المثقاب الذي يقوم بحفر ثقوب مربعة. حفر ثقوب مربعة

يمكن لأي شخص القيام بذلك في مادة بأي كثافة. ولكن ماذا لو كنت بحاجة إلى ثقب مربع؟ سيجد العديد من الأشخاص أنه من غير المعقول أن يتمكنوا من حفر مربع في خشب ناعم ومرن أو في قطعة معدنية متينة. يتعامل مثقاب واتس مع هذه المهمة الصعبة.

التاريخ مع الهندسة

حتى اليوم، للحصول على ثقب مربع، يقوم الحرفيون بحفر ثقب دائري بقطر مناسب وثقب الزوايا بأدوات خاصة. يمكن إجراء هذه العملية بشكل أسرع وأسهل بكثير باستخدام مثقاب واتس "مربع". أساس تصميمه هو مثلث رولو - الشكل تشكلت من التقاطعثلاث دوائر متطابقة. أنصاف أقطار هذه الدوائر تساوي الجانب مثلث منتظم، ورؤوسه هي مراكز الدوائر.

ويحمل الشكل اسم العالم الألماني فرانز رولو، حيث كان أول من قام بدراسة خصائص المثلث الناتج بالتفصيل وقام بتطبيقها في اختراعاته. ومع ذلك، فقد تم استخدام هندسة مثلث رولو على شكل النوافذ في بناء كنيسة السيدة العذراء في بروج في القرن الثالث عشر. في أوائل السادس عشرفي القرن العشرين، رسم ليوناردو دافنشي "خريطة العالم" على أربعة مثلثات رولو. يظهر هذا الرقم في مخطوطاته ومخطوطة مدريد. في القرن الثامن عشر، تم صنع مثلث من أقواس متساوية ثلاث دوائرمُبَرهن عالم الرياضيات الشهيرليونارد أويلر. في عام 1916، قام المهندس الإنجليزي الذي يعمل في الولايات المتحدة الأمريكية، هاري واتس، بتطوير وتسجيل براءة اختراع لقاطع الطحن لـ ثقوب مربعةفي خرطوشة "عائمة".

مميزات مثقاب واتس

الاختراع الفريد يجعل من الممكن الحصول على ثقوب تقريبًا الشكل الصحيح: زوايا المربع مستديرة بنصف قطر صغير. المساحة الخام للفتحة المربعة لا تزيد عن 2%. ميزة مميزةتتمثل ميزة مثقاب واتس الثلاثي في أنه عند تدويره، يصف مركزه منحنيات إهليلجية مقوسة، ولا يقف ساكنًا مثل المثقاب الملتوي التقليدي. بهذه الحركة، ترسم رؤوس المثلث مربعًا ذو جوانب متوازية ومستقيمة تمامًا. يتميز ظرف هذا القاطع بتصميم أصلي لا يعيق الحركة.

هيكل الحفر للثقوب المربعة

عندما يتم تشكيل الرقائق، يجب أن يكون لدى القاطع أخاديد لإزالتها. المظهر الجانبي لجزء العمل من مثقاب واتس هو مثلث رولو مع ثلاثة أنصاف من القطع الناقص مقطوعة منه.

هذا التصميم المزود بأخاديد لإزالة الرقائق يحل 3 مشاكل في وقت واحد:

يتم تقليل القصور الذاتي للحفر.
يتم زيادة قدرة القطع للحفر.

عادةً ما يتم عمل الثقوب المربعة على المخارط أو آلات الطحن، ويتم تثبيت مثقاب الثقوب المربعة في ظرف الماكينة باستخدام محول خاص. ل الاستخدام المنزليبالنسبة للقواطع المربعة، توفر الشركات المصنعة إطارات علوية تتصل بظرف محرك الكاردان وتنقل حركات غريبة الأطوار إلى أداة القطع. عمق الحفرة يتوافق مع سمك الإطار.

حفر الصلب

اليوم، يتم تصنيع التدريبات عالية الجودة التي تعمل بسرعة ولفترة طويلة من درجات الفولاذ عالية السبائك. في تكوينها، تحتوي هذه السبائك على أكثر من 10٪ من إضافات السبائك، مثل التنغستن والكروم والفاناديوم والموليبدينوم. متنوع نسبة مئويةالعناصر و طرق مختلفةيشكل الفولاذ المتصلب سبائك تختلف في مستوى الصلابة والمتانة ومقاومة حمل الصدمات والتكلفة وغيرها من الخصائص.

