——1988年工具行业涂层麻花钻联合试验专题报告
我国tin涂层精密麻花钻质量水平的试验研究(1)
二、试验研究内容
涂层钻头的寿命试验
钻头的寿命试验是本试验研究的重点，试验分两大部分：基本试验和扩大试验。在进行试验前曾先做了预试验，确定了最佳的切削条件，初步了解了涂层钻头的磨损与失效形式，从而确定了试验时统一的终止寿命试验的判据。
为了更进一步的了解涂层钻头在高、中、低不同的切削条件下，其寿命的变化规律；摸清磨损后的涂层钻头直接重磨与切断10毫米以后再重开刃的涂层钻头，两者在寿命上有哪些差别，又进行了扩大寿命试验。此外，为了将经氧、氮化表面强化处理的钻头和未经任何表面处理的钻头作为试验的对比对象，也将这两种钻头同时进行了寿命试验。单是为了进行钻头的寿命试验，总共钻了近五万个孔，可见投入的人力、物力之大。
在进行钻头所有的寿命试验时，都使用了5%的乳化油水溶液作为冷却润滑液。统一采用后面的最大磨损vbmax=0.6mm；转角处刃带磨损lland=1.0mm时，作为终止寿命试验的磨钝标准。
钻头寿命的基本试验组
从“九厂一所”的涂层钻头中，各随机抽取了8支钻头，共80支钻头，组成1号基本试验组，然后又从各家的8支钻头中，各抽1支，组成8组钻头。每组10支钻头，轮流依次钻孔，所以要这样做的目的是为了把试坯材质的不均匀性以及操作人员主观因素的影响减少到最低程度，使试验的结果更加客观。
在预试验中发现：经氧、氮化表面强化处理的钻头和未经任何表面处理的钻头，如果采用与涂层钻头相同的切削速度与进给量，其寿命将十分低，从而失去对比的价值，因此，这些钻头的切削速度与进给量均相应的低一档。
涂层钻头1号组寿命试验时，其切削条件如下：
切削速度v=35m/min；
进给量f=0.28mm/r；
钻孔深度lt=24mm；
钻头悬伸长度80mm；钻头安装在机床上后的径向跳动≤0.05mm；
磨钝标准后面的最大磨损vbmax=0.6mm；转角处刃带磨损lland=1.0mm经氧、氮化表面强化处理的2号试验组的钻头和未经任何表面处理的3号试验组的钻头，都是从同一批2000件的标本钻头中抽取的，其切削条件如下：
切削速度v=24m/min；
进给量f=0.17mm/r；
钻孔深度lt=24mm(不通孔)；其他条件同1号试验组。
表7是编号为1号、2号及3号基本试验组的涂层钻头的寿命试验结果。

表7 1号、2号及3号等基本试验组的涂层钻头的寿命试验结果
试验组号	厂家代号 钻头的寿命( 钻孔数 ) 钻头编号 平均钻孔数
1	a	1467	1513	1371	1281	1180	966	1115	1195	1261
		a17	a1	a20	a13	a2	a14	a11	a16
	b	522	350	126	794	512	538	538	644	478
		b16	b17	b18	b3	b1	b1	b12	b6
	c	84	45	10	10	7	32	178	4	46
		c18	c20	c16	c8	c12	c19	c13	c7
	d	466	203	252	844	66	634	347	346	395
		d17	d15	d3	d19	d2	d9	d13	d5
	e	126	128	39	20	7	100	68	46	67
		e8	e1	e6	e17	e15	e11	12e	e13
	f	13	33	70	154	168	44	40	91	77
		f13	f11	f6	f4	f8	f3	f5	f7
	g	725	125	404	200	42	686	820	78	385
		g	g	g	g	g	g	g	g
	h	38	43	26	27	15	43	36	43	34
		h1	h12	h3	h16	h10	h20	h17	h4
	i	1085	425	764	556	1054	562	605	731	723
		i15	i2	i12	i1	i18	i16	i17	i19
	j	622	626	411	33	774	1198	715	74	556
		j14	j13	j2	j3	j15	j4	j8	j11
2	k	251	196	165	185	114	100	217	354	198
		k4	k6	k7	k9	k10	k11	k15	k19
3	l	27	36	288	152	331	159	86	86	146
		l5	l6	l7	l8	l10	l12	l18	l20

