Дрель — это инструмент , используемый для сверления круглых отверстий или завинчивания крепежа. Он оснащен битой , либо патроном для дрели , либо патроном для шуруповерта . Ручные типы резко теряют популярность, а беспроводные, работающие от аккумуляторов, распространяются из-за повышенной эффективности и простоты использования.
Сверла обычно используются в деревообработке , металлообработке , строительстве , изготовлении станков , строительных и коммунальных проектах. Специально разработанные версии сделаны для миниатюрных приложений.
Около 35 000 лет до нашей эры Homo sapiens открыл преимущества применения вращающихся инструментов. Это, по сути, состояло из заостренного камня, вращаемого между руками, чтобы просверлить отверстие в другом материале. [1] Это привело к появлению ручного сверла, гладкой палки, которая иногда прикреплялась к кремневому наконечнику и натиралась между ладонями. Это использовалось многими древними цивилизациями по всему миру, включая майя . [2] Самые ранние найденные перфорированные артефакты, такие как кость , слоновая кость , ракушки и оленьи рога , относятся к эпохе верхнего палеолита . [3]
Лучковая дрель (ременная дрель) — это первые механические дрели, поскольку они преобразуют возвратно-поступательное движение во вращательное, и их можно проследить примерно до 10 000 лет назад. Было обнаружено, что обвязывание веревки вокруг палки, а затем прикрепление концов веревки к концам палки (лука), позволяло пользователю сверлить быстрее и эффективнее. Используемые в основном для разжигания огня , лучковые дрели также использовались в древней деревообработке, обработке камня и стоматологии. Археологи обнаружили неолитическое захоронение в Мехргархе , Пакистан, датируемое временем Хараппцев , около 7 500–9 000 лет назад, содержащее девять взрослых тел с в общей сложности одиннадцатью просверленными зубами. [4] В гробнице в Фивах есть иероглифы, изображающие египетских плотников и изготовителей бус , использующих лучковые дрели. Самые ранние свидетельства использования этих инструментов в Египте датируются примерно 2500 годом до н. э. [5] Использование лучковых сверл было широко распространено в Европе, Африке, Азии и Северной Америке в древние времена и все еще используется сегодня. За эти годы было разработано много небольших вариаций лучковых и ременных сверл для различных целей, как для сверления материалов, так и для разжигания огня.
Корончатое сверло было разработано в Древнем Египте около 3000 г. до н.э. [6] Насосное сверло было изобретено во времена Римской империи. Оно состоит из вертикального шпинделя, выровненного горизонтальной деревянной планкой, и маховика для поддержания точности и импульса. [7]
Наконечник полого сверла, впервые использованный около 13 века, состоял из палки с трубчатым куском металла на конце, например, меди . Это позволяло просверлить отверстие, фактически шлифуя только его внешнюю часть. Это полностью отделяет внутренний камень или дерево от остального, позволяя сверлу измельчать меньше материала, чтобы создать отверстие аналогичного размера. [8]
В то время как насосная дрель и лучковая дрель использовались в Западной цивилизации для сверления небольших отверстий на протяжении большей части человеческой истории, бур использовался для сверления больших отверстий, начиная с эпохи Римской империи и Средневековья. [9] Бур обеспечивал больший крутящий момент для больших отверстий. Неизвестно, когда были изобретены скоба и сверло ; однако самая ранняя найденная на данный момент фотография датируется 15-м веком. [9] Это тип ручной дрели с рукояткой, которая состоит из двух частей, как показано на картинке. Скоба в верхней половине — это то место, где пользователь держит и поворачивает ее, а в нижней части — сверло. Сверло является взаимозаменяемым по мере износа сверл. Бур использует вращающийся винтовой винт, похожий на архимедово сверло, которое распространено сегодня. Бур также заслуживает упоминания, поскольку это уменьшенная версия сверла.
