Bạn đã bao giờ cầm một chiếc máy khoan và tự hỏi tại sao lại có quá nhiều hình dạng, kích thước, thậm chí cả âm thanh khác nhau chưa? Khoan không chỉ đơn thuần là đục một lỗ tròn. Thợ mộc, nhà địa chất, kỹ sư dầu khí và nha sĩ đều khoan, nhưng mỗi nhóm lại sử dụng một công cụ rất khác nhau.
Hiểu rõ những điểm khác biệt này sẽ giúp bạn làm việc nhanh hơn, tiết kiệm chi phí và đảm bảo an toàn. Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn chi tiết từng loại dụng cụ khoan chính bằng ngôn ngữ rõ ràng, đơn giản. Cuối cùng, bạn sẽ biết dụng cụ nào phù hợp với gỗ, kim loại, bê tông, đá sâu, hay thậm chí là xương, và bạn sẽ thấy các thiết kế hiện đại liên tục vượt qua giới hạn về tốc độ và độ chính xác.
Kiểu giằng cổ điển sử dụng tay quay hình chữ U, tay cầm bằng gỗ ở trên cùng và một bánh cóc cho phép bạn làm việc ở những khu vực chật hẹp. Khi bạn xoay tay quay, mũi khoan sẽ quay và cắt các sợi gỗ một cách gọn gàng. Thợ mộc vẫn sử dụng kiểu giằng này cho các công việc mộc tinh xảo vì họ có thể cảm nhận được đường cắt và dừng lại trước khi mũi khoan bị rách ra khỏi đầu ra.
Dụng cụ này trông giống như một chiếc máy trộn nhà bếp cũ. Một bánh răng nhân chuyển động tay lên, giúp mâm cặp quay nhanh hơn tay cầm. Nó thích hợp để khoan các lỗ nhỏ trên gỗ, nhựa hoặc tấm kim loại mỏng. Những người yêu thích dụng cụ này thích nó vì nó cho phép điều khiển hoàn toàn mà không cần dây hay pin.
Một lò xo bên trong thân máy sẽ quay mũi khoan mỗi khi bạn ấn tay cầm xuống. Thợ điện từng dùng máy khoan đẩy để khoan lỗ bắt vít vào hộp công tắc. Chúng nhanh, êm và đủ nhẹ để bỏ vào túi áo.
Máy khoan có dây sử dụng nguồn điện lưới, nghĩa là nó có thể hoạt động cả ngày mà không cần thay pin. Máy sử dụng đầu kẹp có khóa hoặc không khóa, có thể khoan từ mũi khoan xoắn 1 mm đến mũi khoan hình xẻng 38 mm trên gỗ mềm.
Pin lithium-ion cho phép máy khoan này hoạt động ở bất cứ đâu. Bộ ly hợp trượt sẽ dừng động cơ khi vít đạt mô-men xoắn cài đặt. Thợ xây có thể vặn hàng trăm con vít mà không hề gây áp lực lên cổ tay vì chính động cơ, chứ không phải bàn tay, mới là người thực hiện công việc nặng nhọc này. Các mẫu máy khoan không dây hiện nay có tốc độ và mô-men xoắn ngang ngửa với máy khoan có dây nhỏ.
Máy khoan búa bổ sung những cú đập nhỏ thẳng hàng vào chuyển động quay. Tốc độ khoan nhanh giúp mũi khoan mài tường mà không bị tắc nghẽn. Các nhà cải tạo nhà lựa chọn công cụ này khi cần neo vào tường gạch hoặc tường khối.
Búa xoay chuyển từ chế độ gõ sang chế độ đập thực sự. Một piston bên trong dẫn động mũi khoan như một chiếc búa khoan thu nhỏ. Chuôi SDS hoặc SDS-Plus khóa chặt vào trục chính nên không bao giờ bị trượt. Công nhân chọn mũi khoan SDS khi họ phải đục lỗ 16 mm xuyên qua bê tông cốt thép cả ngày.
Máy vặn vít tác động xoay chứ không đập về phía trước. Nó tạo ra lực xoắn mạnh mẽ, giúp bẻ gãy các ốc vít cứng đầu hoặc làm chìm các bu lông trễ mà không cần khoan trước. Đầu kẹp lục giác có thể gắn các mũi vặn vít, đầu vặn đai ốc và mũi khoan nhỏ dùng cho kim loại.
Hộp số 90 độ đưa đầu kẹp gần bề mặt, giúp thợ sửa ống nước và thợ mộc dễ dàng luồn lách giữa các thanh giằng hoặc dầm. Mô-men xoắn vẫn cao, nhưng vỏ máy vẫn dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật cản trở đường khoan thẳng.
Mũi khoan cũng quan trọng như động cơ. Mỗi hình dạng và vật liệu của mũi khoan đều đảm nhiệm một nhiệm vụ cụ thể.
