Rechenwinkel in Bearbeitung: Typen und Auswirkungen

Bearbeitungsprozesse von Mahlen und Bohrungen sind von grundlegender Bedeutung für die Herstellung und formen Rohstoffe in fertige Komponenten mit Präzision. Im Zentrum der effektiven Bearbeitung steht ein kritisches geometrisches Merkmal des Schneidwerkzeugs: der Rechenwinkel. Dieses scheinbar kleine Detail beeinflusst tiefgreifend, wie Material entfernt wird, was sich auf die Oberfläche, die Lebensdauer, die Schneidkräfte und die Chipbildung auswirkt. Der Rechenwinkel in der Bearbeitung ist ein grundlegender geometrischer Winkel eines Schneidwerkzeugs, das die Richtung des Chipflusses steuert und die Schnitteffizienz, Wärmeerzeugung, Oberflächenfinish sowie die Gesamtleistung und die Lebensdauer des Werkzeugs direkt beeinflusst. Dieser Artikel wird sich mit dem Rechenwinkel befassen, unterscheiden sich zwischen seinen verschiedenen Typen, erklären, warum er für die Bearbeitung so wichtig ist, untersuchen, wie sich er auf die Schnittleistung auswirkt, und liefert Leitlinien für die Auswahl des optimalen Rechenwinkels für verschiedene Materialien und Operationen.

Inhaltsverzeichnis

• Was ist der Rechenwinkel bei der Bearbeitung?

• Was sind die verschiedenen Arten von Rechenwinkeln?

• Warum ist der Rechenwinkel bei der Bearbeitung so wichtig?

• Wie wirkt sich der Rechenwinkel die Schnittleistung aus?

• Wie wird der optimale Rechenwinkel für verschiedene Materialien ausgewählt?

• Was sind die Überlegungen zum Rechenwinkel bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen?

Was ist der Rechenwinkel bei der Bearbeitung?

Der Rechenwinkel in der Bearbeitung ist definiert als der Winkel zwischen der Rake -Gesicht (oder dem Gesicht) des Schneidwerkzeugs und einer Referenzebene (typischerweise senkrecht zur Werkstückoberfläche), die durch die Schneide geht. Dieser Winkel bestimmt, wie der Chip vom Werkstück wegfließt und die Schneidkräfte, die erzeugte Wärme und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche erheblich beeinflusst.

Im Wesentlichen ist die Rake -Gesicht die Oberfläche, über die der Chip aus dem Werkstück schert. Die Ausrichtung dieses Gesichts, bestimmt durch den Rechenwinkel, steuert den Chipbildungsprozess. Ein korrekt ausgewählter Rechenwinkel sorgt für eine effiziente Evakuierung des Chips, minimiert die Reibung zwischen dem Chip und dem Werkzeug und optimiert die Schnittwirkung, was zu einer verbesserten Lebensdauer und einer überlegenen Qualitätsstückqualität führt.

Was sind die verschiedenen Arten von Rechenwinkeln?

Rechenwinkel werden breit in drei Typen eingeteilt: positive, negative und null (neutrale) Rechenwinkel, die sich durch die Ausrichtung der Rake -Gesicht relativ zum Werkstück und der Schneidrichtung unterscheiden. Jeder Typ bietet unterschiedliche Vor- und Nachteile, wodurch sie für verschiedene Materialien und Bearbeitungsbedingungen geeignet sind.

Das Verständnis dieser Unterscheidungen ist entscheidend für die Auswahl der entsprechenden Werkzeuggeometrie für eine bestimmte Anwendung:

• Positiver Rechenwinkel:

• Definition: Die Rake -Face nimmt von der Schneide in Richtung des Schnitts ab. Dies bedeutet, dass der Winkel zwischen der Rake -Gesicht und der senkrechten Referenzebene positiv ist.

• Eigenschaften: Erzeugt eine scharfe, scharfe Schneide. Die Schnittwirkung ist eher wie Scheren oder Schneiden.

• Vorteile:

• Niedrigere Schnittkräfte und Stromverbrauch.

• Reduzierte Wärmeerzeugung aufgrund weniger Reibung.

• Besseres Oberflächenfinish.

• Geeignet zur Bearbeitung von weichen, duktilen Materialien (z. B. Aluminium, Kunststoffe, Kupfer).