钻头寿命的扩大试验组
4号组是将钻削速度提高的条件下进行钻头寿命试验的组，从各厂家中任意抽取一支钻头，共有10支钻头编成混合的试验组，其切削条件如下：
切削速度v=40m/min；
进给量f=0.28mm/r；
钻孔深度lt=24mm(不通孔)；其他条件同1号试验组。
5号组是将钻削速度降低的条件下进行钻头寿命试验的组，也是从各厂家中任意抽取一支钻头，共有10支钻头编成混合的试验组，其切削条件如下：
切削速度v=30m/min；
进给量s=0.28mm/r；
钻孔深度lt=24mm(不通孔)；其他条件同1号试验组。
6号组是将已磨损的涂层钻头重开刃在与1号试验组相同的切削条件下进行钻头寿命试验的组，该组钻头由经过基本试验的a厂的钻头组成。选用a厂钻头的原因是该厂的钻头的寿命和可靠性最高，稳定性最好，用来验证涂层钻头在重开刃后，其寿命有多大的变化最为合适。
7号组是将已磨损的涂层钻头，从钻尖起向后切短10mm后，经过重开刃仍在与1号试验组相同的切削条件下进行钻头寿命的试验组，该组钻头由经过基本试验的i厂的钻头组成。用i厂钻头的原因是该厂的钻头的寿命和可靠性较高，稳定性也较好，故用来验证涂层钻头在切短后重开刃与直接重开刃有什么变化。
表8是编号为4号、5号、6号及7号扩大试验组的涂层钻头的寿命试验结果。

							表8 4号、5号、6号及7号等扩大试验组的涂层钻头的寿命试验结果
							试验组号               钻头的寿命( 钻孔数 ) 钻头编号 平均钻孔数
4	1069	299	6	57	66	4	421	13	279	63	285
	a6	b2	c17	d7	e19	f15	g18	h13	i14	j20
5	1479	823	120	1010	12	12	152	29	918	255	601
	a19	b5	c6	d16	e9	f14	g2	h8	i9	j19
6	467	504	515	494	426	705	725	540	-	-	547
	a7	a1	a20	a13	a2	a14	a11	a18	-	-
7	311	318	399	505	555	269	299	232	-	-	361
	i15	i2	i12	i1	i18	i16	i17	i19	-	-

表9是将表7和表8中所得出的试验结果——钻孔数与中位秩的关系，按维泊尔方程作为其拟合数学模型，在日本产nec9801型微机上运行自行编制的计算机回归分析程序所得到的最佳拟合方程式，所谓最佳的拟合方程式是按相关系数r为最大时，作为最佳拟合精度的判据。

									表9 钻头寿命试验的结果按维泊尔方程式得到的拟合方程式

表9中共列有16个拟合维泊尔方程式，在该方程式中，用五个参数分别表述钻头寿命的试验结果，即：
x——钻头的寿命(钻孔数)。
x0——钻头的初始寿命(钻孔数)。
b——表述钻头寿命的稳定性或一致性，是将维泊尔方程式经线性转换后，在维泊尔坐标纸上所绘直线的斜率，其值如越大，表明寿命的稳定性越好。
q0钻头的特征寿命，是当63.2%的钻头失效时的寿命，它与中位值相似，中位值是50%的钻头失效时的寿命。
f(x)——是钻头寿命(钻孔数x)按维泊尔方程式变化的累计失效概率，是确定钻头寿命的可靠性的主要指标，其数值0≤f(x)≤1。
因此，全面评估钻头寿命的高低，应该用x0、b、和q0的值来比较，它们的数值越大，说明钻头的寿命越长、可靠性越高，稳定性越好。
表10和表11分别是基本试验组和扩大试验组中各厂家或试验组的试验结果按维泊尔方程式拟合时所得到的钻头的特征参数，即初始寿命x0、斜率b、特征寿命q、及可靠度为90%时的钻头寿命等参数的汇总表。