● Mũi vặn – Lựa chọn chung cho gỗ, nhựa và kim loại. Thép gió (HSS) chịu nhiệt tốt trong khi rãnh xoắn ốc loại bỏ phoi.
● Mũi nhọn – Cựa nhọn ở giữa giữ chặt các thớ gỗ và dẫn đường cắt thẳng. Cựa bên cắt phần vai sạch sẽ, để lại các lỗ vào và ra gọn gàng.
● Mũi xẻng – Một mái chèo rộng giúp xúc gỗ nhanh hơn. Thợ điện và thợ sửa ống nước dùng mũi xẻng để luồn cáp hoặc ống qua các đinh tán.
● Mũi khoan – Vít dẫn hướng kéo mũi khoan về phía trước, giúp người dùng chỉ cần dùng một lực nhỏ. Các rãnh sâu giúp nâng vật liệu ra khỏi các lỗ dài trên dầm hoặc cột điện.
● Forstner bit – Khoan các lỗ đáy phẳng để lắp bản lề hoặc chốt. Vành khoan tạo đường cắt trong khi điểm giữa định hướng.
● Cưa lỗ – Cốc có răng cưa cắt đường kính lớn cho phụ kiện cửa, ống thoát nước hoặc hộp ống dẫn. Răng kim loại kép có thể cắt xuyên qua cả gỗ và thép mỏng.
● Bước bit – Hình nón với các bậc so le giúp mở rộng các lỗ thành mỏng mà không cần thay đổi đầu mũi khoan. Thợ gia công kim loại tấm yêu thích bề mặt nhẵn mịn, không có gờ.
● Đế chìm – Sau khi khoan lỗ dẫn hướng, lỗ khoét sẽ mở rộng phần trên để đầu vít nằm ngang bằng.
● Bit xây – Đầu mũi khoan cacbua vonfram có khả năng chịu được sự mài mòn của gạch và đá khi kết hợp với máy khoan búa.
● Mũi khoan phủ coban hoặc titan – Độ cứng được tăng cường giúp lưỡi dao luôn sắc bén khi khoan thép không gỉ.
● Mũi khoan lõi kim cương – Kim cương công nghiệp được gắn vào đầu mài rỗng để mài kính, gạch và bê tông. Hệ thống làm mát bằng nước giúp rửa trôi bụi bẩn và giảm thiểu bụi.
Máy khoan giữ trục chính thẳng và di chuyển xuống bằng cần gạt. Cột cứng giúp giữ trục chính không bị uốn cong, giúp lỗ khoan luôn chính xác. Chốt chặn độ sâu giúp lặp lại các thiết lập cho công việc hàng loạt.
Máy ép cao hơn có thể xử lý các phôi dài hơn như chân bàn hoặc khối động cơ. Động cơ lớn hơn quay các chi tiết lớn hơn và ít rung lắc hơn.
Cánh tay có thể xoay và trượt, cho phép đầu khoan vươn xa qua tấm kim loại mà không làm dịch chuyển chi tiết. Các xưởng kim loại khoan mặt bích và dầm kết cấu bằng mũi khoan xuyên tâm.
Một nam châm điện mạnh sẽ kẹp chặt đế vào tấm thép hoặc dầm. Đội ngũ cầu tàu và thợ đóng tàu sẽ nâng mũi khoan từ vào những vị trí khó và khoan lỗ để lắp bu lông và đinh tán.
Nhiều trục chính dùng các mũi khoan riêng biệt và khoan nhiều lỗ cùng lúc. Các nhà máy sản xuất đồ nội thất sử dụng máy khoan băng chuyền để tăng tốc độ khoan lỗ chốt trên kệ.
Điều khiển máy tính di chuyển bàn và trục chính theo ba hoặc nhiều trục. Các nhà sản xuất bảng mạch in dựa vào Máy khoan CNC để xuyên qua hàng ngàn lỗ nhỏ trên một tấm kim loại duy nhất.
Hệ thống truyền động SDS cho phép mũi khoan trượt vào và ra dưới các cú đập búa, đồng nghĩa với việc năng lượng thực sự sẽ tác động đến đầu mũi khoan. Thợ mộc thường neo cốp pha và kẹp chống bão bằng mũi khoan SDS-Plus có đường kính lên đến 30 mm.
Những chiếc búa nặng hơn có cán 18 mm và đập với lực gấp ba lần. Công nhân đóng các thanh cốt thép vào tường móng và khoét rãnh để lắp đặt hệ thống ống nước hoặc dây điện.
Công tắc chuyển đổi giữa chế độ xoay kết hợp búa, chỉ búa và chỉ xoay. Ở chế độ chỉ búa, đầu kẹp có thể chấp nhận đục để nạy gạch hoặc làm sứt mẻ vữa cũ.
