高 锰钢的种类锰含量在 11%～ 18%的钢称高锰钢。高锰钢分为高碳高锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰不锈钢及高锰耐热钢。ＺＧＭｎ13是一种高锰钢 ,因其在承受外来的强大压力或冲击产生变形硬化后 ,显示出极高的耐磨性能而广泛应用于工程机械和矿山机械中。同时 ,它也是一种典型的难加工材料 ,其切削加工性能在高锰钢中很具有代表性。1 2 高锰钢的性能( 1)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。( 2 )高锰钢具有很高的耐磨性。2 ＺＧＭｎ13高锰钢的切削加工特点( 1)加工硬化严重。( 2 )切削温度高。( 3)切削力大。( 4 )断屑困难。( 5 )尺寸精度不易控制。3 切削高锰钢的合理方法3 1 通过热处理改善高锰钢的切削性能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 60 0～ 65 0℃ ,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。3 2 合理选择刀具材料( 1)采用硬质合金刀片常用牌号有 :ＹＧ8、ＹＧ6Ａ、ＹＧ6Ｘ、ＹＧ8Ｎ、ＹＷ1、ＹＷ 2Ａ、ＹＷ 3、ＹＣ4 5、767、798、813等。虽然ＹＧ类硬质合金较为常用 ,但其不适于高速切削。因为高速切削钢料时 ,切削时的高温将使刀具前刀面上形成强烈的月牙洼磨损 ,并加速后刀面磨损 ,刀具耐用度降低。在切削速度较高且切削过程较平稳的情况下可考虑选用ＹＴ类硬质合金。ＹＧ类硬质合金中添加适量的ＴａＣ或ＮｂＣ(一般为 0 5 %～ 3% ) ,可提高其硬度和耐磨性而不降低其韧性。随着硬质合金中含钴量的增加 ,这些优点更为显著。因此 ,以ＴａＣ和ＮｂＣ为添加剂的通用型硬质合金也适用于高锰钢的切削加工。( 2 )采用金属陶瓷刀片采用金属陶瓷刀片进行高锰钢的精车、半精车 ,可选用较高的切削速度 ,加工表面质量好 ,刀具耐用度高。如采用Ａ12 0 3基陶瓷刀具切削高锰钢 ,比用硬质合金刀具效率提高 1～ 4倍。( 3)采用ＣＮ2 5涂层刀片和ＣＢＮ(立方氮化硼 )刀具在使用ＣＢＮ刀具时应注意被切削材料含锰量不能高于 14% ,否则 ,ＣＢＮ可能与Ｍｎ元素产生化学反应使刀具磨损严重 ,切削性能下降。3 3 合理选用刀具几何参数( 1)前角与后角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。( 2 )主偏角与副偏角采用硬质合金刀具时 ,一般取ｋｒ=2 5～ 4 5° ,ｋｒ′=10～ 2 0°。工艺系统刚性好时取小值 ,反之可适当增大主偏角和副偏角 ;采用陶瓷刀具 ,主偏角还可大些 ,一般取ｋｒ=4 5～ 60° ,精车时可取ｋｒ=60～ 90°。( 3)刃倾角采用硬质合金刀具 ,λｓ=- 5～ 0° ;采用陶瓷刀具时 ,λｓ=- 10～ - 5°。( 4 )刀尖圆弧半径一般粗车时ｒ =1～ 2ｍｍ ;半精车时ｒ =0 5～ 1ｍｍ ;精车时ｒ=0 2～ 0 5ｍｍ。工艺系统刚性好时取大值 ,反之取小值。3 4 合理选择切削用量切削高锰钢时 ,切削速度不宜高。采用硬质合金刀具时 ,ｖｃ=2 0～ 4 0ｍ/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=5 0～ 80ｍ/ｍｉｎ。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。因此应选择较大的切削深度和进给量。一般粗车时ａｐ=3～ 6ｍｍ ,ｆ =0 3～ 0 8ｍｍ/ｒ ;大件粗车时可取ａｐ=6～ 10ｍｍ ;半精车时ａｐ=1～ 3ｍｍ ;ｆ=0 2～ 0 4ｍｍ/ｒ;精车时ａｐ≤ 1ｍｍ ;ｆ≤ 0 2ｍｍ/ｒ。