التثقيب Drilling، هوفتح ثقوب نافذة أوغير نافذة في الأجسام الصلبة المصمتة بأداة ثقب حادة (لقمة ثقب) تتحرك حركة دورانية وتقدمية باتجاه محور دورانها. وقد تشتمل عملية التثقيب على أعمال أخرى مثل تعميق الثقوب الموجودة أوتقويرها وكذلك عمليات التخويش countersinking والتشذيب (البرغلة) reaming.

عملية التثقيب

الحركة الرئيسة في عملية التثقيب دورانية، أما الحركة الثانية فهي حركة انزياحية تقدمية feed، وتقوم آلات التثقيب بتوفير الحركتين معاً. ويجب حتى تثبت البترة المراد تثقيبها تثبيتاً تاماً ومحكماً، لأن اهتزاز البترة أوتزحزحها في أثناء التثقيب قد يؤدي إلى كسر ريشة الثقب، ولتلافي تزحزح الريشة يجب بتر سطح البترة بتراً جيداً، بحيثقد يكون السطح المطلوب ثقبه عمودياً على محور الريشة (الشكل 7). ويجب تشغيل آلة الثقب (المثقب) قبل حتى تلامس الريشة البترة، وتقدم الريشة نحوالسطح بحركة ثابتة منتظمة. وينصح عند عمل الثقوب العميقة البدء بعمل ثقب أولي (جزئي) بريشة قصيرة من القطر نفسه، أما سرعة البتر في أثناء التثقيب فتكون أكبر ما يمكن على محيط الريشة وتتناقص هذه السرعة باتجاه المركز. ومن ثمّ فإن سرعة البتر هي السرعة المحيطية لريشة الثقب ويمكن حسابها من العلاقة الآتية:

u = p . D . n (mm/min) حيث:

D قطر الريشة بالميلمتر، وn عدد الدورات بالدقيقة.

يمكن عند تثقيب بترة من الصلب الكربوني المتوسط الصلابة أوالحديد الزهر الرمادي أوالبرونز استخدام ريش ثقب مصنوعة من الفولاذ السريع البتر، وتبلغ سرعة البتر في هذه الحالة 20-30 دورة / دقيقة. أما عند تثقيب بترة من الفولاذ الكربوني المتوسط القساوة بريش ثقب مغلفة بخلائط الكربيد المسمنت فإن سرعة البتر تراوح بين 60 و80 دورة/دقيقة. وتقاس الحركة التقدمية بمقدار انزياح الريشة في الثقب في الدورة الواحدة للريشة وتقدر بالميليمتر للدورة الواحدة (مم / دورة) وتتم الحركة التقدمية يدوياً أوآلياً.

تُستخدم في عمليات التثقيب أنواع مختلفة من آلات (مكائن) التثقيب، وذلك ابتداء من المثقب اليدوي إلى المثاقب الكهربائية وآلات الثقب المثبتة إلى طاولات ومكائن التثقيب العمودية، وهي تتألف من قاعدة أساسية وطاولة تشغيل وعمود وغراب الرأس (محمل الجزء الدوار) وتستعمل هذه المكائن لإنجاز ثقوب يصل قطرها حتى 40مم. وهناك أيضاً مكنة التثقيب ذات الحامل وهي شبيهة بمكنة التثقيب العمودية غير أنها يمكن حتى تنجز ثقوباً يصل قطرها حتى 60مم.

إضافة إلى ما تقدم ثمة نوع من مكنات التثقيب تستخدم على نطاق واسع منها المكنة الدوارة (الشكل8)، من أجل التثقيب المتدرج ويمكن حتى تنجز ثقوباً يراوح قطرها بين 25مم و100مم.

وكذلك تستخدم مكنات تثقيب أفقية يمكن الاستفادة منها في عمل الثقوب وتوسيعها وتخويشها كما يمكن استخدامها مكنة فرز.

