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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～ 2 mm;半精车时 rε=0.5～1 mm;精车时 rε=0.2～0.5mm。工艺系统刚性好时取大 值,反之取小值 。
前后角
主副偏角
刃倾角
前角与后角
1. 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。 2. 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。
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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.
铁碳合金相图
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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0.1～0.3 mm， 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。
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 =3～6 mm，f=0.3～0.8 mm/r；大件粗车时可取αp =6～10 mm; 半精车时αp =1～3 mm；f=0.2～0.4 mm/r；精车时口αp ≤1 mm；f≤0.2mm/r。
高 锰 钢 金 相 组 织
高锰钢的切削加工特点：
1. 2. 3. 4. 5. 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 o 火来实现。将高锰钢加热 600-650 C 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
1. 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。 2. 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 C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。
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。
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高锰钢的线膨胀系数与黄铜差不多，在高 的切削温度下，局部产生热变形，尺寸精 度不易控制。切削高锰钢时，应先进行粗 加工，工件冷却后再进行精加工，以保证 工件的尺寸精度。
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红硬性
红硬性是指外部受热升温时工具钢仍能维 持高硬度（大于 60 HRC）的功能，是指材 料在经过一定温度下保持一定时间后所能 保持其硬度的能力
• (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
硬质合金刀具切削高锰钢ZGMn13实例
车削ZGMn13的刀具磨损曲线
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主偏角与副偏角
1. 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 。 2. 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 。 3. 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°。
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=0.2～0.8 mm, 倒棱前角 γ01=-10°～-5°;如采用陶瓷刀 具,bγ1=0.2 mm,γ01=-20°。
切削用量选择
1. 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 。 2. 采用硬合金刀具时, Vc=20～40 m/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。 3. 采用陶瓷刀具时, 可以选用较高的切削速 度, 一般 Vc=50～80 m/min 。
高锰钢的切削加工性 (ZGMn13)
什么是高锰钢（High manganese steel ）？
1. 锰含量约为 11%～18%的钢称高锰钢。 2. 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%. 3. 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。 4. 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 。
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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<50 m/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。
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• 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。