Một giá đỡ giữ cho mũi khoan kim cương rỗng cố định khi khoan xuyên qua các tấm bê tông để làm ống thông gió HVAC hoặc ống bọc tiện ích. Nước chảy qua trục chính để làm mát mũi khoan kim cương và giữ bụi.
Giàn khoan nâng một cái đục nặng trên một sợi cáp và thả nó xuống, phá vỡ đá bằng lực va chạm. Những người tiên phong trong ngành dầu khí thời kỳ đầu đã khoan bằng dụng cụ cáp, và các giàn khoan giếng nước nhỏ vẫn sử dụng chúng ở những nơi ngân sách eo hẹp.
Khí nén dẫn động búa khoan xuống lòng đất, đập vỡ đá và thổi vụn kim loại lên vành đai. Các nhà thăm dò ưa chuộng phương pháp RAB vì khả năng lấy mẫu nhanh và chi phí thấp.
Các thanh hai lớp dẫn khí xuống khe hở và nâng các mẫu chip bên trong ống bên trong. Đường dẫn kín giúp tránh nhiễm bẩn, do đó các phòng thí nghiệm có thể tin tưởng vào kết quả xét nghiệm.
Mũi khoan kim cương cắt lõi hình trụ. Các nhà địa chất đọc lõi để xác định loại đá, cấu trúc và hàm lượng khoáng chất. Giàn khoan lõi cho phép thâm nhập chậm hơn nhưng cung cấp dữ liệu vô giá.
Búa nằm phía sau mũi khoan và đập trong khi toàn bộ cụm máy quay. Búa DTH khoan các mỏ đá cứng và nổ lỗ có thành thẳng để đặt thuốc nổ tốt hơn.
Một bộ dao động tần số cao làm rung dây cần. Ma sát tại mũi khoan làm tan chảy các liên kết đất, giúp nòng trượt xuống mà không gây ra nhiều xáo trộn. Các công ty môi trường sử dụng giàn khoan âm thanh để tạo ra lõi sạch, không bị xáo trộn.
Một trục vít liên tục đẩy đất ra khi mũi khoan tiến lên. Các kỹ sư ghi lại các thành tạo nông và lắp đặt các giếng quan trắc có khoan ở độ sâu dưới 30 m.
Các giếng dầu trải dài hàng ngàn mét dưới đáy biển. Dây khoan được trang bị nhiều bộ phận đặc biệt để chịu được áp suất, nhiệt độ và độ rung.
Ống thép truyền mô-men xoắn và bùn khoan từ sàn giàn khoan đến mũi khoan. Các mối nối dụng cụ ở mỗi đầu tăng thêm độ dày thành để các ren chịu tải.
HWDP kết nối ống mềm và vòng đệm khoan cứng. Nó làm trơn tru quá trình chuyển đổi và giảm áp lực tại các khớp nối chính.
Các thanh thành dày tăng thêm trọng lượng, đẩy mũi khoan vào đá. Vòng đệm giữ dây ở trạng thái nén, ngăn không cho dây bị xoắn lại như lò xo.
BHA nằm giữa các vòng đệm và mũi khoan. Nó có thể mang theo động cơ bùn, bộ ổn định, bình chứa và cảm biến cung cấp dữ liệu thời gian thực lên bề mặt. Thiết kế BHA phù hợp giúp kiểm soát hướng và giảm rung động.
● Con lăn hình nón (tri-cone) – Ba hình nón lăn trên ổ trục. Răng thép hoặc chèn cacbua vonfram nghiền đá có độ cứng trung bình đến cao.
● PDC (kim cương đa tinh thể nén) – Đĩa kim cương cắt đá với lực tiếp xúc ổn định, tạo ra tốc độ thâm nhập cao vào đá phiến sét và đá sa thạch.
Động cơ dịch chuyển dương biến công suất rotor thành mô-men xoắn tại mũi khoan. Khi bạn uốn cong vỏ, động cơ sẽ điều khiển trục khoan mà không làm quay toàn bộ dây.
Hệ thống điện tử và miếng đệm đẩy mũi khoan hoặc hướng mũi khoan để đổi hướng trong khi mọi thứ vẫn tiếp tục quay. Hệ thống này khoan lỗ mịn hơn và giữ mũi khoan trong vùng khoan lâu hơn.
Các công cụ MWD gửi dữ liệu độ sâu, độ nghiêng và phương vị. Các công cụ LWD đọc tia gamma, điện trở suất và mật độ. Các cảm biến này nằm cách mũi khoan vài inch và tránh được các va chạm không đáng có.