نقطة الثقب

الثقب المركزي

الثقب العميق

Gun drilling

النشر

الثقب الدقيق

أدوات الحفر

تصنع العدد القاطعة ومن بينها ريش الثقب من معادن صلبة خضعت لمعالجة خاصة بالبتر السريع ومنها:

1ـ الحديد الصلب الكربوني: أي الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من الكربون تراوح بين 0.9-1.4٪. إذ إذا معالجة الحديد بالكربون تكسبه قساوة عالية (تصل إلى 60 HRC)، وذلك بعد حتى يخضع لعملية تقسية hardening وإرجاع tempering. ولكن من مساوئ العُدد (الأدوات) المصنوعة من هذا المعدن هبوط قساوتها هبوطاً كبيراً إذا ما ارتفعت درجة حرارتها في أثناء عملية البتر إلى أكثر من 200ْ درجة مئوية.

2ـ الحديد الصلب السريع البتر: وهوفولاذ يحتوي على كمية كبيرة من أشابات معدنية أخرى مثل التنغستن W والكروم Cr والكوبالت Co والموليبدينيوم Mo والفناديوم V. وهذا النوع من الفولاذ يحافظ على قساوته الكبيرة(62-64 HRC) حتى في درجات الحرارة العالية التي قد تصل إلى 600ْ درجة مئوية.

3ـ الخلائط ـ السبائك المعدنية التي تحتوي على الكربيدات، وتصنع عادة من مساحيق التنغستن والتيتانيوم المتحدة كيمياوياً مع الكربون لتؤلف كربيدات التنغستن أوكربيدات التيتانيوم وهي مقاومة للتآكل وشديدة القساوة.

لقم الثقب

تنقسم لقم الثقب من حيث تصميم الجزء القاطع فيها إلى:

أ ـ لقم الثقب الحلزونية (اللولبية): وتستخدم عادة في عمل الثقوب غير العميقة نسبياً (طولها أقل من عشرة أضعاف قطرها). تتألف ريشة الثقب الحلزونية من:

1ـ رأس حاد (قاطع) هوالجزء المخروطي القاطع في الريشة كي يقلل من الاحتكاك في أثناء عملية التثقيب، ويتألف من حدّين قاطعين رئيسيين، بزاوية ميل محددة بالنسبة للجسم. تراوح زاوية ميل الرأس المخروطي القاطع في ريش التثقيب العادية بين 47ْ و55ْ وذلك بحسب قطر الريشة.

2ـ جسم اللقمة: وهوالجزء العامل منها ويكون أسطوانياً ويحتوي على مجرى لولبي مفرد أومزدوج مهمته إخراج البُراية (النحاته) ومرور سائل التبريد، وعلى طول هذا المجرى حافة لولبية مشطوبة (شطبة Facet) مهمتها توجيه ريشة المثقب ووضعها مركزياً بالاستناد إلى جدار الثقب.

3ـ العنق: وهي الجزء المخصور الواقع بين ساق ريشة الثقب وجسمها ومهمتها إحكام مسك الريشة ومنعها من الخروج من الماسك في المثقب (آلة الثقب).

4ـ الساق: وهي الجزء المخصص لتثيبت ريشة الثقب في مقرها من الماسك في المثقب وتكون أسطوانية في ريش الثقب ذات الأقطار الصغيرة D <عشرة mm ومخروطية في المثاقب ذات الأقطار الكبيرة D > 10mm، وتثبت في الماسك بوساطة فكوك متحركة لإحكام الشد أوبوساطة ماسك مخروطي فيه جُلَب bush (jig) لإحكام مسك الريشة.

5ـ القبضة أولسين التعشيق tenon ويعمل مسنداً لريشة الثقب.

