קידוח

קידוח הוא תהליך חיתוך בעזרת מקדח כדי לייצר קדח עגול בחומרים מוצקים. המקדח הוא כלי חיתוך המבצע את החיתוך תוך כדי סיבוב במהירויות של עד אלפי סיבובים לדקה (סל"ד). למקדח רגיל יש ספירלה שמטרתה לאפשר את חליצת השבבים ואת הקרור על ידי הזרמת נוזל לקירור אזור החיתוך.

קידוח טיטניום

קדוח אלומיניום במכונת CNC

מאפייני המקדח

סוג חומר הכלי

מרבית המקדחים מיוצרים מפלדה מהירה HSS אולם בקידוח חומרים קשים יש שימוש נרחב בלהבי מתכות קשות (מתק"ש). בחומרים קשים במיוחד כמו זכוכית משתמשים בכלי יהלום.

מבנה המקדח

מקדחים עם קנה מורס

• מקדח ספירלי בפרופילים שונים של הספירלה.
• מקדח ספירלי מפלדה עם קצה חותך ממתק"ש.
• מקדח מלא ממתק"ש לכל אורכו.
• מקדח העשוי בצורת מחזיק עליו מורכבות לוחיות מתק"ש.

מקדח עם ציפוי יהלום לעיבוד חומרים קשים

• מקדח עליו מולחמות לוחיות מתק"ש או יהלום.
• מקדח עם ציפוי גרגרי יהלום.
• מקדח עם קירור פנימי, לכל אורך המקדח הספירלי יש שני קדחים ספירליים דרכם זורם נוזל הקירור לנקודת החיתוך.
• מקדחים רגילים עם שתי תעלות.
• מקדחים עם 3 תעלות.

בחירת סוג המקדח

בחירת סוג המקדח תלויה במשתנים הבאים: קוטר הקדח, סוג החומר העובד, סוג המכונה, סוג הקירור האפשרי, עומק הקדח, הדיוק הנדרש בקוטר ובמיקום.^[1]

נוזל חיתוך

נוזל החיתוך מיועד לקרור ושימון אזור החיתוך כדי להשיג הארכת חיי הכלי, ייעול התהליך על ידי הגברת מהירות החיתוך והגדלת הקידמה בתנועת הכלי, שיפור טיב פני השטח, וקירור החלק המעובד למניעת דפורמציות.^[1]

סוגי נוזל החיתוך

• שמן או שמן סינתטי.
• תערובת של מים ושמן לקבלת אמולסיה.
• תוספים של חומרים כימיים לשיפור תהליך החיתוך.

סוגי אספקת נוזל הקירור

• התזת סילון נוזל לאזור החיתוך.
• ריסוס ערפל.
• מריחת משחה על כלי החיתוך.

תהליכי בקרה למעקב אחר הקידוח

מקדח עלול להינזק ולפגום בתהליך החיתוך אם ייגרם לו בלאי לא סביר. שחיקת השפה החותכת של המקדח צפויה וניתנת לחישוב והערכה לשם החלפת המקדח במועד. כדי להבטיח בקרה על התהליך קיימים אמצעים חדישים לבחינת פרמטרים ישירים או עקיפים. הבקרה מבוצעת על ידי דינמומטר לבדיקת כוחות רעידות או מומנטי החיתוך. יש גם חיישן הבודק רעש בזמן השיבוב ומצביע על שחיקת הכלי לשם החלטה על החלפתו.

מיון התהליכים

קידוח

קדחים מאופיינים בקצה קוני (מלשון קונוס) בתחתית הקידוח כאשר הקדח אטום. בקדח עובר נוצרים גרדים המחוברים לחלק ביציאה.

מרקם פני השטח הקדוח נראה עם סימני חיתוך ספירליים.^[1]

קידוחים עשויים להשפיע על תכונותיו המכניות של החומר העובד על ידי יצירת מאמצים שאריתיים סביב פתח התחלת הקידוח. פני השטח לאורך הקדח מקבלים שכבת מאמצים אשר עלולה לסייע להיווצרות קורוזיה וכמו כן לגרום להתפתחות סדקים. כדי להימנע ממצב זה מבצעים פעילות גימור לקדח הראשוני. במקדח ספירלי השבבים זורמים החוצה דרך התעלות הספירליות. צורת השבב המתקבל אופיינית לסוג החומר ולתכונות ה"עבידות" (machinability). תכונה זו מגדירה את יכולת החומר לעבור תהליך שיבוב. צורת השבבים יכולה להיות ליצור ספירלות ארוכות או פתיתים קטנים, תלוי בחומר ופרמטרי התהליך.^[1] סוג השבבים שנוצר יכול להוות אינדיקטור ליכולת עיבוד החומר, כאשר שבבים ארוכים מצביעים על יכולת יכולת עיבוד טובה של חומר.

