Механизированная пробивка отверстий

Найфельд А. М., Хромченко Г. Е., Механизированная пробивка отверстий. — Москва, 1980.

Содержит рекомендуемую для электромонтажного производства технологию образования отверстий и борозд в строительных основаниях с применением современных электрических и пневматических ручных машин и рабочего инструмента, оснащенного твердосплавными пластинками и алмазными вставками, а также основные сведения по эксплуатации, ремонту и заточке рабочего инструмента.
Предназначено для работающих в сфере электромонтажа. Может быть полезна электромонтерам промышленных предприятий, электростанций и сетей.

ПРЕДИСЛОВИЕ

С каждым годом в строительстве и сооружении жилых и промышленных зданий возрастает объем применения конструкций из железобетона. Применение элементов строительных конструкций (панелей, колонн, балок и т. п.) с установленными закладными деталями и предварительно выполненными отверстиями далеко не всегда возможно. Подавляющую часть отверстий и борозд для установки и крепления на железобетонных конструкциях электрооборудования и электросетей приходится выполнять в процессе монтажных работ.
Немеханизированное выполнение этих работ представляет собой тяжелый физический труд и требует больших затрат времени, поэтому отверстия и борозды всех видов следует выполнять механизированным способом с применением современных машин и инструмента. В настоящее время промышленность выпускает значительное количество разнообразных средств механизации, имеются различные, в том числе новые технологические приемы их применения, но в технической литературе систематизированные материалы по этому вопросу отсутствуют.
Цель настоящего материала — восполнить этот пробел и помочь электромонтажникам ориентироваться в указанной технике, чтобы иметь возможность выбрать наиболее эффективные средства механизации и способы выполнения работ для конкретных условий того или иного объекта монтажа.

ВВЕДЕНИЕ

Образование отверстий и борозд в строительных конструкциях зданий и сооружений (стенах, перекрытиях, колоннах, балках и др.) в процессе монтажа электрооборудования и электрических сетей выполняется при установке электрических машин и аппаратов, электроконструкций, токопроводов, проводок, устройстве проходов сквозь стены и перекрытия и при скрытой прокладке проводов. Эти работы в современном электромонтажном производстве выполняются с применением механизированного ручного инструмента.
Пробивные работы с учетом их трудоемкости должны быть сведены до минимума как в промышленном, так и в жилищно-гражданском строительстве. Это достигается прежде всего установкой закладных деталей и образованием отверстий, каналов, борозд и проходов при изготовлении стеновых панелей, панелей перекрытий и других элементов на заводах железобетонных изделий.
Однако при заводском изготовлении железобетонных конструкций, особенно для промышленного строительства, имеются значительные трудности установки закладных деталей, вызываемые большим количеством типоразмеров монтируемых изделий с многочисленными закладными деталями разных видов, отверстиями и т. д. При этом в одинаковых конструктивных элементах закладные детали и отверстия зачастую приходится предусматривать в различных местах, что усложняет организацию на заводах железобетонных изделий поточного производства.
Большую часть креплений конструкций и аппаратов выполняют строительно-монтажным пистолетом и пороховыми оправками, с помощью которых специальные дюбеля энергией расширяющихся пороховых газов забиваются в бетонные или кирпичные основания. При этом происходит либо непосредственная глухая пристрелка конструкций и аппаратов дюбелями-гвоздями, либо пристрелка крепежных резьбовых дюбелей-шпилек или других промежуточных крепежных деталей, к которым затем крепятся конструкции, аппараты и т. п.
При всех преимуществах способа крепления при помощи строительно-монтажного пистолета (высокая производительность труда, отсутствие зависимости от наличия источников электроэнергии или сжатого воздуха и др.) его применение все же ограничено рядом специальных условий, а также свойствами строительных оснований, снижающими надежность крепления.
Широко применяется также забивка специальных дюбелей небольшого диаметра непосредственно в кирпичные или бетонные основания с помощью ручной оправки. Этот способ крепления отличается прежде всего простотой, однако он применим при небольших нагрузках на забиваемые дюбеля и используется в основном для крепления изделий небольшой массы — легких аппаратов, коробок, установочных изделий, скоб и т. п.
Применение простого, удобного и надежного так называемого «безсмазочного» способа крепления с помощью распорных дюбелей ограничивалось до недавнего времени дефицитностью дюбелей, несовершенством их конструкции и высокой стоимостью, а также необходимостью пробивки гнезд для них. Применяемые в настоящее время распорные дюбеля из капрона и полиэтилена обеспечивают надежное крепление и обладают рядом значительных преимуществ перед металлическими (дешевизна, удобство монтажа, высокая устойчивость против коррозии, устойчивость к динамическим нагрузкам и вибрации). С внедрением пластмассовых распорных дюбелей и механизированного инструмента для выполнения гнезд в строительных основаниях способ крепления распорными дюбелями находит самое широкое применение.
Из-за разветвленности электрических сетей в зданиях очень трудно точно разметить места всех креплений и заблаговременно предусмотреть места всех проходов через перекрытия, поэтому значительное количество отверстий, борозд и проходов приходится пробивать электромонтажникам.
При немеханизированном образовании отверстий применение кувалд, зубил, шлямбуров и подобных инструментов в кирпичных и в особенности бетонных конструкциях нарушает их прочность (возможно появление трещин в зонах, близких к месту пробивки), при этом получаются отверстия с неправильными очертаниями, непригодные для применения дюбелей.
Для механизации образования отверстий, проходов и борозд (штраб) всех видов промышленность производит электрические и пневматические сверлильные машины, молотки, перфораторы и бороздоделы, а также специальные механизмы и приспособления к ним. Выпускается также рабочий инструмент, оснащенный пластинками из твердого сплава или алмазными сверлами. Имеются также приспособления и устройства для облегчения труда, создания усилия подачи, позволяющие вести с пола работы по пробивке или сверлению отверстий на высоте в стенах и перекрытиях.

