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電鉆
來源:互聯網

電鉆(Electric Drill)是利用電做動力的鉆孔機具。電鉆是一種常用的電動工具,也是需求量最大的電動工具類產品。每年的產銷數量占中國電動工具的35%。

十九世紀,奧地利人將電動機和鉆子組裝在一起,發明了最早的電鉆。1889年,在澳洲墨爾本人們發明便攜式電鉆。1895年,德國泛音制造出世界上第一臺直流手電鉆,這臺電鉆重量14公斤,外殼用鑄鐵制成,只能在鋼板上鉆4毫米的孔。開始了人類使用電動工具的時代。中國起步較晚,1942年才開始制造電鉆,當時大威電機廠仿美國的“香檳”牌電鉆制造了6MM,13MM電鉆,開創了中國生產電動工具的先河。

電鉆主要由電動機、機殼、減速箱、鉆夾頭、手柄及開關等部分組成,通過電力驅動電動機旋轉,進而帶動鉆頭旋轉,使鉆頭鉆削物體表面的機具。普通電鉆一般可分為手電鉆、沖擊鉆、錘鉆三類。廣泛適用于建筑及家用領域的鉆孔安裝。專用電鉆是新生的電鉆類別,應用于牙科、耳科、海底鉆探等專業領域。

電鉆作為一種古老又年輕的工具,隨著工業技術的整體進步,在電池技術、互聯網技術、物聯網技術等新技術的加持下,煥發新的活力。美觀輕巧化、安全易用化、多用智能化、專業專用化是其重要發展方向。

簡史

世界電動工具的誕生就是從電鉆產品開始的。1895年,德國研制出世界上第一臺直流電鉆,這臺電鉆重量14公斤,外殼用鑄鐵制成,只能在鋼板上鉆4毫米的孔。隨后出現了三相工頻(50Hz)電鉆,但電動機轉速沒能突破3000r/min。

1914年,出現了單相串激電動機驅動的電鉆,電動機轉速達10000r/min以上。1917年,德國人發明了帶手槍把和扳機的電鉆。這種帶扳機的電鉆,一直持續使用到今日。1927年,出現了供電頻率為150~200Hz的中頻電鉆,它既具有單相串激電動機轉速高的優點,又具有三相工頻電動機結構簡單、可靠的優點,但因需用中頻電流供電,使用受到限制。1942年,大威電機廠仿美國的“香檳”牌電鉆制造了6MM,13MM電鉆,開創了中國生產電動工具的先河。

20世紀60年代,出現了用鎳鎘電池作電源的無電源線的電池式電鉆。到70年代中后期,因電池價格降低,充電時間也縮短,這種電鉆在歐美、日本得到廣泛使用。且熱塑性工程塑料在電鉆上獲得應用,并實現了電鉆的雙重絕緣。20世紀60年代還出現了電子調速電鉆。這種電鉆利用晶閘管等元件組成電子線路,以開關撳鈕被撳入的深度不同來調節轉速,從而使電鉆在使用時能按被加工對象的不同(如材料不同、鉆孔直徑大小等),選擇不同的轉速。

電鉆作為擁有一百多年歷史的電動工具,近幾十年來在工作原理,基本功能方面并沒有太多變化。電鉆最初用鑄鐵作外殼,后改用鋁合金作外殼。60年代,熱塑性工程塑料在電鉆上獲得應用,并實現了電鉆的雙重絕緣。但是隨著工業技術的進步,電池技術、物聯網技術等新技術的發展,以及電動工具的普及,普通電鉆功能更加豐富、更加智能,整體更加美觀輕巧、安全易用。專用電鉆則結合特殊使用場景向專業專用的方向發展。

工作原理

電鉆工作原理是電磁旋轉式或電磁往復式小容量電動機的轉子做磁場切割做功運轉,通過傳動機構驅動作業裝置,帶動齒輪,增加鉆頭的動力,從而使鉆頭鉆削物體表面。電動機轉子的旋轉運動是通動減速箱減速后傳動鉆軸,使鉆軸與鉆夾頭旋轉帶動鉆頭轉動進行鉆削加工。

