التثقيب والتجويف

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

التثقيب والتجويف

تثقيب وتجويف

Drilling and Boring -

محمود إبراهيم

الثقب بمكنات الخراطة	معدلات القطع عند إجراء التثقيب
أدوات التثقيب	القوى المؤثرة في أداة الثقب
عناصر أداة الثقب	أنواع عمليات الثقب وأدوات الثقب المستخدمة

التثقيب drilling هو عملية قطع لتنفيذ ثقب دائري نافذاً أو غير نافذ في مادة صلبة، أو لتوسيع (تجويف) boring ثقب موجود أصلاً باستخدام أداة خاصة، تنفذ عملية الثقب بأداة تثقيب، مزودة بأكثر من حد قاطع تدور بسرعة دوران تراوح بين 100-1000 دورة/دقيقة، مع حركة ضاغطة للأداة باتجاه القطعة المشغّلة. يتم إنجاز الثقب بفعل قوى القطع الناشئة من حواف أداة التثقيب الحادة على المشغولة؛ مما يؤدي إلى تشكل "رايش" (نثرات مقطوعة) منتزع من القطعة المشغلة، وإن الحركة اللولبية لقواطع أداة الثقب هي التي تدفع الرايش إلى الخروج بعكس حركة تقدم أداة القطع (حركة التغذية).

يُلجأ إلى عمليات التثقيب عادة في الصناعات الخشبية والمعدنية وفي الإنشاءات وغيرها. وأدوات الثقب متاحة بتصاميم ومواصفات متنوعة لتغطية التطبيقات المختلفة، وهناك تصاميم خاصة لأدوات الثقب في الأعمال الطبية وفي المهمات الفضائية وغيرها.

كشفت الدراسات الأثرية عن أدوات عظمية وحجرية وقرون حيوانات مثقوبة يدوياً منذ ما قبل التاريخ . كما عرفت الحضارات القديمة المثاقب القوسية اليدوية التي تعد من أقدم معدات الثقب، واستخدمها المصريون القدماء منذ 2500 سنة قبل الميلاد في تحضير أضرحة المومياوات. وشاع استخدام قوس الثقب في أوربا وآسيا وإفريقيا وشمالي أمريكا منذ القديم ومازالت تستخدم حتى اليوم، حيث يدير وتر القوس -جيئةً وذهاباً- أداة الثقب في الاتجاهين فيتم التثقيب. ومع تقدم البشرية في الحضارة استخدمت وسائل ميكانيكية لإدارة أداة التثقيب، إلا أن التطور الكبير في تقانة التثقيب حدث مع اكتشاف الكهرباء واختراع المثقب الكهربائي. فقد حصل كل من أرثر جيمس أرنوت Arthur James Arnot ووليام بلانش برين William Blanch Brain من ميلبورن في أستراليا على براءة اختراع لمثقب كهربائي عام 1889، كما نجح الأخوان فلهلم Wilelm وكارل فاين Carl Fein من شتوتغارت في ألمانيا عام 1895 في اختراع أول مثقب محمول يدوياً. وشهد العام 1917 بداية اختراع المثقب الحديث، حيث سجلت براءة اختراع مثقب قبضة المسدس النقال لشركة بلاك ودكر Decker & Black. وتوالت بعد ذلك اختراعات أنواع مختلفة الحجوم والوظائف من المثاقب الكهربائية والميكانيكية.

تستخدم في الوقت الحاضر أنواع كثيرة من معدات الثقب، بعضها يعمل بالقوة اليدوية، وبعضها بالطاقة الكهربائية، وأخرى بقوة الهواء المضغوط، وثمة عدد قليل منها يعمل بمحرك احتراق داخلي كالآلات التي تستخدم لحفر الآبار. أما أهم معدات الثقب فهي: المثقب الكهربائي المحمول، والمثقب الرجَّاج، والمثقب المِكبسي (المثقب العمودي)، ومكنات الثقب والتفريز (الشكل 1).

الشكل (1)

الثقب بمكنات الخراطة

تُعمل الثقوب النافذة والمسدودة على المخارط بأدوات الثقب والتخويش الأسطوانية وموسعات الثقوب، حيث تُختار أداة الثقب بحسب نوع مادة المشغولة ودقة الأبعاد المطلوبة وخشونة سطح الثقب المشغل. وتجهز أدوات الثقب عادة بمجارٍ لولبية أو بمجارٍ مستقيمة مزودة بلقم كربيدية أو بلقم مكسوة بطبقة من نترات التيتانيوم أو بطبقة من الكربيد أو منهما معاً.