Винт Архимеда, используемый в дрелях для удаления грязи из отверстий, был изобретен в эллинистическом Египте около 300 г. до н. э. [10] [11]
Винтовой насос является старейшим насосом объемного вытеснения . Первые записи о водяном винте или винтовом насосе относятся к эллинистическому Египту до 3-го века до н. э. [10] Египетский винт, используемый для подъема воды из Нила , состоял из трубок, намотанных вокруг цилиндра; по мере вращения всего устройства вода поднимается внутри спиральной трубы на более высокую высоту. Более поздняя конструкция винтового насоса из Египта имела спиральную канавку, вырезанную на внешней стороне цельного деревянного цилиндра, а затем цилиндр был покрыт досками или листами металла, плотно закрывающими поверхности между канавками. [10]
На Востоке буровые установки с вращающимся барабаном были изобретены еще в 221 г. до н. э. во времена китайской династии Цинь [12] , способные достигать глубины 1500 м. [6] Буровые установки с вращающимся барабаном в Древнем Китае строились из дерева и требовали больших трудозатрат, но могли проходить сквозь твердую породу. [13] Буровая установка с вращающимся барабаном появилась в Европе в XII веке. [6] Сообщается, что в 1835 году Исаак Зингер построил буровую установку с вращающимся барабаном, работающую на паровой тяге, на основе китайского метода стержня с наконечником в виде биты. [14] Также стоит кратко обсудить ранние буровые станки; они представляли собой станки, произошедшие от лучковых буров, но приводимые в действие ветряными мельницами или водяными колесами . Буровые станки состояли из приводных сверл, которые можно было поднимать или опускать в материал, что позволяло пользователю прилагать меньше усилий.
В 1813 году Ричард Тревитик сконструировал вращающуюся дрель с паровым приводом, которая также стала первой дрелью, работающей от пара. [15] В 1848 году Дж. Дж. Коуч изобрел первую пневматическую ударную дрель. [16] [17] [18]
Следующее великое достижение в технологии бурения, электродвигатель , привело к изобретению электрической дрели. Его приписывают горным инженерам Артуру Джеймсу Арноту и Уильяму Бланчу Брейну из Мельбурна , Австралия, которые запатентовали электрическую дрель в 1889 году. [19] Первая переносная ручная дрель была создана в 1895 году братьями Вильгельмом и Карлом Файнами из Штутгарта , Германия. В 1917 году компания Black & Decker запатентовала первую переносную дрель с курковым переключателем и пистолетной рукояткой . [20] Это было началом эпохи современных дрелей. За последнее столетие были созданы электрические дрели различных типов и размеров для различных конкретных применений.
Существует много типов дрелей: некоторые приводятся в действие вручную, другие используют электричество (электродрель) или сжатый воздух ( пневматическая дрель ) в качестве движущей силы, а меньшинство приводится в действие двигателем внутреннего сгорания (например, буровые шнеки). Дрели с ударным действием (перфораторы ) в основном используются для твердых материалов, таких как кладка (кирпич, бетон и камень) или скальная порода . Буровые установки используются для бурения отверстий в земле для получения воды или нефти. Нефтяные скважины, водяные скважины или скважины для геотермального отопления создаются с помощью больших буровых установок. Некоторые типы ручных дрелей также используются для завинчивания винтов и других крепежных элементов . Некоторые небольшие приборы, не имеющие собственного двигателя, могут работать от дрели, такие как небольшие насосы, шлифовальные машины и т. д.
Некоторые виды сверл использовались еще в доисторические времена, как для проделывания отверстий в твердых предметах, так и для добывания огня .
Ручные дрели по металлу используются уже много столетий. Они включают в себя:
Дрели, работающие на электричестве (реже на сжатом воздухе), являются наиболее распространенными инструментами в деревообрабатывающих и механических цехах.
Электродрели могут быть сетевыми (питаются от розетки через силовой кабель ) или беспроводными (питаются от аккумуляторных батарей ). Последние имеют съемные аккумуляторные блоки, которые можно менять, чтобы обеспечить непрерывное сверление во время подзарядки.
Популярным применением ручных электродрелей является установка шурупов в дерево с помощью отверточных бит . Дрели, оптимизированные для этой цели, имеют муфту , чтобы не повредить пазы на головке шурупа.
Большинство электрических перфораторов имеют номинальную мощность (входную мощность) от 600 до 1100 Вт. КПД обычно составляет 50–60%, т.е. 1000 Вт входной мощности преобразуются в 500–600 Вт выходной мощности (вращение дрели и ударное действие).
На протяжении большей части 20-го века можно было обычно приобретать насадки для преобразования проводных электрических ручных дрелей в ряд других электроинструментов, таких как орбитальные шлифовальные машины и электропилы, что было дешевле, чем покупать специальные версии этих инструментов. Поскольку цены на электроинструменты и подходящие электродвигатели упали, такие насадки стали гораздо менее распространенными.
В ранних беспроводных дрелях использовались сменные аккумуляторные батареи напряжением 7,2 В. С годами напряжение батарей увеличивалось, и наиболее распространенными стали дрели на 18 В, но доступны и более высокие напряжения, такие как 24 В, 28 В и 36 В. Это позволяет этим инструментам развивать такой же крутящий момент , как и некоторые сетевые дрели.
