Дрели и буры: история и современные инструменты.

Введение

Инструмент для создания отверстий – ручные и стационарные машины, используемые в мастерской.

Дрель – это инструмент, предназначенный для сверления круглых отверстий или закручивания крепежа. Она оснащается сверлом или патроном для бит. Ручные дрели стремительно теряют популярность, в то время как беспроводные аккумуляторные дрели становятся все более распространенными благодаря повышенной эффективности и удобству использования. Дрели широко используются в деревообработке, металлообработке, строительстве, машиностроении, а также в коммунальных и строительных проектах. Для миниатюрных работ существуют специально разработанные модели.

История

Около 35 000 лет до нашей эры Homo sapiens открыл преимущества применения вращающихся инструментов. Изначально это заключалось в вращении заостренного камня между ладонями для проделывания отверстий в другом материале. Это привело к созданию ручного сверла – гладкой палки, которую иногда оснащали кремневым наконечником и вращали между ладонями. Этот инструмент использовался многими древними цивилизациями по всему миру, включая майя. Самые ранние найденные перфорированные артефакты, такие как кости, слоновая кость, раковины и рога, относятся к эпохе верхнего палеолита. Луковое сверло (или ременное сверло) – это первые механические сверла, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное. Следы их использования датируются примерно 10 000 годом до нашей эры. Было обнаружено, что обвязывание шнура вокруг палки и закрепление его концов на концах изогнутой палки (лука) позволяло сверлить быстрее и эффективнее. В основном луковые сверла использовались для добычи огня, но также применялись в древнем деревообработке, каменообработке и стоматологии. Археологи обнаружили неолитическое захоронение в Мехергархе (Пакистан), относящееся ко времени цивилизации Хараппа (около 7500–9000 лет назад), где были найдены останки девяти взрослых людей с в общей сложности одиннадцатью просверленными зубами. В гробнице в Фивах есть иероглифы, изображающие египетских плотников и мастеров бус, использующих луковые сверла. Самые ранние свидетельства использования этих инструментов в Египте датируются примерно 2500 годом до нашей эры. Использование луковых сверл было широко распространено в Европе, Африке, Азии и Северной Америке в древние времена и применяется до сих пор. За прошедшие годы было разработано множество незначительных вариаций луковых и ременных сверл для различных целей – от проделывания отверстий в материалах до добычи огня. Бурение с использованием сердцевины (core drill) было разработано в Древнем Египте к 3000 году до нашей эры. Полый буровой наконечник, впервые использованный около XIII века, состоял из палки с трубчатой металлической насадкой на конце, например, из меди. Это позволяло сверлить отверстие, измельчая только его внешнюю часть, отделяя внутреннюю часть камня или дерева от остального материала и требуя меньше усилий для создания отверстия аналогичного размера. В то время как насосные и луковые сверла использовались в западной цивилизации для бурения небольших отверстий на протяжении большей части истории человечества, шнек применялся для бурения больших отверстий, начиная с периода между римской и средневековой эпохами. Шнек обеспечивал больший крутящий момент для больших отверстий. Неизвестно, когда был изобретен корончатый сверлильный станок (brace and bit), однако самая ранняя известная иллюстрация датируется XV веком. В Европе в XII веке появился долотообразный бур (churn drill). В 1835 году Исаак Сингер, как сообщается, построил паровую версию долотообразного бура, основанную на методе, используемом китайцами. Стоит также кратко упомянуть первые сверлильные прессы – это станки, произошедшие от луковых сверл, но приводимые в движение ветряными мельницами или водяными колесами. Сверлильные прессы состояли из механических сверл, которые можно было поднимать или опускать в материал, что снижало усилие, необходимое от оператора. В 1813 году Ричард Тревитик разработал паровую вращающуюся дрель, ставшую первой дрелью, работающей на пару. Следующим важным достижением в технологии бурения стал электродвигатель, который привел к изобретению электрической дрели. Её изобретателями считаются горные инженеры Артур Джеймс Арнот и Уильям Бланч Брайн из Мельбурна (Австралия), которые запатентовали электрическую дрель в 1889 году. Первый портативный ручной дрель был создан в 1895 году братьями Вильгельмом и Карлом Фейнами из Штутгарта (Германия). В 1917 году компания Black & Decker запатентовала первый дрель с пусковым выключателем и пистолетной рукояткой. Это стало началом современной эпохи дрелей. За последнее столетие электрические дрели были созданы в различных типах и размерах для широкого спектра конкретных задач.

