بیت مته: تعریف، خاستگاه و چگونگی تکامل فناوری

چه مته است: تعریف و عملکرد اصلی

مته ابزار برشی است که در دستگاه حفاری یا مته دستی نصب می شود و مواد را برای ایجاد سوراخ های استوانه ای جدا می کند. بیت در حالی که به صورت محوری در قطعه کار فشرده می شود با سرعت می چرخد. لبه های برش در نوک مواد را برش می دهد، که به طور همزمان از طریق فلوت های مارپیچ در امتداد بدنه بیت تخلیه می شود. مته مته از خود مته متمایز است - مته منبع نیرو و مکانیسم حرکت است، در حالی که بیت عنصر برش قابل تعویض است که با مواد تماس پیدا کرده و حذف می کند.

هندسه اساسی یک مته شامل سه ویژگی مهم است: زاویه نقطه در نوک (که تعیین می‌کند چگونه بیت در مرکز قرار می‌گیرد و برش را آغاز می‌کند)، زاویه مارپیچ فلوت‌ها (که کارایی تخلیه تراشه و تهاجمی برش را کنترل می‌کند)، و هندسه لبه برش (که به جای مواد تعیین می‌کند). این سه پارامتر که در بین انواع بیت‌ها به طور متفاوتی متعادل می‌شوند، طیف گسترده‌ای از طراحی‌های مته‌های موجود برای مواد و کاربردهای مختلف را به خود اختصاص می‌دهند.

ریشه های باستانی: حفاری قبل از ابزار فلزی

عمل حفاری مربوط به تاریخ ثبت ده ها هزار سال قبل است. شواهد باستان شناسی نشان می دهد که انسان های اولیه از سنگ های نوک تیز، پوسته های سنگ چخماق و استخوان های حیوانات برای سوراخ کردن صدف ها، شاخ ها و سنگ های نرم استفاده می کردند. 35000 تا 40000 سال پیش ، در درجه اول برای ساخت مهره ها و زیور آلات. اینها ابزارهایی بودند که با دست می چرخیدند - اپراتور نقطه را روی سطح فشار می داد و آن را بین کف دست خود می چرخاند و کاملاً بر تلاش انسان و عمل ساینده تکیه می کرد.

مته کمانی نشان دهنده اولین پیشرفت مکانیکی قابل توجه بود که در بین النهرین و مصر در اطراف ظاهر شد 6000-7000 سال پیش . یک ریسمان کمان دور یک دوک عمودی حلقه شده بود. با کشیدن کمان به جلو و عقب، دوک به سرعت در جهت های متناوب چرخانده شد و یک نقطه سنگ یا چوب سخت را به قطعه کار زیر هدایت کرد. مته‌های کمانی ساخت اتصالات چوبی، سوراخ کردن دانه‌های سنگی برای جواهرات و مهم‌تر از همه، تولید آتش از طریق اصطکاک را امکان‌پذیر می‌سازد - همان ابزار هم برای اهداف سازنده و هم برای بقا مفید است.

صنعتگران مصری در همان ابتدا از مته های لوله مسی با ماسه ساینده استفاده می کردند 3000 ق.م گرانیت و بازالت توخالی برای ظروف و عناصر معماری. مصری ها فهمیدند که عمل برش از مواد ساینده ناشی می شود، نه خود مواد مته - لوله مسی به سادگی فشار و چرخش را اعمال می کند در حالی که ماسه مرطوب را از طریق سنگ ساییده می شود، اصلی که هنوز در حفاری هسته مدرن با ساینده الماس استفاده می شود.

تحولات صنعتی قرون وسطی و اولیه

مته مهاربندی - ابزاری با میل لنگ دستی با قاب U شکل که امکان چرخش مداوم یک طرفه را فراهم می کرد - در شمال اروپا در اطراف ظاهر شد. قرن 15 و نشان دهنده اولین ابزاری است که قادر به حفاری چرخشی پایدار بدون حرکت رفت و برگشت مته کمانی است. بریس‌ها از لقمه‌های قاشق قابل تعویض و بعداً از قطعات پیچشی استفاده می‌کردند و تا قرن بیستم به عنوان ابزار استاندارد نجاری باقی ماندند.

انقلاب صنعتی حفاری را از یک تکنیک صنایع دستی به یک فرآیند ساخت دقیق تبدیل کرد. معرفی از ماشین آلات چدن و فولاد در اواخر قرن هجدهم، ایجاد سوراخ هایی با قطر و عمق ثابت، پیش نیازی برای ساخت قطعات قابل تعویض که تولید انبوه صنعتی را پشتیبانی می کرد، امکان پذیر کرد. جیمز نسمیت و دیگر مهندسان قرن 19، دستگاه‌های مته‌ای را با تغذیه مکانیزه و کنترل سرعت توسعه دادند که بار فیزیکی را از اپراتور برداشته و نتایج قابل تکرار را ممکن می‌سازد.

