מברז ומחרוקת

למעלה: מברז לתבריג בחור אטום
באמצע: מברז לחור עובר
למטה: מברז קוני לתברוז ידני

מברזים שונים.

ידית ומברז

ידיות שונות למברזים

מברז לחור עובר עם השחזת GUN

מברז (Tap) ומחרוקת (Die) הם כלים המשמשים לעיבוד הברגות. המברז משמש לעיבוד תבריג פנימי כמו התבריג באומים והמחרוקת משמשת לעיבוד תבריג חיצוני כמו בייצור בורג. תהליך העיבוד באמצעות מברז נקרא תברוז, ותהליך העיבוד לתבריג חיצוני נקרא תיברוג.

ניתן להשתמש בשני הכלים לניקוי תבריגים. עם זאת, שימוש במברז רגיל או מחרוקת רגילה במטרה לנקות תבריג מלכלוך, קורוזיה, או הצטברות פיח, עלול לפגוע במידות התבריג. למטרה זו יש כלים דמויי מברז או מחרוקת, אך מחומר רך שלא יכול להוריד שבב מהתבריג.

היסטוריה

בעוד שאומים וברגים מודרניים עשויים באופן שגרתי ממתכת, הרי שבעבר הרחוק כאשר המתקנים היו מעץכמו טחנות רוח, טחנות מים וטחנות קמח - גם כלי העיבוד היו מחומרים לא קשים.

עם המעבר למערכות עם מומנטים גבוהים ומשקלים כבדים הוחלפו חלקי העץ בחלקים ממתכות. לכך נדרשו ברגים גדולים וחזקים יותר, כדי לעמוד בפני שבירה. לכן החל ייצור של ברגים ואומים מפלדות וחומרים מתכתיים אחרים.

מברזים ומחרוקות לעיבוד מתכת היו מיוצרים בעבר על ידי המשתמשים.

במהלך המאה ה-18 וה-19 החל השימוש בטכנולוגיות הקשייה לפלדות, ובמקביל עבר הייצור של כלי החיתוך ליצרנים מומחים לייצור כלי חיתוך.

במהלך המאות ה-19 וה-20, התפתחה סטנדרטיזציה של התבריגים במקביל לטכנולוגיות הייצור של כלי החיתוך כמו מברז ומחרוקת.

חברה גדולה בארצות הברית לייצור מברזים הייתה "גרינפילד" אשר סיפקה כלים לייצור כלי נשק. במלחמת העולם השנייה, תעשייה זו נחשבה אסטרטגית וזכתה להגנה צבאית של כוחות הברית.

המברז

המברז מעבד את הקדח הפנימי ויוצר תבריג שמשמש כאום. שלושת המברזים בתמונה ממחישים את הסוגים הבסיסיים הנפוצים ביותר בתהליכי הייצור:

• מברז לחור אטום – למברז המוצג בחלק העליון של התמונה יש פרופיל חיתוך רציף ללא קונוס קדמי, כדי שיוכל להגיע לתחתית הקדח ולקבל תבריג המגיע עד למרחק של 1.5 כריכות מתחתית הקדח. תכונה זו מאפשרת למברז להגיע לתחתית חור אטום.
• מברז ביניים או מברז לחור עובר למברז המוצג באמצע התמונה יש קונוס קדמי שמאפשר לו להתחיל בקלות את ייצור התבריג. מברז זה מתאים לעיבוד תבריג בקדח עובר ולכן גם יש לו קונוס קדמי על 3–5 כריכות מקצה המברז.
• מברז קוני – למברז הקטן המופיע בתחתית התמונה יש קונוס קדמי ארוך כדי לבצע פעולת חיתוך הדרגתית. מברז זה משמש לרוב כאשר החומר קשה לעיבוד כמו פלדה מסוגסגת או שהמברז הוא בקוטר קטן מאוד ולכן נוטה לשבירה.
• מברז ידני – מברזים אלה מכונים מברזים ידניים, מכיוון שהם מופעלים ידנית. במהלך הפעולה, על העובד להפוך מדי פעם את כוון סיבוב המברז כדי לשבור את השבב, ולהימנע משבבים ארוכים המקשים על פעולת המברז ועלולים לגרום לשבירתו.
• מברז מכונה – הסוג הנפוץ ביותר של מברז מכונה הוא מברז עם ספירלה בקונוס הקדמי. מברז זה נקרא "מברז אקדח" (Gun tap) אשר הספירלה הקדמית שלו שוברת את השבב ו"יורה" אותו קדימה כדי לפנות מקום למברז. בדרך כלל משתמשים במברזים אלה בקדחים עוברים. גרסה נוספת של מברז מכונה הוא מברז עם ספירלה לכל אורך המברז כמו במקדח ספירלי. כלים אלה נמצאים בשימוש נרחב בפעולות עיבוד אוטומטיות במהירות גבוהה בשל יכולתם לעבוד היטב בקדחים אטומים.
• מברז לעיצוב פלסטי ללא שיבוב – מברז מסוג אחר לגמרי הוא מברז בעיבוד פלסטי. מברז זה חודר בכוח לתוך הקדח ויוצר תבריג ללא שבבים. למברז אין תעלות אך יש לו פרופיל שמקטין את החיכוך במהלך חדירת המברז. תהליך תיברוז זה מתאים לביצוע בחומרים רכים או בחלקים דקי דופן. בתהליך זה נוצר חום רב ולכן משתמשים בשמן סיכה מיוחד להקטנת החיכוך ולקירור הקדח.

