Un procedimiento de detección y eventualmente de cuantificación de anomalías de perforación en una pieza metálica (4),

tales como Unión de Virutas Aisladas, CCI, Banda de Material Cizallado, BMC, o Zona Afectada Termo-Mecánicamente, ZATM, siendo realizada la perforación por una broca (10) caracterizada por el hecho de que consiste en determinar por una parte, a partir de señales proporcionadas por captadores representativos de los esfuerzos de la broca sobre la pieza, un conjunto de valores de los dos parámetros siguientes, en función del tiempo es decir el esfuerzo axial de penetración de la broca (10) en la pieza metálica (4) Fz(t) y el par C(t), engendrados durante al menos una parte de la operación de perforación entre el tiempo ta de la entrada de la punta (11) de la broca y el tiempo t4 del final del desatasco o limpieza, y luego de aislar los valores Fzescalón y Cescalón correspondientes a un escalón y representativos de la ausencia de anomalía, correspondiendo los valores Fzmax y Cmax a los valores máximos y representativos de la presencia de una anomalía, y de determinar a continuación las relaciones Fzmax/Fzescalón y/o Cmax/Cescalón, y/o eventualmente la relación de las áreas ÁreaFzmax/ÁreaFzescalón y/o ÁreaCmax/ÁreaCescalón que son las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite inferior Fzescalón o Cescalón y por límite superior Fzmax o Cmax referidos a las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite superior Fzescalón o Cescalón, de manera que den cuenta del tipo de anomalías y eventualmente de su severidad, siendo determinada una anomalía de tipo CCI a partir de la región de variación de la relación [Cmax/Cescalón]CCI>1 y una relación [Fzmax/Fzescalón]CCI=1, siendo determinada una anomalía de tipo combinado CCI y BMC a partir de la región de variación de la relación [Cmax/Cescalón]CCI+BMC>[Cmax/Cescalón]CCI>1 y una relación [Fzmax/Fzescalón]CCI+BMC=1 y siendo determinada una anomalía de tipo combinado CCI, BMC y ZATM a partir de la región de variación de la relación [Cmax/Cescalón]CCI+BMC+ZATM>[Cmax/Cescalón]CCI+BMC>1 y una relación [Fzmax/Fzescalón]CCI+BMC+ZATM>1

Procedimiento de detección y de cuantificación de anomalías de perforación.

El invento se refiere al dominio de la mecanización de los materiales metálicos por una herramienta o útil que corta en rotación alrededor de su eje: se refiere en particular a la perforación de agujeros por medio de una broca tal como de carburo cementado.

Para realizar la perforación de agujeros en una pieza, esta última es dispuesta entre las mordazas de un tornillo, fijado a su vez sobre una mesa de medición de esfuerzos. A continuación, una broca con el diámetro apropiado es aproximada a la superficie de la pieza, y es puesta en rotación siendo arrastrada axialmente para permitir su avance en el material. La broca 10 de la que se ha mostrado un ejemplo en la fig. 1 comprende una cabeza 11 en forma de punta troncocónica con una o varias aristas de corte 12, cuyo desgaste Vb es medido en ángulo de salida. La broca está dotada de acanaladuras helicoidales 13 que sirven para le evacuación de las virutas. El borde exterior de las acanaladuras forma el filo cortante 14. La broca 10 es mantenida en un portaherramientas 2 amovible que está montado a su vez en un husillo, guiado convenientemente. El dispositivo de arrastre de la broca comprende un primer motor que arrastra al husillo en rotación alrededor de su eje y otro que permite el desplazamiento axial del husillo. Esto se ha ilustrado en la fig. 2. Este dispositivo de mecanización está dotado igualmente de un sistema de lubricación externa 3 o interna por la broca. La pieza 4 está apretada a su vez en un tornillo 5.

En ausencia de anomalía, el agujero está constituido por un cilindro de diámetro definido por el de la broca y sus flancos presentan estrías de mecanización regulares, perpendiculares al eje del agujero. Sin embargo, en ciertas condiciones de corte, de geometría del agujero y de desgaste de herramienta, el agujero es susceptible de presentar un cierto número de anomalías formadas de depósitos de material que provienen de una mala evacuación de las virutas o bien de una modificación local de la estructura metalúrgica debido al acoplamiento de un efecto mecánico y térmico.