تعتبر لقم الثقب المعدنية من أكثر المواد الاستهلاكية الكهربائية استخدامًا على نطاق واسع لعدة أسباب:

غالبًا ما تتطلب المنتجات المعدنية ثقوبًا للتثبيت: الوصلات الملولبة والمسامير وأنواع الوصلات الأخرى.
يمكن أيضًا استخدام المثاقب المعدنية عند العمل بمواد أكثر ليونة، مثل الخشب.
تشبه تكنولوجيا إنتاج هذا النوع من المنتجات مبادئ إنتاج التدريبات اتجاهات مختلفةالتطبيقات.

في روسيا والعديد من البلدان الأخرى، يكون الطلب الأكبر على المثاقب المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة R6M5، والذي يحتوي على التنغستن والموليبدينوم. تزداد قوة المنتجات وسعرها بشكل ملحوظ عند إضافة الكوبالت إلى السبائك أو طلاء المثاقب برش نيتريد التيتانيوم المبرد.

للمنتجات المعدنية

تُستخدم المثاقب المعدنية لعمل ثقوب في المنتجات المصنوعة من البرونز والحديد الزهر والنحاس والفولاذ من مختلف الدرجات والخزف الخزفي وغيرها من المواد. لحفر الفولاذ الصلب الذي يصعب قطعه، يتم استخدام منتجات عالية القوة مع إضافة الكوبالت. أثناء التشغيل، يتم تفريغ الرقائق على طول أخاديد طولية. بناءً على شكل الذيل، تنقسم هذه الأدوات إلى ثلاثة أنواع:

سداسية,
مخروطي،
أسطواني.

يتم إدخال مثقاب معدني ذو ساق مخروطية مباشرة في الماكينة عند استخدامه. مطلوب ظرف خاص للسيقان السداسية والأسطوانية.

تعريفات الجودة حسب اللون

يتم تحديد جودة الحفر لأي مادة بشكل أساسي من خلال لونها:

أدوات زيادة مقاومة التآكل سوداء اللون، حيث يتم معالجتها بالبخار في المرحلة النهائية من الإنتاج.
المنتجات المعالجة بالحرارة لا تملك التوتر الداخلي، شديدة المقاومة درجات حرارة عاليةولا تتشوه عند العمل مع الفولاذ الكربيدي. هذه التدريبات لها لون ذهبي قليلاً.
أعلى مستويات الجودة والمتانة لها لون ذهبي مشرق. وهي مغلفة بمادة نيتريد التيتانيوم التي تقلل الاحتكاك.
لقم الثقب العادية غير المعالجة رمادييملك الحد الأدنى للمصطلحالعملية وأدنى سعر.

نطاق الحجم

يتم تقديم أحجام العمل للمثاقب المعدنية من قبل الشركات المصنعة الحديثة في نطاق واسع. تنص GOST على تقسيم هذه المنتجات إلى أنواع وفقًا لأحجام معينة.

تنقسم التدريبات المعدنية إلى عدة فئات:

تنظم معايير GOST 4010-77 و886-77 و10902-77 تصنيف المثاقب حسب الطول والقطر.

كيفية اختيار الحفر للزجاج أو السيراميك

يمتلك الحرفيون المحترفون في مجموعتهم تدريبات لكل مادة: الطوب والخرسانة والمعادن والبلاستيك ومثاقب الماس للزجاج والسيراميك. الزجاج مادة متقلبة للغاية ويتطلب استخدام مثقاب عالي الجودة ومتين. يمكن تشكيل الأسطح الزجاجية والسيراميك باستخدام لقم الثقب المطلي بالألماس في نهاية العمل. يتم تحديد جودة هذه المنتجات من خلال طريقة تصنيعها. يتم إجراء التدريبات الأنحف والأكثر تكلفة باستخدام الطريقة الجلفانية. يتم إنتاج أدوات أقوى باستخدام عملية المسحوق. تتميز بالمتانة والاستقرار. يتم إنتاج تدريبات غير مكلفة نسبيًا وعالية القوة مع زيادة الكشط باستخدام طريقة التفريغ الحديثة.

