פעולות קידוח הן מהנפוצות והמרכזית ביותר בייצור של מגוון רכיבים ותוצרים, כאשר בתחום כל כך מתקדם טכנולוגית ורב גוני כמו עיבוד שבבי מודרני מן הסתם יש כמה וכמה אפשרויות של מכונות קידוח. היום נסקור את נושא מכונות הקידוח למשימות עיבוד שבבי ונסביר אודות סוגי מקדחים.
אמנם בהקשר לטכניקות ייצור של רכיבים ותוצרים שונים בעיבוד שבבי – בין אם במכונות CNC או במכונות קונבנציונאליות, במקרים רבים מדברים על כרסום וחריטה, אך למעשה קידוחים מהווים אחוז ניכר מהפעולות, למשל לצורך הכנת חורים מדויקים ברכיבים וקידוחים ליצירת הברגות.
מהות הקידוח
קידוחים, בדומה לכרסום, הם תהליך מכאני של חיתוך וכרסום בחומר הגלם הספציפי, לרוב מתכות אך גם חומרים אחרים כמובן, במטרה ליצור חור בחומר הגלם. ראש הקידוח – המקדח – מסתובב בקצב של מאות או אלפי סיבובים לדקה ונלחץ כנגד חומר הגלם המעובד, מסיר שכבות ושבבים עד ליצירת החור המדויק לפי התכנון המקורי של הרכיב המיוצר.
במקרים רבים, לרכיבים פשוטים יחסית וחורים קטנים, נניח עד קוטר של 50 מ"מ, בהחלט ניתן להשתמש במכונות קידוח קונבנציונאלית, כאשר למקרים מורכבים יותר וחורים גדולים יותר, לרוב ייעשה שימוש במכונת CNC וראש קידוח מתאים.
בגדול, במכונות קידוח המשתנים המשמעותיים ביותר הם המקדחים, ראשי העיבוד שבפועל נכנסים לתוך המתכת ומבצעים את הקידוח. יש סוגים שונים של מקדחים, כאשר ההבדלים הם בחומר ממנו עשוי המקדח, בציפוי של המקדח ובגיאומטריית המקדח. על כל אלו נסביר מיד.
סוגי מכונות קידוח רלוונטיות לקידוחים בעיבוד שבבי
עיבוד שבבי הוא עולם ומלואו של טכניקות ייצור ושל אפשרויות ליצור רכיבים ותוצרים מדויקים, בין אם בייצור בודד וחד פעמי ובין אם ביצור המוני ורב היקף. מכונות קידוח הרלוונטיות לתחום תעשייתי זה כוללות למשל:
- מקדחת שולחן סטנדרטית ופשוטה – מקדחה תעשייתית פשוטה יחסית, המותקנת על שולחן עבודה ומורדת לקידוח בחומר הגלם באמצעות ידית, לתנועה ליניארית נשלטת. מתאימה לקידוחים קטנים, פשוטים וידניים.
- מכונת כרסום קונבנציונאלית / ידנית: ניתן לבצע קידוחים בסיסיים גם באמצעות ראש עיבוד מתאים ומכונת כרסום ידנית, המופעלת על ידי מפעיל מיומן וללא הפעלה וניהול ממוחשבים.
- מכונות CNC – המכונות המתקדמות ביותר לקידוחים, מכונות כרסום/קידוח המיישמות את הפעולה עם מערכת אוטומטית המבצעת את הקידוחים בדיוק רב, באמצעות מנועים משוכללים ולפי קובץ תכנון ממוחשב ומדויק.
סוגי מקדחים למכונות קידוח
כאמור, מרכיב משמעותי מאוד במשימות קידוח הוא סוג המקדח בו נעשה שימוש. לכל חומר גלם וכל משימת קידוח יש את המקדח המתאים ביותר, כאשר שימוש במקדח לא מתאים עשוי לגרום לבזבוז זמן במקרה הפחות גרוע ולפגיעה מהותית באיכות הסופית ונזק למקדח או אף למכונה עצמה במקרים הגרועים יותר.
מאיזה חומרים מייצרים מקדחים למכונות קידוח?
- פלדה "מהירה": המקדחים הפשוטים והזולים ביותר, מתאימים לשימושי קידוח כלליים ולא לחומרים קשים במיוחד או קידוחים מורכבים מאוד. אפשר להשחיז מקדחים אלו, מה שיאריך את זמן השימוש בהם.