Распространенными типами аккумуляторов являются никель-кадмиевые (NiCd) и литий-ионные аккумуляторы , каждый из которых занимает около половины доли рынка . NiCd-аккумуляторы существуют дольше, поэтому они менее дорогие (их главное преимущество), но имеют больше недостатков по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Недостатками NiCd являются ограниченный срок службы, саморазряд, проблемы с окружающей средой при утилизации и, в конечном итоге, внутреннее короткое замыкание из-за роста дендритов . Литий-ионные аккумуляторы становятся все более распространенными из-за их короткого времени зарядки, более длительного срока службы, отсутствия эффекта памяти и небольшого веса. Вместо того чтобы заряжать инструмент в течение часа, чтобы получить 20 минут использования, 20 минут зарядки могут в среднем проработать инструмент в течение часа. Литий-ионные аккумуляторы также держат заряд значительно дольше, чем никель-кадмиевые аккумуляторы, около двух лет, если они не используются, по сравнению с 1-4 месяцами для никель-кадмиевого аккумулятора.
Также известный как ударный гайковерт, это форма дрели, которая включает в себя ударное движение вместе с вращательным движением обычной дрели. Ударный аспект ударной дрели возникает, когда мощность двигателя не может повернуть болт, он начинает прилагать импульсы силы, чтобы «забить» болт в нужном направлении. Эти дрели обычно используются для закрепления длинных болтов или винтов в дереве, металле и бетоне, а также для ослабления затянутых или перетянутых болтов. Ударные дрели бывают двух основных типов, пневматические и электрические, и различаются по размеру в зависимости от области применения. Электрические ударные дрели чаще всего встречаются беспроводными и широко используются в строительстве, ремонте автомобилей и производстве. Эти электрические дрели предпочтительнее пневматических из-за их маневренности и простоты использования. Пневматические ударные дрели работают на воздухе и должны оставаться подключенными к источнику воздуха для поддержания мощности. Патрон ударных дрелей отличается от обычной ручной электрической дрели. Патрон действует скорее как цанга с шестигранной формой, в которой фиксируются биты и драйверы. Ударные дрели также можно использовать для сверления отверстий, как стандартную дрель с пистолетной рукояткой, но для этого требуется специальное сверло, которое будет фиксироваться в шестигранной цанге. Конструкция ударных дрелей почти идентична современным электрическим дрелям с пистолетной рукояткой, за исключением одного существенного отличия. Ударные дрели имеют более короткий, тонкий, короткий приемник, где расположена цанга, по сравнению с большим коническим патроном на обычной дрели. Это позволяет пользователю работать в меньших местах, в которых обычная дрель не сможет работать. Ударные дрели не очень хороши в плане контроля крутящего момента и скорости. Большинство ручных дрелей имеют опцию переменной скорости, тогда как большинство ударных дрелей имеют фиксированный крутящий момент и скорость. Ударные дрели не предназначены для точной работы из-за отсутствия возможности регулировки. [21]
Ударное действие перфоратора обеспечивается двумя кулачковыми пластинами, которые заставляют патрон быстро пульсировать вперед и назад, когда сверло вращается вокруг своей оси. Это пульсирующее (ударное) действие измеряется в ударах в минуту (BPM), при этом обычно встречается 10 000 или более BPM. Поскольку совокупная масса патрона и сверла сопоставима с массой корпуса сверла, передача энергии неэффективна и иногда может затруднить проникновение более крупных сверл в более твердые материалы, такие как литой бетон. Стандартный перфоратор принимает сверла диаметром 6 мм (1/4 дюйма) и 13 мм (1/2 дюйма). Оператор испытывает значительную вибрацию, а кулачки, как правило, изготавливаются из закаленной стали, чтобы избежать их быстрого износа. На практике сверла ограничиваются стандартными сверлами по камню диаметром до 13 мм (1/2 дюйма). Типичное применение перфоратора — установка электрических коробок, кабельных хомутов или полок в бетоне.
Перфоратор (также известный как перфоратор, дрель-перфоратор или сверло для каменной кладки). Стандартные патроны и твердосплавные сверла с параллельным хвостовиком были в значительной степени заменены патронами SDS и соответствующими сверлами (шлицевым хвостовиком), которые были разработаны для лучшей выдержки и передачи ударных усилий. Эти сверла эффективны при измельчении каменной кладки и сверлении в этот твердый материал. Некоторые стили этого инструмента предназначены только для сверления каменной кладки, и ударное действие не может быть отключено. Другие стили позволяют использовать дрель без ударного действия для обычного сверления или использовать ударное действие без вращения для долбления.