هندسه مته پیچشی استاندارد که امروزه تقریباً در تمام حفاری‌های فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد توسط Ambrose Swasey ثبت اختراع شد و توسط استفان مورس به صورت تجاری توسعه یافت. ایالات متحده در دهه 1860 . طراحی فلوت مارپیچ مورس - هنوز هم هندسه مته غالب 160 سال بعد - در مقایسه با قاشق و مته‌های مسطح قبل از آن، تخلیه تراشه‌های بسیار بهتری را ارائه می‌دهد و سوراخ‌های عمیق‌تری را با نرخ تغذیه بالاتر بدون بسته‌بندی و گیر کردن امکان‌پذیر می‌سازد.

قرن بیستم: فولاد پرسرعت، کاربید و مته های برقی

توسعه از فولاد پرسرعت (HSS) در آغاز قرن بیستم مهمترین پیشرفت در مواد مته از زمان استفاده از فولاد سخت شده بود. HSS - آلیاژی از آهن، تنگستن، کروم و وانادیم - سختی خود را در دمای تقریباً 600 درجه سانتیگراد در مقایسه با حدود 200 درجه سانتیگراد برای فولاد کربنی ساده حفظ می کند. این امر به حفاری با سرعت برش دو تا سه برابر سریع‌تر از آنچه قبلا امکان‌پذیر بود، اجازه می‌دهد، به طور چشمگیری بهره‌وری ماشین‌کاری را در کارخانه‌های اوایل قرن بیستم افزایش می‌دهد.

کاربید تنگستن سیمانی که در دهه 1920 توسط کروپ در آلمان ساخته شد، ماده ای با سختی نزدیک به الماس معرفی کرد. مته های کاربید و کاربید جامد می توانند فولادهای سخت شده، چدن و ​​کامپوزیت های ساینده را که به سرعت ابزار HSS را از بین می برد، ماشین کاری کنند. در دهه 1950، درج های شاخص کاربید و مته های لحیم کاری شده در ماشینکاری با تولید بالا استاندارد بودند. امروز، میکرو مته های کاربید جامد به قطر 0.1 میلی متر در ساخت PCB و تولید دستگاه های پزشکی دقیق معمول هستند.

معرفی مته برقی قابل حمل - که توسط ویلهلم فاین آلمانی پیشگام شد 1895 و توسط مدل مصرفی بلک اند دکر در سال 1916 به طور گسترده در دسترس قرار گرفت - قابلیت حفاری را از ماشین‌فروشی خارج کرد و به سایت‌های ساختمانی و خانه‌ها وارد کرد. مته شارژی که از دهه 1960 به بعد تجاری شد و در دهه 2000 توسط فناوری باتری لیتیوم یون تغییر شکل داد، دموکراتیزه کردن حفاری را تکمیل کرد و سوراخ‌سازی با درجه حرفه‌ای را برای هر کاربری در دسترس قرار داد.

فناوری مته مدرن و جهت های فعلی

توسعه مته های امروزی به جای تغییرات اساسی در طراحی بر روی پوشش ها، بهینه سازی هندسه و مواد تخصصی تمرکز دارد. پوشش‌های نیترید تیتانیوم (TiN)، نیترید آلومینیوم تیتانیوم (TiAlN) و کربن الماس‌مانند (DLC) که توسط فرآیند رسوب بخار فیزیکی (PVD) اعمال می‌شوند، اصطکاک را کاهش می‌دهند، سختی سطح را افزایش می‌دهند و عمر ابزار را افزایش می‌دهند. 3× تا 10× در مقایسه با معادل های بدون پوشش در کاربردهای سخت.

مته های الماس پلی کریستالی (PCD) نشان دهنده سقف عملکرد فعلی برای ماشینکاری غیر آهنی است که در آلومینیوم هوافضا، کامپوزیت فیبر کربن و ماشینکاری سیلیکون استفاده می شود، جایی که نیازهای سطح و عمر ابزار بیشتر از آنچه کاربید می تواند ارائه دهد، استفاده می شود. برای ساخت و ساز و سنگ تراشی، فناوری فشرده الماس پلی کریستالی (PDC) - که در اصل برای حفاری چرخشی نفت و گاز توسعه یافته بود - به مته های چکشی برای بتن و سنگ منتقل شده است و عمر مفید بسیار بیشتری نسبت به درج های کاربید تنگستن معمولی ارائه می دهد.