עיבוד תבריגים

בין אם הדבר נעשה באופן ידני או אוטומטי, עיבוד ההברגה מתחיל בעיבוד קדח בקוטר מתאים. ליצרני המקדחים יש מקדחים המתאימים לייצור קדח מוקדם לכל תבריג.

תבריג ידני

כאשר נידרש לבצע תברוז ידני בחומרים עם קשיות נמוכה כמו פלסטיק, אלומיניום או פלדה עדינה, משתמשים בסט של 3 מברזים אשר מאפשרים לעבד את התבריג באופן ידני. המברז הראשון הוא בעל קונוס כניסה קדמי ארוך, ומאפשר לבצע את החדירה הראשונה. המברז השני הוא בעל קוטר גדול יותר מהראשון, והמברז השלישי הוא במידות הסופיות של התבריג.

הברזה על מכונה

כיום מרבית התבריגים מבוצעים על מכונות עיבוד שבבי כמו מחרטה או כרסומת.

המכונות כיום מבוקרות מחשב ומבצעות את התבריגים על ידי מקדחים ומברזים המוחלפים אוטומטית במכונה.

סיבות נפוצות לשבירת מברז הן:

• בעיות הקשורות למברז:
  • שימוש במברז שחוק אשר גורם כח חיכוך הולך וגובר עד לשבירת הכלי במהלך ביצוע התבריג.
  • שימוש במברז עם גאומטריית מברז לא מתאימה לתהליך העיבוד.
  • שימוש במברזים באיכות לא סטנדרטית או נחותה.
• סתימת הקדח בשבבים.
• אי התאמה בין המברז לקדח הכנה לא נכונה של הקדח המוקדם.
• תנאי עיבוד כמו מהירות חיתוך או קידמה לא נכונים.
• חימום רב עקב אי שימוש בנוזל קירור.
• היעדר כלי ייעודי אשר מבטיח שלא יתקבל מומנט גבוה מדי. אמצעי כזה גורם לעצירת פעולת התיברוז כאשר המומנט גבוה.
• הגדרה לא נכונה של הפרמטרים לביצוע התבריג במכונה.

כדי להתגבר על בעיות אלה משתמשים במחזיקי כלים מיוחדים ייעודיים לביצוע תבריגים במכונות מבוקרות מחשב.

מחזיקי כלים לפעולות הברזה

ישנו מגוון רחב של מחזיקים מיוחדים לביצוע תבריגים במכונה כמו מחרטה, מקדחה או כרסומת.

עזרים לתיברוז ידנית (ג'יג'ים ומתקנים פשוטים)

מבוצע בעיקר על ידי מתקנים המבטיחים כניסת מברז בניצב לפני השטח. מתקנים אלה מהודקים לחלק המעובד ומכוונים את המברז.

• מיתקן תיברוז ידני צף. מתקן זה מבטיח ניצבות בתנועת המברז ויש לו אמצעים המונעים מומנטים גבוהים.

מתקן תיברוז לציר המכונה

• למברז יש קוטר קנה מדויק וכן מרובע בקצה העליון.
• הקוטר המדויק דפון במחזיק ומבטיח מרכזיות, המרובע מבטיח העברת מומנט ואי החלקה של המברז.
• מצמד בטיחותי – מנגנון הבטיחות מבטיח שהמומנט לא יעלה מעבר למותר, כדי להציל את המברז מפני שבירה.
• ציפה וגמישות בציר האנכי.
• פיצוי אורך מובנה דואג לדחיפה או משיכה נוספים בזמן העיבוד.

תחנות תיברוז

• תחנות התיברוז הן שולחנות עבודה עם ראש תיברוז המחובר לקצה זרוע בסגנון פנטוגרף הדומה לזו של מנורת זרוע מאוזנת. המפעיל מנחה את ראש התיברוז לכל קדח (שכבר נקדח) ומבצע את התיברוז.

מידות המקדח למידת התבריג

קיימות טבלאות המגדירות את מידת הקדח לביצוע ההכנה לכל תבריג.