基本構造

電鉆的基本結構為電動機(1)、機殼(2)、減速箱(3)、鉆夾頭(4)、手柄(5)及開關(6)。如下圖所示:

鉆頭的夾持部件為鉆夾頭或圓錐套筒,規格13mm及以下的電鉆用鉆頭,13mm 以上的用錐套簡。電鉆的外形按規格的大小和操作者受到的反作用扭矩的大小有直簡式、手槍式、后托柄式、雙橫手柄等,還有根據不同鉆削特性和擴大功能的需要,設置的輔助手柄和簡單的進給裝置。

基本分類

根據功率和使用場景的不同,民用市場一般把電鉆分為三類:手電鉆、沖擊鉆、錘鉆。

1.手電鉆

手電鉆是一種攜帶方便的小型鉆孔用工具,由小電動機、控制開關、鉆夾頭和鉆頭幾部分組成。它是以交流電源或直流電池為動力的鉆孔工具,是手持式電動工具的一種。手電鉆是電動工具行業銷量最大的產品,廣用于建筑、裝修、泛家具等等行業,用于在物件上開孔或洞穿物體。

2.沖擊鉆

沖擊鉆(electric impact drill)是指以旋轉切削為主,兼有依靠操作者推力生產沖擊力的沖擊機構,用于磚、砌塊及輕質墻等材料上鉆孔的電動工具。沖擊鉆可用于天然的石頭或混凝土。它們是通用的,因為它們既可以用“單鉆”模式,也可以用“沖擊鉆”模式,所以對專業人員和自己動手者,它都是值得選擇的基本電動工具。

沖擊電鉆的沖擊機構有犬牙式和滾珠式兩種。滾珠式沖擊電鉆由動盤、定盤、鋼球等組成。動盤通過螺紋與主軸相連,并帶有12個鋼球;定盤利用銷釘固定在機殼上,并帶有4個鋼球,在推力作用下,12個鋼球沿4個鋼球滾動,使硬質合金鉆頭產生旋轉沖擊運動,能在磚、砌塊、混凝土等脆性材料上鉆孔。脫開銷釘,使定盤隨動盤一起轉動,不產生沖擊,可作普通電鉆用。

3.錘鉆(電錘)

電錘是利用底部電機帶動兩套齒輪結構工作,一套實現旋轉(鉆),另一套帶動活塞(猶如發動機液壓沖程)產生強大沖擊力,依靠旋轉和捶打來工作。單個捶打力非常高,并具有每分鐘1000到3000的捶打頻率,可產生顯著的力。與沖擊鉆相比,電錘需要最小的壓力來鉆入硬材料,例如石頭和混凝土;特別是相對較硬的混凝土。

電鉆性能

規格

電鉆規格指電鉆鉆削鋼時所允許使用的最大鉆頭直徑。同一直徑,根據其參數不同可分為A、B和C型。

A型和B型電鉆對有色金屬、塑料、木材等鉆孔時,最大鉆孔要相應增大 30%~50%。電鉆的規格按實際使用需要、切削效率、質量等因素予以分級。電鉆有 4mm、6mm、8mm、10mm、13mm、16mm、19mm、23mm、32mm、38mm、49mm 等規格,數字指在抗拉強度為390N/mm2的鋼材上鉆孔的鉆頭最大直徑。對有色金屬、塑料等材料最大鉆孔直徑可比原規格大30~50%。

轉速

在電鉆額定輸出功率基本不的情況下,適當提轉速有利于提高鉆效率節約體力。但是,提高轉速受到鉆頭允許的線速度的約束。一般高速鋼鉆頭在無冷卻液的條件下,鉆削鋼材時的鉆頭線速度選擇在 20-30m/min。C型電鉆考到有色金屬及塑料等鉆性能,轉速較高,但一般不超過 35m/min。電鉆的轉速在設計時,對于小規格電鉆取上限值,大規格的電鉆由于鉆削量和軸向力大,在鉆削時易引起鉆頭發熱退火和鉆頭刃口崩裂,所以取下限值。

