專(zhuān)利名稱(chēng)：用于檢測(cè)和量化鉆削不規(guī)則的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用圍繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)的切削工具加工金屬材料的領(lǐng)域；它更具體地涉及使用諸如帶有硬質(zhì)合金的鉆頭之類(lèi)的鉆頭來(lái)鉆孔。
背景技術(shù)：
為了在零件中取得鉆孔，將零件定位在虎鉗爪之間，接著被固定在應(yīng)力測(cè)量臺(tái)上。然后，將合適直徑的鉆頭靠近零件表面，在其被軸向驅(qū)動(dòng)的同時(shí)使其旋轉(zhuǎn)，以使它進(jìn)入材料。被示例在圖1中的鉆頭10包括具有帶有一或多個(gè)切削邊沿12的截頭圓錐體尖端形狀的頭部11，其中的磨損Vb在前角被測(cè)量。鉆頭被配置有用于去除屑片的螺旋槽13。該槽的外部邊沿形成鑲邊(list)14。鉆頭10被保持在可移動(dòng)的工具支撐體2上，所述支撐體2被安裝在合適導(dǎo)軸中。鉆頭的驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軸圍繞其軸旋轉(zhuǎn)的第一電動(dòng)機(jī)和允許該導(dǎo)軸軸向偏移的另一電動(dòng)機(jī)。這被示出在圖2中。這種加工設(shè)備還通過(guò)鉆頭被配置有外部或內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)3。零件4自身被夾持在虎鉗5中。
在沒(méi)有不規(guī)則時(shí)，鉆孔存在于圓柱體中，具有由鉆頭及其側(cè)面限定的直徑，所述側(cè)面顯現(xiàn)出垂直于鉆孔軸的規(guī)則加工條紋。然而，在某些切削、鉆孔幾何尺寸和工具磨損條件中，鉆孔可能具有由材料積聚形成的許多不規(guī)則，其由于機(jī)械和熱效應(yīng)聯(lián)合所引起的有害屑片去除或金屬結(jié)構(gòu)的局部改變而產(chǎn)生的。
已知有三種重要的不規(guī)則類(lèi)型。
第一種不規(guī)則，所謂的單獨(dú)屑片粘合，在此后被稱(chēng)為CCT，可以在鉆孔的內(nèi)壁上看到。這些為片斷屑片，其被焊接在鉆孔表面且被定位在垂直于鉆孔軸的方向。
第二種不規(guī)則，所謂的剪切材料條帶，在此后被稱(chēng)為BMC，導(dǎo)致在鉆孔階段產(chǎn)生非常多的屑片和鉆孔表面上材料的強(qiáng)力混合。這種材料裝配在切削操作期間被施加在鉆孔表面，然后在鉆頭取出時(shí)通過(guò)鑲邊被磨光，在鉆孔表面留下多樣性條紋。
可以被看到的第三種不規(guī)則被稱(chēng)為熱-機(jī)械效應(yīng)面積或ZATM。如與兩種前面的不規(guī)則相對(duì)，機(jī)械效應(yīng)與非常高的熱效應(yīng)相耦合，對(duì)較大厚度，以及對(duì)鉆孔入口和出口處的全部或部分深度，強(qiáng)烈地改變了鉆孔邊沿的微結(jié)構(gòu)。
本專(zhuān)利申請(qǐng)不限于這種典型的不規(guī)則，而是其它的也可被考慮。因而，其檢測(cè)和量化將取決于它們的PM標(biāo)示(signature)。
這種鉆孔不規(guī)則的起因可以有多種。下面的不規(guī)則可以被提及，而沒(méi)有任何限制 -由于泵意外停止、不適當(dāng)?shù)囟ㄎ坏臐?rùn)滑劑噴射或不良油/水比值而導(dǎo)致的不合格的潤(rùn)滑； -具體用于深度和/或傾斜鉆孔的不良屑片去除，因此，材料干擾成為經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象； -不適當(dāng)?shù)幕蜉^差的編程切削參數(shù)(具體地，超過(guò)臨界速度的過(guò)度切削速度和低于前者(underadvance)的使用)； -磨損的和/或較差再成型的工具或者進(jìn)一步配置有不規(guī)則涂層的(工具)； -不適當(dāng)適配的工具支撐體； -不適當(dāng)平衡的心軸(spindle)； -被不適當(dāng)定位在工具支撐體中的工具； -被不良加持在虎鉗中的零件； -不利的工具選擇參數(shù)、型號(hào)、屬性、……； -接受過(guò)不適當(dāng)熱處理的零件； -在各個(gè)鉆孔之間的太短的時(shí)間延遲，具體在SL鉆孔中； -……
發(fā)明內(nèi)容
具體在航空器領(lǐng)域，例如尤其用于涉及安全的關(guān)鍵零件，存有一或多個(gè)上述的不規(guī)則是不想要的。
因此，可優(yōu)選的是，盡可能快地檢測(cè)其存在及量化它們，也就是具體在空白處被鉆孔時(shí)，以在完工步驟期間去除這些零件或選擇去除它們的最適當(dāng)?shù)姆椒ā?br>
此外，知道了不規(guī)則類(lèi)型，其基于材料性能的強(qiáng)度和結(jié)果能允許更好的零件控制/量化，而不用系統(tǒng)地依賴(lài)非破壞性試驗(yàn)，從而導(dǎo)致明顯的時(shí)間節(jié)省。
因此，本發(fā)明的主要目的是用于對(duì)至少一個(gè)上述不規(guī)則類(lèi)型的檢測(cè)，這種不規(guī)則被單獨(dú)考慮或者基于鉆孔和非破壞方式組合地被考慮。
此外，本發(fā)明的另一目的是量化不規(guī)則類(lèi)型。
本發(fā)明的另一目的還是用于至少一個(gè)不規(guī)則的檢測(cè)，源自于鉆孔操作期間所要求作為時(shí)間函數(shù)的三維應(yīng)力，對(duì)這種參數(shù)的采集依據(jù)不需要復(fù)雜傳感器的傳統(tǒng)測(cè)量臺(tái)而方便地獲得。
依據(jù)本發(fā)明，使用檢測(cè)和可選地量化金屬零件中的鉆孔不規(guī)則的方法實(shí)現(xiàn)這些目的，鉆孔操作通過(guò)鉆頭來(lái)實(shí)施，特征在于，它包括一方面確定依賴(lài)于時(shí)間的兩個(gè)下面參數(shù)中至少之一的數(shù)值集，也就是，在至少一個(gè)零件的鉆孔操作期間所產(chǎn)生的鉆頭進(jìn)入金屬零件的穿透軸向應(yīng)力Fz(t)和扭矩C(t)，然后隔離對(duì)應(yīng)于不存在任何不規(guī)則的閾值和表示的Fzthreshold和Cthreshold數(shù)值，F(xiàn)zmax和Cmax數(shù)值對(duì)應(yīng)于最大值且表示有不規(guī)則，然后確定Fzmax/Fzthreshold和Cmax/Cthreshold比值和/或可選的AreaFzmax/AreaFzthreshold和/或AreaCmax/AreaCthreshold面積比值，所述面積比值為在具有作為下界限Fzthreshold或Cthreshold和作為上界限Fzmax或Cmax的Fz(t)或C(t)曲線(xiàn)下面的面積相關(guān)于在具有作為上界限Fzthreshold或Cthreshold的Fz(t)或C(t)曲線(xiàn)下面的表面，以使指示不規(guī)則類(lèi)型及可選的其嚴(yán)重程度，在另一方面，確定與鉆頭的側(cè)邊磨損Vb相關(guān)聯(lián)的數(shù)值集，例如Nbcrit.，對(duì)應(yīng)于用于Vbcrit.＝0.3mm(鉆頭的報(bào)廢)的所鉆的鉆孔臨界數(shù)目，以及Vb*和Nb*對(duì)應(yīng)于所考慮的不規(guī)則的首次出現(xiàn)，以及還隔離作為所鉆的鉆孔數(shù)函數(shù)的Fzmoy(Nb)和Cmoy(Nb)，以及對(duì)應(yīng)于切削邊沿的進(jìn)口處的信號(hào)平均值，以及確定Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)和/或Cmoy(Nb)/-Cmoy(Nb＝1)比值和/或可選地AreaFzmoy(Nb)/-AreaFzmoy(Nb＝1)和/或AreaCmoy(Nb)/AreaCmoy(Nb＝1)面積比值，以使指示相關(guān)于磨損的不規(guī)則的出現(xiàn)。
通過(guò)定義嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)來(lái)量化不規(guī)則，所述嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)依賴(lài)于鉆頭的這種應(yīng)力和/或切削參數(shù)和幾何參數(shù)和/或傾斜邊磨損參數(shù)。除了這種不規(guī)則之外，導(dǎo)致應(yīng)力和扭矩增加的沒(méi)有實(shí)際顯示在信號(hào)閾值和/或最大值的任何其他不規(guī)則更具體地通過(guò)面積分析被處理。然后，從鉆孔分析中獲得閾值，使用沒(méi)有所產(chǎn)生的任何不規(guī)則的相同切削參數(shù)，在切削參數(shù)(Vc，f)不是產(chǎn)生不規(guī)則的那些參數(shù)的情形下。
