حفر

يُستخدم الحفر الموضعي لإنشاء ثقب يُستخدم كدليل لحفر الثقب النهائي. ويتم حفر هذا الثقب جزئيًا فقط في قطعة العمل، لأنه يُستخدم فقط لتوجيه بداية عملية الحفر التالية.

المثقاب المركزي هو أداة ذات شفرتين تتكون من مثقاب لولبي مع تجويف غاطس بزاوية 60 درجة؛ ويستخدم لحفر ثقوب مركزية غاطسة في قطعة العمل المراد تركيبها بين مراكز الخراطة أو الطحن.

يُعرَّف حفر الثقوب العميقة بأنه حفر ثقب يزيد عمقه عن عشرة أضعاف قطره. ^{[ 3 ]} تتطلب هذه الأنواع من الثقوب معدات خاصة للحفاظ على استقامتها ودقة أبعادها. ومن الاعتبارات الأخرى استدارة الثقوب وجودة سطحها.

يمكن تحقيق حفر الثقوب العميقة عمومًا باستخدام عدد قليل من طرق الأدوات، وعادةً ما تكون الحفر العميق أو الحفر باستخدام أداة BTA. ويكمن الاختلاف بين هاتين الطريقتين في طريقة دخول سائل التبريد (داخلية أو خارجية) وطريقة إزالة الرايش (داخلية أو خارجية). ومن التقنيات الشائعة لتحقيق دقة الاستقامة المطلوبة استخدام أدوات دوارة وقطعة عمل تدور في اتجاه معاكس. ^{[ 4 ]} وتشمل طرق الأدوات الثانوية التثقيب الحلقي، والتشذيب والتلميع، والحفر بالسحب، والحفر باستخدام أداة أسطوانية. وأخيرًا، تتوفر تقنية حفر جديدة لمعالجة هذه المشكلة: الحفر الاهتزازي. تعمل هذه التقنية على تفتيت الرايش من خلال اهتزاز محوري صغير ومتحكم به للمثقاب. ويمكن إزالة الرايش الصغير بسهولة بواسطة أخاديد المثقاب.

يُستخدم نظام مراقبة عالي التقنية للتحكم في القوة ، وعزم الدوران ، والاهتزازات ، والانبعاثات الصوتية. يُعدّ الاهتزاز عيبًا رئيسيًا في عمليات الحفر العميق، إذ قد يتسبب في كثير من الأحيان في كسر المثقاب. ويُستخدم عادةً سائل تبريد خاص للمساعدة في هذا النوع من الحفر.

عملية تثقيب الجسور

تُستخدم عملية التثقيب الحلقي عادةً لإنشاء ثقوب ذات أقطار كبيرة (تصل إلى 915 مم (36 بوصة ) ) حيث يكون استخدام مثقاب عادي غير عملي أو غير اقتصادي. تُزيل هذه العملية القطر المطلوب عن طريق قطع قرص صلب يشبه آلية عمل الفرجار . تُجرى عملية التثقيب الحلقي على المنتجات المسطحة مثل الصفائح المعدنية، والجرانيت ( حجر الكيرلنغ )، والألواح، أو العناصر الإنشائية مثل العوارض الفولاذية . كما يُمكن استخدام هذه العملية لعمل أخاديد لإدخال موانع التسرب ، مثل الحلقات الدائرية .  

يشير مصطلح الحفر الدقيق إلى حفر ثقوب يقل قطرها عن 0.5 مم (0.020 بوصة) . ويُعدّ حفر الثقوب بهذا القطر الصغير أكثر صعوبةً نظرًا لعدم إمكانية استخدام المثاقب المزودة بنظام تبريد سائل، وللحاجة إلى سرعات دوران عالية للمغزل. كما تتطلب سرعات الدوران العالية التي تتجاوز 10000 دورة في الدقيقة استخدام حوامل أدوات متوازنة.  

بدأت الدراسات الأولى حول الحفر الاهتزازي في خمسينيات القرن الماضي (بر. ف. ن. بودورايف، جامعة باومان في موسكو). ويتمثل المبدأ الأساسي في الاهتزازات أو التذبذبات المحورية بالإضافة إلى حركة تغذية المثقاب، مما يؤدي إلى تفتيت الرقائق وإزالتها بسهولة من منطقة القطع.