單相申勵電鉆的空載轉速比滿載轉速亮 40% ~50%,在不同負載時具有不同的轉特性,以滿足當軸向推力及鉆孔直徑不同時,負載不同其轉速也不同的要求。對于不同的鉆孔,為了達到理想的切削速度,要求轉速也不同。換句話說:鉆大孔時,轉速要較低,反之,轉速則要較高。

使用方法

使用電鉆鉆孔時,不同的鉆孔直徑應該盡可能選用相應規格的電鉆,以充分發揮各種規格電鉆的鉆削性能及結構特點,達到良好的切削效率,避免用小規格電鉆鉆大孔而造成灼傷鉆頭和電鉆過熱,甚至燒毀鉆頭和電鉆;用大規格電鉆鉆小孔而造成鉆孔效率降低,且增加勞動強度。電鉆使用時,鉆頭必須鋒利。鉆孔時,在電鉆上應施加不超過下表規定的軸向壓力,并不宣用力過猛,以免過載,鉆孔中當轉速突然下降時,應立即降低壓力:當鉆孔時突然制動必須立即切斷電源:當鉆削的孔即將鉆通時,施加的軸向壓力應適當減小電鉆使用時,軸承溫升不能過高。在鉆孔中軸承和齒輪運轉聲音應均勻而無撞擊聲。當發現軸承溫升過高或齒輪、軸承有異常雜聲時,應立即停鉆檢查。如果軸承、齒輪有損壞現象,應立即換掉。

應用領域

1.建筑與工業

廣泛適用于建筑梁、板、柱、墻等的加固,裝修、墻安裝、支架、欄桿、廣告牌、空調室外機、導軌、衛星接收器電梯、鋼結構廠房等安裝。

2.醫學應用

(1)牙科:

20世紀初期,出現了壁掛式三彎臂牙科電鉆,其轉速達4000r/min,有的甚至可達10000r/min的速度,我們仍然在廣泛使用的繩輪傳動的三彎臂牙鉆機就是其衍生物。

(2)耳科:

現代耳科學之父Julius Lempert,1938年在紐約率先使用電鉆進行耳科手術,來治療慢性耳病和減低面神經損傷的發病率。但當時的電鉆難以控制,而且噪聲很大?,F代的電鉆和氣鉆大大提高了轉速,加強了切削能力,快速切削鉆頭、金剛石鉆頭和沖洗-抽吸系統的使用使耳科醫師能夠快速完成精確的手術解剖,大大縮短手術時間。

3.海洋柔桿電鉆

一種新型海洋鉆探設備,主要用于海底底質層取心取樣,勘查海洋地質與礦產。首先是法國石油研究院(IFP)研制成功的,最初用于陸地鉆300米、500米鉆孔,后來與蘇聯合作鉆油井深達3000米。1965年首次在海上試驗成功,鉆探水深達2500米。ECSM海洋柔桿取心電鉆,是將柔桿、電鉆、取心管、鉆頭和潛水泵等安裝在同一機架上,用鋼絲繩把它下放到海底,通過電纜由船面供電和實現遙控鉆探??稍?00米水深鉆深達100米,取出3.5英寸巖心。機重約10噸。

發展趨勢

電動工具是一種“低值易耗品”,在歐美地區,電動工具不僅作為一種工具,而且被作為一種禮品,成為相互饋贈的禮物,有較大的市場發展潛力。由于市場的潛力大,它推動著相關制造業發展。中國電動工具行業是外向型特征十分明顯的行業,從上世紀90年代開始全行業每年生產的電動工具,有85~90%是供外貿出口的。

標準規范

中國

相關國家和行業標準包括以下內容:

國際

歐洲89/336/EEC電磁兼容指令于1996年1月1日起生效,實施許可證制度,開展Dell EMC認證。

安全系列標準,國際電工委員會IEC745標準。

BSMI - CNS C 4103,便攜式電鉆標準(PORTABLE ELECTRIC DRILL)。

BSMI - CNS B 3262,電鉆夾頭標準(CHUCKS FOR PORTABLE ELECTRIC DRILLS)

參考資料 >

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一種裝修工程專用的可擋灰塵且可防震的電鉆的制作方法.X技術.2023-11-27

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