- פלדה מחוזקת עם קובלט: קובלט (המשמש גם לחלק מהסוללות ברכבים חשמליים), מאפשר לחזק את הפלדה של המקדח ולתת לו עמידות טובה יותר לטמפרטורות גבוהות יותר במהלך הקידוח ולשחיקה מכאנית. מקדחי פלדה מהירה מחוזקים בקובלט ניתנים להשחזה.
- מקדחי קרביד: מקדחים יקרים המיועדים למשימות קידוח מורכבות וקשות יותר ומציעים את אורך החיים הכי ארוך למול החלופות. ככל שסיווג מקדח קרביד גבוה יותר, כך הוא עמיד יותר לחום ושחיקה. במקרים רבים למקדחי קרביד מוסיפים חורי קירור פנימיים, דרכם מוזרם נוזל קירור במהלך פעולת הקידוח. עמידים עד פי 20 ממקדחי קובלט.
ציפויים למקדחים והשפעתם
- גימור מבריק / Bright Finish: הכי זול, לקידוחים פשוטים יותר, למשל אלומיניום וסגסוגת פלדה עם מעט פחמן.
- אוקסיד שחור / Black Oxide: מקדחים שחורים, הציפוי משפר עמידות לחמצון וחום, מאריך את אורך חיי המקדח ומאפשר קידוחים יעילים יותר גם בחומרים קשים יותר.
- טיטניום ניטריד: מקדחים עם גוון מוזהב בשילוב עם אפור/כסוף, נפוצים מאוד ופחות מתאימים לקידוחים בחומרים קשים יחסית ו/או קידוחים היוצרים חום גבוה.
- טיטניום קרבו-ניטריד: ציפוי המוסיף קשיחות וקשיות למקדח, עמידות חום גבוהה יותר וכמו כן עמידות טובה יותר לשחיקה מכאנית.
- טיטניום אלומיניום ניטריד: מקדחים בגוון נחושת כהה, ציפוי המקנה למקדח עמידות גדולה משמעותית לטמפרטורות קידוח גבוהות, מעביר את החום הנוצר לשבבים ולא לחומר לרכיב עצמו. מתאים לקידוח בפלדות קשות ונירוסטה, אך בגלל תכולת אלומיניום בציפוי הוא לא מתאים לקידוח באלומיניום.
גיאומטריה של מקדחים
מאפיין נוסף המבדיל בין מקדחים שונים למכונות קידוח בעיבוד שבבי הוא הגיאומטריה של המקדח, כאשר זהו המאפיין עם המורכבות והשונות הרבות ביותר. ראשית יש את אלמנט אורך המקדח, כאשר מקדח ארוך יותר יאפשר כמובן קידוח עמוק יותר במתכת לעומת מקדח קצר יותר. מקדחים ארוכים למכונות CNC נקראים לרוב מקדחי JOBBER ומקדחים קצרים נקראים STUB.
מרכיב גיאומטרי/צורתי נוסף שחשוב לשים אליו לב בבחירת מקדחים למכונות הקידוח הוא אורך החריץ, כאשר על החריץ להיות ארוך מספיק כדי שהמקדח יוציא את השבבים גם בעומק הקידוח. מקובל להשתמש במקדח עם אורך חריץ הכפול מקוטר המקדח וכמובן שעל החריץ להיות ארוך יותר מעומק החור הנקדח כדי להוציא את השבבים.
אלמנטים חשובים ונבדלים נוספים לגבי הגיאומטריה של מקדחים הם:
- זווית כניסה: הזווית של ראש המקדח, מקדחי CNC למתכת לרוב יהיו עם זווית כניסה של 135° או 118°.
- זווית הסליל (Helix Angle): הכוונה היא לזווית הסליל על המקדח עצמו, אלמנט המיועד לפינוי השבבים הנוצרים בקידוח החוצה מהחור הנקדח. סליל בזווית 40° יתאים לחומרים קשים כמו נירוסטה, סליל בזווית 30° לשימוש כללי ורוב החומרים ומקדחים עם זווית סליל של 10° מיועדים לקידוחים מיוחדים במתכות קשות וסגסוגות אלומיניום.
לכל מאפיין של מקדח יש משמעות מבחינת התאמת המקדח למשימה הייעודית עבורו ולחומר הגלם שבו קודחים, כאשר התאמה נכונה ומושכלת היא קריטית הן לביצועים ותוצאות איכותיות והן לשמירה על המקדח ומכונת הקידוח.
