Сверла: определение, происхождение и развитие технологии

Что за Сверло Is: определение и основная функция

Сверло — это режущий инструмент, установленный в сверлильном станке или ручной дрели, который удаляет материал для создания цилиндрических отверстий. Бит вращается со скоростью, прижимаясь к заготовке в осевом направлении; режущие кромки на вершине срезают материал, который одновременно удаляется через винтовые канавки вдоль корпуса долота. Сверло отличается от самого сверла. — сверло является источником энергии и механизмом движения, а сверло — сменным режущим элементом, контактирующим и удаляющим материал.

Фундаментальная геометрия сверла включает в себя три важные характеристики: угол при вершине (который определяет, как сверло центрируется и инициирует резание), угол спирали канавок (который определяет эффективность эвакуации стружки и агрессивность резания) и геометрию режущей кромки (которая определяет, как материал срезается, а не рвется). Эти три параметра, по-разному сбалансированные для разных типов долот, определяют большое разнообразие конструкций сверл, доступных для разных материалов и применений.

Древние истоки: сверление до появления металлических инструментов

Акт бурения предшествует письменной истории на десятки тысяч лет. Археологические данные показывают, что древние люди использовали заостренные камни, кремневые отщепы и кости животных, чтобы просверливать отверстия в раковинах, рогах и мягких камнях еще в далеком прошлом. 35 000–40 000 лет назад , в первую очередь для изготовления бус и украшений. Это были инструменты с ручным вращением — оператор прижимал острие к поверхности и вращал его между ладонями, полностью полагаясь на человеческие усилия и абразивное воздействие.

Луковое сверло представляло собой первое значительное достижение в области механики, появившееся в Месопотамии и Египте примерно в 6000–7000 лет назад . Тетива наматывалась на вертикальное веретено; при натягивании лука вперед и назад шпиндель быстро вращался в разных направлениях, вгоняя каменное или деревянное острие в заготовку внизу. Луковые сверла позволяли создавать деревянные соединения, сверлить каменные бусины для ювелирных изделий и, что особенно важно, добывать огонь посредством трения — один и тот же инструмент служил как конструктивным целям, так и целям выживания.

Египетские мастера еще в древности использовали медные трубчатые сверла с абразивным песком. 3000 г. до н. э. долбить гранит и базальт для сосудов и архитектурных элементов. Египтяне понимали, что режущее действие исходит от абразива, а не от самого материала сверла — медная трубка просто оказывает давление и вращение, в то время как влажный песок шлифует камень — принцип, который до сих пор используется в современном колонковом сверлении с алмазным абразивом.

Средневековье и раннее промышленное развитие

Сверло-скоба — инструмент с ручным заводом и U-образной рамой, обеспечивающий непрерывное однонаправленное вращение, — появилось в Северной Европе примерно в 15 век и представлял собой первый инструмент, способный выполнять вращательное бурение без возвратно-поступательного движения носовой дрели. В брекетах использовались сменные ложки, а затем и спиральные насадки, и они оставались стандартными инструментами для работы по дереву вплоть до 20 века.

Промышленная революция превратила бурение из ремесленной техники в точный производственный процесс. Внедрение чугунные и стальные станки В конце 18 века появилась возможность просверливать отверстия одинакового диаметра и глубины, что является предпосылкой для производства взаимозаменяемых деталей, лежащих в основе массового промышленного производства. Джеймс Нэсмит и другие инженеры XIX века разработали сверлильные станки с механизированной подачей и контролем скорости, снимающие физическую нагрузку с оператора и обеспечивающие повторяемость результатов.

Стандартная геометрия спирального сверла, используемая сегодня практически во всех сверлениях металлов, была запатентована Амброузом Свази и коммерчески разработана Стивеном Морсом в Соединенные Штаты в 1860-е годы . Конструкция спиральной канавки Морса, которая и 160 лет спустя по-прежнему была доминирующей геометрией сверл, обеспечивала гораздо лучший отвод стружки по сравнению с предшествовавшими ей ложковыми и плоскими сверлами, позволяя выполнять более глубокие отверстия при более высоких скоростях подачи без набивки и заедания.

20-й век: быстрорежущая сталь, твердый сплав и электрические дрели

Развитие быстрорежущая сталь (HSS) на рубеже 20-го века это было самое важное достижение в области материалов для сверл с момента внедрения закаленной стали. HSS — сплав железа, вольфрама, хрома и ванадия — сохраняет свою твердость при температуре примерно до 600 °C по сравнению с примерно 200 °C для простой углеродистой стали. Это позволило сверлить со скоростями резания в два-три раза быстрее, чем это было возможно ранее, что резко повысило производительность обработки на фабриках начала 20-го века.

Цементированный карбид вольфрама, разработанный в Германии в 1920-х годах компанией Krupp, стал материалом, твердость которого приближалась к твердости алмаза. Сверла с твердосплавными и твердосплавными напайками могли обрабатывать закаленную сталь, чугун и абразивные композиты, которые быстро разрушали инструменты из быстрорежущей стали. К 1950-м годам твердосплавные пластины и сверла с напаянными наконечниками стали стандартом в высокопроизводительной обработке. Сегодня, твердосплавные микросверла диаметром до 0,1 мм. являются обычным явлением в производстве печатных плат и производстве прецизионного медицинского оборудования.

Появление портативной электрической дрели, впервые изобретенной Вильгельмом Фейном из Германии в 1895 и ставшая широко доступной благодаря потребительской модели Black & Decker в 1916 году, позволила бурить за пределами механического цеха, на строительных площадках и в домах. Беспроводная дрель, поступившая на рынок с 1960-х годов и преобразованная с помощью технологии литий-ионных аккумуляторов в 2000-х годах, завершила демократизацию бурения, сделав просверливание отверстий профессионального уровня доступным для любого пользователя.

Современные технологии бурения и текущие направления

При разработке современных сверл основное внимание уделяется покрытиям, оптимизации геометрии и специализированным материалам, а не фундаментальным изменениям конструкции. Покрытия из нитрида титана (TiN), нитрида титана-алюминия (TiAlN) и алмазоподобного углерода (DLC), нанесенные методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), снижают трение, повышают твердость поверхности и продлевают срок службы инструмента в несколько раз. от 3× до 10× по сравнению с аналогами без покрытия в требовательных приложениях.

Сверла из поликристаллического алмаза (PCD) представляют собой современный потолок производительности для обработки цветных металлов и используются в аэрокосмической обработке алюминия, композитов из углеродного волокна и кремния, где требования к чистоте поверхности и стойкости инструмента превышают возможности твердого сплава. Для строительства и каменной кладки технология поликристаллического алмазного компакта (PDC), первоначально разработанная для ротационного бурения нефти и газа, перекочевала в ударные сверла для бетона и камня, предлагая значительно более длительный срок службы, чем традиционные пластины из карбида вольфрама.