本发明涉及一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法。
背景技术：
在刀具材料的破损寿命及可靠性方面，国内外学者也进行了相关的研究。llanes等对不同牌号硬质合金的抗弯强度、裂纹扩展及断裂韧性等性能研究表，co层厚度是一个重要的因素，它决定着硬质合金材料的断裂韧性和抗裂纹扩展能力。
国内外学者在普通切削条件下的刀具材料破损、裂纹扩展等领域进行了研究，但是对于重型切削条件下的，硬质合金刀具材料的破损寿命研究及建立刀具破损寿命可靠性模型并验证合理性显得尤为重要。本文以重型切削条件下硬质合金刀具材料为基础，建立刀具破损寿命可靠性模型，并利用montecarlo方法对可靠性模型进行验证，为实际加工中提高刀具寿命及可靠性研究提供一定的理论基础。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决由机械载荷作用引起的硬质合金刀具疲劳失效是影响刀具寿命的主要原因之一。需要研究刀具的破损特性的问题，而提出一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法。
一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、分析硬质合金抗弯强度理论，并探讨其与裂纹扩展的关系，建立刀具破损理论模型：
步骤二、采用三点弯曲法进行硬质合金刀具材料抗弯强度试验，建立硬质合金刀具材料抗弯强度weibull分布模型；
步骤三、进行硬质合金刀具破损可靠性研究，同时建立硬质合金刀具破损理论寿命可靠性模型：
lnn＝11.21lnσf-83.9789。
本发明的有益效果为：
本发明通过试验与理论分析方法对重型切削硬质合金刀具破损寿命可靠性进行了研究，主要结论如下:
(1)首先分析了硬质合金材料的抗弯强度，并建立了与初始裂纹的关系，将最大初始裂纹与抗弯疲劳强度视为了随机变量，为后期利用概率统计方法处理打下基础。
根据paris公式，进行裂纹扩展速率分析，并利用实际切削参数确定常数c，为建立刀具疲劳破损寿命可靠性模型，预测刀具寿命提供理论上的支持。
(2)进行硬质合金材料弯曲试验研究，并建立硬质合金材料抗弯强度威布尔分布曲线，得到了威布尔分布形状参数m＝18.85，建立威布尔分布公式，为硬质合金刀具材料破损寿命可靠性研究提供依据。
(3)结合常数c及刀具材料抗弯强度确定刀具破损寿命，并根据威布尔分布的两参数累积失效概率函数建立了硬质合金刀具材料可靠性模型，并利用monte－carlo方法进行可靠性验证，结果表明:刀具破损寿命比例参数为50.5802，与试验值50.39相比较，误差约为0.38％，证明该刀具疲劳破损理论寿命模型是可行的。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、分析硬质合金抗弯强度理论，并探讨其与裂纹扩展的关系，建立刀具破损理论模型：将最大初始裂纹与抗弯疲劳强度视为了随机变量：
步骤二、采用三点弯曲法进行硬质合金刀具材料抗弯强度试验，建立硬质合金刀具材料抗弯强度weibull分布模型；
步骤三、进行硬质合金刀具破损可靠性研究，同时建立硬质合金刀具破损理论寿命可靠性模型，并进行验证，结果表明所建立的刀具破损理论寿命模型是可行的，同时对提高刀具使用寿命、优化工艺参数等有非常重要的借鉴意义，为进一步深入研究重型切削刀具破损寿命及可靠性奠定基础。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法，所述的步骤一中，分析硬质合金抗弯强度理论，并探讨其与裂纹扩展的关系，建立刀具破损理论模型的过程为：
(1)、由paris公式可知，裂纹的扩展速率可以表示为：
将式
上式简化得到硬质合金材料抗弯强度与初始裂纹的关系：
且与材料相关的参数为定值。由于最大初始裂纹不是定值，因此视为随机变量。