表10 钻头基本试验组的试验结果按维泊尔方程式拟合时的特征参数及90%可靠度的寿命
试验组号	厂家代号	钻头的初始寿命x0	维泊尔方程式的斜率b	钻头的特征寿命q0	可靠度为90%时钻头的寿命	相关系数r
1	a	456	4.51	1337	991	0.99
	b	0	1.84	565	166	0.95
	c	3	0.63	38	13	0.98
	d	0	1.57	461	89	0.95
	e	0	1.07	77	10	0.99
	f	3	1.17	86	15	0.99
	g	28	0.74	405	46	0.98
	h	0	2.85	38	17	0.95
	i	340	1.50	783	439	0.98
	j	0	0.81	672	42	0.94
2	k	39	2.01	221	98.4	0.98
3	l	17	0.89	158	28.2	0.98

表11 钻头扩大试验组的试验结果按维泊尔方程式拟合时的特征参数及90%可靠度的寿命
						试验组号	厂家代号	钻头的初始寿命x0	维泊尔方程式的斜率b	钻头的特征寿命q0	可靠度为90%时钻头的寿命	相关系数r
4	注	3.6	0.45	159	4.6	0.99
5	注	7.2	0.50	395	11.5	0.96
6	a	408	1.17	567	413	0.97
7	i	259	0.90	393	270	0.99
注：从十个试验厂家的涂层钻头中各取一支钻头组成试验组。

涂层钻头的钻孔精度试验
为了比较涂层钻头与氧、氮化表面处理的钻头在钻孔精度与表面粗糙度上的差异，采用了与2号和3号试验组相同的切削条件，进行了钻孔精度与表面粗糙度的检测。涂层钻头取自a和d厂共5支，氧、氮化表面处理的钻头也是5支。

图12 钻孔扩张量的测量方法 钻孔扩张量的检测 将试验组中每支钻头，各自钻100个孔，从第一个孔开始，每隔20个孔检测孔的直径一次，并在互相垂直的方向上进行测量，得d1和d2，故每支钻头共得其所钻孔直径的12个测量值。以扩张量∆d的大小表示钻孔的精度情况，扩张量∆d的计算公式如下： ∆d= (d1+d2) -d 2 式中：d钻头的实测直径； d1，d2是孔直径在相互垂直的方向上的测量值，如图12所示。 钻孔扩张量的测量结果见表12，涂层钻头与氧、氮化表面处理的钻头，其钻孔精度(扩张量)的方差分析结果见表13。 表12 钻孔扩张量的测量结果(mm) 钻头表面 钻头号 第1孔 第20孔 第40孔 第60孔 第80孔 第100孔 涂层 a4 0.025 0.02 0.02 0.02 0.016 0.016 a8 0.025 0.019 0.02 0.02 0.019 0.019 a12 0.063 0.063 0.06 0.06 0.052 0.061 d18 0.04 0.025 0.02 0.025 0.02 0.02 d 0.075 0.06 0.065 0.062 0.07 0.067 氧氮化处理 k6 0.055 0.065 0.07 0.085 0.08 0.10 k7 0.063 0.073 0.058 0.06 0.07 0.06 k15 0.07 0.07 0.06 0.07 0.06 0.12 k19 0.07 0.307 0.065 0.05 0.06 0.05 k10 0.09 0.095 0.09 0.07 0.07 0.08 表13 钻孔扩张量的测量结果的方差分析             变差来源 平方和 自由度 平均平方             水平(不同的钻头) 0.0202 1 0.02020 54.594       误差 0.0215 58 0.00037     总计 0.0417 59 从表13钻孔扩张量的测量结果方差分析的结果看，如按0.01%的显著性水平查f分布表，得f158，(0.01)=7.1。因f0=54.595，远大于7.1，表明涂层钻头的钻孔扩张量可以99%的高置信度，比氧、氮化表面处理的钻头显著地小。     表14钻孔表面粗糙度ra的测量(µm)     钻头名称与编号 测量孔的序号     第一孔 第二孔 第三孔 涂层钻头a4 3.18 1.08 1.10 氧氮处理钻头k6 3.5 3.8 3.4 v=24mm/min，f=0.17mm/r,at=24mm(不通孔) 钻孔表面粗糙度的检测 由于直径为8mm的钻头孔径较小，需用轮廓仪检测孔的表面粗糙度，比较麻烦，故只检测了一支涂层钻头和一支氧、氮化表面处理的钻头最初钻的3个孔的表面粗糙度。检测结果见表14。 从表14可见涂层钻头的钻孔表面粗糙度之值，比氧、氮化表面处理钻头的低。

