Кіріспе
Бұрғылау – қатты материалдарда дөңгелек пішіндес тесік жасауға арналған кесу процесі. Бұрғылау кезінде бұрғы ұшы айналып, қатты материалдарда дөңгелек қималы тесік жасалады. Бұрғы ұшы көбінесе көп қырлы, айналатын кесу құралы болып табылады. Ұш жұмыс дайындамасына басылып, минутына жүздеген немесе мыңдаған айналыммен айналады. Бұл кесу жиегін жұмыс дайындамасына басып, бұрғылау кезінде тесіктен сынықтар (сварф) кесіп шығарады. Тас бұрғылауда тесік көбінесе дөңгелек кесу қозғалысымен жасалмайды, бірақ ұш әдетте айналады. Оның орнына, тесік көбінесе ұшты тез және қысқа импульстармен тесікке соғу арқылы жасалады. Соққы әрекеті тесіктің сыртынан (жоғарғы соққылы бұрғылау) немесе тесіктің ішінде (тесік ішінен бұрғылау, DTH) жүргізілуі мүмкін. Көлденең бұрғылауға арналған бұрғылар дрифт бұрғылары деп аталады. Сирек жағдайларда, дөңгелек емес пішіндес тесіктер жасау үшін арнайы пішінді ұштар қолданылады; шаршы пішіндес тесік жасау да мүмкін.
Drilling is a cutting process where a drill bit is spun to cut a hole of circular cross section in solid materials. The drill bit is usually a rotary cutting tool, often multi point. The bit is pressed against the work piece and rotated at rates from hundreds to thousands of revolutions per minute. This forces the cutting edge against the work piece, cutting off chips (swarf) from the hole as it is drilled. In rock drilling, the hole is usually not made through a circular cutting motion, though the bit is usually rotated. Instead, the hole is usually made by hammering a drill bit into the hole with quickly repeated short movements. The hammering action can be performed from outside the hole (top hammer drill) or within the hole (down the hole drill, DTH). Drills used for horizontal drilling are called drifter drills. In rare cases, specially shaped bits are used to cut holes of non circular cross section; a square cross section is possible.
Процесс
Бұрғыланған тесіктер кіреберіс жағында өткір жиегімен және шығу жағында (егер алынбаған болса) шұңқырлардың болуымен сипатталады. Сонымен қатар, тесіктің ішкі жағында көбінесе спираль тәрізді іздер кездеседі. Бұрғылау процесі жұмысшеңнің механикалық қасиеттеріне әсер етіп, тесік айналасында төмен қалдық кернеулер тудыруы және жаңадан пайда болған бетте жоғары кернеулі, бұзылған материалдың жұқа қабатын құруы мүмкін. Бұл жұмысшеңнің коррозияға және жарықтардың таралуына осалдығын арттырады. Осы зиянды жағдайларды болдырмау үшін аяқтау операциясы жүргізілуі мүмкін. Жиектелген бұрғыларда кез келген сынықтар жиектер арқылы шығарылады. Сынықтар материал мен процестік параметрлерге байланысты ұзын спиральдар немесе ұсақ қабыршақтар түрінде болуы мүмкін. Мұндай тесіктерді жасау үшін тік сызықтылықты және толеранттылықты сақтау үшін арнайы жабдықтар қажет. Дөңгелектеу және беттік өңдеу де маңызды факторлар болып табылады. Терең тесіктерді бұрғылау әдетте бірнеше құралдармен, көбінесе тапанша тәрізді немесе BTA бұрғылау арқылы жүзеге асырылады. Олар салқындатқыштың енгізілу тәсілімен (ішкі немесе сыртқы) және сынықтарды шығару тәсілімен (ішкі немесе сыртқы) ерекшеленеді. Айналатын құрал мен кері айналатын жұмысшеңді қолдану қажетті тік сызықтылық толеранттарына жету үшін жиі қолданылатын әдістер. Қосымша құралдарға трепан, шыршалау және жылтырату, тартылу немесе бөтелке тәрізді бұрғылау жатады. Осы мәселені шешу үшін бұрғылаудың жаңа түрі пайда болды: дірілді бұрғылау. Бұл технология бұрғыштың кішкентай, бақыланатын осьтік дірілі арқылы сынықтарды бұзады. Ұсақ сынықтар бұрғыштың жиектері арқылы оңай шығарылады. Күш, айналу моменты, діріл және дыбыстық эмиссияны бақылау үшін жоғары технологиялық мониторинг жүйесі қолданылады. Діріл терең тесіктерді бұрғылау кезіндегі маңызды ақау болып саналады және бұрғыштың жұмысын тоқтатуына себеп болуы мүмкін. Мұндай бұрғылау үшін көбінесе арнайы салқындатқыш қолданылады.