• Kann für Lichtschnitte oder Endvorgänge verwendet werden.

• Nachteile:

• Schwächere Schneide, anfällig für Splitter oder Bruch.

• Kürzeres Werkzeugleben, insbesondere mit härteren Materialien oder unterbrochenen Schnitten.

• Negativer Rechenwinkel:

• Definition: Die Rake -Face nimmt in Richtung der Schneide und macht die Kante effektiv stumpf oder dicker. Der Winkel zwischen der Rake -Gesicht und der senkrechten Referenzebene ist negativ.

• Eigenschaften: Erzeugt eine starke, robuste Schneide. Die Schnittwirkung ist eher Komprimierung oder Drücken.

• Vorteile:

• Stärkere Schneide, sehr resistent gegen Abhaufen und Bruch.

• Erhöhtes Werkzeuglebensleben, insbesondere mit harten, spröden Materialien (z. B. gehärtetem Stahl, Gusseisen) oder unterbrochenen Schnitten.

• Bessere Wärmeissipation durch den größeren Keilwinkel des Werkzeugs.

• Ideal für schwere Schnitte und Schrägvorgänge.

• Nachteile:

• Höhere Schnittkräfte und Stromverbrauch.

• Erhöhte Wärmeerzeugung aufgrund höherer Reibung.

• Schlechtere Oberflächenbeschaffung.

• Nicht geeignet für weiche, duktile Materialien, da dies zu einem Materialanbau führen kann.

• Null (neutral) Rechenwinkel:

• Definition: Das Rake -Gesicht ist senkrecht zur Werkstückoberfläche. Der Winkel zwischen der Rake -Gesicht und der senkrechten Referenzebene ist Null.

• Eigenschaften: Ein Kompromiss zwischen positiven und negativen Rechenwinkeln.

• Vorteile:

• Bietet ein Gleichgewicht der Schneidefestigkeit und reduzierte Schnittkräfte.

• Relativ einfach herzustellen.

• Oft für allgemeine Tools verwendet oder wenn die Chipsteuerung ein Hauptanliegen ist.

• Nachteile:

• Optimiert weder für Festigkeit noch für niedrige Schnittkräfte vollständig.

• Möglicherweise ist nicht ideal für extreme Bearbeitungsbedingungen.

Warum ist der Rechenwinkel bei der Bearbeitung so wichtig?

Der Rechenwinkel ist bei der Bearbeitung von entscheidender Bedeutung, da er grundlegend die Effizienz der Chipbildung, die Größe der Schneidkräfte, die in der Schneidzone erzeugte Wärmemenge und die Gesamtqualität der bearbeiteten Oberfläche vorschreibt, die sich direkt auf die Lebensdauer und die Teilintegrität der Werkzeuge auswirkt. Ein optimaler Rechenwinkel sorgt für einen reibungslosen Betrieb und überlegene Ergebnisse.

Es ist einer der primären Designparameter für jedes Schneidwerkzeug, das den gesamten Bearbeitungsprozess beeinflusst:

• Chipbildung: Der Rechenwinkel steuert, wie das Material verformt und schert, um einen Chip zu bilden. Ein positiver Rechenwinkel fördert den leichteren Chipfluss und eine kontinuierliche Chipbildung, während ein negativer Rechenwinkel dazu neigt, segmentierte oder diskontinuierliche Chips zu produzieren, insbesondere in spröden Materialien.

• Schnittkräfte: Ein größerer positiver Rechenwinkel verringert den Widerstand gegen den Chip -Fluss, was zu niedrigeren Schneidkräften und damit zu einem geringeren Stromverbrauch durch die Werkzeugmaschine führt. Umgekehrt erhöht ein negativer Rechenwinkel die Schnittkräfte.

• Wärmeerzeugung: Niedrigere Schnittkräfte korrelieren im Allgemeinen mit weniger Wärmeerzeugung. Positive Rechenwinkel minimieren die Reibung zwischen dem Chip und dem Werkzeuggesicht und reduzieren die Wärme. Übermäßige Wärme kann zu Werkzeugverschleiß, thermischer Verzerrung des Werkstücks und einer schlechten Oberflächenbeschaffung führen.