В отличие от ударной дрели кулачкового типа, вращающаяся/пневматическая ударная дрель ускоряет только сверло. Это достигается за счет поршневой конструкции, а не вращающегося кулачка. У перфораторов гораздо меньше вибрации, и они проникают в большинство строительных материалов. Их также можно использовать как «только дрель» или как «только молот», что расширяет их полезность для таких задач, как дробление кирпича или бетона. Скорость сверления отверстий значительно превосходит скорость сверления перфораторами кулачкового типа, и эти сверла обычно используются для отверстий размером 19 мм (3/4 дюйма) или больше. Типичное применение перфоратора — сверление больших отверстий для болтов с защелкой в фундаментах или установка больших свинцовых анкеров в бетоне для поручней или скамеек.
Сверлильный станок (также известный как пьедестал, колонная дрель или настольная дрель) — это тип дрели, которая может быть установлена на подставке или прикручена к полу или верстаку . Изготавливаются переносные модели, некоторые из которых включают магнитное основание. Основные компоненты включают основание, колонну (или столб), регулируемый стол, шпиндель, патрон и головку сверла, обычно приводимую в движение электродвигателем. Головка обычно имеет набор из трех ручек, исходящих из центральной ступицы, которые поворачиваются для перемещения шпинделя и патрона по вертикали. Расстояние от центра патрона до ближайшего края колонны — это горловина. Ход просто вдвое больше горловины, и ход — это то, как классифицируются и продаются сверлильные станки. Таким образом, инструмент с горловиной 4 дюйма имеет ход 8 дюймов (он может просверлить отверстие в центре 8-дюймовой заготовки) и называется 8-дюймовым сверлильным станком. [22]
Сверлильный станок имеет ряд преимуществ перед ручной дрелью:
Для большинства сверлильных станков, особенно предназначенных для деревообработки или домашнего использования, изменение скорости достигается путем ручного перемещения ремня через ступенчатый шкив . Некоторые сверлильные станки добавляют третий ступенчатый шкив, чтобы увеличить количество доступных скоростей. Однако современные сверлильные станки могут использовать двигатель с переменной скоростью в сочетании с системой ступенчатых шкивов. Сверлильные станки средней мощности, такие как те, которые используются в механических цехах (инструментальных помещениях), оснащены бесступенчатой трансмиссией . Этот механизм основан на шкивах переменного диаметра, приводящих в движение широкий, прочный ремень. Это обеспечивает широкий диапазон скоростей, а также возможность изменять скорость во время работы станка. Тяжелые сверлильные станки, используемые для металлообработки, обычно относятся к типу головки редуктора, описанному ниже.
Сверлильные станки часто используются для различных задач в мастерской, отличных от сверления отверстий. Сюда входит шлифование, хонингование и полировка. Эти задачи можно выполнять, устанавливая шлифовальные барабаны, хонинговальные круги и различные другие вращающиеся принадлежности в патрон. В некоторых случаях это может быть небезопасно, так как оправка патрона, которая может удерживаться в шпинделе исключительно за счет трения конической посадки , может сместиться во время работы, если боковые нагрузки слишком высоки.
Сверлильный станок с редукторной головкой передает мощность от двигателя к шпинделю через прямозубую передачу внутри головки станка, устраняя необходимость в гибком приводном ремне. Это обеспечивает постоянный положительный привод и сводит к минимуму техническое обслуживание. Сверла с редукторной головкой предназначены для металлообработки, где силы сверления выше, а требуемая скорость (об/мин) ниже, чем при обработке древесины.
Рычаги, прикрепленные к одной стороне головки, используются для выбора различных передаточных чисел для изменения скорости вращения шпинделя, обычно в сочетании с двух- или трехскоростным двигателем (зависит от материала). Большинство машин этого типа рассчитаны на работу от трехфазного электропитания и, как правило, имеют более прочную конструкцию, чем аналогичные по размеру агрегаты с ременным приводом. Практически все образцы имеют зубчатые рейки для регулировки положения стола и головки на колонне.