Around 35,000 BC, Homo sapiens discovered the benefits of the application of rotary tools. This would have rudimentarily consisted of a pointed rock being spun between the hands to bore a hole through another material. This led to the hand drill, a smooth stick, that was sometimes attached to flint point, and was rubbed between the palms. This was used by many ancient civilizations around the world including the Mayans. The earliest perforated artifacts, such as bone, ivory, shells, and antlers found, are from the Upper Paleolithic era. Bow drill (strap drill) are the first machine drills, as they convert a back and forth motion to a rotary motion, and they can be traced back to around 10,000 years ago. It was discovered that tying a cord around a stick, and then attaching the ends of the string to the ends of a stick (a bow), allowed a user to drill quicker and more efficiently. Mainly used to create fire, bow drills were also used in ancient woodwork, stonework, and dentistry. Archaeologists discovered a Neolithic grave yard in Mehrgarh, Pakistan, dating from the time of the Harappans, around 7,500–9,000 years ago, containing nine adult bodies with a total of eleven teeth that had been drilled. There are hieroglyphs depicting Egyptian carpenters and bead makers in a tomb at Thebes using bow drills. The earliest evidence of these tools being used in Egypt dates back to around 2500 BCE. The usage of bow drills was widely spread through Europe, Africa, Asia, and North America, during ancient times and is still used today. Over the years many slight variations of bow and strap drills have developed for the various uses of either boring through materials or lighting fires. The core drill was developed in ancient Egypt by 3000 BC. The hollow borer tip, first used around the 13th century, consisted of a stick with a tubular shaped piece of metal on the end, such as copper. This allowed a hole to be drilled while only actually grinding the outer section of it. This completely separates the inner stone or wood from the rest, allowing the drill to pulverize less material to create a similarly sized hole. While the pump drill and the bow drill were used in Western Civilization to bore smaller holes for a larger part of human history, the auger was used to drill larger holes starting sometime between Roman and Medieval ages. The auger allowed for more torque for larger holes. It is uncertain when the brace and bit was invented; however, the earliest picture found so far dates from the 15th century. capable of reaching a depth of 1500 m. The churn drill appears in Europe during the 12th century. In 1835 Isaac Singer is reported to have built a steam powered churn drill based on the method the Chinese used. Also worth briefly discussing are the early drill presses; they were machine tools that derived from bow drills but were powered by windmills or water wheels. Drill presses consisted of the powered drills that could be raised or lowered into a material, allowing for less force by the user. In 1813 Richard Trevithick designed a steam driven rotary drill, also the first drill to be powered by steam. The next great advancement in drilling technology, the electric motor, led to the invention of the electric drill. It is credited to mining engineers Arthur James Arnot and William Blanch Brain of Melbourne, Australia who patented the electric drill in 1889. The first portable handheld drill was created by in 1895 by brothers Wilhelm & Carl Fein of Stuttgart, Germany. In 1917 the first trigger switch, pistol grip portable drill was patented by Black & Decker. This was the start of the modern drill era. Over the last century the electric drill has been created in a variety of types and multiple sizes for an assortment of specific uses.

Типы

Существует множество типов дрелей: некоторые приводятся в действие вручную, другие используют электричество (электродрели) или сжатый воздух (пневмодрели) в качестве движущей силы, а меньшинство – двигателем внутреннего сгорания (например, буры для земляных работ). Дрели с ударным механизмом (ударные дрели) в основном используются для работы с твердыми материалами, такими как каменная кладка (кирпич, бетон и камень) или горные породы. Буровые установки применяются для бурения скважин в земле с целью добычи воды или нефти. Крупные буровые установки используются для создания нефтяных скважин, водозаборных скважин или скважин для геотермального отопления. Некоторые типы ручных дрелей также применяются для закручивания винтов и других крепежных элементов. Некоторые небольшие приборы, не имеющие собственного двигателя, могут приводиться в действие дрелью, например, небольшие насосы, шлифовальные машины и т.п.