• Werkzeugleben: Die Stärke der Spitzenreite hängt umgekehrt mit der Positivität des Rake -Winkels zusammen. Eine starke Kante (negativer Rechen) hält höhere mechanische und thermische Belastungen im Widerspruch zu und verlängerte die Lebensdauer, insbesondere in schwierigen Materialien oder unterbrochenen Schnitten. Eine schwächere Kante (positives Rechen) kann schneller abschneiden oder sich abnutzen.

• Oberflächenbeschaffung: Ein positiver Rechenwinkel führt im Allgemeinen zu einer glatteren Oberflächenbeschaffung mit höherer Qualität aufgrund einer saubereren Scherwirkung und einer reduzierten Materialrisse. Negative Rechenwinkel können rauere Oberflächen erzeugen.

• Werkzeugverschleiß: Die Verteilung von Spannung und Hitze auf der Rechenfläche und dem Flankengesicht des Werkzeugs wird stark vom Rechenwinkel beeinflusst, der direkt den Typ und die Rate des Werkzeugkleidung (z. B. Kraterverschleiß, Flankenverschleiß) beeinflusst.

Wie wirkt sich der Rechenwinkel die Schnittleistung aus?

Der Rechenwinkel beeinflusst die Schnittleistung zutiefst, indem sie die ChIP -Eigenschaften (Form, Fluss, Dicke), Schneidkräfte (Stoß, Tangential), Wärmeverteilung an der Schneidschnittstelle, Werkzeugverschleißmechanismen und die resultierende Oberflächenfinish des Werkstücks direkt beeinflussen. Die Optimierung dieses Winkels ist der Schlüssel zur Maximierung von Effizienz und Qualität.

Ein differenziertes Verständnis dieser Auswirkungen ermöglicht es Maschinisten, die Bearbeitungsergebnisse vorherzusagen und zu steuern:

• Chipkontrolle:

• Positives Rechen: Fördert kontinuierliche, Curling -Chips, die mit Chip -Breakern verwaltet werden können. Ideal für duktile Materialien.

• Negatives Rechen: Produziert oft kurze, segmentierte oder diskontinuierliche Chips, insbesondere in spröden Materialien. Dies kann für eine einfache Chip -Evakuierung wünschenswert sein.

• Schneidkraftverteilung:

• Ein positiver Rechenwinkel leitet mehr von der Schneidkraft in das Scheren des Materials und reduziert die Kraft, die das Werkzeug in das Werkstück drückt.

• Ein negativer Rechenwinkel führt zu höheren Druckkräften auf dem Werkstück, die für harte Materialien von Vorteil sein können, die dem Scheren widerstehen.

• Wärmemanagement:

• Niedrigere Schnittkräfte und weniger Reibung mit positiven Rechenwinkeln bedeuten weniger Wärme, die an der Schneide erzeugt werden. Diese Hitze wird hauptsächlich vom Chip weggetragen.

• Höhere Kräfte und Reibung mit negativen Rechenwinkel führen zu mehr Wärme, die über ein größeres Volumen des Werkzeugs verteilt ist und die Wärmeabteilung von der Schneidzone in den Werkzeugkörper unterstützt.

• Oberflächenfinish und Integrität:

• Positive Rechenwinkel, die eine schärfere Schneidwirkung bereitstellen, tendieren dazu, glattere Oberflächen mit einer weniger aufgebauten Kantenbildung (BUE) zu erzeugen, die die Oberflächenqualität beeinträchtigen kann.

• Negative Rechenwinkel, insbesondere bei duktilen Materialien, können zu mehr Zerreißen und Bue führen, was zu einer schlechteren Oberflächenbeschaffung führt.

• Werkzeugablenkung und Vibration:

• Werkzeuge mit höheren positiven Rechenwinkeln erleben niedrigere Schnittkräfte, die die Ablenkung und Vibration der Werkzeuge verringern können, was zu einer größeren Stabilität und einer verbesserten Genauigkeit führt, insbesondere in langen oder schlanken Werkstücken.

• Werkzeuglebens- und Ausfallmodi:

• Während positive Rechenwinkel ein effizientes Schneiden bieten, ist ihre schwächere Kante unter schwierigen Bedingungen anfälliger für katastrophales Versagen (Chipping).