因此，本發(fā)明的方法涉及至少一個(gè)下面特征 -從橫向應(yīng)力(Fx和Fy)中扣除的應(yīng)力Fz和扭矩C的信號(hào)分析； -對(duì)穿透應(yīng)力(Fz)和扭矩C的最大值和最小值(閾值)之間比值的計(jì)算； -對(duì)信號(hào)曲線(xiàn)下面積以及其中比值的計(jì)算； -對(duì)用于在鉆頭出去時(shí)由前端或鑲邊留下的條帶的傾斜角(β′)的毛邊長(zhǎng)度(Lb)的計(jì)算； -對(duì)鉆孔時(shí)間(tp)和去毛邊時(shí)間(td)的計(jì)算，作為用于核查程序誤差的手段； -對(duì)鉆孔進(jìn)口和/或出口處彩色光暈的觀測(cè)，作為用于檢測(cè)ZATM形態(tài)以及用于估計(jì)相關(guān)深度的非破壞型手段； -對(duì)鉆頭的Vb中的磨損原因的分析，關(guān)于信號(hào)方面及其特征特點(diǎn)。
本發(fā)明還涉及一種設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)包括下面裝置的設(shè)備用于表示和處理作為在t0和t4之間時(shí)間的函數(shù)的橫向應(yīng)力Fx、Fy和軸向應(yīng)力Fz的裝置、用于存儲(chǔ)對(duì)不規(guī)則檢測(cè)和量化的信號(hào)的數(shù)據(jù)表示的裝置以及用于表述和處理這種數(shù)據(jù)以及相關(guān)聯(lián)于鉆頭側(cè)邊磨損的那些數(shù)據(jù)的裝置。
參考附圖，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的方法，附圖中 圖1示出帶有頭部和兩個(gè)切削邊沿的鉆頭的示意圖，所述頭部具有截頭圓錐體尖端的形狀； 圖2是鉆孔設(shè)備的示意圖； 圖3示出應(yīng)力Fz和C采集系統(tǒng)圖； 圖4示出不同鉆孔步驟和相關(guān)于鉆孔的幾何尺寸的示意圖； 圖5是用于沒(méi)有不規(guī)則的鉆孔的軸向應(yīng)力Fz隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖6是用于沒(méi)有不規(guī)則的鉆孔的扭矩C隨時(shí)間變化的示意圖； 圖7是半個(gè)典型沒(méi)有不規(guī)則的鉆孔的表面， 表面照片7a，在其上可以看到加工條紋和螺旋狀條紋； 由半個(gè)前進(jìn)距離(advance)間隔開(kāi)的加工條紋和傾斜有角度β′的MEB照片7b；和 在沒(méi)有不規(guī)則的鉆孔的邊沿處的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)的MO照片7c，在其上看到非常亮的變淡的(cold)錘擊面積； 圖8是帶有CCI的典型半孔， MEB圖8a，其示出多個(gè)隔離的屑片，位于垂直于孔軸的方向且均勻地從孔進(jìn)口分布至出口； MO照片8b，其示出與帶有CCI的典型鉆孔的縱向切削隔離開(kāi)來(lái)的屑片的不良粘結(jié)； MO照片8c，其示出CI，所述CI使用優(yōu)良粘結(jié)劑被或多或少地粘結(jié)在鉆孔的表面； 在帶有CCI的典型鉆孔的出口處毛邊的MO照片8d； 圖9是在CCI的情形中應(yīng)力Fz隨時(shí)間的變化示意圖； 圖10是在CCI的情形中扭矩C隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖11是帶有CCI+BMC的典型半孔， 表面照片11a，在鉆孔表面處可以觀察到根據(jù)角度β′定位的多個(gè)螺旋條紋； 依據(jù)縱向切削的MO照片11b照片11c、11d、11e和11f為在鉆孔邊沿的四個(gè)不同方位的放大視圖； MO照片11c，其示出用于典型CCI+BMC鉆孔的帶有下面的DP1塑性變形條帶的MC1剪切材料的條帶； 在帶有CCI+BMC的典型鉆孔的出口處的毛邊的MO照片11d； 照片11e示出在MO處，在塑性變形條帶DP2之后的被粘結(jié)在剪切材料MC2上的隔離屑片CI2； 照片11f示出在MO處，在塑性變形條帶DP3之后的被焊接在剪切材料MC3上的隔離屑片CI3； 圖12是在具有不規(guī)則組合(CCI+BMC)的典型鉆孔情形中應(yīng)力Fz隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖13是在具有不規(guī)則組合(CCI+BMC)的典型鉆孔情形中扭矩C隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖14是帶有不規(guī)則組合CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔，具有 縱向截面的照片14a照片14b、14c、14d和14e為在鉆孔邊沿的四個(gè)不同方位的放大視圖； 照片14b示出在MO處，在塑性變形條帶DP4之后被粘結(jié)在剪切材料MC4上的隔離屑片CI4； 照片14c示出在MO處，在再結(jié)晶的面積ZR5之后被粘結(jié)在剪切材料MC5上的隔離屑片CI5； 照片14d示出在MO處，被粘結(jié)在ZATM6處的隔離屑片CI6； 照片14e示出在MEB處，被定位在典型鉆孔CCI+BMC+ZATM的出口處的ZATM； 照片14f示出在MO處的兩幅照片，顯示縱向截面的ZATM形狀三角形ZATM(ZATMt7)和矩形ZATM(ZATMr7)； 照片14g示出彩色暈圈的兩幅照片，在典型CCI+BMC+ZATM鉆孔的進(jìn)口和出口處； 圖15是在具有不規(guī)則組合(CCI+BMC+ZATM)的典型鉆孔的情形中應(yīng)力Fz隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖16是在具有不規(guī)則組合(CCI+BMC+ZATM)的典型鉆孔的情形中扭矩C隨時(shí)間的變化的示意圖； 圖17是在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔的情形中作為鉆孔時(shí)間tp的函數(shù)的Fzmax/Fzthreshold比值的圖表； 圖18是在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔的情形中作為以對(duì)數(shù)比例形式的Vc函數(shù)的E的圖表； 圖19是在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔的情形中作為乘積
函數(shù)的測(cè)量的ZATMmax的圖表； 圖20是在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔的情形中，作為Vc、D的最大能量Ecmax和鉆孔時(shí)間tp的函數(shù)而測(cè)量的ZATMmax的圖表，所述最大能量Ecmax耗散在從最大扭矩Cmax中扣除的部分處； 圖21是表示作為鉆孔數(shù)函數(shù)的前磨損Vb的曲線(xiàn)，所述鉆孔在COM切削最佳條件及另一外側(cè)COM切削條件下被鉆孔，使用新工具鉆的第一鉆孔沒(méi)有顯示任何不規(guī)則； 圖22是表示在COM切削最佳條件及另一外側(cè)COM切削條件下作為Nb/Nbcrit.的函數(shù)Vb/Vbcrit.的曲線(xiàn)，使用新工具鉆的第一鉆孔沒(méi)有顯示任何不規(guī)則； 圖23是主曲線(xiàn)，表示因COM條件和外側(cè)COM條件，作為鉆孔標(biāo)準(zhǔn)數(shù)Nb*/Nbcrit.的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)前磨損Vb*/Vbcrit.，相當(dāng)于考慮了在研究中的工具/材料組件的不規(guī)則出現(xiàn)的情況； 圖24是應(yīng)力Fz中典型PM信號(hào)的記錄，因在鉆Nb個(gè)鉆孔之后的COM條件和外側(cè)COM條件以及用于在研究中的工具/材料組件的鉆頭的前磨損Vb； 圖25是表示在COM條件和外側(cè)COM條件下作為Nb的函數(shù)的Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)的圖表； 圖26是表示作為標(biāo)準(zhǔn)磨損Vb/Vbcrit.