במידת האפשר, יש לבצע קדחים בניצב לשטח, כדי להבטיח את דיוק מיקום הקידוח. בקידוח על משטח משופע יכולה להיות הסטה של קצה המקדח שתגרום לסטיה במיקום.

ניתן להתגבר על בעיית הסטייה על ידי האמצעים הבאים:

• קידוח מוקדם עם מקדח מרכוז אשר יוביל את המקדח.
• שיטוח נקודת החדירה של המקדח על ידי כרסום או שטחן.
• שימוש במיתקן קידוח אשר כולל תותבי קידוח מדויקים להובלת המקדח במיקום שמתוכנן .
• עיבוד גס טיב השטח כ -500 מיקרו אינץ'.
• בעיבוד גמר טיב השטח יהיה כ-32 מיקרו אינץ'.

קידוח מוקדם

מטרת קידוח מוקדם היא הכנת קדח מוביל לקידוח הסופי. כדי להבטיח את המיקום ולהקל על תהליך הקידוח.

קידוח מרכוז

מקדח מרכוז הוא כלי שמורכב ממקדח ספירלי קצר ואחריו שקען קוני בזווית 60°.

הקידוח מבוצע בחלק צילינדרי על שני המצחים, כדי לאפשר את דפינת החלק על מחרטה או משחזת בין שני עוקצים קוניים המבטיחים שהחלק מסתובב סביב הציר של הצילינדר.

קידוח מיקרו

קידוח מיקרו מתייחס לקידוח של חורים בקוטר פחות מ- 0.5 מילימטרים (0.020 אינץ') .קידוח בקוטר קטן מחייב מהירויות מקדח גבוהות ביותר כ־10,000 סל"ד ויותר, סיבוב במהירויות אלה עלול לגרום לאי יציבות ורעידות. ומחייב שימוש במחזיקי כלים מאוזנים.

קידוח שיניים

מקדחה לשימושים דנטליים

רופאי שיניים משתמשים במקדחת שיניים שמסובבת מקדח בעזרת טורבינת אוויר דחוס במהירות של עשרות אלפי סל"ד.

קידוח בסיוע רטט

עיקרון העבודה בקידוח זה הוא תנודות ציריות במהלך התקדמות המקדח. כדי לרסק את השבבים ולהקל על סילוקם מאזור העבודה.

שבבי טיטניום - ארוכים בקידוח רגיל לעומת שבב מרוסק בקידוח רטט.

ישנן שתי טכנולוגיות עיקריות של קידוח רטט: מערכות רטט עצמאיות ומערכות רטט מאולצות. רוב טכנולוגיות קידוח הרטט עדיין נמצאות בשלב מחקר. במקרה של קידוח רטט עצמאי, נעשה שימוש בתדר העצמי של הכלי כדי לגרום לו לרטוט באופן טבעי תוך כדי חיתוך; התנודות נשמרות על ידי מערכת קפיצית בתוך מחזיק הכלים. ^[2]

קידוח באינטרפולציה מעגלית

עקרון הקידוח המסלול

בכרסום אצבע בקוטר קטן אשר מבצע תנועה פלנטרית כדי לקבל את הקוטר הנדרש. היתרון בשיטה זו הוא שבעזרת כלי חיתוך אחד ניתן לייצר קדחים במידות שונות ובטיב שטח טוב יותר מקידוח .

בעת קידוח בחומרים מרוכבים יש סכנה להפרדת שכבות - דלמינציה. בכרסום פלנטרי אין בעיית דלמינציה. ^[3]

פרמטרים בקידוח עמוק

בקידוח רגיל ניתן לקדוח עד לעומק פי 6–8 מקוטר הקדח. ביצוע קידוח עמוק יותר מוגדר "קידוח עמוק" ^[4] ביצוע קדחים כאלה לדוגמה, קנה תותח או קנה רובה מחייבים שימוש במכונות ובציוד מיוחד. תהליך זה משפר ומבטיח את :

• היכולת לבצע קדח ארוך.
• היכולת לחלץ מן הקדח את השבבים.
• קבלת קדח בטולרנס הנדרש.
• השגת הטולרנסים הגאומטריים כמו עיגוליות וישירות.
• קבלת טיב שטח טוב.