Se pueden definir tres grandes tipos de anomalías:

Una primera anomalía llamada de Pegado de Virutas Aisladas, que se designa en lo que sigue CCI, puede ser observada sobre la pared interna del agujero. Se trata de virutas fraccionadas, soldadas sobre la superficie del agujero y orientadas en la dirección perpendicular al eje del agujero.

Una segunda anomalía llamada de una Banda de Materia Cizallada, designada ulteriormente BMC, resulta de un fuerte amasado de virutas abundantes y de material en la superficie del agujero durante la fase de perforación. Este conjunto de materia es mateado en la superficie del agujero del corte, luego alisado por los filos cortantes durante la subida de la broca, dejando una multitud de rayas en la superficie del agujero.

Una tercera anomalía observada es designada Zona Afectada Termo-Mecánicamente o ZATM. Contrariamente a las dos anomalías precedentes, el efecto mecánico es acoplado a un efecto térmico mucho más importante, modificando fuertemente la microestructura del borde del agujero sobre un mayor espesor, y sobre la totalidad o parte de la profundidad entre la entrada y la salida del agujero.

La presente solicitud de patente no se limita a estas únicas anomalías tipo, muchas otras pueden verse relacionadas. Su detección y cuantificación dependerán entonces de su firma PM.

Los orígenes de las anomalías de perforación pueden ser múltiples. Se han tomado las anomalías siguientes que no son exhaustivas:

- Lubricación insuficiente en razón de una parada inopinada de la bomba, de un chorro de lubricante mal orientado o de una mala proporción aceite/agua...;

- Mala evacuación de las virutas, en particular para agujeros profundos y/o oblicuos para los que el atascamiento de material resulta un fenómeno frecuente;

- Parámetros de corte inadaptados o mal programados (en particular empleo de un exceso de velocidad de corte más allá de una velocidad crítica y de un subavance);

- Herramienta usada y/o mal reajustada o aún dotada de un revestimiento defectuoso;

- Porta-herramientas mal adaptado;

- Husillo mal equilibrado;

- Herramienta incorrectamente posicionada en el porta-herramientas;

- Pieza mal apretada en el tornillo;

- Mala elección de herramienta: geometría, tipo, naturaleza...;

- Pieza que ha sufrido un tratamiento térmico inadaptado;

- Temporización demasiado corta entre cada agujero perforado y en particular en perforación SL;

- ...

La solicitud de patente FR 2.625.123 describe un dispositivo adaptado a las unidades de perforación neumáticas autónomas que permite detectar incidentes de perforación tales como la rotura de la herramienta en curso de perforación o bien la rotura durante la perforación precedente o la ausencia de herramienta. La detección se efectúa comparando el esfuerzo axial de penetración de la broca con un valor de umbral.

Objeto del invento

En el dominio aeronáutico en particular y para las piezas que en particular son críticas en lo que se refiere a la seguridad por ejemplo, no es deseable la presencia de una o varias de las anomalías presentadas con anterioridad.

Se busca pues detectar su presencia y cuantificarlas lo antes posible, es decir en particular durante la perforación de la pieza elemental con el fin de rechazar la pieza o escoger el recorrido más apropiado para suprimirlas durante las etapas de acabado.

Por otra parte el conocimiento del tipo de anomalía, de su severidad y de sus consecuencias sobre las propiedades mecánicas permitiría un mejor control/calidad de las piezas sin recurrir sistemáticamente a los Controles No Destructivos, conduciendo por este hecho a una ganancia de tiempo apreciable.

El invento tiene pues por objetivo principal la detección de al menos uno de los tipos de anomalías referidos anteriormente, siendo consideradas estas anomalías solas o en combinación, con ocasión de la perforación de un agujero y por medios no destructivos.

El invento tiene igualmente por objeto cuantificar el o los tipos de anomalías.

El invento tiene igualmente por objeto, la detección de al menos una anomalía a partir de esfuerzos tridimensionales adquiridos en función del tiempo durante la operación de perforación, pudiendo ser efectuada ventajosamente la adquisición de tales parámetros a partir de una mesa de medida convencional no necesitando captadores sofisticados.