توجد تقنيتان رئيسيتان للحفر الاهتزازي: أنظمة الاهتزاز الذاتي وأنظمة الاهتزاز القسري. لا تزال معظم تقنيات الحفر الاهتزازي في مرحلة البحث. في حالة الحفر الاهتزازي الذاتي، يُستخدم التردد الطبيعي للأداة لجعلها تهتز بشكل طبيعي أثناء القطع؛ ويتم الحفاظ على الاهتزازات ذاتيًا بواسطة نظام كتلة-نابض مُدمج في حامل الأداة. ^{[ 5 ]} تستخدم دراسات أخرى نظامًا كهرضغطياً لتوليد الاهتزازات والتحكم بها. تسمح هذه الأنظمة بترددات اهتزاز عالية (تصل إلى 2  كيلوهرتز) لقيم صغيرة (بضعة ميكرومترات تقريبًا)؛ وهي مناسبة بشكل خاص لحفر الثقوب الصغيرة. أخيرًا، يمكن توليد الاهتزازات بواسطة أنظمة ميكانيكية: ^{[ 6 ]} ويُحدد التردد من خلال الجمع بين سرعة الدوران وعدد التذبذبات لكل دورة (بضع تذبذبات لكل دورة)، بقيمة تبلغ حوالي 0.1  مم.

تُعدّ هذه التقنية الأخيرة تقنية صناعية بالكامل (مثال: تقنية SineHoling® من شركة MITIS). يُعتبر الحفر الاهتزازي حلاً مفضلاً في حالات مثل حفر الثقوب العميقة، وحفر طبقات متعددة المواد (في مجال الطيران)، والحفر الجاف (بدون تزييت). وبشكل عام، يوفر هذا النوع من الحفر موثوقية محسّنة وتحكماً أكبر في عملية الحفر.

عملية الاستيفاء الدائري ، والمعروفة أيضًا باسم الحفر المداري ، هي عملية لإنشاء ثقوب باستخدام قواطع آلية.

تعتمد عملية الحفر المداري على تدوير أداة القطع حول محورها، وفي الوقت نفسه حول محور مركزي منحرف عن محور أداة القطع. ويمكن تحريك أداة القطع في اتجاه محوري لحفر أو تشكيل ثقب، أو دمج ذلك مع حركة جانبية عشوائية لتشكيل فتحة أو تجويف.

من خلال ضبط الإزاحة، يمكن استخدام أداة قطع ذات قطر محدد لحفر ثقوب بأقطار مختلفة كما هو موضح. وهذا يعني إمكانية تقليل مخزون أدوات القطع بشكل كبير.

يُشتق مصطلح الحفر المداري من دوران أداة القطع حول مركز الثقب. يتميز الحفر المداري، بفضل الإزاحة الديناميكية الناتجة عن القوة الميكانيكية، بعدة مزايا مقارنةً بالحفر التقليدي، مما يزيد دقة الثقب بشكل كبير. ينتج عن انخفاض قوة الدفع ثقب خالٍ من النتوءات عند الحفر في المعادن. أما عند الحفر في المواد المركبة، فيتم التخلص من مشكلة انفصال الطبقات . ^{[ 7 ]}

في الاستخدام العادي، تُحمل الرايشات بعيدًا عن رأس المثقاب بفعل أخاديده. تُنتج حواف القطع المزيد من الرايشات التي تستمر في الانتشار للخارج من الثقب. يستمر هذا الوضع حتى تتراكم الرايشات بكثافة، إما بسبب عمق الثقوب غير المعتاد أو عدم كفاية التراجع (إخراج المثقاب جزئيًا أو كليًا من الثقب أثناء الحفر). يُستخدم سائل التبريد أحيانًا لتخفيف هذه المشكلة وإطالة عمر الأداة بتبريد وتزييت رأس المثقاب وتدفق الرايشات. يمكن إدخال سائل التبريد عبر ثقوب في ساق المثقاب، وهو أمر شائع عند استخدام مثقاب البندقية. عند قطع الألومنيوم تحديدًا، يساعد سائل التبريد على ضمان ثقب أملس ودقيق مع منع المعدن من الالتصاق بالمثقاب أثناء عملية الحفر. عند قطع النحاس الأصفر والمعادن اللينة الأخرى التي قد تلتصق بالمثقاب وتسبب "اهتزازًا"، يمكن شحذ سطح بسمك 1-2 مليمتر تقريبًا على حافة القطع لإنشاء زاوية منفرجة من 91 إلى 93 درجة. يمنع هذا التصميم حدوث "اهتزاز" أثناء عملية الحفر، حيث يقوم المثقاب بتمزيق المعدن بدلاً من قطعه. ومع ذلك، مع هذا الشكل لحافة القطع، يدفع المثقاب المعدن بعيدًا بدلاً من تثبيته، مما يُولّد احتكاكًا عاليًا وبرادة ساخنة جدًا.