تثبت أداة القطع على المخرطة بإدخال ساقها الأسطوانية في ماسك غراب الذيل tailstock. أما أدوات الثقب ذات الساق المخروطية فيمكن أن تثبت مباشرة في الثقب المخروطي لغراب الذيل في المخرطة بوساطة جِلبة bush إذا كان مخروط ساق أداة الثقب أقل من الثقب المخروطي لممسك الغراب، علماً أن أعمدة الدوران ومماسك مكنات الخراطة مصنعة وفق نموذج معياري عالمي، حيث تثبت المشغولة على ظرف المخرطة الذي يدور بسرعات مختلفة بحسب نظام القطع المحدد. وتقوم أداة الثقب المثبتة في ممسك غراب الذيل بعملية التغذية. وفي هذه الحالة يجب تثبيت المشغولة بإحكام وتحديد مركز محور الثقب بأداة توسيط خاصة ، وعند تشغيل الثقوب العميقة التي يعادل طولها خمسة أضعاف قطرها أو أكثر يجب إيقاف التغذية بين الفينة والفينة وإخراج أداة الثقب -والمخرطة دائرة- لإزالة الرايش من مجرى الثقب تلافياً لكسر أداة الثقب.

كذلك يمكن تنفيذ الثقب بتغذية مؤتمتة لأداة الثقب على غراب المخرطة بتثبيت الحامل على منزلقات راسمة المخرطة وباتجاه محور الثقب، حيث تربط عربة الراسمة بقاعدة غراب الذيل فتنتقل تغذية الراسمة المؤتمتة إلى القاعدة ويتم الثقب بعمق محدد آلياً (الشكل 2).

الشكل (2) آلة خراطة وثقب.

طرائق أخرى غير تقليدية لتشغيل الثقوب

- الثقب بالليزر: يستخدم الليزر لإجراء عمليات الثقب بدلاً من الطرائق التقليدية، وتستخدم هذه التقانة في تشغيل ثقوب المحركات العنفية (التوربينية) للطائرات ولإنتاج معدات توليد الطاقة وغيرها من الثقوب الدقيقة .

- تشغيل ثقوب صغيرة بالتفريغ الكهربائي: وتطبق في إنتاج ثقوب دقيقة في عنفات المحركات النفاثة، كذلك إحداث ثقوب مجهرية لأجزاء منظومات التغذية بالوقود وغيرها من الثقوب ذات الدقة العالية.

أدوات التثقيب

تعدّ أدوات الثقب الأوسع انتشاراً في تشغيل الثقوب، وأهمها ريشة الثقب، وهي على شكل قضيب فولاذي مبروم محلزن لإنتاج الثقوب غيـر العميقة نسبياً والتي لا يزيد عمقها على خمسة أضعاف قطر الثقب مصنوعة من الفولاذ سريع القطع أو من فولاذ الكربيد المسمنت cemented carbide.

1- عناصر أداة الثقب:

يلاحظ من الشكلين (3 و4) أن العناصر الهندسية الرئيسة التي تتألف منها أداة الثقب وأدوات القطع ذات النقطة الواحدة هي ما يلي:

الشكل (3) عناصر أداة الثقب اللولبية.

الشكل (4) زاويتا الخلوص والجرف في أداة القطع اللولبية.

أ- زاوية الجرف : تقع هذه الزاوية بين مماس الوجه (الجزء الفعال) مع نقطة الشفة (الحد القاطع)، وتقاس في المستوي B-B العمودي على الشفة (شكل 4)، تتبدل تدريجياً على طول حافة القطع. ويمكن تحديد قيمتها بالعلاقة (1):

حيث = نصف قطر الدائرة عند النقطة.

R = نصف قطر ريشة الثقب.

= زاوية ميل مجرى اللولب.

= زاوية ميل الحد القاطع (نصف زاوية رأس الريشة).