لحفر ثقب في سطح زجاجي، يجب أن تتمتع بمهارات جيدة. يتم تنفيذ هذه العملية الطويلة والمضنية بسلاسة وببطء وبأقصى سرعة دون ضغط، فقط باستخدام مثقاب ماسي مثبت رأسيًا بشكل صارم. يجب ترطيب الحفرة باستمرار بالماء لتبريدها. هذا الإجراء أشبه بخدش ثقب بحبيبات الماس.

إذا كان لديك في متناول اليد الأدوات اللازمةوالتدريبات الحجم الصحيح، أي أعمال التجديدسيتم بسرعة وكفاءة.

في بعض الحالات يكون من الضروري الحصول على ثقوب مربعة الشكل. الأساليب التقليدية غير فعالة ومرهقة. يتلخص أكثرها بدائية في الحفر الأولي لثقب بقطر يساوي الدائرة المنقوشة في المربع وثقبها تدريجيًا. ستحتاج إلى أداة يمكنها العمل دون تدوير رأس الأداة، بالإضافة إلى محول خاص. من الأسهل استخدام ما يسمى بالمثقاب "المربع" (مثقاب واتس)، أو بشكل أكثر دقة، القاطع.

القليل من التاريخ مع الهندسة

في القرن الخامس عشر، لفت الأسطوري ليوناردو دافنشي الانتباه إلى ما يسمى بدراسة خصائص الأشكال الهندسية كائنات هندسيةبسماكة متساوية. هناك مثل هذه الأرقام مجموعة لا نهائيةلكن أبسطها - إلى جانب الدائرة - هو مثلث مستدير، يمكن تشكيله على النحو التالي. يتم رسم مثلث متساوي الأضلاع يتصل كل ركن من أركانه بواسطة قوس من الدائرة المرسومة من المركز الجانب الآخر. خصوصية هذا المثلث هي أن جميع جوانبه ستكون كذلك عرض ثابتوهو ما يساوي طول ضلع الأصل مثلث متساوي الأضلاع.

استفاد L. Euler عمليًا من هذه الحقيقة، حيث أظهر بعد ثلاثة قرون دوران مثل هذا المثلث الدائري: أولًا المحور الخاص، ثم مع بعض الانحراف، لأن آلية الكاردان كانت معروفة بالفعل للعلم والتكنولوجيا في ذلك الوقت.

أبعد من ذلك الاستخدام العمليذهب هذا الرقم مهندس ألماني F. Reuleaux، الذي لفت الانتباه إلى حقيقة أن مسار زوايا المثلث المتحرك مع بطرق معينةدورانه قريب جدًا من المربع. فقط عند زوايا المربع مباشرة يصف السطح الخارجي قوسًا بنصف قطر صغير. في الأدب التقني الحديثمثلث مماثل

يسمى مثلث رولو، على الرغم من أن هذا الشكل في الواقع لم يعد له أي زوايا. سوف تمر بضعة عقود أخرى، وسوف يأتي الإنجليزي جي واتس بجهاز يمكنه توفير مسار مربع مضمون لأداة قطع المعادن.الحل الفني

تم تسجيل براءة اختراع مثقاب واتس في عام 1916، وبعد عام بدأ الإنتاج الضخم لهذه الأدوات.

الحفر أو القاطع؟

أيهما أصح؟ إذا انتقلنا إلى حركيات حركة أداة القطع هذه (للتوضيح، يمكنك استخدام الرسم البياني الموضح في الشكل 1)، فستجد أن إزالة المعادن سيتم تنفيذها فقط من خلال السطح الجانبي، ولن يكون هناك مستوى قطع واحد، كما هو الحال مع المثقاب التقليدي، ولكن أربعة، وهو أكثر شيوعًا بالنسبة للقواطع.