Ударные дрели

Также известные как ударные гайковерты, это разновидность дрели, сочетающая в себе вращательное движение с ударным. Ударный механизм в ударной дрели включается, когда мощности двигателя недостаточно для проворачивания болта – в этом случае инструмент начинает выдавать импульсы силы, чтобы “пробить” болт в нужном направлении. Такие дрели обычно используются для закручивания длинных болтов или винтов в дерево, металл и бетон, а также для откручивания заржавевших или перетянутых болтов. Ударные дрели бывают двух основных типов: пневматические и электрические, и различаются по размеру в зависимости от области применения. Электрические ударные дрели чаще всего выпускаются в беспроводном исполнении и широко используются в строительстве, автомобильном ремонте и металлообработке. Они предпочтительнее пневматических благодаря своей маневренности и простоте использования. Пневматические ударные дрели работают от сжатого воздуха и должны постоянно быть подключены к источнику воздуха для поддержания мощности. Патрон ударной дрели отличается от патрона обычной ручной дрели. Он больше похож на шестигранный зажим, в котором фиксируются биты и насадки. Ударные дрели также можно использовать для сверления отверстий, как обычные дрели с пистолетной рукояткой, но для этого требуется специальный бит, который фиксируется в шестигранном зажиме. Конструкция ударных дрелей почти идентична современной дрели с пистолетной рукояткой, за исключением одной ключевой детали. Ударные дрели имеют более короткий, тонкий и усеченный корпус, где расположен зажим, в отличие от более крупного конического патрона обычной дрели. Это позволяет работать в труднодоступных местах, куда обычная дрель не поместится. Ударные дрели не отличаются точностью регулировки крутящего момента и скорости. Большинство ручных дрелей имеют регулировку скорости, в то время как у большинства ударных дрелей крутящий момент и скорость фиксированы. Из-за отсутствия такой регулировки ударные дрели не предназначены для прецизионных работ.

Сверло с молотом

Ударный механизм перфоратора обеспечивается двумя кулачковыми пластинами, которые заставляют патрон быстро пульсировать вперед и назад во время вращения сверла вокруг своей оси. Интенсивность этого пульсирующего (ударного) действия измеряется в ударах в минуту (BPM), при этом значения 10 000 BPM и выше являются распространенными. Поскольку суммарная масса патрона и сверла сопоставима с массой корпуса перфоратора, передача энергии неэффективна, и это иногда может затруднить проникновение сверл большего размера в твердые материалы, такие как монолитный бетон. Стандартный перфоратор принимает сверла диаметром 6 мм (1/4 дюйма) и 13 мм (1/2 дюйма). Оператор испытывает значительную вибрацию, а кулачки обычно изготавливаются из закаленной стали для предотвращения их быстрого износа. На практике перфораторы используются со стандартными бурами для бетона диаметром до 13 мм (1/2 дюйма). Типичное применение перфоратора – установка электромонтажных коробок, хомутов для кабелей или полок в бетоне.

Роторный молоток

Роторный молоток (также известный как перфоратор, роторный перфоратор или дрель для камня). Стандартные патроны и сверла с параллельным хвостовиком, оснащенные твердосплавными наконечниками, в значительной степени уступили место патронам SDS и соответствующим сверлам со штифтовым хвостовиком, разработанным для лучшего восприятия и передачи ударных усилий. Эти сверла эффективно разрушают камень и позволяют сверлить этот твердый материал. Некоторые модели этого инструмента предназначены исключительно для сверления камня, и функцию удара нельзя отключить. Другие модели позволяют использовать дрель без удара для обычного сверления или использовать удар без вращения для долбления. В отличие от ударной дрели с кулачковым механизмом, роторный/пневматический перфоратор ускоряет только сверло. Это достигается за счет поршневой конструкции, а не вращающегося кулачка. Роторные молотки имеют значительно меньшую вибрацию и легко проникают в большинство строительных материалов. Их также можно использовать в режиме "только сверление" или "только удар", что расширяет их применение для таких задач, как скалывание кирпича или бетона. Скорость сверления отверстий значительно выше, чем у ударных дрелей с кулачковым механизмом, и эти дрели обычно используются для отверстий диаметром 19 мм (3/4 дюйма) и более. Типичное применение роторного молотка – сверление больших отверстий под анкерные болты в фундаменте или установка больших свинцовых анкеров в бетон для перил или скамеек.