Қару бұрғылау
Қару бұрғылау бастапқыда қарудың ұңғыларын бұрғылау үшін жасалған және көбінесе кішкентай диаметрлі терең тесіктерді бұрғылауға қолданылады. Тереңдігінің диаметріне қатынасы 300:1-ден асып кетуі мүмкін. Қару бұрғылаудың ерекшелігі – бұрғылау ұштары өздігінен ортаға түседі, осының арқасында мұндай терең және дәл тесіктер жасалады. Бұрғылау ұштары бұрғы бұрғысына ұқсас айналма қозғалысын пайдаланады; алайда, ұштары тесіктің қабырғасымен сырғанап, бұрғылау ұшын ортада ұстап тұратын мойынтүліктермен жабдықталған. Қару бұрғылау көбінесе жоғары жылдамдықпен және төмендетілген азықтау жылдамдығымен жүргізіледі.
Үстелмен қалау
Трепанды үзіліс әдетте стандартты дрель қолдану мүмкін болмағанда немесе экономикалық тұрғыдан тиімсіз болғанда үлкен диаметрлі тесіктер (± 1) жасау үшін қолданылады. Трепанды үзіліс қажетті диаметрді сызу компасының принципімен жұмыс істейтіндей, қатты дискіні кесіп алып тастау арқылы жасалады. Трепанды үзіліс жалпақ өнімдерде қолданылады, мысалы, металл тілімдерінде, гранитте (керлинг тастары), пластиналарда немесе I-арқалықтар сияқты құрылымдық элементтерде. Сондай-ақ, трепанды үзіліс O-сақиналар сияқты тығыздағыштарды орнату үшін ойыстар жасауға да пайдалы.
Микро бұрғылау
Микро бұрғылау – 0,5 мм-ден кіші диаметрдегі тесіктерді бұрғылауды білдіреді. Осы диаметрде тесіктерді бұрғылау қиындықтар тудырады, себебі салқындатқышпен жұмыс істейтін бұрғыларды қолдану мүмкін емес, ал жоғары шпиндель жылдамдықтары қажет. 10,000 айналым/мин асып кеткен жоғары шпиндель жылдамдықтары теңгерілген құрал ұстағыштарды қолдануды талап етеді.
Дилмен бұрғылау
Вибрациялық бұрғылау бойынша алғашқы зерттеулер 1950 жылдары басталды (проф. В. Н. Подураев, Мәскеу Бауман университеті). Негізгі принцип – бұрғылаудың қоректендіру қозғалысына қосымша осьтік дірілдер немесе тербелістер жасау, соның арқасында жоңқалар (чиптер) үзіліп, кесу аймағынан оңай шығарылады. Вибрациялық бұрғылаудың екі негізгі технологиясы бар: өздігінен сақталатын діріл жүйелері және күшпен сақталатын діріл жүйелері. Вибрациялық бұрғылау технологияларының көпшілігі әлі зерттеу сатысында. Өздігінен сақталатын вибрациялық бұрғылауда құралдың өзіндік жиілігі оны кесу кезінде табиғи түрде дірілдеуі үшін пайдаланылады; дірілдер құрал ұстағышындағы масса-серіппе жүйесімен өздігінен сақталады. Басқа жұмыстарда дірілдерді жасау және басқару үшін пьезоэлектрлік жүйелер қолданылады. Бұл жүйелер жоғары діріл жиілігін (2 кГц-ге дейін) және шағын амплитуданы (шамамен бірнеше микрометр) қамтамасыз етеді; олар кішкентай тесіктерді бұрғылау үшін ерекше қолайлы. Соңында, дірілдерді механикалық жүйелер тудыра алады: жиілік айналу жылдамдығы мен айналымдағы дірілдер санының комбинациясымен анықталады (бір айналымда бірнеше діріл), амплитудасы шамамен 0,1 мм. Бұл соңғы технология толыққанды өнеркәсіптік технология болып табылады (мысалы, MITIS компаниясының SineHoling® технологиясы). Вибрациялық бұрғылау терең тесіктерді бұрғылау, көп материалды жиынтықты бұрғылау (авиация) және майлаусыз құрғақ бұрғылау сияқты жағдайларда тиімді шешім болып табылады. Жалпы алғанда, ол бұрғылау операциясының сенімділігін арттырады және оны жақсырақ бақылауға мүмкіндік береді.