• Negative Rechenwinkel mit ihrer robusten Kante sind widerstandsfähiger gegenüber Auswirkungen und thermischer Müdigkeit, was die Lebensdauer der Werkzeuge in anspruchsvollen Anwendungen verlängert, kann jedoch aufgrund höherer Reibung mehr unter Flankenverschleiß leiden.

Wie wird der optimale Rechenwinkel für verschiedene Materialien ausgewählt?

Der optimale Rechenwinkel für einen Bearbeitungsvorgang wird unter Berücksichtigung der Härte und Duktilität des Werkstücksmaterials, der gewünschten Oberflächenfinish, der erforderlichen Schneidkräfte und der Starrheit des Bearbeitungsaufbaus, der typischerweise positive Winkel für weiche, duktile und negative Winkel für harte, sprachliche Winkel bevorzugt. Diese Auswahl ist ein kritisches Gleichgewicht der konkurrierenden Faktoren.

Hier ist ein allgemeiner Leitfaden für die Materialauswahl:

• Weiche, duktile Materialien (z. B. Aluminium, Kupfer, Kohlenstoffstahl mit niedrigem Kohlenstoff, Kunststoff):

• Optimaler Rechenwinkel: hohe positive Rechenwinkel ( +10 ° bis +25 ° oder mehr).

• Argumentation: Diese Materialien neigen dazu, signifikant zu verformen und lange, kontinuierliche Chips zu erzeugen. Ein hoher positiver Rechenwinkel fördert eine saubere Scherwirkung, verringert das Risiko einer bauten Kante (BUE), minimiert Schnittkräfte und sorgt für eine gute Oberfläche.

• Mittelhärte und Duktilitätsmaterialien (z. B. mittelgroßer Kohlenstoffstahl, Edelstahl):

• Optimaler Rechenwinkel: Mäßige positive Rechenwinkel ( +5 ° bis +15 °).

• Argumentation: Eine Balance ist erforderlich, um angemessene Schnittkräfte und Oberflächenbeschaffung zu erreichen und gleichzeitig eine ausreichende Schneidefestigkeit aufrechtzuerhalten. Chip Breaker werden häufig verwendet, um den Chip -Flow zu verwalten.

• Hard & Spotte Materials (z. B. Gusseisen, gehärtete Stähle, Superalloys):

• Optimaler Rechenwinkel: Negative Rechenwinkel (-5 ° bis -15 °).

• Argumentation: Diese Materialien erzeugen diskontinuierliche Chips und erfordern eine sehr starke Speisekante, um hohen Druckkräften und thermischen Schock zu standzuhalten. Der negative Rechenwinkel liefert die notwendige Festigkeit und hilft, die Wärme effektiv durch den Werkzeugkörper abzuleiten.

• Exotische Legierungen (z. B. Titanlegierungen, Hochtemperatur-Superlegierungen):

• Optimaler Rechenwinkel: Leicht positiv zu Null -Rechenwinkel (0 ° bis +5 °).

• Argumentation: Diese Materialien sind aufgrund der hohen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und der Härtung von Arbeiten oft schwer zu maschine. Eine leichte positive oder null Rechenwinkel -Kantenfestigkeit mit reduzierten Schneidkräften, oft mit sehr scharfen Kanten und spezifischen Beschichtungen.

Was sind die Überlegungen zum Rechenwinkel bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen?

Der ideale Rechenwinkel variiert auch erheblich auf der Grundlage des spezifischen Bearbeitungsvorgangs (z. B. Drehen, Fräsen, Bohrungen), Schneidbedingungen (Schruppen gegenüber dem Finishing) und der Starrheit der Maschinen- und Werkstück -Setup, wobei jeweils einen maßgeschneiderten Ansatz zur Optimierung der Leistung erforderlich ist. Das Verständnis dieser operativen Nuancen ist für eine effektive Werkzeuge von wesentlicher Bedeutung.

Hier erfahren Sie, wie sich die Überlegungen zum Rechenwinkel in den gängigen Operationen unterscheiden:

• Drehung:

• Rauen: Verwendet oft negative Rechenwinkel für Festigkeit und Fähigkeit, um schwere Schnitte und unterbrochenes Schneiden zu bewältigen.