Коробка с редукторами

Сверлильный пресс с редукторной головкой передает мощность от двигателя к шпинделю через зубчатую передачу внутри головки станины, исключая гибкий приводной ремень. Это обеспечивает надежный привод в любых условиях и минимизирует необходимость обслуживания. Сверлильные прессы с редукторными головками предназначены для металлообработки, где требуются более высокие усилия сверления и более низкая скорость (RPM), чем при работе с деревом. Рычаги, расположенные с одной стороны головки, используются для выбора различных передаточных чисел, изменяющих скорость вращения шпинделя, обычно в сочетании с двигателем, имеющим две или три скорости (это зависит от обрабатываемого материала). Большинство станков этого типа рассчитаны на работу от трехфазной электросети и, как правило, имеют более прочную конструкцию по сравнению с сопоставимыми по размеру станками с ременным приводом. Практически все модели оснащены зубчатыми рейками для регулировки положения стола и головки по высоте на колонне. Сверлильные прессы с редукторными головками широко используются в инструментальных цехах и других производственных помещениях, где требуется мощный станок, способный выполнять серийное сверление и быструю переналадку. В большинстве случаев шпиндель выполнен для установки конического инструмента по Морзе, что обеспечивает большую гибкость. Более крупные сверлильные прессы с редукторными головками часто оснащаются механической подачей на механизм сверления, с устройством отключения подачи при достижении заданной глубины сверления или при превышении допустимого хода. Некоторые сверлильные прессы с редукторными головками способны выполнять нарезание резьбы без использования дополнительного приспособления. Эта функция является стандартной для более крупных станков с редукторными головками. Механизм сцепления вводит метчик в заготовку под давлением, а затем выводит его из резьбового отверстия после достижения необходимой глубины. Системы охлаждения также часто используются на этих станках для увеличения срока службы инструмента в условиях серийного производства.

Радиальная рука

Радиально-рычажный сверлильный станок – это большой зубчато-головной сверлильный станок, в котором головка может перемещаться вдоль рычага, отходящего от колонны станка. Благодаря возможности поворота рычага относительно основания станка, радиально-рычажный сверлильный станок способен работать на большой площади без необходимости перепозиционирования заготовки. Эта особенность значительно экономит время, так как перемещение головки станка намного быстрее, чем отпустить, переместить и снова закрепить заготовку на столе. Размер обрабатываемых деталей может быть значительным, поскольку рычаг может быть отведен в сторону от стола, позволяя подвесному крану или стреле установить громоздкую заготовку на стол или основание. Тиски могут использоваться с радиально-рычажным сверлильным станком, но чаще заготовка крепится непосредственно к столу или основанию, либо удерживается в приспособлении. Подача шпинделя от электропривода практически универсальна для этих станков, а системы охлаждения – обычное явление. Более крупные станки часто оснащены электродвигателями для подъема или перемещения рычага. Самые большие радиально-рычажные сверлильные станки способны сверлить отверстия диаметром до 101,6 миллиметра в стали или чугуне. Радиально-рычажные сверлильные станки характеризуются диаметром колонны и длиной рычага. Длина рычага обычно равна максимальному расстоянию от горловины. Радиально-рычажный сверлильный станок, изображенный справа, имеет диаметр колонны 9 дюймов и длину рычага 3 фута. Максимальное расстояние от горловины этой машины составляет приблизительно 36 дюймов, что обеспечивает максимальный размах в 72 дюйма (6 футов или 1,83 метра).

Магнитный буровой пресс

Магнитный дрель – это переносная машина для сверления отверстий в крупных и тяжелых заготовках, которые сложно перемещать или подводить к стационарному сверлильному станку. Она оснащена магнитной основой и сверлит отверстия с помощью режущего инструмента, такого как кольцевые фрезы (или брошевые резцы), либо спиральными сверлами. Существуют различные типы в зависимости от выполняемых операций и специализации, например, магнитные дрели с функцией нарезания резьбы, аккумуляторные, пневматические, компактные горизонтальные, с автоматической подачей, с крестообразным столом и другие.

Мельница

Мельничные дрели — более лёгкая альтернатива фрезерному станку. Они сочетают в себе конструкцию настольной дрели (с ременным приводом) с возможностями перемещения по осям X и Y, как у стола фрезерного станка, и фиксирующий патрон, который предотвращает выпадение режущего инструмента из шпинделя при воздействии боковых сил на сверло. Несмотря на лёгкую конструкцию, они обладают преимуществами компактности, универсальности и невысокой стоимости, что делает их подходящими для несложной обработки, которая в противном случае могла бы быть недоступна.

Хирургические

Сверла используются в хирургии для удаления кости или создания в ней отверстий; их применяют в стоматологии, ортопедической хирургии и нейрохирургии. Развитие хирургических сверл шло параллельно с развитием промышленных буровых технологий, включая переход к использованию лазеров, эндоскопии, передовых методов визуализации для навигации при сверлении и роботизированных сверл.