ومع ذلك، فإن حركة دوارة واحدة لن تكون كافية للحصول على ثقب مربع. بسيط الحسابات الرياضية(غير مذكور في هذه المقالة) يوضح: لكي يؤدي "المثقاب" للثقب المربع وظيفته، يجب أثناء التشغيل أن يصف ليس فقط حركة الدوران الرئيسية لحافة القطع، ولكن أيضًا حركة تأرجح المثقاب/ القاطع حول محور معين. يجب أن تتم كلتا الحركتين بشكل متبادل اتجاهات متعاكسة.

الشكل 1 - مثلث رولو: أ) - البناء؛ ب) تسلسل الدوران للحصول على ثقب شكل مربع.

السرعة الزاويةيتم تحديد كلا التناوبين بكل بساطة. إذا أخذنا تردد دوران عمود الحفر (أو المثقاب المطرقي) كمعلمة f، فإن سرعة 0.625f كافية للدوران التذبذبي للمغزل حول محوره. في هذه الحالة، يتم تثبيت محور المغزل بين عمود العمل وعجلة القيادة، مما يتسبب في تأرجح المثقاب/القاطع في جهاز التثبيت بالسرعة المتبقية

(1 – 0.625)f = 0.375f.

يمكن تحديد سرعة دوران القاطع الناتجة بشكل أكثر دقة باستخدام الخصائص التقنيةالمثقاب/المطرقة، لكن من الواضح أنها ستكون أقل بكثير مما صُممت الأداة من أجله في الأصل. لذلك، فإن الحصول على ثقب مربع سيحدث بإنتاجية أقل.

التصميم ومبدأ التشغيل

من المستحيل استخدام قاطعة/مثقاب بشكل مباشر للثقوب المربعة ذات شكل مثلث Reuleaux - هناك حاجة إلى أخاديد لإزالة الرقائق الناتجة.

لذلك (انظر الشكل 2) فإن ملف تعريف الجزء العامل من الأداة هو الشكل الموضح أعلاه، حيث يتم قطع ثلاثة أشكال نصف بيضاوية. في هذه الحالة، يتم تحقيق ثلاثة أهداف: تقليل لحظة القصور الذاتي للحفر والحمل على المغزل، وزيادة قدرة القطع للقاطع.

الشكل 2 - الملف الشخصي الفعلي للجزء العامل من الأداة

تصميم الأداة على النحو التالي. في الحقيقة، جزء العمليتضمن سطح عمل يستخدم لإزالة الأخاديد المعدنية وإزالة الرقائق. إن أداة القطع للثقوب المربعة مصنوعة من الفولاذ U8 ومقواة بصلابة HRC 52...56. عندما خاصة الظروف الصعبةأثناء التشغيل، يتم استخدام المنتجات المصنوعة من سبائك الفولاذ X12 بصلابة HRC 56…60.

مع إمداد سائل التبريد الطبيعي وبسبب درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا في منطقة المعالجة، يكون عمر الأداة مرتفعًا. أكثرتصميم معقد

لديه المغزل محول. ويشمل:
إطار.
العتاد الدائري.
مقعد للمغزل الرئيسي (إذا تم تثبيت الأداة في رأس الأداة لآلة قطع المعادن، فإن المحول يكون على شكل مخروط مورس).
محرك العتاد.
المغزل الرئيسي.
ربط التروس مع تروس حلقية.

جلبة متأرجحة.

بالنسبة للأجهزة المنزلية، توفر الشركات المصنعة للقواطع/المثاقب للثقوب المربعة إطارات علوية متصلة بواسطة محرك كاردان بظرف الظرف وتقوم بحركات غريبة الأطوار إلى أداة القطع. سمك هذا الإطار يحدد عمق الثقب الناتج.

لتوصيل الجهاز بظرف الآلة، يلزم أيضًا وجود محول خاص. يتكون من:
حالات.
ساق عائمة.
حلقة متأرجحة.
البطانات القابلة للاستبدال لخراطيش آلات تشغيل المعادن المختلفة.
مسامير التثبيت.

كرات الدعم. لالتطبيق العملي

بالنسبة للأداة المعنية، يكفي إعطاء مغزل المعدات الرئيسية تغذية في الاتجاه المطلوب. آلات الطحن والمخارط مناسبة لصنع ثقوب مربعة باستخدام هذه المعدات.

