Uno de los principales componentes que influyen en el rendimiento de las operaciones de mecanizado es el ángulo de hélice. Este ángulo determina el ángulo de la hoja al cortar el material en la rotación del husillo. Un ángulo de hélice más grande crea transiciones más suaves al llegar a la profundidad de corte axial requerida. Es importante tener en cuenta los ángulos de hélice cuando se trabaja con diferentes materiales.
Aquí vamos a explicar qué es un ángulo de hélice, sus ventajas y desventajas, la forma de calcularlo, la diferencia entre ángulos de hélice y ángulos de avance, y qué ángulos de hélice son adecuados para determinadas aplicaciones.
¿Qué es una hélice y un ángulo de hélice?
Una hélice se puede explicar simplemente como un tipo de curva tridimensional que se enrolla alrededor de una línea recta. Se encuentra comúnmente en nuestra vida diaria. Puedes encontrarlo fácilmente en un tornillo, a engranaje helicoidal, o un engranaje de tornillo. Otros lugares que puede ver son resortes, como el de su báscula, o la suspensión de su bicicleta o automóvil, o en un bolígrafo en el que se puede hacer clic.
El ángulo de hélice es el ángulo entre la hélice y una línea de eje en el exterior del cilindro o cono circular, y se mide en grados. Es distinto del ángulo de avance, que se mide con referencia a una línea perpendicular al eje. El ángulo de hélice es el ángulo complementario del ángulo de avance.
Características geométricas de una hélice
- Dirección: una hélice es una forma tridimensional que gira en espiral alrededor de un eje.
- Línea en espiral: una hélice se compone de una línea continua y sinuosa que se envuelve alrededor de un punto central.
- Eje de simetría: El punto central alrededor del cual gira la hélice se conoce como eje de simetría.
- Paso: El paso es la medida de qué tan rápido se enrolla la hélice alrededor del eje y qué tan separadas están las bobinas entre sí.
- Radio: El radio de una hélice es la distancia desde el eje de simetría hasta la línea sinuosa de la hélice.
- Circunferencia: La circunferencia de una hélice es la distancia alrededor del exterior de la hélice.
¿Qué es el ángulo de hélice en las herramientas de corte?
Muchos herramientas de corte tienen forma helicoidal, como brocas helicoidales y fresas helicoidales. El ángulo de los filos es equivalente al ángulo de hélice de la herramienta. La siguiente imagen ilustra la hélice en una herramienta de corte.
Por lo general, se recomienda un ángulo entre 30° y 40° para la mayoría de las fresas de mango y se considera ideal en términos del equilibrio entre todos los factores relacionados. Sin embargo, el ángulo óptimo puede variar según la aplicación.
Incluso un pequeño cambio en el ángulo puede provocar una diferencia considerable en el rendimiento de una herramienta de corte. Por lo tanto, es importante que la ingeniería y los operadores de máquinas sean conscientes de las implicaciones que pueden tener los diferentes ángulos de hélice en los resultados del mecanizado.
Fórmula del ángulo de hélice/Cómo calcular el ángulo de hélice
El ángulo de hélice, cuando se asocia con tornillos, se puede calcular tomando la sección del tornillo y representándola como un triángulo rectángulo, de modo que se pueda determinar su ángulo. Tenga en cuenta que el concepto es similar a la mayoría de las aplicaciones mecánicas de los ángulos de hélice, mientras que el término se refiere directamente a los tornillos.
Si se desenrolla una sola vuelta de la hélice, puede verse como la circunferencia de un círculo con un diámetro de d. El ángulo de la hélice es entonces el ángulo entre esta circunferencia y el paso de la hélice.
Esto se calcula matemáticamente como:
O
Dónde:
L = Paso del tornillo: la distancia que se mueve la tuerca en una revolución del tornillo.
rmetro: el radio de la rosca del tornillo o engranaje es un valor que se debe determinar para identificar la Circunferencia del Tornillo, lo que se hace midiendo el diámetro del tornillo y multiplicando el resultado por pi.
Nota: La función atan o arco tangente se utiliza para calcular el ángulo en radianes para el cual la tangente de ese ángulo es igual a un valor dado, que es el inverso de la función Tan.
Ángulos de hélice alto vs. bajo
El ángulo de hélice de una herramienta de corte está determinado por el ángulo formado entre la línea central de la herramienta y una línea tangente al borde de corte. Este factor tiene un impacto considerable en las fuerzas de corte, tasa de remoción de material, evacuación de viruta y acabado de la superficie.
En términos generales, cuando el ángulo de la hélice es superior a 40°, el filo de corte envuelve la herramienta a un ritmo más acelerado. Por el contrario, un ángulo de menos de 40° proporciona una envoltura más lenta.