ب ـ لقم التثقيب العميق: إذا كان المطلوب عمل ثقوب عميقة فإن ما يلزم هوريش ثقب لولبية طويلة (طولها أكبر من عشرة أضعاف قطرها L >10D وتكون زاوية ميل الرأس الحاد فيها 120ْ درجة. تزود الريشة بقناة مركزية نافذة لمرور سائل التبريد أوبأكثر من قناة تصنع عادة من أنابيب نحاسية تلحم داخل المجاري الطولية للريشة، وتعمل هذه الريش بالطريقة نفسها التي تعمل بها ريش الثقب العادية إلا حتى حركتها التقدمية تكون بطيئة، لأن متانتها أقل من متانة الريش العادية. وقد تستخدم لهذه الغاية مثاقب سبطانات المدافع gun-barrel drill، وهي تعطي ثقوباً أكثر دقة.

وتكون مثاقب سبطانات المدافع عادة على شكل قضيب أسطواني له حافة ذات حد قاطع رئيسي موجه نحوالمثقب بزاوية قائمة، وحد قاطع إضافي بزاوية مقدارها 10ْ من أجل تخفيف الاحتكاك، وتشحذ الزاوية الخلفية من الرأس بحيث تكون 10ْ = a . تحافظ هذه المثاقب على اتجاه الثقب مبدئياً عن طريق سطح ارتكاز يوفر لها تماساً محكماً مع جدار السطح المعد للتشغيل. وللتخفيف من احتكاك ريشة الثقب مع جدار الثقب على طول سطح الارتكاز يجعل مستوبزاوية قدرها 30ْ. إذا العيب الرئيسي لهذا النوع من ريش الثقب هوسوء خروج البُراية، وعدم كفاية التبريد عند التثقيب العميق مما يسبب تآكل الريشة بسرعة. ير| ولتلافي العيوب السابقة يمكن حتى تستخدم ريش ثقب من نوع آخر تدعى مثاقب سبطانات البنادق rifle-barrel drill وتتألف من جزء عامل مصنوع من الكربيد المسمنت، وساق مجوفة مصنوعة من الفولاذ الكربوني، ملحومة مع الجزء العامل. ويكون الجزء العامل مزوداً بحافة قاطعة واحدة. ويمر سائل التبريد من ثقب الساق المركزي إلى الحد القاطع في رأس الثقب تحت ضغط كبير فيبرد الريشة ورأسها ويدفع بالبُراية إلى الخارج عبر القناة a في الوقت نفسه. ومن محاسن هذه الريش حتى مردودها كبير، ونتيجة لضغط سائل التبريد تزداد جودة الثقوب.

ج ـ لقم التخويش cuontersinking tools: وهي ريش ثقب حلزونية لها ثلاث حواف قاطعة أوأربع «شطبات» على المخروط المقطوع ولا تحتوي عتبة عليا (الشكل 5)، لذلك فإنها لاتستخدم في المواد المصمتة، وإنما لتوسيع الثقوب وتشغيلها. وبما حتى هذه الأدوات تحتوي على ثلاث أوأربع شطبات فإنها تعطي ثقوباً أكثر دقة ودرجة عالية من النعومة.

في حالات التثقيب الآلي يمكن استعمال ريش تثقيب متعددة الأغراض تقوم بأكثر من وظيفة كعمل الثقوب وتخويشها وفتح سن لولبية فيها في آن واحد، يتم تثبيت ريشة التخويش في الماسك قبل ريشة الثقب وتدار يدوياً أوآلياً.

د ـ لقمة التشذيب (البرغلة) reamer: وهي أداة قاطعة تحتوي على عدد كبير من الحواف والمجاري الطولية، ويشكل الجزء الأمامي المائل لسن ريشة التشذيب حافة قاطعة تنتزع بها طبقة رقيقة من المعدن. تجري عملية التشذيب عادة بعد التثقيب والتخويش وذلك من أجل الحصول على سطوح ملساء جداً ودقيقة المقاييس. وتستعمل لهذه الغاية عادة ريشة تشذيب واحدة أوريشتان على التوالي (ريشة برغلة خشنة وريشة للإنجاز النهائي). وعند اختيار قطر ريشة التشذيب يجب حتىقد يكون أكبر قليلاً من قطر الثقب (تقريباً 0.02مم حتى 0.04 مم). وللحصول على ثقب أملس يجب اختيار سائل التبريد اختياراً سليماً، فعند تشذيب ثقب في الحديد الصلب يستعمل للتبريد سائل مستحلب أوزيت معدني مكبرت، أما عند تشذيب ثقب الحديد الزهر أوالبرونز أوالنحاس الأصفر فتجري العملية من دون تبريد.