طرق بديلة لعمل ثقوب مربعة

عيب تدريبات واتس هو وجود أقواس نصف قطرها في زوايا المربع، وهو أمر غير مقبول دائمًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن أدوات الحفر المربعة المصنوعة باستخدام مثلث رولو لا يمكنها التعامل مع قطع العمل السميكة.

في مثل هذه الحالات، يمكنك استخدام تقنيات التآكل الكهربائي/الليزر، وأيضًا، وهو أمر أسهل، استخدام اللحام أو الختم.
يتم إنتاج مجموعات من المثاقب للثقوب المربعة في مجموعة متنوعة من الأحجام العرضية حتى 70×70 مم من المعدن بسمك يصل إلى 12…16 مم. تتضمن المجموعة:
حامل لكمة لكمة.
جلبة دليل.

توقف السفر الدائري.

مصفوفة. يمكن استخدام الرافعة الهيدروليكية لممارسة القوة على المثقاب. تتميز الفتحة المثقوبة بنظافة الحواف الناتجة وكذلك عدم وجود نتوءات. يتم إنتاج أداة مماثلة، على وجه الخصوص، من خلال العلامة التجارية Veritas (كندا).باستخدام عاكس اللحام، يمكن حرق ثقب مربع من خلال جزء فولاذي. لهذا الغرض، يتم حفر ثقب دائري مسبقًا (مع احتياطي) في قطعة العمل، ثم يتم إدخال مربع من درجات الجرافيت EEG أو MPG بالحجم المطلوب فيه، وبعد ذلك يتم حرقه على طول الكفاف. تتم إزالة الجرافيت، ويبقى ثقب مربع في المنتج. إذا لزم الأمر، يمكن تنظيفها وصقلها.

كيفية حفر حفرة شكل دائري، يعلم الجميع تقريبًا، ولكن لا يعلم الجميع عن تمرين الثقوب المربعة. وفي الوقت نفسه، يمكنك حفر حفرة على شكل مربع سواء في المنتجات الخشبية الناعمة أو في الأجزاء المعدنية الصلبة. لحل هذه المشكلة استخدم أدوات خاصةوالأجهزة التي يعتمد مبدأ تشغيلها على خصائص أبسط الأشكال الهندسية.

مبادئ التشغيل والتصميم

من أجل حفر حفرة مربعة، عادة ما يتم استخدام مثقاب واتس، الذي يعتمد تصميمه على هذا الشكل الهندسي، مثل مثلث رولو. واحد من أهم الميزاتمثل هذا الرقم يمثل منطقة تقاطع الثلاثة دوائر متساوية، كما يلي: إذا تم رسم زوج من الخطوط المرجعية المتوازية لمثل هذا المثلث، فإن المسافة بينهما ستكون ثابتة دائمًا. وبالتالي، إذا قمت بتحريك مركز مثلث رولو على طول مسار موصوف بأربعة أقواس إهليلجية، فإن قممه سترسم مربعًا مثاليًا تقريبًا، مع قمم مستديرة قليلاً فقط.

جعلت الخصائص الفريدة لمثلث Reuleaux من الممكن إنشاء تدريبات للثقوب المربعة. تكمن خصوصية استخدام هذه الأداة في أن محور دورانها لا ينبغي أن يظل في مكانه، بل يتحرك على طول المسار الموصوف أعلاه. وبطبيعة الحال، لا ينبغي أن تعيق خرطوشة المعدات هذه الحركة. عند استخدام مثل هذا المثقاب والمعدات المقابلة، يتم الحصول على ثقب مربع بشكل متساوٍ تمامًا جوانب متوازيةولكن بزوايا مستديرة قليلاً. تبلغ مساحة هذه الزوايا التي لم تتم معالجتها بالأدوات 2٪ فقط من مساحة المربع بأكمله.

إن أبسط شكل لمائة يانغ شي ري نا سيساعدنا في حفر الثقوب المربعة. إذا قمت بتحريك مركز هذا "المثلث" على طول مسار معين، فسيتم رسم رؤوسه تقريبًا مثل المربع، وسوف يكتسح المنطقة بأكملها داخل الشكل المشع.

ستكون حواف الشكل الأفضل، باستثناء القطع الصغيرة الموجودة في الزوايا، مستقيمة تمامًا! وإذا واصلت العيش من القطع، فسترى الزوايا، وستكون النتيجة مربعا بالضبط.

