因為鑽頭本身的設計 就是靠旋轉 一層層切割物體。當然你也可以設計成直線撞擊 衝擊鑽不就是在直線方向上進行加強嗎 但是效率還是遠不及旋轉切割。

至於為什麼旋轉的設計比較好 需要秀一波材料力學:

簡單模型

鑽頭接觸點放大至微觀 將物體劃分為極小立方體

每個小模塊的受力:

力的方向垂直於平面 會產生normal stress, 用sigma表示,力的方向平行於平面的產生shear stress, 用Tau表示。normal stress 產生的形變是這樣的:

shear stress 產生的形變:

所以單純的垂直方向的力 會傳遞到物體內部轉化為內應力 這是以局部對抗整體 會很費力。這樣設計的話 對鑽頭材料要求就會很高。下圖粗略顯示物體內部的反作用力(紅色):

但是旋轉的話 物體就只是在鑽頭作用範圍內局部受力 因為力平行於物體表面 不向內部傳遞。

還有一點 因為扭矩的原因 旋轉的方式更容易產生較大的力 拿一個普通bosch電扳手舉例 (可接鑽頭):

可以看到最高扭矩650Nm,假設鑽頭直徑1cm, 那產生的力就可以達到65000N, 再加上鑽頭其實是刀口設計 可以產生極高的shear stress 配合高轉速將材料一層層切掉 效率比前後撞擊高得多 所以你才會覺得旋轉進擊是如此輕鬆


感謝大家評論 我來更新一下。

之前電扳手的圖 主要是為了那個扭矩的數值 電鑽一般不標註扭矩 因為從應用需求的角度 電鑽追求切割效率 扭矩夠用就行。電扳手的設計 就是為了擰螺絲 主需求就是扭矩 正如 @電你到高 所說。不過我還是找到了一個標註扭矩的電鑽,電鑽扭矩要小很多。

雖然電扳手可以通過換介面接鑽頭 但是要用專用衝擊鑽頭 一般鑽頭承受不了衝擊會斷。另外電扳手一般不能調轉速 鑽孔效率要低一些 介面問題也會導致不夠精確。

之前的模型是二維平面 鑽頭前端也簡化成平的了 主要是為瞭解釋旋轉產生的shear stress。更精確的模型參考下圖:

圖片來源:Nicusor Baroiu, Dan Birsan,STRESS AND DEFORMATION STATES FOR STRAIGHT EDGE AND CURVED EDGE HELICAL DRILLS

它是有個尖頭的 一開始能擠進去一點 但隨著接觸面積增大 壓強降低 就擠不進去了 這時候需要旋轉 將周圍的材料切掉 減小接觸面積 就又能往前擠進去 如此循環

下面是刀刃上不同位置所對應的壓強(嚴格來說是stress/應力,壓強pressure是針對於流體,他們的單位相同 都是Pa),最高650MPa左右。

圖片來源:Nicusor Baroiu, Dan Birsan,STRESS AND DEFORMATION STATES FOR STRAIGHT EDGE AND CURVED EDGE HELICAL DRILLS

英文好的可以參考原論文:

https://www.researchgate.net/publication/308787316_STRESS_AND_DEFORMATION_STATES_FOR_STRAIGHT_EDGE_AND_CURVED_EDGE_HELICAL_DRILLS?

www.researchgate.net


不知道你是說機加工還是裝修打牆的衝擊鑽,分別回答吧

對機加工而言,是鑽孔,還是沖孔,這是機加工的效率和工藝要求問題,對於板材,並且精度要求不高的,可以沖牀直接衝出來,但是對厚度較大的材料來說,衝壓的撞擊點附近會產生較大形變,你這個孔撞出來了,結果孔周邊變形的嚇死人,而且產生很大的應力,其他的工藝要求怎麼辦?

機加工鑽頭主要是刃口進行切削,而不是撞擊,螺旋形的槽,是排出切削下來的碎屑的。如果是精度要求比較高的,就不能用衝壓的方式了,鑽頭切削,一方面精度比沖牀高,另一方面,基本不產生應力,不會對其他工藝造成影響。

對於衝擊鑽頭來說,是高強度的頭部撞碎目標,碎屑同樣需要排出,纔能有效的再往下撞擊,否則不停的撞擊碎屑,是不能形成有效衝擊的。那麼問題來了,碎屑怎麼排出?自然還是需要一個螺旋槽,同時,鑽頭自然不能做成圓形,必須有空隙才能讓碎屑有門進入螺旋槽,所以鑽頭從正面看,是個長方形,撞碎了一個點,然後旋轉一下,撞擊臨近的點,同時前面的碎屑進入螺旋槽,就這樣重複進行下去。


旋轉的轉頭有一個切應力小面。而垂直就是正接觸,這是一維壓縮過程,壓縮也能產生切應力面,但是這個面的量遠遠小於旋轉產生的切應力面,故旋轉產生了更多、更大的切應力面。

總結:旋轉產生的效應有:

保證足夠多的接觸面

產生刀鋒的切割面

刀鋒接觸點產生正應力相關的切應力面

我覺得這個圖應該一目瞭然了,記得點贊+關注啊親。


鑽頭是靠主切削刃旋轉把材料一層層刮下來形成鑽孔的。硬懟是懟不進去的。


不知道提問者是相關專業工科學生還是僅僅感興趣。

看到了一些答案講解的比較深也用到了一些專業辭彙,我就簡單從大白話的角度來說一下吧。

以岩石鑽進為例,巖體一般在物理力學上最重要的兩個強度就是抗壓強度和抗剪強度,顧名思義,前者是破壞前所能承受的最大壓力值,後者是破壞前能夠承受的最大扭矩值。在外力作用下,岩石內部會產生應力,應力值超過岩石抗性強度指標即會發生破壞。

但岩石的普遍抗剪強度是小於抗壓強度的,所以大多數岩石會發生的剪切破壞。即便是你用液壓機去壓石頭,石頭髮生的也是剪切破壞。是的,你沒看錯,就是剪切破壞。

可能會有同學要問為什麼壓壞這個過程,也是剪切破壞。其實還是剛剛的原因,岩石的抗剪強度遠低於抗壓強度,而岩石受力後,內部產生的應力是有多個方向的,儘管給出的是壓應力,但在剪切方向依然有應力分量,所以還是會先達到剪切破壞而非壓破壞。而如果想純粹測試壓到什麼程度能破壞,也就是抗壓強度測試的話,是需要把巖體做成標準試件,然後用專門的伺服壓力機進行單軸或者三軸抗壓強度測試,即需要在側面給一定的壓力做保護,防止先出現剪切破壞。感興趣的話可以查詢《高等岩石力學》。

那麼回答提主的問題,鑽進破壞過程主要是兩種形式,壓壞和剪切壞,自然是更容易剪切壞的,所以這就是為什麼旋轉更容易鑽進,就是因為絕大多數物體抗壓強度大於抗剪強度,而旋轉提供了剪切力。

最後還要補充一下,並非沒有直線撞擊的破壞形式,只不過更加適用於脆性巖體的破壞過程,如衝擊式鑽進。


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