函數(shù)的Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)的圖表，用于確定考慮(CCI)的不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)，與切削條件無(wú)關(guān)且用于在研究中的工具/材料組件； 圖27是用于沒(méi)有任何不規(guī)則(AL Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈)的典型鉆孔的應(yīng)力和扭矩記錄的例子示意圖； 圖28是用于具有CCI(SL Vc＝15m/min f＝0.02mm/圈)的典型鉆孔的應(yīng)力和扭矩記錄的例子示意圖； 圖29是用于具有CCI(SL Vc＝20m/min f＝0.02mm/圈)的典型鉆孔的應(yīng)力和扭矩記錄的例子示意圖； 圖30是用于具有CCI+BMC+ZATM(SL Vc＝55m/min f＝0.02mm/圈)的典型鉆孔的應(yīng)力和扭矩記錄的例子示意圖； 圖31是表示在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔情形中且用于WC-Co涂層的工具/因科鎳合金(Inconel)718TR材料組件的作為鉆孔時(shí)間tp的函數(shù)的Fzmax/Fzthreshold比值的圖表； 圖32是表示在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔情形中且用于WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718TR材料組件的作為以對(duì)數(shù)比例形式的Vc的函數(shù)E的圖表； 圖33是表示在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔情形中且用于WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718TR材料組件的作為乘積
函數(shù)而測(cè)量的ZATMmax數(shù)值的圖表； 圖34是表示在具有CCI+BMC+ZATM的典型鉆孔情形中且用于WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718TR材料組件，作為Vc、D的最大能量Ecmax和鉆孔時(shí)間tp函數(shù)而測(cè)量的ZATMmax數(shù)值的圖表，所述最大能量Ecmax耗散在從最大扭矩Cmax中扣除的部分處； 圖35是表示作為欲鉆孔數(shù)的函數(shù)的前磨損Vb的曲線(xiàn)例子，所述鉆孔在最佳切削條件AL Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈(COM)及另一切削條件AL Vc＝15m/minf＝0.02mm/圈(外側(cè)COM)下被鉆孔，使用新工具鉆的第一鉆孔沒(méi)有顯示任何不規(guī)則； 圖36是表示作為Nb/Nbcrit.的函數(shù)Vb/Vbcrit.的曲線(xiàn)例子，用于最佳切削條件ALVc＝8m/min f＝0.08mm/圈(COM)及另一切削條件AL Vc＝15m/min f＝0.02mm/圈(外側(cè)COM)，使用新工具鉆的第一鉆孔沒(méi)有顯示任何不規(guī)則； 圖37是主曲線(xiàn)例子，表示因條件COM AL Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈和外側(cè)COM條件AL Vc＝15m/min f＝＝0.02mm/圈，作為鉆孔標(biāo)準(zhǔn)數(shù)Nb*/Nbcrit.函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)前磨損Vb*/Vbcrit.，相當(dāng)于考慮(CCI+BMC)在研究中的工具/材料組件的不規(guī)則出現(xiàn)的情況； 圖38是在鉆數(shù)量Nb個(gè)鉆孔之后用于COM條件Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈和外COM條件的應(yīng)力Fz及用于研究下工具/材料組件的鉆頭前磨損Vb的典型PM信號(hào)記錄的例子示意圖； 圖39是表示用于COM條件AL Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈和外COM條件ALVc＝15m/min f＝0.02mm/圈的作為Nb函數(shù)的Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)的圖表例子示意圖； 圖40是表示作為標(biāo)準(zhǔn)磨損Vb/Vbcrit.函數(shù)的Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)的圖表例子，用于確定考慮(CCI)的不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)，與切削條件無(wú)關(guān)和WC-Co涂層工具/因科鎳合金718TR材料組件； 圖41是表示在數(shù)量Nb個(gè)鉆孔被鉆孔之后用于COM條件AL Vc＝8m/minf＝0.08mm/圈和外COM條件AL Vc＝15m/min f＝0.02mm/圈的扭矩C及用于在研究下工具/材料組件的鉆頭前磨損Vb的的圖表例子示意圖； 圖42是表示用于COM條件AL Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈和外COM條件ALVc＝15m/min f＝0.02mm/圈的作為Nb函數(shù)的Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb＝1)的圖表例子示意圖； 圖43是表示作為標(biāo)準(zhǔn)磨損Vb/Vbcrit.函數(shù)的Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb＝1)的圖表例子，用于確定考慮(CCI+BMC)的不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)C*moy(Nb*)/Cmoy(Nb＝1)，與切削條件無(wú)關(guān)，以及用于WC-Co涂層工具/因科鎳合金718TR材料組件。
具體實(shí)施例方式 從圖3可看出，只要考慮用于信號(hào)Fz和C的采集系統(tǒng)50，則通過(guò)采集系統(tǒng)，進(jìn)入材料4中的鉆頭10的軸向貫穿應(yīng)力參數(shù)(Fz)和從橫向應(yīng)力中扣除的扭矩(C)被記錄為時(shí)間的函數(shù)。后者(采集系統(tǒng))具有三維應(yīng)力測(cè)量臺(tái)51、具有壓電傳感器，在壓電傳感器上固定有虎鉗5和零件4，在這里沒(méi)有顯示。這種傳感器記錄用于橫向應(yīng)力(Fx、Fy)和軸向應(yīng)力(Fz)的指示信號(hào)，此后，這些信號(hào)在52中被放大。一旦得到放大信號(hào)，則通過(guò)連接微計(jì)算機(jī)54的采集板(終端)53對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。信號(hào)采集軟件然后允許執(zhí)行各種處理，以便于實(shí)施對(duì)切削應(yīng)力的時(shí)間分析，例如使用低通濾波器對(duì)信號(hào)Fz和C濾波。由鉆頭10在零件上產(chǎn)生的扭矩C是橫向應(yīng)力Fx和Fy的線(xiàn)性組合。在測(cè)量臺(tái)的點(diǎn)M處，如由其坐標(biāo)x、y所限定的通過(guò)下面關(guān)系獲得扭矩C＝C0+x.Fy-y.Fx，其中C0是在點(diǎn)(x＝0和y＝0)處的扭矩值。
圖4示出鉆孔操作中不同步驟，用于對(duì)具有厚度Lp的金屬板4穿孔。在時(shí)刻t0，帶有截頭圓錐體尖端11具有直徑D的鉆頭10被定位接觸在零件上。接下來(lái)的時(shí)間直至指示去毛邊結(jié)束的時(shí)間t4如下 t1-t0鉆頭尖端11進(jìn)入， t2-t1通過(guò)鉆頭前端(nose)12的鉆孔階段， t3-t2鉆頭尖端11的輸出， t4-t3恰好在鉆頭去除之前，鑲邊14在鉆孔表面的摩擦 t2-t0具有鉆孔長(zhǎng)度Lp的鉆孔階段，沒(méi)有對(duì)尖端11去毛邊， t3-t0鉆孔，對(duì)尖端去毛邊11， t4-t2恰好在后者(鉆頭)去除之前鉆頭對(duì)長(zhǎng)度Ld去毛邊。
最佳切削參數(shù)，包括用于給定鉆頭和給定材料的圓周速率(Vc)和每周前進(jìn)速率(f)在如由工具材料組件方法(AFNOR NF E 66-520-8方法)所限定的狹窄場(chǎng)范圍內(nèi)變化。這種所謂的操作場(chǎng)使鉆頭的使用壽命最大，同時(shí)使特定切削應(yīng)力Kca、Kct最小。它系統(tǒng)地對(duì)應(yīng)于不規(guī)則的總?cè)毕?。?yīng)當(dāng)看到的是，所限定的用于每個(gè)孔的新鉆頭沒(méi)有不規(guī)則的場(chǎng)遠(yuǎn)大于鉆頭操作場(chǎng)(COM)。然而，不規(guī)則型系統(tǒng)地從數(shù)量Nb*個(gè)鉆孔而出現(xiàn)，所述數(shù)量Nb*遠(yuǎn)低于相當(dāng)于條紋磨損標(biāo)準(zhǔn)(Vbcrit.＝0.3)的鉆孔數(shù)量，導(dǎo)致鉆頭被報(bào)廢。因此，看上去，COM保持鉆頭優(yōu)于材料。事實(shí)上，沒(méi)有不規(guī)則的場(chǎng)被減少，或者甚至消失，取決于鉆頭邊沿的條紋磨損的程度，進(jìn)而這在鉆頭被報(bào)廢之前出現(xiàn)。