عند تصميم ريشة الثقب يجب أن تسمح قيمة زاوية الجرف بعملية القطع وتشكل الرايش، وتمنع الاحتكاك الزائد بين الرايش والمجرى المحلزن للريشة، منعاً لاهتراء أداة الثقب بسرعة؛ ذلك لأن زيادة قيمة زاوية الجرف تؤدي إلى نقصان قيمة زاوية الشفة، وإلى ارتفاع حرارة هذا الجزء من أداة الثقب بسرعة وسرعة تأكلها. وتصبح زاوية الجرف أصغر عندما يكون الحد القاطع متطابقاً مع الشفة وأقرب إلى محور أداة الثقب.

ب- زاوية الخلوص : وهي الزاوية الواقعة بين المماس والجناح، أو بين المماس وسطح حافة الشفة، تقاس هذه الزاوية في المستوي AA، يكون مماساً لسطح المماس الخارجي للحد القاطع (الشكل 4)، ويمكن حسابها من العلاقة (2):

والحقيقة أن أداة الثقب تتقدم محورياً خلال العمل، بحيث يدور الحد القاطع بحركة حلزونية تقاس بالميليمتر/دورة تساعد على عملية تقدم أداة الثقب.

تعادل زاوية الخلوص العاملة لأداة الثقب قيمة زاوية الخلوص مطروحاً منها قيمة الزاوية المقيسة لأداة الثقب في حالة السكون كما هو مبين في (الشكل 5) والمعادلة (3).

الشكل (5) زاوية الخلوص العاملة وزاوية الجرف لأداة الثقب الحلزونية.

ومنه تكون العلاقة (4):

فإذا كان القطر صغيراً تزداد قيمة التغذية S ، وتزداد قيمة الزاوية ، وعندها ستكون قيمة زاوية خلوص العمل أصغر.

في حين تكون زاوية الجرف العاملة لأداة الثقب أكبر بالمقارنة بزاوية الجرف المقيسة، ذلك بعد عملية تجليخ الحد القاطع في الحالة الساكنة ، وهكذا يكون (العلاقة 5):

تحدد قيم زاويتي الجرف والخلوص بما يضمن متانة أداة الثقب، وإطالة عمر تشغيلها، إضافة إلى الحصول على ثقب بمواصفات جيدة وبدقة مناسبة.

ج- الجزء العامل: هو الجزء المزود بمجارٍ لولبية تساهم في خروج الرايش، ويتألف من أجزاء قاطعة وأجزاء موجهة للرايش.

د- الجزء القاطع: ويتألف من حدين قاطعين رئيسيين، يقعان على السطح المخروطي، يقومان بعملية القطع الأساسي، وهما يتمثلان في حد قاطع عرضي وحدين شريطيين آخرين.

هـ-الرقبة: وهي الجزء الوسط بين الساق وجسم أداة الثقب (الجزء العامل).

و- الساق: وهو جزء أداة الثقب المخصص لتثبيتها في الماسك أو في الظرف. ويكون شكله أسطوانياً لأدوات الثقب ذات القطر حتى 10 مم. أما أدوات الثقب كبيرة القطر (أكبر من 10مم) فيكون شكل الساق مخروطياً، ويتم تثبيتها في الثقب المخروطي للماسك أو في الجلبة المخروطية.

ز- لسان التدوير: يستخدم مسنداً لإخراج أداة الثقب من حامل الأداة.

ح- موجه التدوير: يخصص لنقل عزم الفتل من عمود الدوران في المثقب إلى أداة الثقب أسطوانية الساق.

ط- الحدود القاطعة الرئيسية: تتشكل نتيجة تقاطع السطوح الخلفية، وهي الجزء الرئيسي للقطع.

ي- الشرائط اللولبية: وهي شريطان لولبيان ضيقان يمتدان على طول أخاديد أداة الثقب اللولبية بغية توجيه أداة الثقب وتركيزها.

ك- حد الشريط: هو الخط الذي يتشكل نتيجة تقاطع السطح الأمامي مع سطح الشريط اللولبي.

ل- زاوية رأس الثقب : هي الزاوية التي تشكلها الحدود القاطعة الرئيسية، وتساوي عادة 116º-118ºفي أدوات الثقب المصنوعة من الفولاذ السريع القطع المستعمل لتثقيب مواد مصنوعة من حديد الزهر والبرونز، وتزداد هذه الزاوية حتى 140º عند تثقيب الألمنيوم الخلائطي، وتنخفض إلى 60-100º عند تثقيب اللدائن والإبونيت (المطاط القاسي) (الشكل 3).