מאפייני התהליך:

מקדח gun drill עם הקצה החותך וקדח להזרמת נוזל החיתוך

• סוג המקדח - trapening או gun drill,

• מה מסתובב? המקדח או החלק.
• נוזל חיתוך מוזרם דרך לב המקדח או מחוצה לו.
• סוג המכונה.
• שיטת הוצאת השבבים.
• סוג נוזל החיתוך -שמן או אמולסיה. ^[5]
• תהליכים חדישים כמו מקדח רוטט לשבירת השבבים.

קידוח עמוק - gun drilling

קידוח gun drilling פותח במקור לקידוח הקדח בקנה כלי נשק כמו אקדח או רובה. יחס העומק לקוטר יכול להיות גדול אפילו עד 300: 1.

המאפיין העיקרי של קידוח זה הוא שראש החיתוך ארוך מדויק ומשמש כמוביל בהתקדמות המקדח. קידוח זה מאופיין במהירות חיתוך גבוהה ובערכי קידמה נמוכים. מתבצע לרוב במהירות גבוהה ובשיעורי הזנה נמוכים.

למקדח חריץ חיצוני לכל אורכו, זרימת הנוזל מתבצעת דרך קנה המקדח שהוא חלול, והשבבים זורמים החוצה עם הנוזל דרך החריץ החיצוני.

קוטר מקדח זה מ-2 מ"מ ועד כ-15 מ"מ.

קדוח עמוק - trepaning

Trepanning משמש בדרך כלל לקידוח קטרים גדולים (עד 915 מילימטרים (36.0 אינץ') ). למקדח Trepanning מחזיק בצורת צינור, ובקצהו ראש חותך. המקדח חותך למידת הקוטר החיצוני ונוזל החיתוך מוזרם ברווח בין המקדח לקדח. והנוזל עם השבבים חוזר דרך הצינור מחזיק המקדח.

בקידוח קטרים גדולים ניתן לקדוח בצורת צינור ולהשאיר "לב" בצורת גליל. לדוגמה בקידוח לקוטר 100 מ"מ, ניתן יהיה להשאיר גלי פנימי בקוטר 60 מ"מ.

ראש הקידוח של מנהרת הרכבת לירושלים דקות ספורות לאחר פריצתה

קידוח מנהרות

קידוח מנהרות מבוצע עם מכונה לכריית מנהרות והוא סוג של קידוח עמוק. כלי הקידוח יכול להיות בקוטר בין מטר אחד ל־18 מטר. הכלי הוא קרון שנע על פסי רכבת. בקידוח מנהרת הרכבת לירושלים הקרון נושא כלי עגול בקוטר 10 מטר והכלי מרסק וטוחן בתנועתו קדימה מעגל בקוטר 10 מטר. חומר הכרייה נאסף בעזרת מערכת מסועים אל קרון שנמצא מאחורי המקדח.

מערכת הבקרה להתקדמות המקדח מבוססת על מערכת ניווט GPS כדי להבטיח שבמנהרה שנקדחת משני כוונים, יהיה מפגש כמתוכנן.

קידוח סלעים

בקידוח סלעים הקדח מתבצע עם כלי קידוח ארוך אשר בקצהו ראש קידוח. תהליך הקידוח יכול להיות בתנועה סיבובית על ידי מקדח מסתובב או על ידי כלי אשר חודר לסלע על ידי רעידות ומכות. פעולת ניקוז החומר מאזור החיתוך מבוצעת בעזרת סילון מים.

קיימים כלי קידוח מיוחדים אשר יכולים לקדוח חורים בעלי פרופיל מרובע משושה וכדומה . ^[6]

החומר המעובד

הפרמטר החשוב ביותר בתהליך קידוח הוא סוג החומר המעובד. בעולם הייצור בכלל ובתעשיית חלקי התעופה בפרט יש כיום סגסוגות עילית שמאופיינות בתכונות מכניות שנשמרות בעמידה בחום.,חומרים אלה מכילים חומרים כניקל טונגסטן ונדיום וכו' אשר מקשים מאוד על היכולת לבצע קידוח.

קידוחים במתכת

קידוח עם מקדח ספירלי באלומיניום

קידוח במכונות

כדי להתגבר על בעיית הצטברות שבבים בין המקדח לקדח, מבוצע נוהל הקידוח במכונת (CNC) שמכיל תפריט שנותן למקדח תנועה עם הפסקות ונסיגה לפינוי השבבים. בדרך כלל מקפידים לא לקדוח על המכונה לעומק גדול מ-5 פעמים קוטר הקדח. ^{[7] ] [8]}

קידוחים בעץ

עץ הוא חומר רך. קידוח בעץ קל ומהיר בהרבה מאשר קידוח במתכת. ואין שימוש בנוזלי קרור.