من أجل الموصوفة أعلاه، يجب نقل مركز Re-lo الثلاثي على طول المسار، بوضوح la-yu-shchey-glue-coy من أربعة أقواس فردية من البوم el-lip-owl. تقع مراكز الشفاه في أعلى المربع، وعلى طول المحور، بزاوية $45^\circ$ من-لكن-سي-تل-لكن أضلاع المربع تساوي $k\ cdot(1+1/\sqrt3)/2$ و $k\cdot(1-1/\sqrt3)/ 2$، حيث $k$ هو طول مائة متر مربع.

تظهر الزوايا المنحنية والمستديرة أيضًا على شكل du-ga-mi el-lip-sovs مع مراكز في زوايا المربعات، ويكون نصف محورها بزاوية $45^\circ$ من جوانب المربع ويساوي $ k\cdot(\sqrt3+ 1)/2$ و $k\cdot(1/\sqrt3-1)/2$.

تبلغ مساحة الزوايا غير المرئية حوالي 2% فقط من مساحة المربع بأكمله!

الآن، إذا قمت بإجراء تمرين على شكل Re-lo مثلثي، فيمكنك حفر ثقوب مربعة باستخدام القليل من -go-round-the-corn-of-me، ولكن ab-so-lyut-but مباشرة-نحن -مائة على مي!

كل ما تبقى هو عمل هذا المثقاب... أو بالأحرى، ليس من الصعب عمل المثقاب نفسه، كل ما تحتاجه هو أن يتناسب مع مثلث Re-lo، وحواف قطع البوم مع قممه .

تكمن الصعوبة في حقيقة أنه، كما ذكرنا أعلاه، يجب أن يكون Tra-ek-to-ria لمركز الحفر - مائة من أربعة أقواس من البوم الشفة. Vi-zu-al-لكن هذا المنحنى يشبه إلى حد كبير الدائرة وحتى ma-te-ma-ti-che-ski بالقرب منها، لكنه لا يزال ليس دائرة. وجميع ex-cen-tri-ki (دائرة موضوعة على دائرة ra-di-u-sa أخرى مع مركز متحرك)، استخدم الاستخدام- إنهم في التكنولوجيا، ويسمحون بالحركة بشكل صارم في دائرة.

في عام 1914، اكتشف المهندس الإنجليزي هاري جيمس واتس كيفية ترتيب مثل هذا الحفر. ويضع على السطح قالبًا أيمنًا مع قطع احترافي على شكل مربع، يتحرك فيه مثقاب، يتم إدخاله في مقبس به "مثقاب حر الطفو". تم إصدار براءة اختراع لمثل هذا الباترون لشركة بدأت في تصنيع مثاقب واتس في عام 1916.

جي رو لا مو كاردانو (1501 - 1576). عندما دخل الإمبراطور تشارلز الخامس ثلاثي أم فال نو، في عام 1541، إلى زا فو إي فان ني ميلانو، عميد كلية فرا - الذي كان كار دا نو يسير بجواره إلى بال دا خين. ردًا على هذا التكريم، عرض تزويد الطاقم الملكي بوزن عمودين، وهما ليسا you-ve-det ka-re-tu من go-ri-zon-tal-no-go po-lo-zhe -نيا […]. تطالب العدالة بالإشارة إلى أن فكرة مثل هذا النظام تعود إلى العصور القديمة وأنه على الأقل في مخطوطة "At-lan-ti-che-sky" لدى Leo-nar-do da Vin-chi أهمية. su-nok su-do-vo-go com-pa-sa مع kar -معطى تحت الوزن. يبدو أن مثل هذه الشركات في النصف الأول من القرن السادس عشر بدون تأثير -I-niya Kar-da-no.

إس جي جين دي كين. تحدث عن الفيزياء وma-te-ma-ti-kah.

نحن نستخدم بنية أخرى معروفة. نعلق المثقاب بشكل صارم على المثلث Re-lo، ونضعه في مربع على الإطار الأيمن. Sam-ma ram-ka fi-si-ru-et-sya في التدريبات. كل ما تبقى الآن هو نقل دوران المثقاب إلى الزاوية الثلاثية لـ Re-lo.