高锰钢的切削加工性

高锰钢的切削加工性

(ZGMn13)

什么是高锰钢（Highmanganesesteel

）？锰含量约为11%～18%的钢称高锰钢。常用的铸造高锰钢ZGMn13的化学成分为:Mn

含量11%～14%,C含量1.0%～1.4%,Si含量0.3%～1.0%,P含量<0.03%,S含量<0.05%.高锰钢是一种耐磨钢,经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。高锰钢具有很高的耐磨性,虽然它的硬度只有HB210,但它的屈服点σs

较低,只有抗拉强度σb的40%,因此具有较高的塑性和韧性.高锰钢在受到外来压力和冲击载荷时,会产生很大的塑性变形或严重的加工硬化现象。高锰钢金相组织高锰钢的切削加工特点：加工硬化严重切削力大切削温度高断屑困难尺寸精度不易控制切削高锰钢的合理方法：一、通过热处理改善切削加工性二、合理选择切削刀具的刀具材料三、合理选择刀具几何参数四、合理选择切削用量切削前的热处理改善高锰钢的切削性能可以通过高温回火来实现。将高锰钢加热600-650oC保温2h后冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，其加工硬化程度显著降低，加工性能明显改善。加工完成的零件在使用前应进行淬火处理，使其内部组织重新转变为单一的奥氏体组织。切削刀具的刀具材料高锰钢属难加工材料，对刀具材料要求较高。一般来说，要求刀具材料红硬性高，耐磨性好，有较高的强度，韧性和导热系数。切削高锰钢可选用：（1）硬质合金刀具（2）金属陶瓷刀具（3）CN25涂层刀片或CBN（立方氮化硼）刀具。刀具几何参数 高锰钢具有较高的塑性和韧性,加工硬化严重,切削温度高,断屑困难,容易造成崩刃,因此合理选择刀具的几何参数尤为重要。前后角主副偏角刃倾角前角与后角

切削高锰钢时,为了减轻加工硬化,要求刀具保持锋利.但一般不可以采用大前角,因为前角大不利于保证刃口强度和改善散热条件.常采用较小前角或负前角及较大后角,但后角太大也会削弱刃口强度引起崩刃。采用硬质合金刀具时，γ0=-3°～3°，α0=8°～12°；采用陶瓷刀具时，γ0=-5°～-10°,α0=5°～10°。粗车时取小值,精车时取大值。返回主偏角与副偏角

切削高锰钢时,主偏角应小些,这样可以增加刀具散热面积和刀尖强度,副偏角也不宜过大。选用硬质合金刀具时,一般取κr=25°～45°,κr，=10°～20°。工艺系统刚性好时取小值,反之可适当加大主偏角和副偏角。选用陶瓷刀具时,主偏角还可大些,一般取κr=45°～60°,精车时可取κr=60°～90°。返回刃倾角

为了保持刀尖部分的强度，切削高锰钢时一般应选择负刃倾角。选用硬质合金刀具时，λs=-5°～0°。选用陶瓷刀具时，λs=-10°～-5°。刀尖圆弧半径

切削高锰钢时,不论采用何种刀具材料,刀尖部分都应修磨出较大的圆弧半径,以加强刀尖强度,提高刀具耐用度.一般粗车时rε=1～2mm;半精车时rε=0.5～1mm;精车时rε=0.2～0.5mm。工艺系统刚性好时取大值,反之取小值。刃口倒棱

为了保证刃口有足够的强度,减少崩刃现象,一般应将刃口修磨出负倒棱.硬质合金刀具倒棱宽度bγ1=0.2～0.8mm,倒棱前角γ01=-10°～-5°;如采用陶瓷刀具,bγ1=0.2mm,γ01=-20°。切削用量选择高锰钢的切削加工性很差,为了维持一定的刀具耐用度,切削速度应低些。采用硬合金刀具时,Vc=20～40m/min,其中,较低的速度用于粗车,较高的速度用于半精车和精车。采用陶瓷刀具时,可以选用较高的切削速度,一般Vc=50～80m/min

。4.高锰钢在切削过程中,由于塑性变形和切削力的影响,切削层及表层下一定深度范围内会产生严重的加工硬化现象。为了使刀尖避开毛坯表层和前一次走刀造成的硬化层,应选择较大的切削深度和进给量。5.一般粗车时αp=3～6mm，f=0.3～0.8mm/r；大件粗车时可取αp=6～10mm;半精车时αp=1～3mm；f=0.2～0.4mm/r；精车时口αp

≤1mm；f≤0.2mm/r。高锰钢切削方法的新进展

(1)加热切削法 加热切削是把工件的整体或局部通过各种方式加热到一定温度后再进行切削加工的一种方法。

实验证明,用等离子加热车削高锰ZGMn13,刀具耐用度明显提高,换刀次数显著减少,效率提高5倍左右;加工后表面金相组织无变化,也无加工硬化。(2)磁化切削法：磁化切削是使刀具或工件或两者同时在磁化条件下进行的切削方法。形式：1将磁化线圈绕于工件或刀具上,在切削过程中给线圈通电使其磁化2直接使用经过磁化处理的刀具进行切削。效果：磁化切削可使工件表面粗糙度值减小,刀具耐用度明显提高。(3)低温切削法：低温切削是指用液氮(-186℃)、液体CO2(-76℃)及其他低温液体切削液,在切削过程中冷却刀具或工件,以保证切削过程顺利进行。效果：控制切削温度,减少刀具磨损,提高刀具耐用度,提高加工精度、表面质量和生产率。结束车削ZGMn13的刀具磨损曲线硬质合金刀具切削高锰钢ZGMn13实例铣削ZGMn13的刀具磨损曲线结束水韧处理： 所谓水韧处理,就是把钢加热到1000℃～1100℃,保温一段时间,使钢中的碳化物全部溶入奥氏体中,然后迅速冷却,使碳化物来不及从奥氏体中析出,从而保持了单一的均匀的奥氏体组织.返回铁碳合金相图高锰钢在切削过程中，由于塑性变形大，奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织，从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一般为HBS200～220，加工后表面硬度可达HBW450～550，硬化层深度0.1～0.3mm，其硬化程度和深度要比45号钢高几倍。严重的加工硬化使切削力增大，加剧了刀具磨损，也容易造成刀具崩刃而损坏。返回 由于切削功率大，产生的热量多，而高锰钢的导热系数比不锈钢还低，只有中碳钢的1/4，所以切削区温度很高。当切削速度vc<50m/min时，高锰钢的切削温度比45号钢高200℃～250℃，因此，刀具磨损严重，耐用度降低。返回因为高锰钢的塑性高,伸长率大,故切屑不易折断,给切屑处理带来困难。返回 高锰钢的线膨胀系数与黄铜