Дөңгелекті интерполяциялау
Шеңберлік интерполяциялау, сондай-ақ орбиталық бұрғылау деп те аталады, – бұл машиналық кескіштерді пайдаланып тесіктер жасау процесі. Орбиталық бұрғылау кескіш құралды өз осінің айналымымен және сонымен бірге кескіш құралы осінен ығысқан орталық осінің айналымымен жүргізуге негізделген. Кескіш құралды бір мезгілде осьтік бағытта жылжыту арқылы тесік бұрғылауға немесе өңдеуге болады, сондай-ақ тесік немесе ойық жасау үшін кез келген бүйірлік қозғалыспен үйлестіруге болады. Ығысты реттеу арқылы белгілі бір диаметрлі кескіш құралмен әртүрлі диаметрлі тесіктер бұрғылауға мүмкіншілік туады. Бұл кескіш құралдарының қорын едәуір қысқартуға мүмкіндік береді. Орбиталық бұрғылау термині кескіш құралдың тесік ортасымен айнала "орбита" жасауынан шыққан. Орбиталық бұрғылаудағы механикалық түрде күштетілген, динамикалық ығыс, дәстүрлі бұрғылаумен салыстырғанда тесіктің дәлдігін күрт арттыратын бірнеше артықшылықтарға ие. Аз итергіш күш металдарды бұрғылау кезінде тесіктің жиегін азайтады. Композиттік материалдарды бұрғылау кезінде қабаттану мәселесі болдырмайды.
Металл бұрғылау
Қалыпты пайдалану кезінде, бұрғы ұшынан жоғары және алысқа металл кескіштері бұрғының ойықтары арқылы шығарылады. Кесу жиектері одан артық кескіштерді жасайды, олар тесіктен сыртқа қарай кескіштердің қозғалысын жалғастырады. Бұл процеске кескіштер тым тығыз жиналғанша, немесе тесіктер қалыптыдан терең болғанда немесе бұрғылау кезінде бұрғыны тесіктен жеткілікті түрде шығармағанда (артқа шегіну) сәтті жүзеге асырылады. Бұл мәселені жеңілдету және құралдың қызмет ету мерзімін ұзарту үшін кесу сұйықтығы қолданылады, ол ұшты салқындатып, майлап, кескіштердің ағысын жеңілдетеді. Салқындатқыш бұрғының сағасы арқылы тесіктер арқылы енгізілуі мүмкін, бұл мылтық бұрғыны пайдаланғанда жиі кездеседі. Әсіресе алюминийді кескенде, кесу сұйықтығы тегіс және дәл тесік жасауға көмектеседі, сонымен қатар тесік бұрғыланғанда металлдың бұрғы ұшына жабысып қалуын болдырмайды. Латуньді және басқа да жұмсақ металдарды кескенде, бұрғы ұшын ұстап алып, "дірілдеуге" себеп болатын 1-2 миллиметрлік бет кескіш жиегіне ұсатылып, 91-93 градусқа дейін доғал бұрыш жасалады. Бұл металды кеспей, жыртылған кезде болатын "дірілдеуді" болдырмайды. Дегенмен, мұндай пішіндегі бұрғы жиегі металды ұстамай, кері итеріп жібереді. Бұл жоғары үйкеліске және қатты қызған кескіштерге әкеледі. Ауыр жүктемелер мен салыстырмалы түрде терең тесіктер үшін бұрғы ұшына майлауыш сорғыланып, бұрғы басына кішкентай тесік арқылы жеткізіліп, ойықтар бойымен ағып шығатын май тесігі бар бұрғылар қолданылады. Май тесігі бар бұрғылауда әдеттегі бұрғылау станогын пайдалануға болады, бірақ бұрғылаудың орнына жұмыс дайындамасы айналатын автоматты бұрғылау машиналарында осыған ұқсас жағдай жиі кездеседі. Компьютерлік сандық басқару (CNC) станоктарында терең тесіктерді бұрғылау кезінде (тесіктің тереңдігі бұрғы диаметрінен үш есе артық болғанда) кескіштердің зиянды жинақталуын болдырмау үшін аралық бұрғылау немесе