م- زاوية ميل المجاري اللولبية : وهي الزاوية المحصورة بين محور أداة الثقب وخط المماس للشريط اللولبي على سطح القطر الخارجي لأداة الثقب (الشكل 4).

تتعلق زاوية ميل المجرى اللولبي في أدوات الثقب بقطر الأداة. وتكون بين 18-30º عند تشغيل الفولاذ وحديد الزهر، وفي أدوات الثقب ذات القطر الصغير تكون الزاوية أقل، وتكون بين 40-45º عند تشغيل المواد اللينة والسبائك الخفيفة.

ن- زاوية ميل الحد العرضي : وهي الزاوية المحصورة بين الحد العرضي والحد القاطع وتؤخذ عادة بين 50-55º.

تصنع أدوات الثقب الحلزونية من الفولاذ الكربوني وخلائط الفولاذ والفولاذ سريع القطع الذي يمكن باستخدامه الحصول على دقة ثقب جيدة (بحدود الدرجة الخامسة من درجات الدقة) يُقصد بالدقة مدى اقتراب القياس الحقيقي للبعد من قيمته الإسمية، ويقاس الفرق بالمكرون.

حيث هناك عشر درجات (مراتب) للدقة أعلاها دقةً الدرجة الأولى، وأقلها دقةً الدرجة العاشرة.

أما نعومة سطح الثقب الناتجة عن هذه الأدوات فهي لا تزيد على:

يرمز إلى نعومة السطح برمز المثلَّث ويذيَّل برقم يدل على درجتها بحسب نوع عملية التشغيل (الثقب، الخراطة، الجلاخة، إلخ...)، فكلما زاد الرقم زادت النعومة. فمثلاً تعني أن الفرق بين أعلى قمة وأخفض قمة للسطح المشغَّل يقع بين 40 و 63 مكرون.

في حالة تزويد أدوات الثقب بلقم من الكربيد المسمنت أو من الكربيد ونترات التيتانيوم من أجل تشغيل حديد الزهر (حديد الصب) والفولاذ، تراوح درجة دقة الثقوب بين الدرجة الثالثة والرابعة، وتصل نعومة السطح إلى:

2- معدلات القطع عند إجراء التثقيب:

إن عناصر معدلات القطع في حالة التثقيب هي الآتي:

- سرعة القطع، وهي السرعة المحيطية لأداة الثقب بالنسبة إلى القطعة المشغلة، وتحسـب وفـق المعادلة (6):

، وتقاس بالمتر/دقيقة

حيث:

D – قطر أداة الثقب بالمم.

n -عدد دورات أداة الثقب.

وفي حالة الثقب على مكنة الخراطة تعتمد سرعة القطع على عدد دورات المشغولة المثبتة على ترس المخرطة. ويمكن إجراء عمليات التثقيب بسرعات قطع 20-30 م/د عند استخدام أدوات ثقب مصنوعة من الصلب سريع القطع، وفي تشغيل ثقوب مواد مصنوعة من الفولاذ الكربوني متوسط الصلادة، وحديد الزهر الرمادي والبرونز. أما عند تشغيل ثقوب مواد من الفولاذ الكربوني متوسط الصلادة بأدوات ثقب مزودة بلقم من الكربيد المسمنت فيمكن العمل بسرعة تبلغ 60-80 م/د.

- التغذية: وهي مقدار تحرك أداة الثقب في دورة واحدة، وتقاس مم/دورة عند العمل على مكنات التثقيب، وعند استخدام أدوات ثقب قطـرها بين 6 و30مم تكون التغذية أتوماتيكية، وقيمتها من 0.1-0.35مم/دورة لتشغيل الفولاذ الكربوني متوسط الصلادة ومن
0.15-0.5 مم/دورة لتشغيل حديد الزهر.

3- القوى المؤثرة في أداة الثقب:

تتعرض أداة الثقب لقوى مقاومة لعملية القطع تؤثر في الحد القاطع. ومن تحليل هذه القوى يُحصل على المركبات Fz و Fv و Fh (الشكل 6) حيث تؤثر القوة الأفقية في الحدِّين القاطعين، ولكن محصلتهما صفر. وتؤثر القوة باتجاه الأعلى، وتقاوم تغلغل أداة الثقب في المشغولة. أما القوة Fz فتنشئ عزماً مقاوماً (المعادلة 7):

الشكل (6) القوى المؤثرة في أداة الثقب.

