Por lo tanto, los ingenieros y operadores de fabricación deben conocer sus diversos efectos. Profundicemos en los detalles de cómo los diferentes ángulos de hélice afectan el rendimiento del mecanizado.

Herramienta de corte con ángulos de hélice altos versus ángulos de hélice bajos:¿cuáles son las diferencias?

El ángulo de la hélice puede ser rápido (alto) o lento (bajo). Generalmente, los expertos consideran que la transición de hélice baja a alta se sitúa en torno a los 40°. Afecta a factores importantes como las fuerzas de corte, la tasa de eliminación de material, el acabado de la superficie y la evacuación de viruta.

Herramientas con ángulo de hélice alto

Una fresa con un ángulo de hélice alto es ideal para mecanizado de alto avance, acabado superficial y rendimiento térmico.

Sus dientes muy inclinados entran en el corte de forma gradual. Como resultado, las fuerzas sobre la herramienta también aumentan gradualmente, prolongando su vida útil. Además, debido a su inclinación, hay varias flautas en el corte simultáneamente, lo que reduce aún más la carga sobre las flautas individuales.

La hélice desvía una parte de la fuerza radial hacia el eje z de la máquina CNC. Dado que la herramienta se sujeta rígidamente en esta dirección mediante el portaherramientas y el husillo, esto tiene un efecto positivo en la vida útil de la herramienta y la tolerancia de mecanizado. Debido a esta fuerza radial reducida, la herramienta puede cortar a velocidades de avance más altas. La baja fuerza radial también disminuye las deflexiones de la herramienta y mejora el acabado superficial.

En términos de evacuación de virutas, una herramienta de alta hélice funciona bastante bien. La fuerza en el eje z (fuerza axial) empuja las virutas fuera de la zona de corte, como si fuera una broca o un roscador. Esto es bueno para eliminar el calor y reduce la acumulación de material. Sin embargo, la misma fuerza a veces también puede tirar de la pieza de trabajo hacia arriba y, en consecuencia, perturbar su montaje. Sin embargo, esto se puede evitar con un montaje adecuado.

Herramientas de ángulo de hélice bajo

Las fresas helicoidales con ángulos de hélice bajos tienen su propio conjunto de ventajas. Tienen núcleos y bordes cortantes fuertes, lo que les da la capacidad de soportar tensiones más altas. Si el objetivo es una alta tasa de eliminación de material, estas herramientas son preferibles ya que extraen virutas más grandes y continuas. También son más adecuados para materiales duros.

Sin embargo, la desventaja de este tipo de herramientas es que el usuario tiene que comprometer la calidad de la superficie con cortadores de baja hélice.

¿Cómo elegir el ángulo de hélice para su aplicación?

Un ingeniero/maquinista experto sabe qué herramientas son mejores para sus aplicaciones específicas. El ángulo de la hélice debe ser una consideración importante al elegir una herramienta para un trabajo.

Destacaremos algunas situaciones en las que el conocimiento del ángulo de la hélice puede ayudar en la toma de decisiones.

1. Requisitos de productividad

Ya se han discutido los efectos de la hélice sobre la tasa de eliminación de material. Es preferible un ángulo de hélice más bajo si es necesario eliminar rápidamente una gran cantidad de material.

Esto puede combinarse con medidas compensatorias para reducir los efectos negativos de una hélice baja. Por ejemplo, se puede utilizar una herramienta de hélice alta para la pasada de acabado y una de hélice baja para cortes preliminares.

2. Embolsarse

Al fresar cajeras, es muy importante una gestión eficaz de las virutas. Las virutas que quedan en la zona de corte pueden ser muy perjudiciales para la calidad de la herramienta y de la pieza. Una hélice alta mejora la evacuación de virutas y, en consecuencia, es adecuada para trabajos de tipo cajera/ranurado.

3. Paredes/suelos finos

Las estructuras de paredes delgadas y los pisos delgados se deforman muy fácilmente bajo las fuerzas de corte. Para las paredes, las fuerzas radiales causan deformación, y para los pisos, la fuerza axial es importante.

Dado que el ángulo de la hélice afecta directamente a ambos componentes de fuerza, los maquinistas pueden tomar una decisión informada para una solución de herramientas adecuada. Por ejemplo, al mecanizar una pared delgada, pueden considerar cambiar a un cortador de hélice alta para minimizar las fuerzas radiales y obtener un acabado fino.

4. Vida útil de la herramienta

Una desventaja de tener canales de hélice altos es que se reduce el espesor del centro (núcleo) del cortador. Esto deteriora la resistencia central de la herramienta y, por tanto, su vida útil.

Sin embargo, una hélice baja tampoco es la mejor para la vida útil de la herramienta. Provoca problemas en forma de acumulación de calor y carga de impacto debido a cortes interrumpidos. También es posible que se acumule material en los filos debido a una mala evacuación de la viruta.

Diferentes ángulos de hélice para cortar diversos materiales

Diferentes materiales requieren diferentes ángulos de hélice. Por ejemplo, los metales duros requieren ángulos de hélice bajos para obtener resultados exitosos, mientras que los ángulos de hélice altos son mejores para los metales blandos. Por lo tanto, se debe tener en cuenta el tipo de material que se está fresando al seleccionar el ángulo de hélice adecuado.

Las herramientas con ángulo de hélice bajo son adecuadas para virutas cortas y materiales metálicos duros. Estos incluyen acero, hierro fundido y acero inoxidable de fácil mecanizado. Además, los tipos de materiales sintéticos, como los sintéticos a base de epoxi, las láminas de fibra de vidrio y los plásticos abrasivos, también se mecanizan mejor con herramientas de baja hélice.

Sin embargo, los cortadores con un ángulo de hélice alto son buenos para materiales más blandos como aluminio, cobre, plásticos, etc.

Además, una cortadora de ángulo de hélice variable es la opción ideal para el mecanizado de alto rendimiento. Es adecuado para materiales difíciles de mecanizar, como acero inoxidable y superaleaciones resistentes al calor. Su rendimiento de corte superior y su vida útil prolongada los convierten en la elección perfecta incluso para las aplicaciones de mecanizado más desafiantes.

Conclusión

Esperamos que este haya sido un artículo interesante para nuestros lectores. Hay muchas variables en el mecanizado y el ángulo de la hélice no se analiza lo suficiente en proporción a su importancia. Un experto conoce todos los aspectos de su oficio y optimiza el rendimiento con este conocimiento y experiencia.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un ángulo de avance y un ángulo de hélice?

Los ángulos de avance y de hélice son complementarios (su suma es 90 grados). Comparten una línea de referencia, que es tangente a la hélice del hilo o engranaje. La otra línea de referencia, sin embargo, es diferente. Para el ángulo de hélice, es el eje de la hélice considerada. Para el ángulo de avance, la segunda línea de referencia es la línea perpendicular al eje central de la hélice.

¿Para qué sirven las fresas de hélice variable para el ángulo de hélice?

Las fresas de punta de hélice variable son fresas especiales con diferentes ángulos de hélice para cada flauta. Tienen una alta estabilidad dinámica ya que son capaces de amortiguar las vibraciones en frecuencias resonantes de la herramienta. Como resultado, estas herramientas experimentan menos vibraciones y producen un acabado superficial más fino.

¿Por qué los ángulos de hélice son importantes en el mecanizado?

El ángulo de hélice es un parámetro geométrico central del mecanizado de fresas. Es importante ya que afecta la tasa de eliminación de material, la velocidad de avance, el acabado de la superficie, la distribución de la fuerza de corte, la resistencia y la vida útil de la herramienta.