A medida que aumenta el ángulo de la hélice, también disminuirá la longitud de enganche a lo largo del filo de corte. Como tal, hay ventajas y desventajas en el uso de ángulos de hélice lentos y altos que deben tenerse en cuenta al mecanizar una pieza.
Pros y contras de los ángulos de hélice bajos y altos
| Ángulos de hélice bajos (<40°) | Ángeles de alta hélice (>40°) | |
| Beneficios | Levantamiento reducido: La hélice lenta reduce el riesgo de que la pieza se levante de la mesa de trabajo en entornos con menor estabilidad. Evacuación de virutas más grande: La hélice lenta permite que la herramienta extraiga una gran cantidad de material, lo que la convierte en una opción ideal para el mecanizado agresivo. Mayor fuerza: Con un núcleo más robusto, esta herramienta es capaz de soportar mejor la presión que normalmente haría que se deformara. | Mejor acabado superficial: Las fuerzas radiales más bajas, en combinación con el ángulo de hélice más alto, conducirán a una acción de corte más efectiva que otorgará un mejor acabado superficial. Evacuación Efectiva de Virutas: Un ángulo de hélice más alto disminuirá la longitud de enganche del filo de corte, lo que a su vez resultará en una evacuación efectiva de las virutas. Fuerza radial inferior: Permitir un funcionamiento más silencioso y suave, así como una menor cantidad de deflexión y una mayor estabilidad cuando se usa para aplicaciones de paredes delgadas. |
| inconvenientes | Tasa de alimentación más lenta: La energía generada por la hélice lenta requiere que se use a un ritmo más lento que otras fresas de extremo. Acabado áspero: Debido a la incapacidad de la fresa de extremo helicoidal lenta para retirar eficazmente las virutas, su producto final suele ser de menor calidad. | Dientes más delgados: Un ángulo de hélice más alto conducirá a dientes más delgados. Mayor riesgo de desviación: Los dientes más delgados de la herramienta de hélice superior aumentan la probabilidad de desviación, lo que limitará la velocidad a la que se puede operar la herramienta. Mala calidad de acabado o falla de la herramienta: Si no se maneja con cuidado, demasiada deflexión puede conducir a una calidad de acabado deficiente e incluso a una posible falla de la herramienta. |
Aplicaciones de los ángulos de hélice
1. Engranaje helicoidal
El ángulo de hélice que se encuentra en los engranajes helicoidales y helicoidales está determinado por el círculo de paso estándar, a menos que se indique lo contrario. Este ángulo normalmente tiene una magnitud que oscila entre 15 y 30 grados para engranajes helicoidales, siendo 45 grados el límite superior para una operación segura. El ángulo se puede cortar con una orientación hacia la derecha o hacia la izquierda y cuando dos engranajes helicoidales están dispuestos en paralelo, deben tener la misma magnitud y dirección opuesta.
2. Engranaje helicoidal
Los engranajes helicoidales tienen un diseño similar a los asientos de engranajes helicoidales, sin embargo, los ejes son perpendiculares. En este escenario, el ángulo de hélice de los engranajes helicoidales engrana con el ángulo de avance del engranaje helicoidal.
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3. tornillo
El ángulo de hélice es un componente muy importante de las aplicaciones y sistemas de ingeniería mecánica que implican la transmisión de potencia y el cambio de movimiento. Algunas aplicaciones comunes se describen a continuación:
Se corta una única ranura helicoidal en un cilindro de tornillo que se conoce como tornillo de una sola rosca. Además, se puede hacer un tornillo de doble rosca cortando dos ranuras helicoidales con el mismo ángulo de hélice, colocándose la segunda en el material sin cortar entre las ranuras de la primera. En determinadas circunstancias, se pueden formar tornillos más complejos con roscas triples y cuádruples. El ángulo de la hélice puede ser derecho o izquierdo y es necesario calcular el par en aplicaciones de tornillo de potencia.
La siguiente fórmula se puede utilizar para calcular la eficiencia máxima de un tornillo:
Dónde,
- α es el ángulo de la hélice
- ф es el ángulo de fricción
- ηmax es la eficiencia máxima
La eficiencia de un tornillo motorizado depende del ángulo de la hélice, así como de la fricción del tornillo y la tuerca que interactúan; se puede trazar frente al ángulo de la hélice, con el ángulo más eficiente entre 40 y 45 grados. Sin embargo, todavía se logra un resultado razonable cuando el ángulo está por encima de 15°. Debido a la dificultad de formar roscas con un ángulo superior a 30°, rara vez se utilizan. Además, el ángulo de rozamiento se hace menor que el ángulo de hélice cuando el ángulo es superior a 30º, lo que provoca que la tuerca deje de ser autoblocante y desaparezca la ventaja mecánica.