ويكون العزم الكلي للقوى المقاومة للقطع M مساوياً مضافاً إليه عزم الدوران الناشئ من احتكاك الحد الإزميلي ، وعزم قوى الاحتكاك على الشريط ، وعزم قوى احتكاك الرايش على الريشة وعلى السطح المشغل ، وبذلك تكون M بحسب المعادلة (8):

أما قيمة F1 (القوة اللازمة للنفاذ في المشغولة) فهي مجموع مضروبة بـ 2، و القوة المؤثرة في الحد الإزميلي، و قوة الاحتكاك الناجمة عن احتكاك الرايش، وبذلك تكون بحسب المعادلة (9):

تسمى هذه القوى المقاومة في الاتجاه المحوري باسم قوة الضغط المحورية F، أو قوة تغذية أداة القطع.

لإنجاز عملية الثقب على أية مكنة يجب أن يكون عزم الدوران المتاح لأداة الثقب أكبر أو يساوي العزم الكلي لمقاومة القطع أي .

ويتم حساب قيمة بالمعادلة (10).

حيث:

= الاستطاعة المتاحة لمحور مكنة الثقب .

n = سرعة دوران أداة القطع (دورة / دقيقة).

وبمعرفة العزم m وقوة الضغط المحورية لأداة الثقب F يمكن بسهولة تحديد القدرة المطلوبة من محرك مكنة الثقب (المعادلة (11):

حيث = مردود مكنة الثقب.

4- أنواع عمليات الثقب وأدوات الثقب المستخدمة:

أ - تعليم الثقوب المركزية: هناك عدة طرق لتعليم الثقوب المركزية تحضيراً لعملية الثقب، وأوسعها انتشاراً هي:

- التعليم بفرجار التعليم: تفتح ساقا الفرجار بمسافة تساوي نصف قطر القطعة، وتوضع الساق المنحنية على محيط السطح الطرفي للقطعة المثبتة، وتستعمل الساق الحادة لرسم قوس حول مركز السطح الطرفي، وتكرر العملية أربع مرات حتى يتشكل مربع أضلاعه مقوسة. ويكون مركز الثقب واقعاً في مركز المربع الناتج.

- التعليم بباحث المركز: يوضع باحث المركز على السطح الطرفي للقطعة، ويرسم خط بشوكة تعليم (شنكار)، ثم يدار باحث المركز بزاوية 90° تقريباً ويرسم خط آخر، يكون مركز الثقب هو تقاطع الخطين.

- نقر ثقب المركز باستخدام ذنبة التعليم المركزة شاقولياً تماماً على السطح .

- نقر ثقب المركز باستخدام دليل خاص، ويستخدم في حالة القطع التي لا يزيد قطرها على 40 مم حيث يحدد الثقب بضربة من مطرقة على رأس ذنبة موجودة في محور الدليل (الشكل 7).

الشكل (7) دليل نقر الثقب المركزي من دون تعليم مسبّق.

ب- تنفيذ الثقوب المركزية: يتم إحداث الثقوب المركزية في البداية بأداة ثقب قصيرة قطرها d وبعمق L (الشكل 8-أ)، ومن تخويشها بأداة تخويش زاويتها 60º وبقطر D (الشكل 8-ب) وتحدد القيم d و L و D من معيارية خاصة.

الشكل (8) تنفيذ الثقب المركزي.

ج- تنفيذ الثقب بأداة ثقب مركزية مركبة: وهي أداة ثقب حلزونية وأداة تخويش مخروطية في آن واحد (الشكل 9)، وهذا النوع ذو إنتاجية عالية مقارنة بالأنواع السابقة.

الشكل (9) أداة ثقب مركزية مركبة.

د - الثقب العميق: عند تشغيل ثقوب يزيد عمقها على قطر أداة الثقب بخمس مرات أو أكثر تستعمل أدوات ثقب حلزونية مزودة بقنوات نافذة لإيصال سائل التبريد إلى الحدود القاطعة لأداة الثقب (الشكل 10) .

الشكل (10) أداة ثقب حلزوني للتثقيب العميق.

تصنع قنوات التبريد غالباً من أنابيب نحاسية تلحم على طول المجاري الطولية على سطح أداة الثقب، وذلك لتحسين عملية التبريد وإزالة الرايش.