Сверлильные станки с редукторной головкой обычно встречаются в инструментальных цехах и других коммерческих помещениях, где требуется мощный станок, способный выполнять сверление и быструю смену настроек. В большинстве случаев шпиндель обрабатывается для установки инструмента с конусом Морзе для большей гибкости. Более крупные сверлильные станки с редукторной головкой часто оснащаются механической подачей на механизме пиноли с приспособлением для отключения подачи при достижении определенной глубины сверления или в случае чрезмерного перемещения. Некоторые сверлильные станки с редукторной головкой способны выполнять операции нарезания резьбы без необходимости использования внешнего приспособления для нарезания резьбы. Эта функция является обычной для более крупных сверлильных станков с редукторной головкой. Механизм сцепления вводит метчик в деталь под действием мощности, а затем выталкивает его из резьбового отверстия, как только достигается необходимая глубина. Системы охлаждения также распространены на этих станках для продления срока службы инструмента в производственных условиях.
Радиально-сверлильный станок — это большой сверлильный станок с редукторной головкой, в котором головка может перемещаться вдоль рычага, который исходит из колонны станка. Поскольку рычаг можно поворачивать относительно основания станка, радиально-сверлильный станок может работать на большой площади без необходимости перепозиционирования заготовки. Эта функция значительно экономит время, поскольку гораздо быстрее перепозиционировать головку станка, чем отпускать, перемещать и затем снова зажимать заготовку на столе. Размер обрабатываемой детали может быть значительным, поскольку рычаг может откидываться в сторону от стола, позволяя мостовому крану или вышке размещать громоздкую заготовку на столе или основании. С радиально-сверлильным станком можно использовать тиски, но чаще заготовка крепится непосредственно к столу или основанию или удерживается в приспособлении .
Подача шпинделя почти универсальна для этих машин, и системы охлаждения являются обычными. Крупногабаритные машины часто имеют двигатели подачи для подъема или перемещения рычага. Самые большие радиально-сверлильные станки способны сверлить отверстия диаметром до четырех дюймов или 100 мм в цельной стали или чугуне. Радиально-сверлильные станки определяются диаметром колонны и длиной рычага. Длина рычага обычно совпадает с максимальным расстоянием между выступами. Радиально-сверлильный станок, изображенный справа, имеет диаметр 9 дюймов и длину рычага 3 фута. Максимальное расстояние между выступами этого станка составит приблизительно 36 дюймов, что даст максимальный размах 72 дюйма (6 футов или 1,8 м).
Магнитная дрель — это переносная машина для сверления отверстий в больших и тяжелых заготовках, которые трудно перемещать или подносить к стационарному обычному сверлильному станку. Она имеет магнитное основание и сверлит отверстия с помощью режущих инструментов, таких как кольцевые фрезы (протяжки) или спиральные сверла . Существуют различные типы в зависимости от их операций и специализации, такие как магнитные сверлильные/резьбонарезные машины, беспроводные, пневматические, компактные горизонтальные, с автоматической подачей, с крестообразным основанием стола и т. д.
Фрезерные сверла являются более легкой альтернативой фрезерному станку . Они объединяют сверлильный станок (с ременным приводом) с возможностями координат X/Y стола фрезерного станка и фиксирующей цангой, которая гарантирует, что режущий инструмент не выпадет из шпинделя при воздействии боковых сил на сверло. Несмотря на то, что они легкие по конструкции, они имеют преимущества в виде экономии места и универсальности, а также недорогостоимости, будучи подходящими для легкой обработки, которая в противном случае могла бы быть недоступной.
Сверла используются в хирургии для удаления или создания отверстий в кости ; специальности, которые их используют, включают стоматологию , ортопедическую хирургию и нейрохирургию . Развитие технологии хирургического сверления последовало за развитием промышленного сверления, включая переход к использованию лазеров, эндоскопии , использованию передовых технологий визуализации для управления сверлением и роботизированных сверл. [23] [24] [25] [26]
Сеялки часто используются просто как двигатели для приведения в действие различных механизмов, примерно так же, как тракторы с обычными ВОМ используются для приведения в действие плугов, косилок, прицепов и т. д.
В комплект поставки дрелей входят следующие принадлежности:
Некоторые из основных типов сверл:
Мощность сверления указывает максимальный диаметр, который данная электрическая дрель или сверлильный станок может производить в определенном материале. По сути, это показатель непрерывного крутящего момента, который может производить машина. Обычно мощность конкретного сверла указывается для различных материалов, например, 10 мм для стали, 25 мм для дерева и т. д.
Например, максимальные рекомендуемые мощности для аккумуляторной дрели DeWalt DCD790 для определенных типов сверл и материалов следующие: [27]
