本发明涉及加工制造，涉及刀具耐用度计算预测方法。
背景技术：
1、随着科技的高速发展，各种性能优异的新型材料不断涌现，其中很多材料在成品前，需要进行切削加工。但是，很多新型材料在切削加工中，面临诸多难题，如很多属于难加工材料，为提高加工质量和效率，其刀具的选择，和加工参数的选择，历来都是加工制造业面临的一道难题。
2、通常，对于新型难加工材料，人们一般选择选刀、试切、换刀，更换加工工艺等方法积累加工经验，从有限的刀具中优选出一种刀具。其最终，所选的刀具结构极大可能并非最优的，加工参数也并非最为合适的。通过刀具磨损仿真，也是一种途径，但其计算量大且复杂，预测有效性也需要商榷；另外，像断续切削，刀具磨损仿真技术还不成熟，很多软件不具备或无法完成断续切削的刀具磨损仿真。
技术实现思路
1、1.所要解决的技术问题：
2、如何才能快速优选出最佳刀具的材料、结构和加工参数。
3、2.技术方案：
4、为了解决以上问题，本发明提供了一种刀具耐用度计算预测方法，包括以下步骤：
5、第1步：建立有效切削加工模型。
6、第2步：三维模型模拟加工仿真。
7、第3步：切削力和切削温度仿真数值与切削试验结果对比，如果误差不满足要求，返回第1步，调整模型参数；如果误差满足要求，进入第4步。
8、第4步：三维仿真刀具应力和温度分布数值结果与刀具强度性能参数进行对比。
9、第5步：进行切削试验，分析刀具失效形式和磨损机理，计算出磨损率。
10、第6步：对刀具进行三维切削仿真，根据最大应力分布数值确定刀具失效形式；根据最大温度分布工况，确定磨钝标准。
11、第7步：根据磨损模型公式反推出模型系数。根据不同磨钝标准，按照公式计算出达到磨钝标准刀具切削刃的磨损体积数值。
12、第8步：按照公式计算出刀具耐用度。
13、在第1步中，所述切削加工模型包含刀具三维几何模型，材料切削加工本构模型，刀屑-刀工接触模型、刀屑和刀工摩擦模型、断裂准则。
14、所述本构模型为j-cook本构模型，具体为：
15、
16、其中，a表示材料的屈服应力，b表示材料硬化常数，n表示应变硬化系数，c表示应变速率强化系数，m表示热软化系数，这些本构模型参数的求取，通过正交切削试验反求出；正交切削试验中的速度范围要大于仿真中的切削速度范围。此外，troom表示室温25℃，tmelt表示材料的熔点温度，代表流动应力，ε代表塑性应变，代表应变率，为参考应变率(取10-3/s)。
17、为提高所采用的j-c本构模型参数预测准确度，仿真时采用两种j-c本构模型参数，一种是低速和中速时反求识别出的j-c本构模型参数，另一种是高速时反求识别出的j-c本构模型参数。
18、为提高所采用的材料加工模型预测准确度，仿真时采用三种摩擦系数，一种是低速时摩擦系数，一种是中速时摩擦系数，还有一种是高速时的摩擦系数。速度高低的判定，可通过试验或文献查询确定。摩擦系数通过正交切削试验求出，如下面的公式：
19、
20、其中，μ是摩擦系数，γ是刀具前角，f＝f。
21、c z
22、为提高所采用的材料加工模型预测准确度，仿真时断裂准则参数的选取值应使得切屑仿真形貌应与实际形貌(连续型切屑，或为锯齿形切屑)相近，包括切屑厚度，锯齿高度，切屑长度等参数。
23、在第2步中，根据第1步建立的切削加工模型，导入切削仿真软件中，输入切削本构参数的仿真参数，进行三维切削模拟，得到切屑、切削力、切削温度、应力云图仿真结果。
24、在第3步中，所述误差满足：切削力模拟结果与实验结果误差在12％以内，切削温度预测误差在8-12％。
25、第4步具体方法为：根据得到的刀具切削刃应力、切削温度分布云图，分析最大mises应力分布处和最大应力值，分析最大温度分布位置和最大温度值，确认刀具应力值在合理范围内，将刀具最大mises应力值与相应温度下刀具材料断裂强度进行对比，分析刀具切削刃发生断裂、崩刃概率、可能性，如经分析，认为刀具会发生崩刃或断裂，取刀具耐用度为0或最低值，如经分析计算，刀具不会发生断裂、崩刃，对切削刃温度进行进一步分析。
26、在第5步中，通过切削实验，分析刀具切削工件材料在不同切削速度、进给速度、切削温度下的磨损机理，并分析不同磨损机理的比重，确定刀具主要磨损失效形态。
27、在第6步中，所述磨钝标准，为刀具径向磨损值vn，或刀具后刀面最大磨损值vbmax，或平均磨损值vb。
28、在第7步中，如果取后刀面磨钝标准，刀具磨钝标准根据刀具温度分布位置特征来取，如刀具切削刃温度分布均匀，则取平均磨损值vb；如果刀具切削刃温度分布集中于某处，则取刀具后刀面最大磨损值vbmax为磨钝标准。
29、刀具后刀面磨损率的计算通过选择achard磨损模型、usui磨损模型公式来计算表征，如下式：
30、
31、其中，vs是切削速度)，t是刀具表面切削温度，通过仿真得出，a和b是磨损率模型公式系数，通过实验数据得出。
32、根据以下公式求出磨损量，
33、
34、其中，hf代表刀具后刀面磨损值，b代表刀具切削刃参与切削的长度，γ代表刀具前角，α代表刀具后角，△v表示切削一段时间后的刀具磨损体积。
35、根据以下公式求出磨损率并反求出a和b，
36、
37、刀具磨损率或通过下面的方法计算出来，即通过称量刀具切削一段时间后，刀具质量的变化来计算出刀具磨损率，然后反求出a和b。
38、
39、其中，m1代表切削前的刀具质量，m2代表切削后的刀具质量，t代表切削时间,ρ代表刀具密度。刀具切削后，对刀具进行超声清洗和酸洗，去除刀具表面粘结的油污、工件材料等非刀具材料的杂物。