Для правильного представления об особенностях пробивных операций по бетону важно отметить следующее. Кирпич, гипсолит, шлакобетон представляют собой сравнительно однородные, не очень твердые материалы, которые можно сверлить, в то время как бетон и особенно железобетон весьма неоднородны и требуют более эффективных способов обработки. В состав железобетона входят связующее вещество — цементный раствор, наполнитель из инертного материала (песок, гравий, щебень) и стальная арматура. Марка бетона определяет значение сопротивления одноосному сжатию. При составлении бетона основной характеристикой наполнителя служит предел прочности на сжатие, который должен быть больше этого показателя для самого бетона данной марки. При одной и той же марке бетона»* наполнитесь может быть из разных материалов, а именно:
Предел прочности. Материал   Па
Кирпич (щебень)   (50—150)-10-5
Известняк    (200—800). 10-5
Песчаник     (400—1000) * 10-5
Гранит         (800—1800). 10-5
Например, бетон марки 150 может иметь в качестве наполнителя кирпич, известняк, песчаник или гранит, что оказывает громадное влияние на производительность и возможные методы выполнения пробивных операций.

*Марка бетона обозначается цифрой (150, 200, 400 и т. д.).

Бетоны, имеющие в качестве наполнителя кирпич или известняк (так называемые облегченные или легкие бетоны), ввиду малой их абразивности поддаются сверлению. Бетоны с наполнителем из песчаника или гранита (тяжелые бетоны), отличающиеся высокой твердостью и абразивностью вследствие наличия большого содержания в них кварца, не могут эффективно обрабатываться сверлением, в том числе с помощью рабочих инструментов из твердых сплавов. В необходимых случаях для их сверления могут применяться только алмазные сверла и механизированный инструмент с большой частотой вращения и значительным осевым усилием подачи. Поэтому для бетона с высокоабразивным наполнителем наиболее рационально применение ударно-вращательного или ударно-поворотного метода образования отверстий, при котором рабочий орган воспринимает силовые импульсы (удары) и одновременно совершает непрерывное или прерывистое вращение. При этом методе во время удара происходит внедрение (врубание) рабочего инструмента в материал основания, скалывание частиц материала, а в процессе вращения — его частичное размельчение и выброс.
Таким образом, для выбора способа выполнения пробивных операций по бетону имеет значение не столько марка бетона, сколько вид наполнителя.
Для бетона с малоабразивным наполнителем и для кирпича применение ударно-вращательного метода образования отверстий также является более целесообразным, чем сверление, так как при этом обеспечиваются большая производительность и меньший износ рабочего инструмента.
Однако при ударно-вращательном методе пробивки рабочий инструмент работает в тяжелых условиях и испытывает большие нагрузки, поэтому к его конструкции предъявляются повышенные требования прочности и износостойкости.
Инструментальная техника в различных отраслях промышленности (металлообрабатывающей, горнорудной, угольной и др.) на протяжении последних трех десятилетий как у нас, так и за рубежом развивалась главным образом за счет широкого внедрения твердых сплавов. Наиболее широкое применение из современных твердых сплавов получили сплавы спеченные. Они применяются в металлообработке резанием, в штамповке, в волочении проволоки и прутков металла, в горнорудном и нефтяном бурении, в угольной промышленности для зарубки пластов угля. Оснащенный твердыми сплавами инструмент обладает стойкостью, значительно превышающей стойкость стальных инструментов, благодаря чему этот инструмент сохраняет при работе высокую производительность.
Металлокерамические твердые сплавы состоят в основном из двух частей — карбида* тугоплавкого металла и вспомогательного, значительно более легкоплавкого металла (кобальта и никеля), играющего роль цементирующей связки. Карбиды тугоплавких металлов обладают высокими физико-механическими и химическими свойствами. Их твердость и износоустойчивость в 5—10 раз выше твердости и износоустойчивости чистых металлов. Они отличаются большой прочностью, высокой температурой плавления и химической стойкостью, особенно против действия кислот. Для производства твердых сплавов применяются карбиды вольфрама и титана.