4 钻削ＺＧＭｎ13高锰钢应注意的问题ＺＧＭｎ13高锰钢应用广泛 ,其锰含量高达 11%～ 14%。经水韧处理后 ,在受到剧烈冲击压力时 ,会产生很强的硬化现象 ,硬度可达ＨＢ4 5 0～ 5 5 0 ,硬化层深度达 0 3ｍｍ左右 ,加之导热系数很低 ,给切削带来很大困难。尤其在钻削时 ,刀具磨损严重 ,耐用度降低。因此 ,常用硬质合金群钻钻削ＺＧＭｎ13高锰钢。钻削时应注意以下问题 :( 1)合理设计切削部分参数常用硬质合金群钻的本体为 4 0Ｃｒ制造 ,切削部分为ＹＧ8或ＹＷ硬质合金。切削部分的形状与铸铁群钻近似 ,将钻尖高加大到 0 0 8Ｄ(Ｄ为钻头直径 ) ,圆弧刃的圆弧半径加大到 0 4Ｄ ,以提高刀尖强度 ,改善散热条件起到分屑作用。同时 ,在外缘处磨出双重锋角 ,并磨出负前角 ,把外缘处后角加大到2 0°。钻头磨好后 ,要用油石仔细鐾研刃口 ,不能有锯齿。( 2 )合理选择切削用量切削速度太低或进给量太大 ,会使切削力增加 ,容易造成崩刃。取ｖｃ=30～ 4 0ｍ/ｍｉｎ ,ｆ=0 0 7～ 0 1ｍｍ/ｒ比较合适。( 3)要充分使用冷却液高锰钢的线膨胀系数大 ,钻孔时使用切削液要充分 ,有条件的可将工件浸在冷却液中钻孔 ,以防止因孔的收缩将钻头咬死损坏。( 4 )严格控制钻头磨钝标准钻削过程中如听到刺耳的尖叫声或发现钻头外缘转角处后角和棱边磨损约 1ｍｍ时 ,应及时将钻头重磨 ,否则继续使用将加快钻头磨损以至损坏。( 5 )严禁中途停车钻削时应采用自动进给 ,尽量不用手动进给 ,以免加重硬化现象 ,使钻削更加困难。同时 ,严禁中途停车 ,以防切削力过大造成“闷车” ,使钻头崩碎。( 6)机床状态良好硬质合金群钻钻削高锰钢时 ,要求机床刚性好、振动小。硬质合金的韧性比高速钢低得多 ,强烈的振动和切削时的高温 ,会加快钻头磨损 ,造成崩刃或开焊。5 高锰钢切削方法的新进展同其他难加工材料一样 ,高锰钢的切削加工也得到了广泛深入的研究 ,近些年来取得了一些成果。行之有效的方法主要有以下几种 :( 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。其目的就是通过加热来软化工件材料 ,使工件材料的硬度、强度有所下降 ,易于产生塑性变形 ,减小切削力 ,提高刀具耐用度和生产率。同时 ,改变切屑形态 ,减小振动 ,减小表面粗糙度值。实验证明 ,用等离子加热车削高锰钢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。既可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 ,也可直接使用经过磁化处理的刀具进行切削。实验表明 ,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。据资料介绍 ,美国已开发成功交流脉冲磁化机 ,可磁化高速钢刀具、硬质合金刀具等 ,分别用于车削、铣削、刨削等。在车削中 ,因刀具材料与工件材料的不同 ,可提高效率在 4 0 %～ 30 0 %。( 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。这种切削方法可有效控制切削温度 ,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。近年来 ,低温切削技术在国外得到较大发展 ,国内也正积极研究。难加工材料采用低温切削工艺的经济性和必要性主要取决于工件本身的价值和常温传统切削加工的成本 ,要综合考虑采用低温切削是否经济可行。
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