يعمل هذا النوع من أدوات الثقب بالطريقة نفسها التي تعمل بها أدوات الثقب العادية، إلا أن التغذية أقل لأن متانة هذه الأدوات أقل بالمقارنة مع أدوات الثقب العادية. يستخدم هذا النوع لثقب سبطانات البنادق، ودقته عالية. وللمساعدة على إخراج الرايش في حالة الثقب العميق تدار المشغولة باتجاه معاكس لدوران أداة الثقب.

تساهم هذه التقنية في تحقيق دقة سماحية الاستقامة المطلوبة. وقد طبقت تقنية جديدة في تشغيل الثقوب العميقة تتلخص في اهتزازٍ محوري لأداة الثقب في أثناء العمل لتجزئة الرايش إلى قطع صغيرة، وتتم إزالة هذه القطع الصغيرة بسهولة عبر المجرى الحلزوني لأداة الثقب، تسمى هذه العملية الثقب المهتز (الرجّاج). ويستخدم فيها نظام مراقبة فعال للتحكم بالقوى والعزوم والاهتزازات وانتشار الصوت. ويستخدم عادة في هذه الحالة نظام تبريد خاص للمساعدة على إنجاز هذا النوع من الثقوب وفق مواصفات الدقة ونعومة السطح المطلوبتين.

هـ- ثقب سبطانات المدافع: إن أداة ثقب سبطانة المدفع هي نوع من أدوات الثقب العميق المخصصة لهذه العمليات بالقطر المطلوب ولأقطار أصغر منها، حيث تصل نسبة عمق الثقب إلى قطر أداة الثقب إلى 300 ضعف. الميزة الرئيسية لأداة ثقب سبطانات المدافع هي وجود سطح ارتكازي لأداة الثقب يتلامس مع جدار السطح المشغل على طول محور حركة القطع، مما يؤمن تشغيل ثقوب عميقة ذات دقة عالية، تتم عملية القطع بحركة دورانية مشابهة لعملية القطع بريش الثقب اللولبية، إلا أن هذا النوع مصمم للعمل بوسادات ذات مضاجع (مدارج) تنزلق على طول سطح الثقب لتؤمن مركزية عملية الثقب. تنفذ عملية تشغيل سبطانة المدفع عادة بسرعة قطع عالية وبتغذية منخفضة نسبياً. تتألف أداة ثقب المدافع (الشكل11) من قضيب أسطواني من فولاذ العدة شُكِّل سطحه الأمامي بحيث يكون أعلى من محور القضيب بمقدار f، وتقدر قيمته 0.2-0.5 مم. ولأداة الثقب حد قاطع رئيسي موجه نحو محور أداة الثقب بزاوية قائمة، وحد قاطع مساعد إضافي يميل بزاوية قدرها 10º، وحد قاطع عرضي قيمته 0.5-0.9 مم. وللتقليل من الاحتكاك على السطح الطرفي لأداة الثقب تؤخذ قيمة . إلا أن العيب الرئيسي لهذه الأداة هو صعوبة خروج الرايش وصعوبة وصول سائل التبريد إلى منطقة القطع بصورة كافية.

الشكل (11) أداة ثقب سبطانات المدافع.

و- ثقب سبطانات البنادق: تستخدم هذه الأداة للحصول على ثقوب دقيقة باستقامة محورية. وتشكل هذه الأداة من لولب وحيد منفرد، وتتألف من جزأين كما يبين الشكل (12) جزء عامل من الفولاذ سريع القطع أو من الكربيد المسمنت، وساق مجوفة من الفولاذ الكربوني، ملحومة بالجزء العامل، وهي على شكل أنبوب يحقن سائل التبريد خلال تجويفه الداخلي b إلى الحد القاطع تحت ضغط مرتفع (20-30 كغ/مم2)، لتخفيض درجة حرارة الحد القاطع ودفع الرايش عبر القناة a إلى خارج الثقب. ويكون جسم أداة الثقب على شكل مجرى ذي أطراف متصلة بزاوية 120-145°. تعد هذه الأداة أكثر جودة وإنتاجية بالمقارنة بأدوات الثقب الحلزونية وأدوات ثقب المدافع.

الشكل (12) أداة ثقب سبطانات البنادق.