*Соединение металлов и неметаллов с углеродом (карбид железа, кальция, вольфрама и г. п.).

Производство твердых сплавов состоит из следующих процессов: порошки карбида и цементирующего металла перемешивают, прессуют и спекают в защитной атмосфере при температуре 1350—1550°С без доведения всей массы до плавления. Из-за некоторой аналогии технологии изготовления твердых сплавов с керамическим производством их иногда называют металлокерамическими.
У нас твердые сплавы начали изготовлять в 1929—1930 гг. Широко известен сплав «победит», состоящий из 90% карбида вольфрама и 10% кобальта. Согласно действующему ГОСТ 3882-74 спеченные твердые сплавы делятся на три группы, из которых для дыропробивного рабочего инструмента применяются только сплавы вольфрамовой группы ВК, структура которых состоит из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом.
В соответствии с указанным стандартом у нас в стране выпускаются сплавы группы ВК различных марок (табл. 1). В обозначении марки сплава цифры указывают процентное содержание кобальта в сплаве. Так, например, сплав ВК8 содержит 8% кобальта и 92% карбида вольфрама.
Каждая марка твердого сплава обладает своими особыми свойствами. Правильный выбор марки твердого сплава является одним из основных условий его рационального использования. Только за счет этого можно достигнуть увеличения скорости резания в 2— 2,5 раза или увеличить стойкость инструмента до 8 раз.

Таблица 1
Химический состав и физико-механические свойства рекомендуемых спеченных твердых сплавав группы ВК

Примечание. Буква В в обозначении марки твердого сплава указывает на крупнозернистую структуру.