Sau khi mũi khoan đạt đến độ sâu mục tiêu, đội khoan sẽ luồn ống thép vào lỗ khoan, sau đó trám xi măng. Ống dẫn dầu hoặc khí sau đó sẽ dẫn dầu hoặc khí lên bề mặt trong khi vẫn kiểm soát áp suất.
● Máy khoan vi mô và mũi khoan PCB – Mũi khoan cacbua nguyên khối dưới 0,2 mm để khoan bảng mạch in với trục quay 50.000 vòng/phút.
● Máy khoan răng – Tay khoan khí nén quay mũi khoan kim cương hoặc cacbua ở tốc độ 400.000 vòng/phút để cắt men răng gọn gàng và không cần dùng nhiệt.
● Máy khoan xương chỉnh hình – Bác sĩ phẫu thuật sử dụng các mũi khoan có lỗ thông trượt qua dây dẫn hướng, đảm bảo các lỗ khớp hoàn toàn với vít.
● Mảnh thủy tinh và gốm – Mũi tên cacbua bắt đầu lỗ; lõi kim cương hoàn thiện các cạnh sạch sẽ mà không bị nứt.
● Máy khoan sợi quang – Lõi rỗng bảo vệ các sợi mỏng manh khi kéo chúng qua các bức tường và ống dẫn.
Tia laser năng lượng cao làm bốc hơi đá trong vài micro giây, tạo ra những bức tường thủy tinh có khả năng chống sụp đổ. Nghiên cứu vẫn đang được tiếp tục về nguồn cung cấp điện và chi phí.
Nước áp suất cực cao (đôi khi có hạt mài mòn) cắt xuyên qua các cấu trúc giòn. Tia nước tạo ra ít rung động và có thể làm giảm độ mài mòn của dụng cụ.
Phóng điện trong chất lỏng phá vỡ đá bằng sóng xung kích. Hệ thống không cần tiếp xúc trực tiếp với bit, do đó độ mài mòn bit giảm xuống bằng không.
Nitơ lỏng đóng băng trầm tích mềm, biến nó thành dạng rắn để mũi khoan thông thường có thể cắt thẳng. Các nhà khảo cổ học khoan lõi băng cực mà không làm tan chảy các lớp băng.
1. Phù hợp với vật liệu. Gỗ ưa cạnh sắc và tốc độ thấp. Bê tông cần mũi khoan cacbua và búa. Thép cứng cần mũi khoan coban hoặc cacbua với dầu cắt.
2. Biết kích thước và độ sâu của lỗ. Mũi khoan xoắn ngắn vẫn giữ được độ chính xác lên đến 13 mm. Đường kính lớn đòi hỏi phải sử dụng mũi khoan hình thuổng, cưa lỗ hoặc khoan lõi. Giếng sâu phụ thuộc vào sự tuần hoàn bùn để làm sạch các mảnh cắt.
3. Chọn nguồn điện. Các mẫu máy có dây cung cấp năng lượng vô tận trên bàn làm việc. Máy khoan không dây hoạt động trên mái nhà và cánh đồng. Dụng cụ khí nén tỏa sáng trong hầm mỏ, nơi tia lửa phải tránh xa.
4. Loại bỏ chip. Rãnh, không khí, bùn hoặc nước mang chất thải ra ngoài. Nếu vụn kim loại chặn lỗ, mũi khoan sẽ bị cháy hoặc gãy.
5. Tôn trọng sự an toàn. Đeo kính bảo hộ, kẹp chặt vật cần khoan và giữ thăng bằng. Sử dụng tay cầm bên hông cho máy khoan có mô-men xoắn cao. Thay mũi khoan cùn vì chúng dễ kẹt và chết máy.
6. Hãy nghĩ đến công thái học. Máy khoan góc vuông có thể giúp cổ tay bạn đỡ mỏi khi làm việc trong không gian chật hẹp. Tay cầm chống rung trên máy khoan búa giúp giảm mỏi khi làm việc trong thời gian dài.
Dụng cụ khoan có phạm vi ứng dụng rộng lớn, từ một mũi khoan đẩy cỡ lòng bàn tay có thể khoan lỗ dẫn hướng đến một giàn khoan đáy biển có thể khoan mũi khoan kim cương sâu năm km dưới mặt nước. Mỗi dụng cụ giải quyết một vấn đề rõ ràng: cắt một vật liệu cụ thể, đạt đến một độ sâu nhất định, định hướng đường đi, hay bảo vệ một mẫu vật. Khi bạn nhận ra những nhu cầu đó, dãy dài mũi khoan và mũi khoan sẽ biến từ một câu đố thành một danh sách rõ ràng. Lần tới khi bạn đối mặt với một mảnh gỗ, một bức tường bê tông, hay những lớp đá cổ, bạn sẽ biết cần phải chọn mũi khoan nào, cách thức hoạt động của nó, và tại sao nó xứng đáng có một vị trí trong hộp dụng cụ.