קידוח הוא תהליך חיתוך בעזרת מקדח כדי לייצר קדח עגול בחומרים מוצקים. המקדח הוא כלי חיתוך המבצע את החיתוך תוך כדי סיבוב במהירויות של עד אלפי סיבובים לדקה (סל"ד). למקדח רגיל יש ספירלה שמטרתה לאפשר את חליצת השבבים ואת הקירור על ידי הזרמת נוזל לקירור אזור החיתוך.
מרבית המקדחים מיוצרים מפלדה מהירה HSS אולם בקידוח חומרים קשים יש שימוש נרחב בלהבי מתכות קשות (מתק"ש). בחומרים קשים במיוחד כמו זכוכית משתמשים בכלי יהלום.
נוזל החיתוך מיועד לקירור ושימון אזור החיתוך כדי להשיג הארכת חיי הכלי, ייעול התהליך על ידי הגברת מהירות החיתוך והגדלת הקידמה בתנועת הכלי, שיפור טיב פני השטח, וקירור החלק המעובד למניעת דפורמציות.[1]
מקדח עלול להינזק ולפגום בתהליך החיתוך אם ייגרם לו בלאי לא סביר. שחיקת השפה החותכת של המקדח צפויה וניתנת לחישוב והערכה לשם החלפת המקדח במועד. כדי להבטיח בקרה על התהליך קיימים אמצעים חדישים לבחינת פרמטרים ישירים או עקיפים. הבקרה מבוצעת על ידי דינמומטר לבדיקת כוחות רעידות או מומנטי החיתוך. יש גם חיישן הבודק רעש בזמן השיבוב ומצביע על שחיקת הכלי לשם החלטה על החלפתו.
קדחים מאופיינים בקצה קוני (מלשון קונוס) בתחתית הקידוח כאשר הקדח אטום. בקדח עובר נוצרים גרדים המחוברים לחלק ביציאה.
מרקם פני השטח הקדוח נראה עם סימני חיתוך ספירליים.[1]
קידוחים עשויים להשפיע על תכונותיו המכניות של החומר העובד על ידי יצירת מאמצים שאריתיים סביב פתח התחלת הקידוח. פני השטח לאורך הקדח מקבלים שכבת מאמצים אשר עלולה לסייע להיווצרות קורוזיה וכמו כן לגרום להתפתחות סדקים. כדי להימנע ממצב זה מבצעים פעילות גימור לקדח הראשוני.
במקדח ספירלי השבבים זורמים החוצה דרך התעלות הספירליות. צורת השבב המתקבל אופיינית לסוג החומר ולתכונות ה"עבידות" (machinability). תכונה זו מגדירה את יכולת החומר לעבור תהליך שיבוב. צורת השבבים יכולה להיות ליצור ספירלות ארוכות או פתיתים קטנים, תלוי בחומר ופרמטרי התהליך.[1] סוג השבבים שנוצר יכול להוות אינדיקטור ליכולת עיבוד החומר, כאשר שבבים ארוכים מצביעים על יכולת יכולת עיבוד טובה של חומר.
במידת האפשר, יש לבצע קדחים בניצב לשטח, כדי להבטיח את דיוק מיקום הקידוח. בקידוח על משטח משופע יכולה להיות הסטה של קצה המקדח שתגרום לסטיה במיקום.
ניתן להתגבר על בעיית הסטייה על ידי האמצעים הבאים:
קידוח מוקדם עם מקדח מרכוז אשר יוביל את המקדח.
שיטוח נקודת החדירה של המקדח על ידי כרסום או שטחן.
שימוש במיתקן קידוח אשר כולל תותבי קידוח מדויקים להובלת המקדח במיקום שמתוכנן.
