Burghie: definiție, origini și cum a evoluat tehnologia

Ce a Burghiu Este: Definiție și Funcție de bază

Un burghiu este o unealtă de tăiere montată într-o mașină de găurit sau un burghiu manual care îndepărtează materialul pentru a crea găuri cilindrice. Bitul se rotește cu viteză în timp ce este presat axial în piesa de prelucrat; marginile tăietoare de la vârf forfecă materialul, care este evacuat simultan prin caneluri elicoidale de-a lungul corpului bitului. Burghiul este diferit de burghiul în sine — burghiul este sursa de energie și mecanismul de mișcare, în timp ce burghiul este elementul de tăiere interschimbabil care contactează și îndepărtează materialul.

Geometria fundamentală a unui burghiu implică trei caracteristici critice: unghiul vârfului (care determină cum se centrează burghiul și inițiază tăierea), unghiul helix al canelurilor (care guvernează eficiența de evacuare a așchiilor și agresivitatea tăierii) și geometria muchiei de tăiere (care definește modul în care materialul este forfecat mai degrabă decât rupt). Acești trei parametri, echilibrați în mod diferit între tipurile de burghie, țin cont de marea varietate de modele de burghie disponibile pentru diferite materiale și aplicații.

Ancient Origins: găurirea înainte de unelte metalice

Actul de forare precede istoria înregistrată cu zeci de mii de ani. Dovezile arheologice arată că oamenii timpurii au folosit pietre ascuțite, fulgi de silex și oase de animale pentru a fora găuri în scoici, coarne și rocă moale încă din urmă. acum 35.000-40.000 de ani , în primul rând pentru realizarea mărgele și ornamente. Acestea erau unelte rotite manual - operatorul apăsa vârful pe suprafață și îl rotea între palme, bazându-se în întregime pe efortul uman și pe acțiunea abrazivă.

Burghiul cu arc a reprezentat primul avans mecanic semnificativ, apărând în Mesopotamia și Egipt din jur acum 6.000–7.000 de ani . O coardă a arcului era înfăşurată în jurul unui ax vertical; tragerea arcului înainte și înapoi a rotit rapid axul în direcții alternative, introducând un vârf de piatră sau lemn de esență tare în piesa de prelucrat de dedesubt. Burghiile cu arc au permis construirea rosturilor din lemn, găurirea margelelor de piatră pentru bijuterii și, în mod esențial, producerea de foc prin frecare - aceeași unealtă a servit atât scopurilor constructive, cât și de supraviețuire.

Meșterii egipteni au folosit burghie tubulare de cupru cu nisip abraziv încă de la început 3.000 î.Hr la goluri de granit și bazalt pentru vase și elemente de arhitectură. Egiptenii au înțeles că acțiunea de tăiere a venit din abraziv, nu din materialul de foraj în sine - tubul de cupru pur și simplu a aplicat presiune și rotație în timp ce nisipul umed șlefuiește prin piatră, un principiu încă folosit în găurirea carotelor moderne cu abraziv diamantat.

Evoluții industriale medievale și timpurii

Mașina de găurit – o unealtă cu manivelă manuală cu un cadru în formă de U care permitea o rotație unidirecțională continuă – a apărut în nordul Europei în jurul secolul al XV-lea și a reprezentat prima unealtă capabilă de găurire cu rotație susținută fără mișcarea înainte și înapoi a burghiului cu arc. Bretele au folosit bucăți de linguri interschimbabile și mai târziu bucăți în stil răsucit și au rămas instrumente standard pentru prelucrarea lemnului până în secolul al XX-lea.

Revoluția industrială a transformat forajul dintr-o tehnică artizanală într-un proces de producție de precizie. Introducerea lui mașini-unelte din fontă și oțel la sfârșitul secolului al XVIII-lea, a făcut posibilă forarea găurilor la diametre și adâncimi consistente, o condiție prealabilă pentru fabricarea pieselor interschimbabile care a stat la baza producției industriale de masă. James Nasmyth și alți ingineri din secolul al XIX-lea au dezvoltat prese de foraj cu control mecanizat al avansului și al vitezei, eliminând sarcina fizică de la operator și permițând rezultate repetabile.