Resumen del invento

Conforme al invento, se alcanzan estos objetivos con un Procedimiento de detección y eventualmente de cuantificación de anomalías de perforación en una pieza metálica (4), tales como Pegado de Virutas Aisladas, CCI, Banda de Material Cizallado, BMC, o de Zona Afectada Termo-Mecánicamente, ZATM, siendo realizada la perforación por una broca (10) caracterizado por el hecho de que consiste en determinar por una parte, a partir de señales proporcionadas por captadores representativos de los esfuerzos de la broca sobre la pieza, un conjunto de valores de los dos parámetros siguientes, en función del tiempo a saber el esfuerzo axial de penetración de la broca (10) en la pieza metálica (4) Fz(t) y el par C(t), engendrados durante al menos una parte de la operación de perforación entre el tiempo t0 de la entrada de la punta (11) de la broca y el tiempo t4 del final del desatasco, y luego en aislar los valores Fz_escalón y C_escalón correspondientes a un escalón y representativos de la ausencia de anomalía, correspondiendo los valores Fz_max y C_max a los valores máximos y representativos de la presencia de una anomalía, y en determinar a continuación las relaciones Fz_max/Fz_escalón y/o C_max/C_escalón, y/o eventualmente la relación de las áreas Área_Fzmax/Área_Fzescalón y/o Área_Cmax/Área_Cescalón que son las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite inferior Fz_escalón o C_escalón y por límite superior Fz_max o C_max relacionados con las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tiene por límite inferior Fz_escalón o C_escalón y por límite superior Fz_max o C_max referidas a las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite superior Fz_escalón o C_escalón, de manera que den cuenta del tipo de anomalías...

1. Un procedimiento de detección y eventualmente de cuantificación de anomalías de perforación en una pieza metálica (4), tales como Unión de Virutas Aisladas, CCI, Banda de Material Cizallado, BMC, o Zona Afectada Termo-Mecánicamente, ZATM, siendo realizada la perforación por una broca (10) caracterizada por el hecho de que consiste en determinar por una parte, a partir de señales proporcionadas por captadores representativos de los esfuerzos de la broca sobre la pieza, un conjunto de valores de los dos parámetros siguientes, en función del tiempo es decir el esfuerzo axial de penetración de la broca (10) en la pieza metálica (4) Fz(t) y el par C(t), engendrados durante al menos una parte de la operación de perforación entre el tiempo ta de la entrada de la punta (11) de la broca y el tiempo t4 del final del desatasco o limpieza, y luego de aislar los valores Fz_escalón y C_escalón correspondientes a un escalón y representativos de la ausencia de anomalía, correspondiendo los valores Fz_max y C_max a los valores máximos y representativos de la presencia de una anomalía, y de determinar a continuación las relaciones Fz_max/Fz_escalón y/o C_max/C_escalón, y/o eventualmente la relación de las áreas Área_Fzmax/Área_Fzescalón y/o Área_Cmax/Área_Cescalón que son las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite inferior Fz_escalón o C_escalón y por límite superior Fz_max o C_max referidos a las áreas bajo las curvas Fz(t) o C(t) que tienen por límite superior Fz_escalón o C_escalón, de manera que den cuenta del tipo de anomalías y eventualmente de su severidad, siendo determinada una anomalía de tipo CCI a partir de la región de variación de la relación [C_max/C_escalón]_CCI>1 y una relación [Fz_max/Fz_escalón]_CCI=1, siendo determinada una anomalía de tipo combinado CCI y BMC a partir de la región de variación de la relación [C_max/C_escalón]_CCI+BMC>[C_max/C_escalón]_CCI>1 y una relación [Fz_max/Fz_escalón]_CCI+BMC=1 y siendo determinada una anomalía de tipo combinado CCI, BMC y ZATM a partir de la región de variación de la relación [C_max/C_escalón]_CCI+BMC+ZATM>[C_max/C_escalón]_CCI+BMC>1 y una relación [Fz_max/Fz_escalón]_CCI+BMC+ZATM>1.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1ª, que consiste igualmente en aislar los valores Fz_med(Nb) y C_med(Nb) en función del número de agujeros perforados y correspondiente a los valores medios de las señales a la entrada de las aristas de corte en la materia, y en determinar las relaciones Fz_med(Nb)/Fz_med(Nb=1) y/o C_med(Nb)/C_med(Nb=1), y/o eventualmente la relación de las áreas Área_Fzmed(Nb)/Área_Fzmed(Nb=1) y/o Área_Cmed(Nb)/Área_Cmed(Nb=1), y en aislar igualmente un conjunto de valores unidos al desgaste en ángulo de salida Vb de la broca tal como Nb correspondiente al número crítico de agujeros perforados según el cual Vb=0,3 mm (reforma de la broca), correspondiendo Vb* y Nb* a la primera aparición de la anomalía considerada, de manera que tenga en cuenta la aparición de una anomalía unida al desgaste.