• Finishing: Verwendet typischerweise positive Rechenwinkel für eine glatte Oberflächenfinish und niedrigere Schneidkräfte, insbesondere bei weicheren Materialien.

• Geometrie einfügen: Indexbare Einsätze haben häufig einen negativen Rechenwinkel im Halter, aber die Geometrie des Einsatzes selbst kann einen effektiven positiven Rechenwinkel an der Speisekante erzeugen (z. B. durch Chipbreaker -Design).

• Mahlen:

• Gesichtsfräsen: Verwendet oft negative axiale Rechenwinkel (für Festigkeit und Regiekräfte in die Spindel) in Kombination mit positiven radialen Rechenwinkeln (zur scharfen Schneidwirkung), um einen guten Scherungseffekt zu erzielen.

• Endmahlen: Verwendet im Allgemeinen positive helikale (axiale) Rechenwinkel entlang der Flötenlänge, um eine glatte Scherwirkung und effizient Evakuierung von Chips, insbesondere in tiefen Schläfen zu liefern. Der radiale Rechen kann je nach Material und Steifheit positiv oder negativ sein.

• Chip -Evakuierung: Helikale Rechenwinkel sind entscheidend, um Chips effizient aus dem Schnitt herauszuheben.

• Bohrungen:

• Bohrpunktgeometrie: Die Bohrungen verfügen normalerweise über einen positiven Rechenwinkel entlang ihrer Schneidkanten (Flöten), um materielles Schermaterial effizient zu scheren und Chips für die Evakuierung nach oben zu locken.

• Helixwinkel: Der Helixwinkel der Bohrflöte ist eine Form des Rechenwinkels und beeinflusst den Chipfluss und die Schneidkräfte. Größere Helixwinkel (positiverer Rechen) sind für weichere Materialien, während kleinere Helixwinkel (weniger positives Rechen) für härtere Materialien gelten.

• Reisen und Klopfen:

• Diese Operationen beinhalten viel niedrigere Materialentfernungsraten als das Drehen oder Mahlen.

• Reibahlen: In der Regel haben kleine positive oder null Rechenwinkel, um eine genaue Lochgrößen und eine gute Oberflächenbeschaffung ohne aggressives Schneiden zu erreichen.

• TAPS: verfügen über positive Rechenwinkel (oft als 'Hakenwinkel' genannt), um in das Material zu ziehen, Scherchips und erstellen Sie effizient Fäden.

• Starrheit des Setups:

• Bei weniger starre Einstellungen (z. B. lange, schlanke Werkstücke, älteren Maschinen) werden höhere positive Rechenwinkel bevorzugt, um Schneidkräfte zu reduzieren und die Ablenkung und Vibration zu minimieren.

• Bei sehr starre Einstellungen können aggressivere negative Rechenwinkel toleriert werden, was schwerere Kürzungen und erhöhte Metallentfernungsraten ermöglicht.

Abschluss

Der Rechenwinkel ist weit mehr als nur ein geometrisches Detail in einem Schneidwerkzeug. Es ist ein grundlegender Entwurfsparameter, der die Mechanik und Ergebnisse eines Bearbeitungsbetriebs tiefgreifend beeinflusst. Die Optimierung des Rechenwinkels ist von größter Bedeutung, um eine effiziente Chipbildung zu erreichen, Schneidkräfte und Wärmeerzeugung zu minimieren, die Lebensdauer zu verlängern und eine konstant qualitativ hochwertige Oberflächenoberflächen über eine Vielzahl von Materialien und Bearbeitungsbedingungen zu erzeugen. Die sorgfältige Auswahl stellt ein kritisches Gleichgewicht zwischen Kantenstärke, Schnitteffizienz und Prozessstabilität dar.

Wenn die Materialien fortgeschrittener werden und die Anforderungen an die Bearbeitung präziser werden, werden ein tiefes Verständnis des Rechenwinkels - von ihren verschiedenen Typen bis zu den komplizierten Auswirkungen auf die Leistung und deren Auswahlkriterien für bestimmte Materialien und Betrieb - für Maschinisten und Ingenieure unerlässlich bleiben. Das Beherrschen dieses Aspekts der Werkzeuggeometrie ist der Schlüssel, um die maximale Produktivität, Kosteneffizienz und Qualität in der dynamischen Welt der Herstellung freizuschalten.

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