הנושא העיקרי בקידוח עץ הוא הבטחת קדחי כניסה ויציאה נקיים משברים ומסימני שרפה. זה מתקבל על ידי הקפדה על כלי חיתוך חדים ובזויות החיתוך המתאימות לעץ.

תהליכי גימור לקדחים

להשלמת גימור הקדח פעילות גימור יכולה להיות:

• חריטה פנימית של הקדח.
• קידוד
• השחזה
• הונינג
• לפינג

שיקוע מדורג

בתהליך זה משתמשים בכלי מדורג אשר בעת חדירתו לחלק נותן לקדח המדורג את צורתו הסופית בכלי כזה יכולים להיות מספר קטרים שונים, קונוסים, ושיטוח למדרגות.

שיקוע קוני

בתהליך זה הכלי צורתי בצורת קונוס לביצוע שקעים קוניים.

בורינג

כלי לביצוע בורינג מדויק.

בתהליך הבורינג מבוצעת חריטה פנימית של קדחים למידות מדויקות. כלי הבורינג מעבד קדח קיים בדיוק גבוה של הקוטר ושל המיקום. הכלי בתמונה ניתן לכיול לקבלת דיוק במיקרונים

שלבים בביצוע תבריג, לחיצה, קידוח בחיכוך תיברוז

קידוח בעזרת חיכוך

friction drilling: קידוח חורים באמצעות דפורמציה פלסטית של העובד. התהליך מבוצע על ידי סיבוב כלי מתק"ש קוני בסל"ד גבוה נוצר חום גבוה ולחץ. מהחום שנוצר דוחף הכלי את החומר ויוצר צווארון ליד הקדח. יוצר חום ולחץ. התהליך משמש בייצור המוני של פחים וחומרים לא קשים. אזור החיתוך נשאר נקי וללא שבבים.

קידוד

קידוד הוא תהליך שמיועד לייצר קדח מדויק בדיוק של מאיות המ"מ. הקידוד מבוצע בעזרת מקדד שקוטרו מדויק ונותן למעשה את קוטרו הסופי של הקדח.

מכונות לביצוע קידוח

את הקידוח ניתן לבצע על מכונות רבות ומגוונות

• מחרטה, כרסומת, מכונות CNC לחריטה וכירסום. מכונת קידוח, מקדחת עמוד, מקדחת יד
• מקדחה עם בסיס מגנטי-כאשר לא ניתן להביא את החומר למכונת הקידוח, ניתן להשתמש במכונת קידוח עם בסיס מגנטי. שימוש במכונה מחייב שיהיה מתקן פלדה עליו יהיה ניתן להצמיד את הבסיס המגנטי. המקדחה יכולה להיות חשמלית, פניאומטית וניתן להפעילה בכל כוון אופקי או אנכי. ידוע על קידוח בקטרים 12–200 מ"מ.

  

  קידוח עם מכונה בעלת בסיס מגנטי

ראו גם

• קידוח לייזר
• אסדת קידוח
• ליבת קרח

הערות שוליים

1. Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Manufacturing Processes Reference Guide, Industrial Press Inc., pp. 43–48, ISBN 978-0-8311-3049-7.
2. Paris, Henri (2005). "Modelling the Vibratory Drilling Process to Foresee Cutting Parameters". Cirp Annals. 54: 367–370. doi:10.1016/S0007-8506(07)60124-3.
3. Orbital Drilling Goes Mainstream for the Dreamliner, Aerospace Engineering & Manufacturing, SAE International Publications, March 2009, p. 32
4. Bralla, James G. (1999). Design for manufacturability handbook. New York: McGraw-Hill. p. 4‐56. ISBN 978-0-07-007139-1.
5. "What Is Deep Hole Drilling? An Overview".
6. Wolfram (mathematical software) website: Drilling a square hole
7. Smid, Peter (2003), CNC programming handbook (2nd ed.), Industrial Press, p. 199, ISBN 978-0-8311-3158-6.
8. Mattson, Mike (2009), CNC Programming: Principles and Applications (2nd ed.), Cengage Learning, p. 233, ISBN 978-1-4180-6099-2.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא קידוח בוויקישיתוף