في عمليات الحفر ذات معدلات التغذية العالية والثقوب العميقة نسبيًا، تُستخدم مثاقب الثقوب الزيتية ، حيث يُضخّ مُزيّت إلى رأس المثقاب عبر ثقب صغير فيه، ثم يتدفق على طول الأخاديد. يمكن استخدام آلة حفر تقليدية في حفر الثقوب الزيتية، ولكن هذا النوع من الحفر أكثر شيوعًا في آلات الحفر الأوتوماتيكية التي تدور فيها قطعة العمل بدلًا من المثقاب.

في أدوات آلات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC)، تُسمى العمليةيُستخدم الحفر المتقطع ، أوالحفر ذو القطع المتقطع، لمنع تراكم الرايش بشكل ضار عند حفر ثقوب عميقة (عندما يكون عمق الثقب أكبر بثلاث مرات تقريبًا من قطر المثقاب). يتضمن هذا النوع من الحفر غمر المثقاب جزئيًا في قطعة العمل، بما لا يزيد عن خمسة أضعاف قطره، ثم سحبه إلى السطح. تُكرر هذه العملية حتى اكتمال الثقب. أما الشكل المعدل لهذه العملية، والذي يُسمىالحفر المتقطع عالي السرعةأوتكسير الرايش، فيتم فيه سحب المثقاب قليلًا فقط. هذه العملية أسرع، ولكنها تُستخدم فقط في الثقوب متوسطة الطول، وإلا ستؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة رأس المثقاب. كما تُستخدم أيضًا عند حفر المواد الليفية لتكسير الرايش. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

عند تعذر نقل المواد إلى آلة CNC، يمكن استخدام آلة حفر مغناطيسية القاعدة. تتيح هذه القاعدة الحفر في الوضع الأفقي وحتى على السقف. عادةً، يُفضل استخدام قواطع لهذه الآلات لأنها تُتيح الحفر بسرعة أكبر وبسرعة أقل. تتراوح أحجام القواطع من 12 مم إلى 200 مم في القطر، ومن 30 مم إلى 200 مم في عمق القطع. تُستخدم هذه الآلات على نطاق واسع في قطاعات البناء والتصنيع والصناعات البحرية والنفط والغاز. في قطاع النفط والغاز ، تُستخدم آلات الحفر المغناطيسية الهوائية لتجنب الشرر، بالإضافة إلى آلات حفر مغناطيسية خاصة بالأنابيب يمكن تثبيتها على أنابيب بأحجام مختلفة، حتى من الداخل. توفر آلات حفر الصفائح الثقيلة حلولاً عالية الجودة في تصنيع الهياكل الفولاذية، وبناء الجسور، وأحواض بناء السفن، ومختلف مجالات قطاع البناء.

نظرًا لأن الخشب ألين من معظم المعادن، فإن عملية الحفر فيه أسهل وأسرع بكثير من الحفر في المعادن. ولا تُستخدم سوائل التبريد أو الحاجة إليها. تكمن المشكلة الرئيسية في حفر الخشب في ضمان نظافة فتحات الدخول والخروج ومنع احتراق الخشب. ويتحقق تجنب الاحتراق باستخدام رؤوس حفر حادة وسرعة قطع مناسبة . قد تتسبب رؤوس الحفر في اقتلاع رقائق من الخشب حول أعلى وأسفل الفتحة، وهذا غير مرغوب فيه في أعمال النجارة الدقيقة .

تُستخدم رؤوس المثقاب الحلزونية الشائعة في تشكيل المعادن، وهي فعالة أيضًا في الخشب، لكنها تميل إلى إحداث تشققات في الخشب عند مدخل ومخرج الثقب. في بعض الحالات، كما هو الحال في ثقوب النجارة الخشنة، لا تُعدّ جودة الثقب مهمة، وتتوفر أنواع عديدة من رؤوس المثقاب للقطع السريع في الخشب، بما في ذلك رؤوس المثقاب المجرفة ورؤوس المثقاب اللولبية ذاتية التغذية . وقد طُوّرت أنواع عديدة من رؤوس المثقاب المتخصصة لحفر ثقوب نظيفة في الخشب، بما في ذلك رؤوس المثقاب ذات الرأس المدبب، ورؤوس فورستنر ، ومناشير الثقوب . يمكن تقليل التشققات عند مخرج الثقب باستخدام قطعة من الخشب كدعامة خلف قطعة العمل، وتُستخدم هذه التقنية أحيانًا للحفاظ على مدخل الثقب نظيفًا.

يسهل بدء حفر الثقوب في الخشب لأن مثقاب الحفر يمكن وضعه بدقة عن طريق دفعه في الخشب وإنشاء تجويف صغير. وبالتالي، يقل احتمال انحراف المثقاب.

بعض المواد مثل البلاستيك بالإضافة إلى مواد أخرى غير معدنية وبعض المعادن لديها ميل إلى التسخين بدرجة كافية للتمدد مما يجعل الثقب أصغر من المطلوب.