Geometria standard de burghiu elicoidal utilizată în aproape toate găuririle de metal astăzi a fost brevetată de Ambrose Swasey și dezvoltată comercial de Stephen Morse în Statele Unite ale Americii în anii 1860 . Designul canelului elicoidal al lui Morse – încă geometria dominantă a burghiului 160 de ani mai târziu – a oferit o evacuare a așchiilor mult superioară în comparație cu lingurița și burghiele plate care l-au precedat, permițând găuri mai adânci la viteze de avans mai mari, fără împachetare și blocare.

Secolul 20: oțel de mare viteză, carbură și burghie electrice

Dezvoltarea oțel de mare viteză (HSS) la începutul secolului al XX-lea a fost cel mai important progres în materie de burghie de la adoptarea oțelului călit. HSS – un aliaj de fier, wolfram, crom și vanadiu – își păstrează duritatea la temperaturi de până la aproximativ 600 °C, comparativ cu aproximativ 200 °C pentru oțelul carbon simplu. Acest lucru a permis găurirea la viteze de tăiere de două până la trei ori mai rapide decât era posibil anterior, crescând dramatic productivitatea prelucrarii în fabricile de la începutul secolului al XX-lea.

Carbura de tungsten cimentată, dezvoltată în Germania în anii 1920 de Krupp, a introdus un material cu duritate apropiată de cea a diamantului. Burghiile cu vârf din carbură și carbură solidă ar putea prelucra oțeluri călite, fontă și compozite abrazive care au distrus rapid sculele HSS. Până în anii 1950, plăcuțele indexabile din carbură și burghiele cu vârf lipit erau standard în prelucrarea de înaltă producție. Astăzi, microburghie din carbură solidă cu un diametru de 0,1 mm sunt de rutină în producția de PCB și producția de dispozitive medicale de precizie.

Introducerea mașinii de găurit electrice portabile — inițiată de Wilhelm Fein din Germania în 1895 și făcută accesibilă pe scară largă de modelul de consum Black & Decker în 1916 - a adus capacitatea de găurire din atelierul de mașini și pe șantierele de construcții și în case. Mașina de găurit cu acumulator, comercializată începând cu anii 1960 și transformată prin tehnologia bateriilor cu litiu-ion în anii 2000, a finalizat democratizarea forajului, făcând găurile de calitate profesională accesibile oricărui utilizator.

Tehnologie modernă de burghie și direcții curente

Dezvoltarea contemporană a burghiului se concentrează pe acoperiri, optimizarea geometriei și materiale specializate, mai degrabă decât pe modificări fundamentale de design. Acoperirile cu nitrură de titan (TiN), nitrură de titan, aluminiu (TiAlN) și carbon asemănător diamantului (DLC) aplicate prin procesul de depunere fizică în vapori (PVD) reduc frecarea, măresc duritatea suprafeței și prelungesc durata de viață a sculei prin factori de 3× până la 10× în comparație cu echivalentele neacoperite în aplicații solicitante.

Burghiile din diamant policristalin (PCD) reprezintă plafonul actual de performanță pentru prelucrarea neferoasă, utilizate în prelucrarea aerospațială a aluminiului, compozitelor din fibră de carbon și siliciului, unde cerințele de finisare a suprafeței și durata de viață a sculei depășesc ceea ce poate oferi carbura. Pentru construcții și zidărie, tehnologia compactă cu diamant policristalin (PDC) – dezvoltată inițial pentru forajul rotativ de petrol și gaz – a migrat în burghie cu ciocan pentru beton și piatră, oferind o durată de viață mult mai mare decât inserțiile convenționale din carbură de tungsten.