3. Un procedimiento, según la reivindicación 1ª, según el cual se traza la relación Fz_max/Fz_escalón en función del tiempo de perforación tp medido o calculado, y cuya pendiente E se pone en la forma E = A.60^-nV_cⁿ.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3ª, según el cual se determinan las constantes A y n trazando la pendiente E de la recta precedente en función de Vc a escala logarítmica, a saber, ln E = n.ln V_c + ln(A.60^-n).

5. Un procedimiento según la reivindicación 4ª, según el cual se determinan las constantes B y a trazando los valores experimentales de la ZATM_max en función del producto los cuales se ponen en la forma: 28

6. Un procedimiento según las reivindicaciones 4ª y 5ª, según el cual se determina un criterio de severidad basado en el espesor de la ZATM_max en función de los parámetros de corte (Vc, f) el cual se pone en la forma

a.

b. con 290, y siendo las constantes A, a, B y n intrínsecas al conjunto herramienta/material.

7. Un procedimiento según las reivindicaciones 1ª, y 4ª a 5ª, según el cual se determinan las cuatro constantes A, a, B y n intrínsecas al conjunto herramienta/material considerado por el recorrido en cuatro etapas.

8. Un procedimiento según la reivindicación 1ª, según el cual se determina un criterio de severidad a partir del par, que consiste en expresar los valores experimentales de la ZATM_max en función de la energía máxima Ec_max disipada en el corte deducida del par C_max, de Vc, de D y del tiempo de perforación tp calculado o medido, los cuales se ponen en la forma:

a.

b. con 31 y siendo las constantes ?, F y G intrínsecas al conjunto herramienta-material considerado.

9. Un procedimiento según la reivindicación 1ª, según el cual se calculan las áreas bajo las curvas Fz(t) y C(t), cuando las señales Fz y C de una anomalía cualquiera que sea no presentan valor de escalón y/o valor máximo, y cuando las relaciones C_max/C_escalón y/o Fz_max/Fz_escalón son las mismas para dos mismos agujeros tipos que presentan severidades de anomalías diferentes.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9ª, según el cual se calculan las relaciones de áreas Área_Fzmax/ Área_Fzescalón y/o Área_Cmax/Área_Cescalón para cuantificar la severidad de la anomalía.

11. Un procedimiento según la reivindicación 2ª, según el cual se detecta la anomalía de tipo CCI+BMC unida al desgaste en Vb de la broca en el caso de la perforación con lubricación, según el cual se determina el parámetro p trazando los valores de Vb/Vbcrit., en función de los valores de Nb/Nbcrit., y aproximándoles según una ley de potencia del tipo: 32

12. Un procedimiento según la reivindicación 11º, según el cual se traza para cada una de las condiciones de corte estudiadas la curva maestra Vb*/Vb_crit. en función de Nb*/NVb_crit..

13. Un procedimiento según la reivindicación 2ª, según el cual se determina el parámetro q trazando los valores de Fz_med(Nb)/Fz_med(Nb=1) en función de Nb para las diferentes condiciones de corte estudiadas, y aproximándolos por una ley de potencia del tipo: 33

14. Un procedimiento según las reivindicaciones 2ª, 11ª y 12ª, según el cual se expresa, para un conjunto Herramienta/Material dado, Fz_med(Nb)/Fz_med(Nb=1) en función del desgaste normalizado Vb/Vb_crit. por la relación siguiente: 34

15. Un procedimiento según las reivindicaciones 11ª y 14ª, según el cual se refiere, sobre la curva, la ecuación para cada condición de corte, correspondiendo los valores de Vb*/Vb_crit. a la aparición de la anomalía considerada de tipo CCI+BMC, y se determina a partir de ella Fz*_med(Nb*)/Fz_med(Nb=1) que constituye el criterio de detección de la anomalía de tipo CCI+BMC, independiente de las condiciones de corte e intrínseca al conjunto herramienta/material considerado, y para el que Fz_med(Nb)/Fz_med(Nb=1)>Fz*_med(Nb*)/Fz_med(Nb=1) indica la presencia de la anomalía considerada.

16. Un procedimiento, según la reivindicación 2ª, según el cual se utiliza el análisis de las áreas para definir un criterio de detección de una anomalía tipo, como consecuencia de un desgaste en ángulo de salida de la broca, en que el área de la anomalía considerada es referida a la correspondiente a la ausencia de anomalía definida por el primer agujero.