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Consideraciones para seleccionar el ángulo de hélice correcto para el mecanizado
Un ingeniero/maquinista experimentado es muy consciente de las herramientas que mejor se adaptan a varias operaciones específicas. El ángulo de hélice es un factor esencial a considerar al elegir la herramienta adecuada para un trabajo. A continuación, se analizan algunas condiciones en las que el conocimiento del ángulo de hélice puede ayudar en el proceso de toma de decisiones.
1. Vida útil de la herramienta
Hay una desventaja de emplear una herramienta con flautas helicoidales altas: el núcleo del cortador es mucho más delgado, lo que exacerba la débil resistencia del núcleo de la herramienta y reduce su expectativa de vida. Por otro lado, tener una hélice baja tampoco es beneficioso para la vida útil de la herramienta, ya que puede causar problemas en forma de acumulación de calor y carga de impacto debido a cortes interrumpidos, además de la posible acumulación de material en el corte. bordes debido a una evacuación de viruta inadecuada.
2. Requisitos de productividad
La influencia de la hélice en la tasa de remoción de material se discutió previamente. Si se va a eliminar rápidamente una gran cantidad de material, es preferible seleccionar una herramienta con un ángulo de hélice bajo.
Se pueden emplear medidas compensatorias para disminuir las consecuencias negativas de una hélice baja. Como ilustración, se puede utilizar una herramienta con una hélice alta para la última pasada para lograr un acabado liso.
3. Paredes/pisos delgados
Las paredes delgadas y los pisos delgados pueden doblarse y torcerse fácilmente bajo las fuerzas generadas durante el proceso de corte. Para paredes, la fuerza radial es responsable de la deformación, mientras que para pisos, la fuerza axial es la más importante.
Los maquinistas pueden crear la solución de herramientas adecuada con una decisión deliberada, ya que el ángulo de la hélice tiene un efecto directo en ambas fuerzas. Por ejemplo, al mecanizar una pared delgada, pueden optar por utilizar una herramienta con una hélice alta para reducir las fuerzas radiales y lograr un acabado fino.
4. Embolsado
Al realizar el embolsado, es importante tener en cuenta la gestión eficaz de las virutas. Las virutas que quedan en la región de corte pueden ser muy perjudiciales tanto para la herramienta como para la calidad de la pieza. Una hélice alta aumenta la evacuación de virutas y, en consecuencia, es ideal para tareas de tipo cajera/ranurado.
Cortar varios materiales con diferentes ángulos de hélice
Al seleccionar el ángulo de hélice adecuado para el mecanizado, se debe tener en cuenta el tipo de material.
Descripción general del ángulo de hélice de la fresa de extremo de carburo
| Ángulo de hélice | Materiales de la pieza de trabajo (recomendado) | Ejemplo |
|---|---|---|
| 0° | Este ángulo es ideal para plástico abrasivo, materiales de viruta corta, materiales sintéticos a base de epoxi, latón, cobre, fibra de vidrio. |
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| 30° | Una fresa de extremo helicoidal de 30° es una buena opción cuando se fresan aceros, hierros fundidos, aceros inoxidables de mecanizado libre y aplicaciones más duras. |
 |
| 35°-40°* | Para mecanizar aceros con bajo contenido de carbono, aceros inoxidables y superaleaciones resistentes al calor, las fresas de extremo helicoidal de 35°-40° son las mejores. |
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| 37°-45° | Las fresas de extremo helicoidal de 37°-45° son ideales para fresar materiales blandos no ferrosos, como aluminio, cobre y plásticos. |
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| 60° | Para aplicaciones específicas y velocidades de avance más altas con mejores acabados, pruebe una fresa de extremo helicoidal de 60°. |
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| Variable | Fresas de mango de hélice variable, la mejor opción para la producción o el mecanizado de alto rendimiento. |
 |
*Para materiales que son difíciles de mecanizar como aceros inoxidables y HRSA, utilice un ángulo de hélice mayor.
Conclusión
Cuando un maquinista selecciona herramientas para su aplicación, debe tener en cuenta algunos factores diferentes, como el material que está cortando, los tiempos de ejecución aceptables y el acabado requerido. Además, se debe tener en cuenta el ángulo de hélice de cada herramienta para garantizar que se realice la cantidad correcta de corte. Si el ángulo de la hélice es demasiado alto para el trabajo, reducirá la vida útil de la herramienta; y si el ángulo de la hélice es demasiado bajo, puede provocar acabados deficientes y vibraciones. Por lo tanto, es imperativo que un maquinista considere el ángulo de hélice de las herramientas de corte que utiliza y cómo afecta la eficiencia y la calidad de la aplicación.
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