Например, твердые сплавы вольфрамовой группы применяются при обработке чугунов, черных и цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов (пластмасс, резины фибры, бумаги, дерева, стекла и т. п.), а также при разрушении горных пород.
К основным физико-механическим свойствам твердых сплавов относятся твердость, прочность, пластичность и износостойкость.
Твердость — одно из важнейших свойств твердого сплава, так как от нее зависит износостойкость инструмента. Износ твердого сплава происходит в результате хрупкого скалывания частиц трущихся поверхностей, смятия этих поверхностей, а также их химического разрушения. Твердые сплавы являются наиболее износостойкими из всех общедоступных и сравнительно недорогих материалов, по износостойкости они уступают только алмазам.
Прочность твердого сплава — также одно из основных его свойств. Учитывая, что изделия из твердых сплавов в большинстве своем подвергаются воздействию изгибающих нагрузок, основной их характеристикой является предел прочности при изгибе
Большой недостаток металлокерамических твердых сплавов — их низкая пластичность. Из-за низкой пластичности твердые сплавы относятся к хрупким материалам, они плохо переносят удары, знакопеременные нагрузки, вибрацию и т. п. С увеличением температуры пластичность сплавов увеличивается, чем в некоторой степени объясняется повышение стойкости рабочего инструмента при высоких скоростях резания, сопровождаемых высокими температурами. С увеличением содержания кобальта в сплаве прочность сплава и его сопротивление динамическим (ударным) нагрузкам» резко возрастают, но при этом понижается твердость сплава и особенно его износостойкость. Так, с увеличением содержания кобальта с 8 до 15% износостойкость сплава, а следовательно, и стойкость инструмента до затупления падает в 2,5—3 раза. Поэтому сплавы с содержанием кобальта 10—25% следует применять только в условиях работы с динамической нагрузкой, где от сплава требуется повышенная прочность.
Эксплуатационные свойства твердого сплава зависят также от его структуры (размера зерен карбида и толщины слоев цементирующего металла — кобальта). Например, сплав марки ВК.8-В имеет основную массу зерен размером 2—5 мкм вместо 0,5—2 мкм для обычного сплава ВК8. Увеличение размера зерна с 0,5—2 до 2— 5 мкм значительно повышает динамическую прочность сплава, поэтому сплав ВК8-В почти не уступает по прочности сплаву ВК15, но превосходит последний по износостойкости более чем на 20%, что достигается применением специальной технологии изготовления.
Сплав ВК8-В применяется для изготовления рабочих инструментов в ударно-вращательных ручных машинах.
В рабочем инструменте для пробивки отверстий строительными молотками применяются твердые сплавы с большим содержанием кобальта — ВКЮ, ВК15, обладающие повышенной прочностью к воздействию динамической нагрузки.
В случае необходимости повышения износостойкости сплава при отсутствии динамических нагрузок применяются сплавы с малым содержанием кобальта и с более мелким размером зерен карбида вольфрама (0,5—1 мкм). В инструментах для сверления без ударов строительных конструкций из кирпича, гипсолита и легкого бетона применяются твердые сплавы ВК6, обладающие максимальной износостойкостью на истирание.
Различные области применения твердосплавных изделий обусловливают большое количество их форм и размеров. Формы и размеры изделий—пластинок и вставок из спеченных твердых сплавов, выпускаемых промышленностью, определяются стандартами. Соответственно области применения твердосплавных изделий имеются стандарты на формы и размеры и технические требования, которым должны удовлетворять эти изделия (например, для режущего инструмента — ГОСТ 2209-69** и ГОСТ 4872-75, для горного инструмента — ГОСТ 880-75 и ГОСТ 4411-67*).
Стоимость твердых сплавов определяется в основном их химическим составом, а также зависит от сложности их формы и размеров.
Для повышения производительности труда при образовании отверстий в твердых породах в настоящее время разработан и внедрен специальный алмазный рабочий инструмент — кольцевые алмазные сверла, а также механизированный инструмент и приспособления к нему.
В последнее десятилетие алмазный инструмент все шире применяется при строительных и монтажных работах для сверления железобетонных конструкций промышленных и гражданских сооружений.
Природный алмаз — это минерал, состоящий из одного химического элемента — углерода (С). Он встречается в виде кристаллов массой от 0,005 до нескольких десятков карат (1 карат равен 0,2 г). Зерна алмаза обладают самой большой из всех известных в природе материалов твердостью и износостойкостью, но прочность их невелика, они хрупки. Поэтому их применяют в качестве обрабатывающего материала в условиях безударной и безвибрационной работы.
Централизованное производство алмазных инструментов из природных алмазов создано в нашей стране в 1960 г. Предпосылкой к его созданию явилось открытие в 1953 г. отечественных месторождений природных алмазов в Якутии и непрерывный рост их промышленной добычи.  Это позволило резко увеличить производство и применение инструмента из натуральных алмазов, снизить его стоимость. В 1963 г. освоено промышленное производство искусственных (синтетических) алмазов. Синтетические алмазы получают из модификации углерода— графита в условиях больших давлений и высоких температур. Эти алмазы имеют ту же кристаллическую структуру, что и природные, и обладают всеми физико-механическими и химическими свойствами натуральных алмазов.
Открытие метода получения синтетических алмазов и разработка промышленной технологии их получения привели к резкому увеличению выпуска алмазного инструмента.
Производство синтетических алмазов и инструмента из природных и синтетических алмазов является одной из молодых отраслей станкоинструментальной промышленности. В настоящее время специализированные заводы выпускают инструменты из природных и синтетических алмазов для всех отраслей народного хозяйства.
Средние линейные размеры кристаллов алмазов достигают 1—2 мм, однако наиболее часто применяются алмазы размером в несколько десятых долей миллиметра (алмазные порошки).
Основной частью кольцевого алмазного сверла является коронка, состоящая из стального цилиндрического корпуса с закрепленной на его торце кольцевой алмазосодержащей матрицей. Матрица изготовляется из порошков твердых сплавов марки ВК6, ВК8, ВК10, играющих роль связки, и пропитывается медью. Алмазные зерна перемешиваются с порошком твердого сплава, после чего выполняется формовка и спекание под большим давлением. Таким образом, алмазные зерна равномерно распределяются по всей массе кольца.
При сверлении к коронке прикладываются значительный вращающий момент и осевое усилие. При этом материал строительной конструкции (железобетон и т. п.) разрушается за счет среза (истирания) его алмазными зернами. Строительное основание разрушается по кольцу. Внутри коронки и цилиндрического удлинителя остается столб высверленного материала, который называется керном. Чтобы исключить трение корпуса коронки и удлинителя о внутренние стенки высверливаемого гнезда и обеспечить легкое извлечение керна, кольцо матрицы должно иметь толщину стенок большую, чем у корпуса коронки (т. е. выступать наружу и внутрь корпуса). Для охлаждения алмазосодержащего торца и удаления буровой мелочи при сверлении алмазными сверлами необходимо применение промывки зоны резания водой. Вода подается под давлением через специальную муфту внутрь кольцевого сверла. В рабочем торце матрицы предусмотрены специальные пазы — промывочные окна, через которые вода и шлам поступают наружу.