實(shí)施測(cè)試矩陣，以在大范圍中改變扭矩參數(shù)(Vc，f)和鉆孔的幾何尺寸(Lp，D)。除了切削條件之外，明顯偏離從AFNOR NF E 66-520-8方法中得到的最佳條件，鉆孔SL考慮同等劇烈的切削條件(例如，至少10倍最佳切削速度和1/5的最佳前進(jìn)速度)，以更好地提高產(chǎn)生不規(guī)則。這種方法，各個(gè)鉆孔使用新鉆頭(Vb＝0)被鉆孔，以確保不規(guī)則性的良好再生性。
在實(shí)施鉆孔操作而沒(méi)有任何不規(guī)則的情形中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于給定鉆頭和給定材料，由鉆頭產(chǎn)生的扭矩C和進(jìn)入材料的鉆頭的軸向穿透應(yīng)力Fz在時(shí)間t1至t2之間在通過(guò)鉆頭前端的鉆孔階段期間顯示固定速度(與時(shí)間無(wú)關(guān)的數(shù)值)。圖5和6示出作為時(shí)間函數(shù)的這種參數(shù)的變化。
在沒(méi)有不規(guī)則的鉆孔的情形中，縱向部分顯示 -加工條帶規(guī)則地被間隔開(kāi)半個(gè)前進(jìn)距離(帶有兩個(gè)前端的鉆頭)或前進(jìn)距離(帶有一個(gè)單前端的鉆頭)，并且相比較于垂直于鉆孔軸的軸傾斜有接近0°(圖7a)； -在鉆頭出去時(shí)(圖7b)且傾斜角度β′時(shí)，通過(guò)前端產(chǎn)生陰影螺旋條紋； -鉆孔的冶金條件不受熱影響(圖7c)；可能選擇性地在與剩余應(yīng)力耦合表面上看到非常亮的變淡的(cold)錘擊面積； -在鉆孔邊沿處看不到微硬度變化； -鉆孔粗糙度是規(guī)則的，也就是，用于考慮的前進(jìn)速度的加工條紋深度的表示； -鉆孔側(cè)表面及其進(jìn)口和出口側(cè)具有未改變的顏色，指示缺少氧化，以及在鉆孔邊沿處明顯溫度增加； -毛邊，指示向后作用的一些材料，具體沒(méi)有存在于鉆孔的出口及入口處。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則可能被檢測(cè)為產(chǎn)生在鉆孔邊沿處，根據(jù)在鉆孔期間Fz和C的變化曲線(xiàn)的形狀。這種不規(guī)則嚴(yán)重程度取決于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的估計(jì)，以及通過(guò)從低界限至高界限變化的它們的位置。
這應(yīng)當(dāng)是這種情形，信號(hào)曲線(xiàn)下的表面在鉆孔操作期間被確定。
一系列額外數(shù)值(tp，td，t*Fz＝0和t3*)被記錄在信號(hào)上，一方面為了核查切削參數(shù)(Vc，f)的編制精確度，另一方面，為了通過(guò)計(jì)算找到鉆孔的一些幾何特征(β′，Lb)。
用于指示這種不規(guī)則嚴(yán)重程度的不可避免的破壞性試驗(yàn)包括對(duì)典型鉆孔的縱向部分的冶金分析。微結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間相關(guān)、信號(hào)Fz和C的類(lèi)型、Fzmax/Fzthreshold、Cmax/Cthreshold比值或者應(yīng)當(dāng)是這種情形的、AreaFzmax/AreaFzthreshold，AreaCmax/AreaCthreshold比值以及低限和高限之間的它們的變化面積導(dǎo)致對(duì)按三種類(lèi)型的不規(guī)則的分類(lèi)和量化。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于特征化任意不規(guī)則類(lèi)型，Cmax/Cthreshold比值是最有意義的。然而，F(xiàn)zmax/Fzthreshold比值允許在鉆孔操作期間產(chǎn)生對(duì)鉆頭的損傷，以及在嚴(yán)重不規(guī)則(burns)毛邊的面積中。用于任意不規(guī)則類(lèi)型(CCI，BMC和ZATM)，在Vc增加及f減少時(shí)Cmax/Cthreshold比值增加。只有受熱-機(jī)械影響面積的最大厚度ZATMmax，可以被指明作為鉆孔的切割參數(shù)和幾何參數(shù)的函數(shù) 如由ZATMmax厚度限定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)還可以被表示為最大能量Ecmax的函數(shù)，所述最大能量Ecmax被耗散在切削操作期間，從最大扭矩Cmax、從Vc、從D及從鉆孔時(shí)間tp中去除 帶有的 對(duì)具有CCI的第一種典型鉆孔的描述 這種第一種典型鉆孔包括被稱(chēng)為單獨(dú)屑片粘結(jié)(CCI)的不規(guī)則。對(duì)大量樣本的觀察使它可能限定這種不規(guī)則類(lèi)型的特征 -單獨(dú)屑片(CI)被焊接在零件鉆孔4的表面且被定位在垂直于鉆孔軸的方向中(圖8a)； -粗糙度是重要的； -在鉆孔表面及在進(jìn)口和出口側(cè)沒(méi)有觀察到著色，因此沒(méi)有氧化物，表明在鉆孔邊處溫度的柔和增加； -單獨(dú)屑片的粘合是可變的(圖8b)； -屑片或多或少地被沖擊進(jìn)入材料(圖8c)； -鉆孔冶金性能不受熱影響；然而，小的冷色錘形面積存在于鉆孔表面，于剩余應(yīng)力相耦合； -在材料厚度中沒(méi)有微硬度變化被檢測(cè)到； -毛邊在鉆孔出口處非常不明顯(圖8d)，并且在鉆孔進(jìn)口處沒(méi)有。
使用信號(hào)Fz及C很難于檢測(cè)和量化這種不規(guī)則類(lèi)型的產(chǎn)生。因一些工具/材料組件，和/或因一些初始工具傾斜磨損，應(yīng)力可能或多或少增加了這種不規(guī)則類(lèi)型。一般地，對(duì)應(yīng)于CCI的參數(shù)Fz和C隨時(shí)間的變化具有諸如如圖9及10中所示的表現(xiàn)，進(jìn)而下面的觀測(cè)可以被執(zhí)行 -軸向應(yīng)力具有如由Fzthreshold限定的固定速度。有時(shí)可以觀測(cè)到在t1和t2之間的參數(shù)Fz的略微減少，也就是表示溫度的增加降低了將被加工的材料的彈性閾值； -對(duì)于扭矩，以及在閾值(Cthreshold)被建立起來(lái)之后，后者顯示略微波動(dòng)，從tc*起，在t2前一點(diǎn)，以及這應(yīng)用直至切削邊沿在t3處嚙合。從tc*起的這種略微扭矩的增加是由于在鉆孔操作結(jié)束時(shí)令人滿(mǎn)意的溫度增加，一方面，提高了鉆頭和鉆孔間的結(jié)合，另一方面，使大量很難移走的屑片結(jié)合。
如果扭矩的增加在t1和t2之間必須非常早地出現(xiàn)，這將更能看到BMC的形成，甚至ZATM的形成(在此后公開(kāi)這兩種其他不規(guī)則類(lèi)型)，除CCI之外。
因此，單獨(dú)屑片的結(jié)合是可從[Cmax/Cpthreshold]CCI＞1比值和[Fzmax/Fzthreshold]CCI＝1比值的變化范圍檢測(cè)到的。CCI冗余取決于被稱(chēng)為CCI嚴(yán)重標(biāo)準(zhǔn)的Cmax/Cthreshold(或面積)比值的估計(jì)。當(dāng)比值增加時(shí)在鉆孔側(cè)表面處屑片恢復(fù)速率增加。
對(duì)具有CCI+BMC的第二種典型鉆孔的描述 這種典型鉆孔以高度剪切和混合材料條帶為特征，被稱(chēng)為BMC，有時(shí)與CCI不規(guī)則相耦合。這種BMC由鉆孔表面材料和隔離屑片的高度集中之間的混合操作而產(chǎn)生。然后，將這種材料組件在切削操作期間強(qiáng)加回在鉆孔表面，此后在鉆頭出去時(shí)使用鑲邊使其平滑。
在鉆孔縱向部分上觀測(cè)使它能夠限定這種不規(guī)則類(lèi)型的下面特征 -在BMC表面的螺旋條紋，在鉆頭出去時(shí)通過(guò)鑲邊而產(chǎn)生且根據(jù)角度β′被傾斜(圖11a)； -在鉆孔側(cè)表面的著色變化，表示一些氧化(圖11a)； -由于材料擴(kuò)散而在鉆孔階段產(chǎn)生非常細(xì)微的粗糙，而鉆頭出去； -鉆孔的側(cè)表面的部分或全部高度受這種剪切材料條帶形成的影響(圖11a和11b)。這種BMC被耦合至塑性變形(BDP)的下面條帶，所述塑性變形以下面層中的硬度增加為特征，由通過(guò)鉆頭側(cè)邊在切削操作期間對(duì)屑片的強(qiáng)制回去所產(chǎn)生(圖11c)； -在觀測(cè)BDP之后沒(méi)有冶金變化； -鉆孔出口處毛邊比用于CCI的具有更大范圍(圖11d)； 實(shí)際上，這種BMC不規(guī)則類(lèi)型最常與這種BMC(不規(guī)則組合的概念)的CCI型不規(guī)則(圖11e)或者焊接型(圖11f)相關(guān)聯(lián)。