מחרוקת

חמישה גדלים וסוגים של מחרוקות

מחרוקת מבצעת תבריג חיצוני ולמעשה מייצרת בורג. המחרוקת משמשת ככלי ידני ולא מיועדת לעבודה במכונה. ישנה מחרוקת מלאה עם קוטר תבריג קבוע (כמו 3 המחרוקות בשמאל התמונה) וישנם כלים עם אפשרות לכוונון הקוטר על ידי בורג הידוק. למחרוקת יש מחזיק מיוחד שמאפשר לתפוס ולסובב את המחרוקת כדי לייצר את התבריג. למחרוקת מלאה יש מידה וטולרנס קבועים מראש. בייצור התבריג יתקבל תבריג בטולרנס על פי הגדרת המחרוקת. הגליל עליו יבוצע התבריג עובר חריטה מוקדמת לקוטר המוגדר בתקן התבריג. בדרך כלל יש לגליל פאזה קטנה כדי לסייע במירכוז המחרוקת לקראת תהליך התיברוז.

ניקוי תבריגים

ניקוי התבריג מבוצע עם כלי דמוי מחרוקת, אשר אין סכנה שישנה את ממדי התבריג. כלי זה מיוצר מחומר רך יותר, ואינו מתאים לייצור תבריג חדש.

מדידת תבריגים

מאחר שהמברז או המחרוקת יוצרים את הצורה והממדים הסופיים של התבריג, יש צורך למדוד את מידות התבריג.

מדיד הברגה – מדיד הברגה הוא מוט עם תבריג מושחז בשני קצותיו. בצד אחד מדיד, תבריג "עובר" (Go) אשר חייב להיכנס לתוך התבריג.

בצידו השני תבריג עם סימון "לא עובר" (No go), אשר אסור לו להיכנס לתבריג.

מדיד זכר לתבריג נקבה ומדיד נקבה לתבריג זכר.

חומרים לייצור כלי חיתוך

מברזים ומחרוקות עברו את תהליך פיתוח חומרי הגלם לייצורם כמו שאר כלי החיתוך לייצור מכני.

עם תקופת פיתוח חומרים קשים כגון פלדות מסוגסגות, החל המעבר לייצור כלי חיתוך מחומרים קשים. לפלדה בתהליך עיבוד יש קושי של 20–30 HRC.

פלדה מחוסמת היא פלדה אשר עברה חיסום והקשייה לערכי קושי מעל קושי החלק המעובד.

פלדה מהירה HSS – פלדה מסוגסגת עם תוספים כגון ונדיום וטונגסטן. לאחר טיפול תרמי מגיע קושי החומר ל-56 HRC. ערכי קושי גבוהים מאפשרים תהליך ייצור הדיר ללא שחיקה רבה של כלי החיתוך.

כלי HSS עם ציפוי אשר מקשה את פני השטח, צפויים נפוצים הם טיטניום ניטריד, ואלומיניום אוקסיד - חומרי מתק"ש המיוצרים מאבקות מתכת בתהליך סינטור ויש להם קושי גבוה מאוד (60–63 HRC)

מרבית המברזים בתעשייה מיוצרים מ-HSS ובחלקם עם ציפוי פני השטח.

נוזלי סיכה וקרור

השימוש בחומר סיכה מתאים חיוני ברוב פעולות התיברוז. חומרי סיכה מומלצים לכמה חומרים נפוצים והם כדלקמן:

• פלדת פחמן-נפט ושמן חיתוך אורגני או סינתטי.
• סגסוגת פלדה - שמן חיתוך על בסיס נפט מעורבב עם כמות קטנה (כ-10 אחוזים) של נפט או תוספים מינרליים. תערובת זו מתאימה גם לשימוש עם נירוסטה.
• ברזל יצוק - ללא חומר סיכה. יש להשתמש בסילון אוויר לפינוי השבבים.
• אלומיניום - נפט או תוספים מינרליים מעורבבים עם כמות קטנה (15–25 אחוז) של שמן חיתוך על בסיס נפט. במקרים מסוימים, מוצרים כגון WD-40, הם תחליפים מקובלים.
• פליז-נפט או תוספים מינרליים.

ראו גם

• אום ריתוך
• תהליכי ייצור מכני
• תותב מתוברג
• קידוח
• נוזל חיתוך
• מדידי הברגה

לקריאה נוספת

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4
• Roe, Joseph Wickham (1916), English and American Tool Builders, New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753. Reprinted by McGraw-Hill, New York and London, 1926 (LCCN 27-24075); and by Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, ISBN 978-0-917914-73-7

קישורים חיצוניים

• Photo of a hand-tapper

ביבליוגרפיה

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Stephenson, David A.; Agapiou, John S. (1997), Metal cutting theory and practice, Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-9579-5.
• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (eds.), Machinery's Handbook (25th ed.), New York: Industrial Press, ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC 473691581.