40、根据三维仿真结果，计算刀具切削温度最高处刀具切削刃的磨损率，计算在达到磨钝位置(主要失效形态位置)时的单位体积△v2，通过下面的公式计算出刀具耐用度，
41、计算公式如下：
42、
43、3.有益效果：
44、本发明提供的方法能够根据工件材料特性较为准确预测出任意刀具的耐用度，快速优选刀具材料及其结构参数，优选加工参数，从而提高加工效率和质量，降低加工成本。
1.一种刀具耐用度计算预测方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第1步中，所述切削加工模型包含刀具三维几何模型，材料切削加工本构模型，刀屑-刀工接触模型、刀屑和刀工摩擦模型、断裂准则。
3.如权利要求2所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：所述本构模型为j-cook本构模型，具体为：
4.如权利要求2所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：为提高所采用的j-c本构模型参数预测准确度，仿真时采用两种j-c本构模型参数，一种是低速和中速时反求识别出的j-c本构模型参数，另一种是高速时反求识别出的j-c本构模型参数。
5.如权利要求2所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：为提高所采用的材料加工模型预测准确度，仿真时采用三种摩擦系数，一种是低速时摩擦系数，一种是中速时摩擦系数，还有一种是高速时的摩擦系数，速度高低的判定，通过试验或文献查询确定，摩擦系数通过正交切削试验求出，如下面的公式：
6.根据权利要求2所述的刀具耐用度计算预测的方法，其特征在于：为提高所采用的材料加工模型预测准确度，仿真时断裂准则参数的选取值应使得切屑仿真形貌应与实际形貌相近，包括切屑厚度，锯齿高度，切屑长度参数，所述实际形貌为连续型切屑，或为锯齿形切屑。
7.如权利要求1所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第2步中，根据第1步建立的切削加工模型，导入切削仿真软件中，输入切削本构参数的仿真参数，进行三维切削模拟，得到切屑、切削力、切削温度、应力云图仿真结果。
8.如权利要求1所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第3步中，所述误差满足：切削力模拟结果与实验结果误差在12％以内，切削温度预测误差在8-12％。
9.如权利要求1所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：第4步具体方法为：根据得到的刀具切削刃应力、切削温度分布云图，分析最大mises应力分布处和最大应力值，分析最大温度分布位置和最大温度值，确认刀具应力值在合理范围内，将刀具最大mises应力值与相应温度下刀具材料断裂强度进行对比，分析刀具切削刃发生断裂、崩刃概率、可能性，如经分析，认为刀具会发生崩刃或断裂，取刀具耐用度为0或最低值，如经分析计算，刀具不会发生断裂、崩刃，对切削刃温度进行进一步分析。
10.如权利要求6所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第5步中，通过切削实验，分析刀具切削工件材料在不同切削速度、进给速度、切削温度下的磨损机理，并分析不同磨损机理的比重，确定刀具主要磨损失效形态。
11.如权利要求6所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第6步中，所述磨钝标准，为刀具径向磨损值vn，或刀具后刀面最大磨损值vbmax，或平均磨损值vb。
12.如权利要求7所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：在第7步中，根据刀具主要磨损形态确定刀具磨钝标准选取方式，如果取后刀面磨钝标准，刀具磨钝标准根据刀具温度分布位置特征来取，如刀具切削刃温度分布均匀，则取平均磨损值vb；如果刀具切削刃温度分布集中于某处，则取刀具后刀面最大磨损值vbmax为磨钝标准。
13.如权利要求10所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：刀具后刀面磨损率的计算通过选择achard磨损模型、usui磨损模型公式来计算表征，如下式：
14.如权利要求10所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：根据以下公式求出磨损量，
15.如权利要求12所述的刀具耐用度计算预测方法，其特征在于：根据以下公式求出磨损率并反求出a和b，
16.如权利要求10所述的刀具耐用度计算预测的方法，其特征在于：刀具磨损率或通过下面的方法计算出来，即通过称量刀具切削一段时间后，刀具质量的变化来计算出刀具磨损率，并反求出a和b，
17.权利要求10所述的刀具耐用度计算预测的方法，其特征在于：根据三维仿真结果，计算刀具切削温度最高处刀具切削刃的磨损率，计算在达到磨钝位置时的单位体积△v2，通过下面的公式计算出刀具耐用度，