涂层钻头的钻削力与扭矩的试验
为了比较涂层钻头与未经表面处理或经氧、氮表面处理的钻头，在钻孔时的轴向力与扭矩上的差异，从a、b、c、d、e、f、h、i、j、k各组钻头中，各取6支钻头进行了轴向力与扭矩试验。
试验条件如下：
机床：z525立式钻床
试坯：45号钢(轧制状态)
测力仪：q13-06钻削测力仪
冷却液：5%乳化油水溶液
切削条件：
v=29.4m/min
f=0.17mm/r
lt=24mm
不通孔。
因为只做比较用，所测的轴向力和扭矩的实际大小，未进行标定，数值的大小仅是记录图上的高度(毫米)，本身没有意义。
钻头轴向力和扭矩的试验值
表15是所有钻头轴向力和扭矩试验的结果。

表15 各厂钻头的轴向力与扭矩的相对大小的记录表

轴向力和扭矩的数值的方差分析

表16 轴向力和扭矩大小的方差分析
分析项目	变差来源	平方和	自由度	平均平方	f0
轴向力	厂间	2821.955	11	256.542	34.314
	误差	628	84	7.476
	总计	3449.958	95
扭矩	厂间	1756.366	11	159.670	7.193
	误差	1364.621	84	22.198
	总计	3620.989	95

表16是对轴向力和扭矩的数值进行方差分析后的结果。
仍按a=0.01的显著性水平作f检验，查f分布表，得f1184，(0.01)=2.48，因为试验钻头的轴向力和扭矩的f0分别等于34.31和7.193，都大于2.48，所以各厂钻头之间，其轴向力和扭矩有显著的差异。轴向力和扭矩的平均值及其95%置信度的置信区间的计算
表17是轴向力和扭矩的平均值及其95%置信度的置信区间的计算结果。

			表17轴向力和扭矩的平均值及其95%置信度的置信区间
			厂家或试验钻头组的代号
															a												b												c												d												e												f												g												h												i												j												k												l
轴向力的平均值fm	40	39.5	48.625	42	46.473	40.25	41.35	39.25	43	42.75	53.625	56
轴向力值的标准差s	2.4381	3.4641	2.5036	1.1952	2.6693	1.9821	2.4349	1.8322	3.8914	2.6592	2.5036	4.5356
fm的95%置信度的置信区间±fc	1.9112	3.0965	2.2379	1.0684	2.3860	1.7718	2.1785	1.6378	3.4785	2.3770	2.2379	4.0543
扭矩的平均值mn	68.25	69	79.875	72	77.25	72.625	71.375	69.625	72.125	71.875	80.625	79.95
扭矩值的标准差s	5.4182	4.2426	5.7183	3.8173	5.6252	6.8855	4.4058	3.5026	5.0267	5.7181	3.1595	0.8864
mm的95%置信度的置信区间±fc	4.8433	3.7924	5.1113	3.4122	5.0283	6.1549	3.9383	3.309	4.4973	5.1113	2.8242	0.7923

轴向力的平均值及其95%置信度的置信区间计算公式如下：
平均值fm=∑(f1+f2+f3+…fi……fn)/n ；i=1-n
标准差s=[∑(fi-fm)2/(n-1)]½；i=1-n
95%置信度的置信区间fc=fm±ta(s/n½)
扭矩的平均值及其95%置信度的置信区间计算公式如下：
平均值mm=∑(m1+m2+m3+……mn)/n；i=1-n
标准差s=[∑(mi-mm)2/(n-1)]½；i=1-n
95%置信度的置信区间mc=mm±ta(s/n½)上式中ta表示按要求的置信度1-ta%时查student表，自由度为n-1的student值。我国tin涂层精密麻花钻质量水平的试验研究(3)
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