קידוח מיקרו מתייחס לקידוח של חורים בקוטר פחות מ-0.5 מילימטרים (0.020 אינץ'). קידוח בקוטר קטן מחייב מהירויות מקדח גבוהות ביותר כ־10,000 סל"ד ויותר, סיבוב במהירויות אלה עלול לגרום לאי יציבות ורעידות. ומחייב שימוש במחזיקי כלים מאוזנים.
עיקרון העבודה בקידוח זה הוא תנודות ציריות במהלך התקדמות המקדח. כדי לרסק את השבבים ולהקל על סילוקם מאזור העבודה.
שבבי טיטניום ארוכים בקידוח רגיל לעומת שבב מרוסק בקידוח רטט.
ישנן שתי טכנולוגיות עיקריות של קידוח רטט: מערכות רטט עצמאיות ומערכות רטט מאולצות. רוב טכנולוגיות קידוח הרטט עדיין נמצאות בשלב מחקר. במקרה של קידוח רטט עצמאי, נעשה שימוש בתדר העצמי של הכלי כדי לגרום לו לרטוט באופן טבעי תוך כדי חיתוך; התנודות נשמרות על ידי מערכת קפיצית בתוך מחזיק הכלים. [2]
בכרסום אצבע בקוטר קטן אשר מבצע תנועה פלנטרית כדי לקבל את הקוטר הנדרש. היתרון בשיטה זו הוא שבעזרת כלי חיתוך אחד ניתן לייצר קדחים במידות שונות ובטיב שטח טוב יותר מקידוח.
בעת קידוח בחומרים מרוכבים יש סכנה להפרדת שכבות – דלמינציה. בכרסום פלנטרי אין בעיית דלמינציה. [3]
בקידוח רגיל ניתן לקדוח עד לעומק פי 6–8 מקוטר הקדח. ביצוע קידוח עמוק יותר מוגדר "קידוח עמוק" [4] ביצוע קדחים כאלה לדוגמה, קנה תותח או קנה רובה מחייבים שימוש במכונות ובציוד מיוחד. תהליך זה משפר ומבטיח את :
היכולת לבצע קדח ארוך.
היכולת לחלץ מן הקדח את השבבים.
קבלת קדח בטולרנס הנדרש.
השגת הטולרנסים הגאומטריים כמו עיגוליות וישירות.
קבלת טיב שטח טוב.
מאפייני התהליך:
מקדח gun drill עם הקצה החותך וקדח להזרמת נוזל החיתוך
קידוח gun drilling פותח במקור לקידוח הקדח בקנה כלי נשק כמו אקדח או רובה. יחס העומק לקוטר יכול להיות גדול אפילו עד 300: 1.
המאפיין העיקרי של קידוח זה הוא שראש החיתוך ארוך מדויק ומשמש כמוביל בהתקדמות המקדח. קידוח זה מאופיין במהירות חיתוך גבוהה ובערכי קידמה נמוכים. מתבצע לרוב במהירות גבוהה ובשיעורי הזנה נמוכים.
למקדח חריץ חיצוני לכל אורכו, זרימת הנוזל מתבצעת דרך קנה המקדח שהוא חלול, והשבבים זורמים החוצה עם הנוזל דרך החריץ החיצוני.
Trepanning משמש בדרך כלל לקידוח קטרים גדולים (עד 915 מילימטרים (36.0 אינץ')). למקדח Trepanning מחזיק בצורת צינור, ובקצהו ראש חותך. המקדח חותך למידת הקוטר החיצוני ונוזל החיתוך מוזרם ברווח בין המקדח לקדח. והנוזל עם השבבים חוזר דרך הצינור מחזיק המקדח.
בקידוח קטרים גדולים ניתן לקדוח בצורת צינור ולהשאיר "לב" בצורת גליל. לדוגמה בקידוח לקוטר 100 מ"מ, ניתן יהיה להשאיר גלי פנימי בקוטר 60 מ"מ.