式中，a、n为材料常数，均与裂纹扩展有关：a为裂纹长度：δki为i型裂纹应力强度因子变化值：δσ为受载荷作用下裂纹尖端的应力变化：yf为一个重要的量纲，它与三点弯曲试样的形状、受载状态及模型有关。
(2)、在实际的切削过程中，刀具时刻承受断续的外载荷作用。
在刀具材料的内部存在着各种类型的微裂纹缺陷，并在外载的作用下微裂纹扩展到临界裂纹尺寸时，刀具发生断裂现象。通常刀具破损失效的主要形式之一是由于循环外载荷作用下刀具的疲劳断裂现象。
硬质合金刀具在断续切削情况下，以n表示刀具受到的循环疲劳数。当n＝nc时，刀具发生破坏，则：
同样可以舍去，即：
得到：
为了便于计算，两端取对数转化成线性关系，得刀具破损寿命的理论计算公式：
lnnc＝(n+1)lnσf+lnc
刀具材料、切削条件等因素在实际加工中都会对刀具造成不同程度的破损。
当刀具材料和切削条件都不发生改变时，刀具发生的破损状态，其寿命与材料常数n和抗弯强度有关，同时材料常数n是有规律的分布，它服从对数正态分布，并假设n为常数。
由刀具破损寿命的理论计算公式可知，刀具材料的抗弯强度和常数是表征刀具破损寿命的重要因素，其确定方式是从实际试验中获取相关参数，为建立刀具破损寿命可靠性模型提供了理论基础。
具体实施方式三：
与具体实施方式二不同的是，本实施方式的一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法，所述的步骤二中，采用三点弯曲法进行硬质合金刀具材料抗弯强度试验，建立硬质合金刀具材料抗弯强度weibull分布模型为：
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的一种确定重型切削硬质合金刀具破损寿命方法，所述的步骤三中，进行硬质合金刀具破损可靠性研究，同时建立硬质合金刀具破损理论寿命可靠性模型的过程为，
步骤三一、用刀具寿命和材料抗弯强度的关系来表征硬质合金刀具破损寿命理论模型。由参数c和材料抗弯强度可确定刀具破损寿命，抗弯强度可由试验确定，而求解刀具损寿命关键所在为获取参数c。硬质合金刀具材料内部的组织有微观的缺陷和裂纹形核以及杂分布。在切削过程中，我们通常将刀具受外载情况视为随机现象。在刀具破损失效研究中，破损失效概率分布主要有对数分布、指数分布、威布尔分布等。平尾政利、根岸秀夫、n.allperli、艾兴等国内外学者在大样本试验(60刃以上)的条件下，认为硬质合金刀具的破损寿命服从对数正态分布，而在疲劳破损研究中，疲劳破损服从威布尔分布，脆性破损服从指数分布。
威布尔分布的两参数累计失效概率函数为：
式中：x为随机变量；η为威布尔分布比例参数：m为威布尔分布模量。
在威布尔分布中，表示m分布模量，它反映了随机变量的分散程度，该值越大，则代表了数据越集中。比例参数η表示当随机变量x等于该值时，63.2％的试样失效。在刀具破损寿命与刀具抗弯强度的研究中，表明它呈线性关系，即当该刀具试样有63.2％的强度失效时，则表示有63.2％的刀具已经失效。所以根据抗弯强度以及刀具破损寿命这两个统计模型，便可确定参数c的值。为了准确地反映硬质合金刀具在切削现场的破损情况，我们在生产现场进行实际切削过程的刀具破损情况的试验研究。在已知硬质合金刀具破损寿命服从威布尔分布的情况下进行研究，为了节省时间，同时节约工件及刀具用量，在已知刀具破损分布规律的前提下，仅测试10个切削刃；
步骤三二、刀具破损寿命比例参数n0＝50.39，硬质合金抗弯强度比例参数为σf＝2543，将其代入得刀具破损寿命的理论计算公式，可得：
ln50.39＝(n+1)ln2543+lnc
步骤三三、确定常数n确定，求得参数c的值；利用压痕诱导裂纹法可得材料常数n为10.21，代入上式，得：
lnc＝83.9789
步骤三四、该常数c的确定代表了在硬质合金刀具切削水室封头材料的现场特定的条件下的待定的常数，只要试验条件不变，刀具的寿命即可表示为：
lnn＝11.21lnσf-83.9789。