圖12和13示出，在這種情形中，參數(shù)Fz、C隨時(shí)間的改變。所觀測(cè)到的是 -在t1至t2之間在軸向應(yīng)力中固定速度的建立，有時(shí)，由于溫度增加而導(dǎo)致的這種應(yīng)力的略微增加，因此導(dǎo)致彈性界限減少； -從tc*起，在t2前一點(diǎn)的扭矩的強(qiáng)烈的逐漸增加，直至在t3附近達(dá)到最大值，在此處鉆頭切削邊沿出現(xiàn)； -冶金分析顯示tc*沒(méi)有對(duì)應(yīng)于鉆孔深度中的BMC的起點(diǎn)。事實(shí)上，高度材料剪切實(shí)質(zhì)上隨同切削以直角出現(xiàn)。取決于所考慮的嚴(yán)重的鉆孔條件，這種剪切現(xiàn)象導(dǎo)致或多或少的快速溫度增加。一旦它在tc*達(dá)到閾值溫度，扭矩增加可以被已公開(kāi)的用于具有CCI的典型鉆孔的兩個(gè)協(xié)同現(xiàn)象的強(qiáng)化所解釋一方面，鉆頭和鉆孔之間的較高粘合，另一方面，屑片被明顯地結(jié)合在鉆孔表面； -對(duì)處于形成BMC的鉆孔表面處平滑所有剪切材料，看上去象發(fā)生在t3和t4之間對(duì)鉆頭本體去毛邊階段。
如果扭矩增加將在t1和t2之間非常早地發(fā)生，必然地可能觀測(cè)到除了CCI+BMC之外的ZATM的形成(這種不規(guī)則在此后被表述)。
從[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC＞[Cmax/Cthreshold]CCI＞1比值和[Fzmax/Fzthresold]CCI+BMC＝1比值的變化范圍，CCI+BMC不規(guī)則組合是可檢測(cè)到的。至于結(jié)合隔離的屑片，對(duì)這種不規(guī)則類(lèi)型的量化通過(guò)Cmax/Cthreshold比值來(lái)測(cè)量，或者應(yīng)當(dāng)為通過(guò)面積比值的情形。隨著Cmax/Cthreshold比值的增加，在鉆孔側(cè)表面處的這種剪切材料條帶的高度也增加。
對(duì)具有CCI+BMC+ZATM的第三種典型鉆孔的描述 該第三種典型鉆孔受到不規(guī)則CCI、BMC，及還受到第三種典型不規(guī)則的影響，被稱(chēng)為熱-機(jī)械影響面積ZATM。
圖14顯示在零件4中所鉆的鉆孔的縱向切口，其中存在有典型不規(guī)則類(lèi)型，以及在圖14b、14c、14d和14e中被放大。
表示在圖14b和14c中的不規(guī)則CCI和BMC的組合屬于如在典型CCI+BMC鉆孔中所觀測(cè)到的相同類(lèi)型(圖11e、11f)。
有時(shí)，觀測(cè)到CCI+ZATM不規(guī)則的組合。圖14d示出ZATM，其中隔離屑片被粘結(jié)。
圖14e示出受熱-機(jī)械影響的面積ZATM，其位于鉆孔出口。它以“V”型硬度曲線(xiàn)為特征，也就是，從鉆孔邊沿直至ZATM深度一半的硬度降低，隨后在深度第二半上的硬度增加，直至再次為原材料的硬度。
可以觀測(cè)到兩種ZATM三角形狀(ZATMt)或矩形形狀(ZATMr)，如在圖14f中所示的。這種ZATM形狀因Lp/D比值而波動(dòng)。
更一般地，通過(guò)下面現(xiàn)象，檢測(cè)ZATM -在鉆孔的入口和出口側(cè)上，用于ZATMr的環(huán)狀的彩色光暈可以被觀測(cè)到(圖14g)，但是用于ZATMt的僅僅在出口側(cè)。所述光暈的直徑等于D+2，ZATMmax。
-這種彩色光暈被耦合至在出口處強(qiáng)制向后的高材料(high material)(毛邊)，有時(shí)甚至在鉆孔的進(jìn)口處。在鉆孔出口處的毛邊可能是連續(xù)的，具有低厚度或具有高厚度的斷續(xù)/片段(圖14f)。其存在是基于信號(hào)Fz可檢測(cè)到的，具體地，其長(zhǎng)度被限定在t*3和t*Fz＝0之間，對(duì)應(yīng)于應(yīng)力的零負(fù)載返回。在鉆孔出口鄰近，在惡劣的鉆孔條件中，鉆頭擠壓出更多材料，然后切削，因?yàn)楦卟牧蠝囟仍黾?相關(guān)于其機(jī)械參數(shù)的降低)和對(duì)(剝離型和熱疲勞的)鉆頭前端的某些損傷，甚至其幾何尺寸的改變。
所有這種冶金的和幾何的特征根據(jù)上述一個(gè)，CCI+BMC，明白地區(qū)分這種不規(guī)則組合，顯示向后作用的限制材料，在鉆孔的進(jìn)口和出口側(cè)沒(méi)有任何光暈以及對(duì)鉆頭的微弱損傷。
在圖15和16中，示出用于帶有CCI+BMC+ZATM不規(guī)則的組合的典型鉆孔的參數(shù)Fz和C隨時(shí)間的變化。觀測(cè)到的有 -軸向應(yīng)力中的固定速度的建立，有時(shí)作為將被加工的材料的彈性限制的降低的結(jié)果，作為溫度增加的結(jié)果，而帶來(lái)的略微減少，直至t*Fz； -t*Fz沒(méi)有對(duì)應(yīng)于鉆孔深度中ZATM起始處的位置，而是指示鉆頭中的一些磨損的起始。超過(guò)t*Fz，應(yīng)力顯示逐步的增加或者連續(xù)的小平緩階段后的急劇增加。這種一系列事件顯示對(duì)切削邊沿的強(qiáng)烈損傷，因此，對(duì)于用鉆頭加工材料是多么困難； -應(yīng)力最大值Fzmax在t2之前一點(diǎn)出現(xiàn)，也就是在切削邊沿出現(xiàn)之前。真正地，當(dāng)它接近出口時(shí)，鉆頭變得較熱，以及鉆頭下的阻力及材料的厚度降低的越多，因此，鉆頭應(yīng)當(dāng)施加用于使材料變形(毛邊形成)的應(yīng)力越大材料變得越少； -Fzmax/Fzthreshold比值指示鉆頭的損壞； -核查工具損傷涉及將鉆頭前端出現(xiàn)的理論時(shí)間t3與在應(yīng)力信號(hào)Fz上實(shí)驗(yàn)記錄的t*3相比較。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)重毛邊情形中，帶有高鉆頭損傷，這種理論時(shí)間t3在系統(tǒng)上比實(shí)驗(yàn)時(shí)間t*3低。實(shí)際上，鉆頭前端被高度損傷(幾何損耗)，最大鉆頭部分除了上面之外不再位于前端的水平上； -重復(fù)t*3和t*Fz＝0之間的時(shí)間，確定出口處的毛邊長(zhǎng)度； -扭矩以非常短的閾值開(kāi)始，直至tc*，然后連續(xù)增加，直到在t2前一點(diǎn)，它達(dá)到對(duì)應(yīng)于應(yīng)力最大值的最大值； -與兩個(gè)其他典型鉆孔CCI和CCI+BMC相對(duì)，這種典型鉆孔CCI+BMC+ZATM顯示比在t1和t2之間早許多的tc*，所涉及的現(xiàn)象屬于相同屬性，只是被放大許多。事實(shí)上，溫度增加看上去發(fā)生的非?？?，因?yàn)榉浅２畹那邢鳁l件。直至C*Fz的扭矩的增加速度看上去一方面指示用于這種典型鉆孔比用于兩種其他典型鉆孔的鉆頭和鉆孔之間非常高的粘結(jié)，另一方面，指示表面和大量屑片之間非常強(qiáng)的材料混合。有時(shí)，這種溫度增加通過(guò)應(yīng)力減少直至t*Fz是可見(jiàn)的(在鉆頭被損壞之前)，因?yàn)閷⒈患庸さ牟牧系膹椥韵拗频慕档停? -在t*Fz處，扭矩達(dá)到數(shù)值C*Fz，超過(guò)C*Fz，扭矩的增加速度隨著較差的切削質(zhì)量而改變； -用于這種典型鉆孔比用于典型鉆孔CCI+BMC，扭矩很少?gòu)氐椎芈淙朐趖3和t4之間。這表示鑲邊在鉆孔上強(qiáng)摩擦和工具/材料組件的較慢降溫，這在零件所經(jīng)受的熱循環(huán)上具有價(jià)值，因此在ZATM。
如與具有CCI的典型鉆孔和具有CCI+BMC的典型鉆孔相對(duì)，從[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC+ZATM＞[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC＞1比值和[Fzmax/Fzthreshold]CCI+CCC+ZATM＞1比值的變化范圍，使用扭矩和/或軸向應(yīng)力檢測(cè)具有CCI+BMC+ZATM的第三種典型鉆孔。
根據(jù)對(duì)軸向應(yīng)力的分析，確定ZATMmax 根據(jù)本發(fā)明的另一特征，建立用于所述第三種典型鉆孔的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，表示作為幾何參數(shù)(Lp，D)和切削條件(Vc，f)的函數(shù)的ZATM厚度的最大值。
這種ZATM的臨界厚度通過(guò)下面公式被計(jì)算 參數(shù)A′、B、α和n對(duì)于工具/材料組件而言，是固有的是恒定的。
在此后描述了4步驟方法，用于確定與所考慮的工具/材料組件相關(guān)聯(lián)的這4個(gè)常數(shù)A′、B、α和n。