үзіліспен кесу процесі қолданылады. Аралық бұрғылауда бұрғы жұмыс дайындамасына, бұрғы диаметрінен бес еседен аспайтын тереңдікке енгізіліп, содан кейін бетке қайтарылады. Бұл тесік аяқталғанша қайталанады. Бұл процестің жоғары жылдамдықты аралық бұрғылау немесе кескіштерді үзу деп аталатын өзгертілген түрі бұрғыны аздап кері тартады. Бұл процесс жылдам, бірақ тек орташа ұзындықтағы тесіктерде қолданылады, әйтпесе бұрғы ұшы қызып кетеді. Сондай-ақ, жіп тәрізді материалды бұрғылау кезінде кескіштерді үзу үшін қолданылады. Материалды CNC станогына жеткізу мүмкін болмаған жағдайда магниттік негізді бұрғылау машинасы қолданылуы мүмкін. Негіз көлденең және тіпті төбеде бұрғылауға мүмкіндік береді. Мұндай машиналар үшін кескіштерді пайдалану артық, өйткені олар аз жылдамдықпен әлдеқайда жылдам бұрғылай алады. Кескіш өлшемдері 12 мм-ден 200 мм-ге дейін DIA және 30 мм-ден 200 мм-ге дейін DOC (кесу тереңдігі) аралығында болады. Бұл машиналар құрылыс, өндіріс, теңіз және мұнай-газ салаларында кеңінен қолданылады. Мұнай және газ өнеркәсібінде ұшқынды болдырмау үшін пневматикалық магниттік бұрғылау машиналары, сондай-ақ әр түрлі өлшемдегі құбырларға, тіпті ішінде де орнатылатын арнайы құбырлы магниттік бұрғылау машиналары қолданылады. Ауыр жұмысқа арналған пластиналық бұрғылау машиналары болат конструкцияларды, көпірлерді, кеме жасау орындарын және құрылыс секторының түрлі салаларын өндіруде жоғары сапалы шешімдер ұсынады.
Ағашқа бұрғылау
Ағаш көптеген металдардан жұмсақ болғандықтан, ағашта бұрғылау металда бұрғылаудан әлдеқайда оңай және жылдам жасалады. Кесу сұйықтықтары қолданылмайды немесе қажет емес. Ағашта бұрғылаудың басты мәселесі – кіру және шығу тесіктерінің таза болуын қамтамасыз ету және күюдің алдын алу. Күюден сақтану үшін өткір бұрғылар мен тиісті кесу жылдамдығын пайдалану қажет. Бұрғылау біттері тесіктің үстіңгі және төменгі жағында ағаш сынықтарын жыртып алуы мүмкін, бұл ұсақ ағаш өңдеуде қабылданбайды. Металл өңдеуде кеңінен қолданылатын спиральді бұрғылар ағашта да жақсы жұмыс істейді, бірақ олар тесіктің кіру және шығу жерінде ағаштың жарылуына себеп болуы мүмкін. Кейбір жағдайларда, мысалы, қарапайым ағаш құрылыстарында тесіктің сапасы маңызды болмайды, сондықтан ағашта жылдам кесуге арналған әртүрлі бұрғылар бар, оларға қақпақ бұрғылары және өздігінен қоректенетін бұрғылар жатады. Ағашта таза тесіктер жасау үшін көптеген арнайы бұрғылар жасалған, оларға бред нүктелі бұрғылар, Форстнер бұрғылары және тесік ашарлар кіреді. Тесіктен шығарда жарылуды азайту үшін жұмыс дайындамасының артында ағаш тіреуін пайдалануға болады, ал осы әдіс кейде тесіктің кіруін таза ұстау үшін де қолданылады. Ағашта тесік жасау оңай, өйткені бұрғыны ағашқа итеріп, кіріспе жасау арқылы дәл орналастыруға болады. Бұрғы осылайша аз ғана қателікпен бұрылып кетуге бейім болады.
Басқалар
Кейбір материалдар, мысалы пластиктер, сондай-ақ басқа да металл емес заттар мен кейбір металдар қызып, кеңейіп, тесіктің қажетті өлшемнен кіші болуына себеп болуы мүмкін.