ز- الثقب الحلقي:

هي عملية تشغيل ثقوب بقطر أكبر من 80 مم، حيث يفضل في هذه الحالة استخدام أداة تقطع مجرىً دائرياً على شكل حلقة (أسطوانة) مخلّفة النواة على شكل قضيب يمكن إزالته في نهاية القطع، ويوضح الشكل (13) أداة القطع المستخدمة لفتح مجرى حلقي. تتألف الأداة من رأس أنبوبي الشكل (أسطواني مفرغ) مزود بسكاكين قطع أو فكوك قطع على مقدمة الحامل الأسطواني الشكل، ولهذه السكاكين نهايات بارزة عن القطر الخارجي والداخلي للرأس القاطع، تفتح مجرىً حلقياً في المشغولة عند دورانها ويزداد عمقاً مع تقدم الرأس القاطع. وهذه السكاكين (الشكل 13) هي عبارة عن سكاكين رباعية للقطع الخشن Roughness of machined surfaces، وأخرى مسطحة للإنهاء والصقل. تعدّ هذه العملية اقتصادية ومجدية لأنها لا تحول كل الأجزاء المقطوعة إلى رايش الذي تتم إزالته من القطر المطلوب بحلقة سمكها يماثل سمك أداة الثقب. تطبق هذه العملية عند تنفيذ ثقوب في المنتجات المسطحة كالألواح المعدنية، وألواح أحجار الغرانيت في العناصر الإنشائية، مثل العوارض المعدنية على شكل حرف I، ويمكن أن تكون هذه العملية التشغيلية مفيدة لصنع المجاري المخصصة لوصلات الإحكام، مثل مانعات التسرب الحلقية الشكل.

الشكل (13) أداة قطع ثقب حلقي الشكل.

ح- تخويش الثقوب Countersinking:

تستعمل أداة التخويش (التوسيع) لزيادة قطر الثقب الذي يتم إنجازه أولياً، وكذلك توسيع الثقوب المشكلة في القطع المصنوعة بالسكب أو بالتشكيل أو بالكبس. تتميز أدوات التخويش من أدوات الثقب الحلزونية بأن لها ثلاثة حدود قاطعة رئيسية أو أربعة (الشكل 14)، بحيث يمكن الحصول على ثقب أكثر دقة من أدوات الثقب الحلزونية ذات الحدين القاطعين. إذ يمكن الحصول على قطر دقته من الدرجة الرابعة ونعومة سطحه من الدرجة الخامسة أو السادسة.

الشكل (14) أدوات تخويش ذات ثلاثة حدود قاطعة.

تستخدم أدوات التخويش ثلاثية حدود القطع لتشغيل الثقوب الصغيرة (12-35) مم كما هو موضح في الشكل (14). أما أدوات التخويش ذات الحدود القاطعة الرباعية فتستخدم في تشغيل الثقوب حتى 100 مم (الشكل 15). تصنع أدوات التخويش من الفولاذ السريع القطع، أو تكون مزودة بلقم من الكربيد المسمنت. وهذه الأخيرة يمكن أن تعمل بسرعات قطع أكبر وبإنتاجية أعلى من أدوات التخويش من الفولاذ السريع القطع. يكون قطر الثقب المراد تخويشه عادة أصغر بـ 0.8- 2مم. ويعد التخويش أكثر إنتاجية من التجويف، وسرعات القطع في أثناء عملية التخويش مساوية تقريباً لسرعات القطع في التثقيب، أما التغذية فأكبر منها بـ 2.5-3 مرات. ويفضل استخدام سائل التبريد عند تخويش مشغولات فولاذية. في حين يمكن الاستغناء عن التبريد في حالة تشغيل حديد الزهر أو البرونز.

الشكل (15) أدوات التخويش المركبة.

ط- تنعيم الثقوب (البرغلة) Reaming drill:

للحصول على ثقوب دقيقة جداً من حيث الأبعاد ونعومة السطح تستعمل أدوات برغلة الثقوب (تنعيمها). بحيث يمكن الحصول على أبعاد دقيقة من الدرجة الثالثة أو الثانية، كما يمكن الحصول على نعومة سطح تصل إلى:

تتم هذه العملية بعد إنجاز عملية الثقب والتجويف أو التخويش.