步驟1Fzmax/Fzthreshold比值被描繪為鉆孔時(shí)間tp的函數(shù)，tp通過(guò)下面關(guān)系式被測(cè)量或計(jì)算 然后，F(xiàn)zmax/Fzthreshold比值可以具有下面形式(圖17) 線(xiàn)的斜率E通過(guò)下面關(guān)系式直接取決于Vc 步驟2常數(shù)A和n被確定，將作為Vc函數(shù)的E繪制在對(duì)數(shù)尺度上(圖18) lnE＝n.lnVc+ln(A.60-n) 步驟3常數(shù)B和α被確定，繪制作為乘積
函數(shù)的ZATMmax實(shí)驗(yàn)值，以及通過(guò)類(lèi)型的冪定律逼近它們(圖19) 步驟4為了表達(dá)基于ZATMmax的厚度的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)系式(1)、(2)和(3)被組合，所述ZATMmax的厚度作為幾何參數(shù)(Lp，D)和切削參數(shù)(Vc，f)的函數(shù)。
基于扭矩分析確定ZATMmax 作為對(duì)根據(jù)信號(hào)Fz構(gòu)建的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，根據(jù)扭矩確定另一標(biāo)準(zhǔn)。后者(另一標(biāo)準(zhǔn))涉及對(duì)ZATMmax的厚度的表達(dá)，測(cè)量的ZATMmax的厚度作為從所計(jì)算或所測(cè)量的扭矩Cmax、從Vc、從D及從鉆孔時(shí)間tp中扣除的最大能量Ecmax的函數(shù)，所述最大能量Ecmax耗散在切削操作期間(圖20)帶有和λ的 F及G是所考慮的工具/材料組件的三個(gè)固有常數(shù)。
面積分析 所述分析涉及對(duì)曲線(xiàn)Ez(t)和C(t)下面積的計(jì)算，從而指示同一鉆孔的所有鉆孔歷史或者使用同一鉆孔工具鉆孔的一系列鉆孔。
它具體應(yīng)用兩種下面情形 -在任意不規(guī)則中的信號(hào)Fz和C不同于上面所述一個(gè)(沒(méi)有觀察到的閾值和/或最大值)時(shí)； -在用于兩個(gè)相同典型鉆孔的Cmax/Cthreshold比值和/或Fzmax/Fzthreshold相同時(shí)，那么不規(guī)則的嚴(yán)重程度是不同的； -當(dāng)在恒定鉆孔條件下信號(hào)Fz和C顯示在所鉆的幾個(gè)鉆孔上的幅度增加時(shí)。
在下文中，根據(jù)直接適配信號(hào)C的信號(hào)Fz對(duì)面積進(jìn)行表述 -用于低于或等于Fzthreshold的Fz的在曲線(xiàn)Fz(t)下從t0至t4的面積對(duì)應(yīng)于沒(méi)有不規(guī)則的，也就是， -用于從Fzmax變化至Fzthreshold的在曲線(xiàn)Fz(t)下的面積指示不規(guī)則的存在，也就是， -用于Nb＝1的在曲線(xiàn)Fz(t)下的面積對(duì)應(yīng)于沒(méi)有不規(guī)則或工具磨損的，也就是， -在曲線(xiàn)FzNb(t)下的面積對(duì)應(yīng)于工具磨損，其在Nb個(gè)鉆孔被鉆孔之后具有或沒(méi)有不規(guī)則的，也就是， 然后，一方面，計(jì)算AreaFzmax/AreaFzthreshold和/或AreaCmax/AreaCthreshold面積比值，用于在鉆孔的鉆孔操作期間量化不規(guī)則嚴(yán)重程度，另一方面，AreaFzmoy(Nb)/AreaFzmoy(Nb＝1)和/或AreaCmoy(Nb)/-AreaCmoy(Nb＝1)面積比值用于在系列鉆孔的鉆孔操作期間對(duì)不規(guī)則進(jìn)行量化。
在鉆頭中的Vb中磨損對(duì)典型不規(guī)則檢測(cè)的影響 從PM，建立典型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，作為鉆頭的傾斜邊磨損的結(jié)果，并且不能使用信號(hào)形狀來(lái)檢測(cè)。
用于如被限定用于每個(gè)鉆孔的新工具(Nb＝1，Vb≈1)的“沒(méi)有不規(guī)則”場(chǎng)的切削條件(Vc，f)，鉆頭的前磨損對(duì)典型不規(guī)則出現(xiàn)的影響被指示根據(jù)信號(hào)Fz(t)按照下面方法，并且還可能被應(yīng)用至信號(hào)C(t) 步驟1 -鉆頭的Vb中的磨損被繪制作為被鉆的鉆孔數(shù)Nb的函數(shù)，用于“沒(méi)有不規(guī)則”場(chǎng)的切削條件AL，具體用于COM條件和外側(cè)COM條件(圖21)。
-從上面所述的曲線(xiàn)，對(duì)應(yīng)于鉆頭報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鉆孔的臨界數(shù)Nbcrit.被扣除(Vbcrit.＝0.3mm)，用于研究下的各個(gè)切削條件(Vc，f)。給定切削條件的Nbcrit.值指示鉆頭的使用壽命。
-常數(shù)p被繪制值Vb/Vbcrit.確定，作為Nb/Nbcrit.的函數(shù)，以及依據(jù)類(lèi)型的冪定律逼近它們(圖22) 步驟2 -考慮下的典型不規(guī)則根據(jù)破壞實(shí)驗(yàn)被檢測(cè)，以及相應(yīng)Vb被扣除，由Vb*所指示。作為Nb函數(shù)的關(guān)系式Vb允許關(guān)聯(lián)于所鉆的鉆孔數(shù)Nb*、一些工具磨損Vb*，對(duì)應(yīng)于所考慮的真正第一的不規(guī)則。
-作為Nb/Nbcrit.函數(shù)的主曲線(xiàn)Vb*/Vbcrit.被繪制，用于各個(gè)切削條件(圖23)。
步驟3 -在材料中切削邊沿入口處各個(gè)所鉆的鉆孔Fzmoy之后(圖24)，優(yōu)選地，從PM中扣除信號(hào)的表面。作為Nb函數(shù)的Fzmoy增加指示較差的切削品質(zhì)，典型地鉆頭的前磨損的增加。另一方面，在t1和t2之間的Fzmoy減少導(dǎo)致有利用于結(jié)合屑片的在鉆頭和材料之間的明顯加熱，以及包括用于外側(cè)COM條件。
步驟4 -參數(shù)q被確定繪制作為Nb函數(shù)的數(shù)值，用于所研究的不同切削條件，進(jìn)而使用下面類(lèi)型的冪定律逼近它們(圖25) -依據(jù)如在步驟1中所示的關(guān)系式，鉆孔數(shù)NB可以被表達(dá)為結(jié)果是，用于給定工具/材料組件，作為標(biāo)準(zhǔn)磨損Vb/Vbcrit.函數(shù)的Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)由下面公式表示 -在前面曲線(xiàn)上(圖26)，對(duì)應(yīng)于所考慮的不規(guī)則出現(xiàn)情況的Vb*/Vbcrit.被繪制，用于所研究的各個(gè)切削條件，進(jìn)而Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)被確定，構(gòu)成所想要的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種標(biāo)準(zhǔn)與切削條件無(wú)關(guān)，且因此，對(duì)于所研究的工具/材料組件，可以考慮是固有的。
因此，使用工具所鉆的鉆孔中的任何PM信號(hào)磨損在Vb中，因?yàn)镕zmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)＞Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)指示所考慮的不規(guī)則的存在。
帶有面積分析的相同過(guò)程可以被執(zhí)行(參見(jiàn)前面段落)，用于確定由于鉆頭磨損而導(dǎo)致的典型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。在這種情形中，所考慮的不規(guī)則表面被報(bào)道，對(duì)應(yīng)于如由第一鉆孔所限定的不規(guī)則的缺失。
對(duì)用于涂層WC-Co工具/因科鎳合金718 TR材料耦合的信號(hào)Fz和C分析的例子 上面所建議的過(guò)程在下面被用于涂層WC-Co工具/因科鎳合金718 TR材料組件，考慮到限定在鉆孔操作期間所產(chǎn)生的不規(guī)則的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)驗(yàn)矩陣和鉆孔配置被限定如下 -無(wú)論將被鉆孔的長(zhǎng)度如何，直鉆孔結(jié)合于鉆頭的連續(xù)15mm的向下運(yùn)動(dòng)(也就是，在鉆孔操作期間沒(méi)有任何去毛邊周期)； -帶有或沒(méi)有潤(rùn)滑的鉆孔 -通過(guò)心軸的外部潤(rùn)滑(壓力6bar，流速22 1/min)。潤(rùn)滑劑由水/油混合物構(gòu)成，可溶性為容積的6％； -依據(jù)[R415.5-0700-50-8C1]型的砂焊的WC-Co膠合的碳化物整體工具包括兩個(gè)切削邊沿、兩個(gè)內(nèi)部潤(rùn)滑鉆孔、TiAlN涂層、在鉆頭頂部的140°的角度δ。