קידוח מנהרות מבוצע עם מכונה לכריית מנהרות והוא סוג של קידוח עמוק. כלי הקידוח יכול להיות בקוטר בין מטר אחד ל־18 מטר. הכלי הוא קרון שנע על פסי רכבת. בקידוח מנהרת הרכבת לירושלים הקרון נושא כלי עגול בקוטר 10 מטר והכלי מרסק וטוחן בתנועתו קדימה מעגל בקוטר 10 מטר. חומר הכרייה נאסף בעזרת מערכת מסועים אל קרון שנמצא מאחורי המקדח.
מערכת הבקרה להתקדמות המקדח מבוססת על מערכת ניווט GPS כדי להבטיח שבמנהרה שנקדחת משני כוונים, יהיה מפגש כמתוכנן.
בקידוח סלעים הקדח מתבצע עם כלי קידוח ארוך אשר בקצהו ראש קידוח. תהליך הקידוח יכול להיות בתנועה סיבובית על ידי מקדח מסתובב או על ידי כלי אשר חודר לסלע על ידי רעידות ומכות. פעולת ניקוז החומר מאזור החיתוך מבוצעת בעזרת סילון מים.
קיימים כלי קידוח מיוחדים אשר יכולים לקדוח חורים בעלי פרופיל מרובע משושה וכדומה.[6]
הפרמטר החשוב ביותר בתהליך קידוח הוא סוג החומר המעובד. בעולם הייצור בכלל ובתעשיית חלקי התעופה בפרט יש כיום סגסוגות עילית שמאופיינות בתכונות מכניות שנשמרות בעמידה בחום. חומרים אלה מכילים חומרים כניקל טונגסטןונדיום וכו' אשר מקשים מאוד על היכולת לבצע קידוח.
כדי להתגבר על בעיית הצטברות שבבים בין המקדח לקדח, מבוצע נוהל הקידוח במכונת (CNC) שמכיל תפריט שנותן למקדח תנועה עם הפסקות ונסיגה לפינוי השבבים. בדרך כלל מקפידים לא לקדוח על המכונה לעומק גדול מ-5 פעמים קוטר הקדח. [7]][8]
כלי לביצוע בורינג מדויק.בתהליך הבורינג מבוצעת חריטה פנימית של קדחים למידות מדויקות. כלי הבורינג מעבד קדח קיים בדיוק גבוה של הקוטר ושל המיקום. הכלי בתמונה ניתן לכיול לקבלת דיוק במיקרונים
friction drilling: קידוח חורים באמצעות דפורמציה פלסטית של העובד. התהליך מבוצע על ידי סיבוב כלי מתק"ש קוני בסל"ד גבוה נוצר חום גבוה ולחץ. מהחום שנוצר דוחף הכלי את החומר ויוצר צווארון ליד הקדח. יוצר חום ולחץ. התהליך משמש בייצור המוני של פחים וחומרים לא קשים. אזור החיתוך נשאר נקי וללא שבבים.
מחרטה, כרסומת, מכונות CNC לחריטה וכירסום. מכונת קידוח, מקדחת עמוד, מקדחת יד
מקדחה עם בסיס מגנטי-כאשר לא ניתן להביא את החומר למכונת הקידוח, ניתן להשתמש במכונת קידוח עם בסיס מגנטי. שימוש במכונה מחייב שיהיה מתקן פלדה עליו יהיה ניתן להצמיד את הבסיס המגנטי. המקדחה יכולה להיות חשמלית, פניאומטית וניתן להפעילה בכל כוון אופקי או אנכי. ידוע על קידוח בקטרים 12–200 מ"מ.קידוח עם מכונה בעלת בסיס מגנטי
^Paris, Henri (2005). "Modelling the Vibratory Drilling Process to Foresee Cutting Parameters". Cirp Annals. 54: 367–370. doi:10.1016/S0007-8506(07)60124-3.
^Orbital Drilling Goes Mainstream for the Dreamliner, Aerospace Engineering & Manufacturing, SAE International Publications, March 2009, p. 32