- أداة البرغلة: هي أداة قاطعة تحتوي على عدد كبير من حدود القطع أو الأسنان (6-18 سن) وذلك بحسب قطر الأداة (الشكل 16) ويشكل الجزء الأمامي المائل لسن الأداة الحد القاطع، الذي يمكنه انتزاع طبقة رقيقة من المعدن لا تزيد على 0.05-0.15 مم . وهناك براغل بساق مخروطية (شكل 16- آ) لتشغيل الثقوب التي لا يزيد قطرها على 32 مم، وبراغل أخرى لتشغيل أقطار تراوح بين 25-100 مم وهي البراغل المركبة (شكل 16- ب).

الشكل (16) البراغل.

أما البراغل المؤتمتة القابلة للضبط (الشكل 17) فهي ذات سكاكين مركبة من الفولاذ السريع القطع أو مزودة باللقم الكربيدية المسمنتة للحصول على ثقوب دقيقة. يجب أن يتطابق محور أداة البرغلة مع محور الثقب تماماً، ولتحقيق أفضل نعومة سطح وأفضل دقة أبعاد يجب اختيار سائل تبريد مناسب لنوع المعدن المشغل. فعند برغلة الفولاذ يستعمل المستحلب أو الزيت المعدني المكبرت للتبريد، أما برغلة حديد الزهر والبرونز والنحاس الأصفر فتتم من دون سائل تبريد.

الشكل (17) برغل قابل للضبط ذو سكاكين مركبة.

ي- تشكل الرايش في عملية الثقب:

تجري عملية تشغيل الثقوب في شروط أكثر تعقيداً من القطع بقلم أحادي؛ وذلك لصعوبة التخلص من الرايش الناجم وإيصال سائل التبريد إلى الحدود القاطعة، إضافة إلى شدة الاحتكاك بين الرايش وأسطح المجاري اللولبية في أداة الثقب بسبب تغير قيمة زاوية الجرف على طول الحدود القاطعة؛ مما يجعل تشوه الرايش غير منتظم في أدوات القطع اللولبية. ويقل انكماش الرايش كلما اقتربت نقاط الحدود القاطعة من المحيط الخارجي لأداة الثقب بسبب زيادة سرعة القطع وزاوية الجرف ، حيث يكون تشوه الطبقة المقطوعة أكبر، وتزداد درجة حرارة القطع بزيادة سرعته وبزيادة عمق الثقب، وتنقص بزيادة قطر أداة الثقب؛ لأن كتلتها الكبيرة تصرف الحرارة من خلال سطوح التماس، وتُسهّل إيصال سائل التبريد إلى رأس أداة الثقب وانسياب الرايش خلال المجاري اللولبية لأداة الثقب. يكون الرايش عامةً متواصلاً في حالة ثقب الفولاذ ويكون متكسراً عند ثقب حديد الزهر.

تصنع أدوات الثقب بتفريز مجاريها ودرفلتها، وتستعمل لها تقنيات مختلفة (الدرفلة على الساخن -الدرفلة العرضية- الدرفلة الطولية أو الحلزونية). كما تشحذ أدوات الثقب بمجالخ أسطح مخروطية وحلزونية ومجالخ أسطح مستوية، وتستخدم لجلخها مماسك خاصة تمكِّن من المحافظة على عناصر أداة الثقب وفق القيم المطلوبة (زاوية الجرف -زاوية الخلوص- محور الريشة وغيرها...).

يختلف تصميم أدوات الثقب باختلاف نوع العملية المطلوب تنفيذها، كالمركزة والثقب الأولي والثقب النهائي و تجويف الثقوب وتوسيعها وتنعيمها وبرغلتها، وكذلك الثقوب العميقة أو الأقل عمقاً. ولعمليات التثقيب دور مهم في صناعة المكنات والتجهيزات والمنشآت المختلفة، ولا يقتصر ذلك على الصناعات المعدنية، وإنما يستخدم على نطاق واسع في الصناعات التي لها صلة باللدائن والأخشاب وفي إكساء المنشآت وفي الأشغال الحجرية وغيرها.

مراجع للاستزادة:

- بروشتين وديمينتيف، فن الخراطة، ترجمة: عبد الرحمن عوني، دار مير للطباعة والنشر، موسكو 1970.

- J. G. Speight, Formulas and Calculations for Drilling Operations, Wiley-Scrivener; 2018.

- P. J. Tloffman, Precision Machining Technology, NY- Delmar Cengage Learning, 2012.