-使用ER7-8精確夾持工具保持工具支撐體中的鉆頭； -因科鎳合金718 TR材料，具有ASTM 10顆粒大小，淬火熱處理-雙溫度720℃/620℃，以及HRC 43微硬度； -工具支撐體和心軸之間鏈接，通過(guò)由Kennametal-Hertel得到的HSK63錐來(lái)實(shí)施； -具有三維應(yīng)力測(cè)量Kistler表(Fx、Fy、Fz)的休倫湖KX10機(jī)器工具； -鉆頭的直徑范圍從5到10mm； -將要鉆孔的長(zhǎng)度范圍從2,1到12mm； -切割速度范圍從3到100m/min； -每圈的推進(jìn)速度范圍從0,01到0.15mm/圈； -至少2個(gè)孔在每一切割條件下對(duì)每一孔來(lái)說(shuō)使用新工具。
信號(hào)Fz和C(圖27、28、29和30)使用上述采集鏈記錄。此處出現(xiàn)所考慮的工具/材料組合的所有三種不規(guī)則類(lèi)型。每一所述不規(guī)則類(lèi)型的PM指示與之前提示的那些完美匹配。
典型的沒(méi)有任何不規(guī)則的鉆孔 對(duì)于所考慮的工具/材料組合和Lp/D＝8.5/7的比率，由AFNOR NF E66-520-8方法確定的最適宜的AL鉆孔條件如下Vc＝8m/min，f＝0.08mm/圈。這樣的鉆孔條件特征如下(圖27) -Fz下的固定速度(Fzrhreshold＝1800N)； -C下的固定速度(Crhreshold＝3.6N.m)； -Cmax/Crhreshold比值和Fzmax/Fzrhreshold比值等于1。
典型的具有CCI不規(guī)則的鉆孔(圖28) 與前例相反，鉆孔在無(wú)任何潤(rùn)滑時(shí)進(jìn)行并以在t1和t2之間Fzrhreshold輕微到～5％的減少為特征。Cmax/Crhreshold比值在從1.2到2.5的范圍內(nèi)。
具有CCI+BMC不規(guī)則組合的典型鉆孔(圖29) 其特征為Cmax/Crhreshold比值在從2.5到5的范圍內(nèi)，既發(fā)生于AL鉆孔，也發(fā)生于SL鉆孔。
典型的具有CCI+BMC+ZATM不規(guī)則組合的鉆孔(圖30) 這種典型鉆孔特征為對(duì)于SL鉆孔Cmax/Crhreshold比值＞5，以及Fzmax/Fzrhreshold比值遠(yuǎn)高于1，與前兩類(lèi)典型鉆孔Fzmax/Fzrhreshold比值＝1均相反。這樣的軸向應(yīng)力比值表明對(duì)鉆頭的損傷。對(duì)于Lp/D≥1.2觀察到三角形ZATM以及對(duì)于Lp/D≤1.2，觀察到矩形ZATM。
根據(jù)Fz的ZATM的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)(圖31，32和33) 4步程序包含確定假設(shè)ZATMmax是切割參數(shù)和幾何參數(shù)的函數(shù)的公式，如下。有WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718 TR材料組件固有的常數(shù)n、α、A、A′和B如下 n＝2.65 α＝0.46 A＝0.21s1.65.m-2.65 A′＝1.46.10-7 s1.65.m-2.65 B＝320μm.s-0.46 根據(jù)扭矩的ZATM的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)(圖34) 對(duì)于不同切割條件和不同鉆孔幾何形狀，ZATMmax的厚度由上述程序計(jì)算。有WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718TR材料組件固有的常數(shù)F、λ和G如下 F＝12.7μm.J-0.53 G＝365μm λ＝0.53 由工具磨損(在Vb)產(chǎn)生的CCI+BMC型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(圖35-43) 對(duì)鉆孔的破壞性分析顯示在AL切割條件下鉆頭的Vb磨損產(chǎn)生的兩種CCI和BMC典型不規(guī)則，被認(rèn)為不太嚴(yán)重(Vc≤Vccrit.)。根據(jù)疲勞壽命時(shí)期檢測(cè)，CCI+BMC型不規(guī)則的組合顯示出比僅有CCI型不規(guī)則更嚴(yán)重。
因此，以下示出在下列兩種切割條件下，包含建立CCI+BMC型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的4步程序，該CCI+BMC型不規(guī)則因鉆頭斜邊磨損產(chǎn)生 COM帶有潤(rùn)滑Vc＝8m/min f＝0.08mm/圈 外側(cè)COM帶有潤(rùn)滑Vc＝15m/min f＝0.02mm/圈 這樣的程序的特征性參數(shù)如下 COM 外側(cè)COM Nbcrit.＝200Nbcrit.＝90 Nb*＝80 Nb*＝10 P＝0.675P＝552 根據(jù)Fz(t)信號(hào) Fzmoy(Nb＝1)＝1800NFzmoy(Nb＝1)＝1020N q＝0.046 q＝0.139 根據(jù)C(t)信號(hào) Cmoy(Nb＝1)＝3.6N.mCmoy(Nb＝1)＝1.4N.m q＝0.058 q＝0.136 對(duì)所考慮的作為某些Vb磨損結(jié)果的CCI+BMC型不規(guī)則組合的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為WC-Co涂層的工具/因科鎳合金718TR材料組件所固有并獨(dú)立于如下的選擇性的切割條件 -Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)＝1.25，即與使用新工具的第一個(gè)孔所測(cè)量的平均軸向應(yīng)力相比，平均軸向應(yīng)力增加25％； -C*moy(Nb*)/Cmoy(Nb＝1)＝1.23，即與使用新工具的第一個(gè)孔所測(cè)量的平均扭矩相比，平均扭矩增加23％。
下面的表列出了所有此處提到的符號(hào)的定義，以及涉及用于計(jì)算它們的值的數(shù)學(xué)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)和可選地量化金屬零件(4)中的鉆孔不規(guī)則的方法，通過(guò)鉆頭(10)實(shí)施鉆孔操作，其特征在于，它包括一方面確定依賴(lài)于時(shí)間的兩個(gè)下面參數(shù)中至少之一的數(shù)值集，也就是，在至少一個(gè)零件的鉆孔操作期間鉆頭(10)進(jìn)入金屬零件(4)所產(chǎn)生的穿透軸向應(yīng)力Fz(t)和扭矩C(t)，隨后，隔離對(duì)應(yīng)于任何不規(guī)則缺失的閾值和表示的Fzthreshold和Cthreshold數(shù)值，F(xiàn)zmax和Cmax數(shù)值對(duì)應(yīng)于最大值且表示不規(guī)則的存在，然后確定Fzmax/Fzthreshold和Cmax/Cthreshold比值和/或可選的AreaFzmax/AreaFzthreshold和/或AreaCmax/AresCthreshold面積比值，所述面積比值為在具有作為下界限Fzthreshold或Cthreshold和作為上界限Fzmax或Cmax的Fz(t)或C(t)曲線(xiàn)下面的面積，相關(guān)于在具有作為上界限Fzthreshold或Cthreshold的Fz(t)或C(t)曲線(xiàn)下面的面積，以指示不規(guī)則類(lèi)型及可選的其嚴(yán)重程度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括隔離作為所鉆的鉆孔數(shù)函數(shù)的數(shù)值Fzmoy(Nb)和Cmoy(Nb)，以及對(duì)應(yīng)于材料切削邊沿的進(jìn)口處的信號(hào)平均值，并且在隨后確定Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)和/或Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb)＝1)比值，可選地AreaFzmoy(Nb)/AreaFzmoy(Nb＝1)和/或AreaCmoy(Nb)/AreaCmoy(Nb＝1)面積比值，以及進(jìn)一步隔離與鉆頭的側(cè)邊磨損Vb相關(guān)聯(lián)的數(shù)值集，例如對(duì)應(yīng)于所鉆鉆孔的臨界數(shù)Nbcrit，根據(jù)臨界數(shù)，Vb＝0.3mm(鉆頭的報(bào)廢)，Vb*和Nb*對(duì)應(yīng)于所考慮的不規(guī)則的首次出現(xiàn)，以指示相關(guān)于磨損的不規(guī)則的出現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)[Cmax/Cthreshold]CCI＞1比值和Fzmax/Fzthreshold]CCI＝1比值的變化范圍，確定CCI型不規(guī)則。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC＞