تقسم لقم التشذيب بحسب شكلها إلى ريش مخروطية أوأسطوانية، وتقسم بحسب طريقة استخدامها إلى ريش يدوية وريش آلية. كما تقسم بحسب كيفية تصنيع أسنانها إلى ريش ثابتة وريش قابلة للضبط. من مساوئ ريش التشذيب أنها تتآكل بسرعة مما يؤدي إلى تناقص مقاييس الثقوب.

عمليات متعلقة

سوائل التبريد

في عمليات التثقيب تتولد كميات كبيرة من الحرارة على سطوح الاحتكاك وعند بتر البُراية، تنشأ ضغوط شديدة تسبب تآكل أدوات البتر أوالتثقيب المستعملة بسرعة. والوظيفة الرئيسية لسوائل التبريد هي التغلب على هذه المؤثرات بالتبريد والتزييت، وإن عمل سوائل التبريد يساعد في المحافظة على قساوة أداة البتر وإطالة عمرها، كما يقلل من تشوه البترة المراد إحداث ثقب فيها، وتمنع التحام البُراية بأداة البتر وتزيد في نعومة السطح.

ويجب حتى تتوافر في سوائل التبريد مجموعة شروط أهمها:

ـ حتى لا تسبب صدأ آلات البتر أوالأجزاء المشغلة.

ـ حتى توفر الحماية من الجوالمحيط.

ـ حتى لا يصدر عنها دخان في أثناء التشغيل أوالتخزين.

وتصنف سوائل التبريد على النحوالتالي:

1 ـ سوائل التبريد المائية: كالزيوت القابلة للانحلال في الماء والسوائل التي أساسها مائي، وهي محاليل كيمياوية تُخفّف لزوجتها بإضافة الماء عند التشغيل، ومعظمها تطوير للمحاليل المائية البسيطة (كربونات الصوديوم أوالصابون)، وقد تكون صيغها معقدة أحياناً وتشتمل على عوامل ترطيب صناعية، أوتحتوي على نترات الصوديوم عنصراً رئيسياً. وفيما يلي مثال عن تحضير سائل تبريد مائي:

ـ كربونات الصوديوم أوثلاثي فوسفات الصوديوم: 0.75- 0.5٪

ـ صابون صوديومي خالٍ من شوارد الكلور: 1-00.5٪

ـ نتريت الصوديوم: 0.25٪

ـ ماء يكمل حتى 1كغ محلول.

طريقة العمل: يذاب الملح القلوي بدرجة حرارة 80ْدرجة مئوية ثم يضاف نتريت الصوديوم والصابون(مبشوراً) ويحرك المزيج باستمرار مدة30-50 دقيقة.

2 ـ سوائل التبريد الزيتية: وهي زيوت لاتحتوي على الماء وتشتمل على زيوت معدنية وزيوت شحمية وزيوت مركبة. وفيما يلي كيفية تحضير سائل تبريد زيتي:

ـ حمض الزيت: 10٪ CH3 (CH2)7 CH=CH (CH2)7 COOH

ـ ثالث إيتانول أمين : 4٪

ـ زيت معدني : 86٪

طريقة العمل: يحرك الحمض مع الزيت المعدني تحريكاً جيداً ويضاف ثالث إيتانول أمين(عامل مستحلب) ويحرك المزيج مدة 15 دقيقة.

يستخدم في حالات التثقيب سائل تبريد صابوني أومستحلب، أما في حالات التشغيل العنيفة مثل التقوير أوحين تستخدم أدوات بتر باهظة الثمن فتستخدم الزيوت المكبرتة.

المصادر

وصلات خارجية

• Feeds for high speed drills