[Cmax/Cthreshold]CCI＞1比值和[Fzmax/Fzthreshold]CCI+BMC＝1比值的變化范圍，確定CCI和BMC組合型不規(guī)則。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC+ZATM＞[Cmax/Cthreshold]CCI+BMC＞1比值和[Fzmax/Fzthreshold]CCI+BMC+ZATM＝1比值的變化范圍，確定CCI、BMC和ZATM組合型不規(guī)則。
6.．如權(quán)利要求5所述的方法，其中Fzmax/Fzthreshold比值被繪制為所測(cè)量的或所計(jì)算的鉆孔時(shí)間tp的函數(shù)，且具有被表達(dá)為的斜率E。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中常數(shù)A和n被確定，在對(duì)數(shù)比例上繪制作為的Vc的函數(shù)的前面直線(xiàn)的斜率E，也就是lnE＝n.lnVc+ln(A.60-n)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中常數(shù)B和α被確定，繪制作為乘積
的函數(shù)的實(shí)驗(yàn)值ZATMmax，所述實(shí)驗(yàn)值被表示為
9.如權(quán)利要求7和8所述的方法，其中基于ZATMmax的厚度確定嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，作為幾何參數(shù)(Lp，D)和切削參數(shù)(Vc，f)的函數(shù)，其被表示為
a.
b.具有A′＝A.(10-6.602-n.π2)，以及工具/材料組件固有的常數(shù)A、α、B和n。
10.如權(quán)利要求1和5至8所述的方法，其中確定四個(gè)常數(shù)，其通過(guò)四個(gè)步驟過(guò)程在所考慮的固有于工具/材料組件。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，其中依據(jù)扭矩確定嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，涉及將ZATMmax的實(shí)驗(yàn)值表述為最大能量Ecmax的函數(shù)，所述最大能量耗散在切削操作的期間，從最大Cmaxtorque、從Vc、從D及從計(jì)算的或測(cè)量的鉆孔時(shí)間tp中扣除，其被表示為
a.
b.具有和常數(shù)λ、F和G是所考慮的固有于工具/材料組件。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中任何不規(guī)則的信號(hào)Fz和C沒(méi)有顯示任何閾值和/或最大值時(shí)以及在Cmax/Cthreshold和/或Fzmax/Fzthreshold比值在顯示不同不規(guī)則嚴(yán)重程度的兩個(gè)相同典型鉆孔是相同的時(shí)，計(jì)算在Fz(t)和C(t)曲線(xiàn)下的面積。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中AreaFzmax/AreaFzthreshold和/或AreaCmax/AreaCthreshold面積比值被計(jì)算，用于量化不規(guī)則嚴(yán)重程度。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在使用潤(rùn)滑劑的鉆孔操作情形中，CCI+BMC型不規(guī)則被檢測(cè)，與鉆頭的Vb中的磨損相關(guān)聯(lián)，其中參數(shù)p被確定，繪制作為數(shù)值Nb/Nbcrit函數(shù)的數(shù)值Vb/Vbcrit，并且根據(jù)類(lèi)型的冪指數(shù)逼近它們
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中用于所研究的每個(gè)切削條件，主曲線(xiàn)Vb*/Vbcrit被繪制作為Nb/Nbcrit的函數(shù)。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其中參數(shù)q被確定，繪制作為Nb函數(shù)的數(shù)值Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)，用于所研究的不同切削條件，以及使用下面類(lèi)型的冪指數(shù)逼近它們
17.如權(quán)利要求2、14和15所述的方法，其中用于給定工具/材料組件，F(xiàn)zmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)被表示為Vb/Vbcrit的函數(shù)，使用下面關(guān)系式
18.如權(quán)利要求15和17所述的方法，其中用于各個(gè)切削條件的等價(jià)曲線(xiàn)被繪制，、Vb*/Vbcrit對(duì)應(yīng)于CCI+BMC型中所考慮的不規(guī)則的出現(xiàn)概率，以及確定其Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)，作為CCI+BMC型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，與切削條件無(wú)關(guān)，但固有于所考慮的工具/材料組件，因此Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)＞Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb＝1)表示所考慮的不規(guī)則的存在。
19.如權(quán)利要求2所述的方法，其中作為鉆頭側(cè)邊磨損的結(jié)果，使用面積分析作為限定典型不規(guī)則的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，其中所考慮的不規(guī)則的表面被報(bào)告，對(duì)應(yīng)于由第一鉆孔所限定的任何不規(guī)則缺失。
20.一種用于執(zhí)行依據(jù)一個(gè)和多個(gè)前述權(quán)利要求的方法的設(shè)備，包括用于表示和處理作為在t0和t4之間時(shí)間的函數(shù)的橫向應(yīng)力Fx、Fy和軸向應(yīng)力Fz的裝置、用于存儲(chǔ)對(duì)不規(guī)則檢測(cè)和量化的信號(hào)的數(shù)據(jù)表示的裝置以及用于表述和處理這種數(shù)據(jù)以及與鉆頭側(cè)邊磨損相關(guān)聯(lián)的那些數(shù)據(jù)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)金屬零件(4)中的鉆孔不規(guī)則檢測(cè)和可選地進(jìn)行量化的方法，鉆孔操作由鉆頭(4)實(shí)施，它包括一方面確定依賴(lài)于時(shí)間的兩個(gè)下面參數(shù)中至少之一的數(shù)值集在至少一個(gè)零件的鉆孔操作期間所產(chǎn)生的鉆頭(10)進(jìn)入金屬零件(4)的穿透軸向應(yīng)力Fz(t)和扭矩C(t)，確定Fzmax/Fzthreshold和Cmax/Cthreshold比值和/或可選的AreaFzmax/AreaFzthreshold和/或AreaCmax/AreaCthreshold面積比值，以指示不規(guī)則類(lèi)型及可選的其嚴(yán)重程度。另一方面，確定與鉆頭的側(cè)邊磨損Vb相關(guān)聯(lián)的數(shù)值集，確定Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb＝1)比值和/或Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb＝1)比值和/或可選地AreaFzmoy(Nb)/AreaFzmoy(Nb＝1)比值和/或AreaCmoy(Nb)/AreaCmoy(Nb＝1)比值，用來(lái)指示相關(guān)于磨損的不規(guī)則的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK101131320SQ20071013588
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者克勞德·羅格·羅伯特·圖雷尼, 維雷尼克·珍妮·蘇珊尼·澤羅基, 克里斯托弗·科林, 格拉爾丁·勞倫·佩林 申請(qǐng)人:斯奈克瑪