電機護環高錳鋼切削工藝

王成威+張宏偉

摘 要 通過對難切削材料高錳鋼的金屬特性進行分析，進而找出加工難點，再針對加工難點找出金屬切削應對方案，分別對刀具材質、刀具幾何參數及切削用量方面做出結果解釋，為電機高錳鋼材質的護環加工開辟了新思路。

關鍵詞 高錳鋼；加工硬化；刀具的選用

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0100-01

電機護環是緊固發電機轉子繞組端部線圈的箍圈，承受熱裝配合及高速旋轉的離心力，因而要求很高的的屈服極限及較高的綜合機械性能。同時，為防止因漏磁造成磁滯與渦流損失從而降低發電機功率，要求護環有最小的導磁率，因此多采用高錳鋼制造，然而高錳鋼在機械加工中屬于難切削材料。

1 高錳鋼的金屬切削技術分析

1.1 高錳鋼的定義與金屬性能

高錳鋼具有良好的耐磨性能，它屬于一種耐磨鋼，這類鋼的碳含量較高，一般為0.90%～1.50%，范圍較大的在1.0%以上。錳元素含量則在10%～15%之間，高錳鋼一般要經過水韌處理，因為經過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的金屬塑性和沖擊韌性能。高錳鋼這種特有的金屬特性決定了它常被應用于耐磨、受沖擊載荷的工況場合。

1.2 高錳鋼的金屬切削加工特點

高錳鋼因錳含量高達11%～15%，它的金屬塑性和韌性都較高，那么就決定了它在切削加工中有以下特點。

1）出現加工硬化：高錳鋼奧氏體在產生形狀變化時，它的堆垛層錯現象容易出現，馬氏體的形成和形變孿晶也正因為這種堆垛層錯現象提供了一定的基礎準備。高錳鋼之所以難以變形也是由于馬氏體孿晶形變的出現。當奧氏體組織的高錳鋼受到外部載荷沖擊或者對其表面進行金屬切削，平衡遭到破壞，受到牽扯作用時，它的表面會產生塑性變形，高錳鋼的加工硬化現象也就在金屬的變形層內形成，金屬的表面產生的形變致使高錳鋼表層硬度積累、提高。在沖擊載荷作用的冷變形過程中，使得金屬位錯的單位密集度在一定程度上有較大的增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化，加工硬化現象從此形成，尤其是前者的影響更為明顯。上述各種原因都使高錳鋼的硬化層在很高程度上得到強化，硬度也隨之大幅度提高。

由于高錳鋼加工硬化現象嚴重，伴隨著工件表面硬度的增加，切削阻力亦隨之增加。當對其進行金屬冷加工時，就對刀具提出了嚴峻的要求，刀具的因切削困難而使磨損加劇，另外由于金屬表面硬化，切削過程易出現崩刃現象，影響刀具正常的使用壽命，給切削過程造成不利。

2）切屑不易折斷：以45鋼作為范例比較，高錳鋼在受到沖擊力時，其可以抵抗破壞的能力要為45鋼的八倍，而45鋼在平常的生產加工中韌性就已經很高了，韌性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折斷。

3）切削過程散熱條件差：高錳鋼的加工硬化現象，使得切削力大增加，產生的切削熱量較多，而高錳鋼的導熱能力又差，對切削熱量的散失不利，造成切削區域的溫度升高。刀具會磨損嚴重，會降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很難控制：由于高錳鋼的線膨脹系數大、導熱系數低，切削過程中會產生較多的熱量，在此作用下工件的局部容易產生熱變形，工件的尺寸精度會受此影響。刀具和切屑之間產生的積屑瘤和鱗刺，還會影響工件被加工表面的粗糙度。切削高錳鋼時，應粗、精分時、分次加工，以保證工件的尺寸精度。

1.3 通過熱處理方式改善高錳鋼的切削性能

通過高溫回火可以使得高錳鋼的切削性能得到改善。具體方法是將高錳鋼加熱至，保溫時間大約在兩小時，而后進行冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉變為索氏體組織，降低其加工硬化程度，明顯改善加工性能。

1.4 切削加工高錳鋼時刀具材料的選擇

高錳鋼按照上面分析的金屬加工難點，對于切削刀具提出了新的要求。較高的熱硬性及耐磨性是刀具切削高錳鋼時的條件要求，即要求刀具在高溫下仍可以保持足以切削金屬的能力；有較高的強度、韌性避免刀具過早崩刃、報廢；刀具本身具有較高的導熱系數可以從切削區域中傳走大量熱量，以利于降低切削區域的溫度，從而提高刀具壽命。刀具材料的選用原則中，硬質合金、金屬陶瓷在切削高錳鋼時較為合適，YG類硬質合金相對于YT類因為含鈷量較高，從而使其在切削高錳鋼時可以抵抗較高的抗彎力和沖擊載荷，切削產生的崩刃現象可以得到減少。YT類的刀具因含有Ti元素，使其導熱能力下降，不如YG類硬質合金好，避免刀尖過熱軟化可以用YG類刀具。此外，具有較好的磨加工性能的YG類硬質合金，使得刀具切削刃可以保持鋒利。

1.5 切削加工高錳鋼時刀具幾何參數的選擇

高錳鋼特有的金屬特性，使得對其進行金屬冷加工過程變得困難，這樣也對切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角與后角：較大的前角，可以減小切削變形，從而減少切削力、切削熱和切削功率。前角愈小，刃口圓角及后刀面的磨損量增大，刀刃愈鈍，加工硬化現象會愈嚴重；較為鋒利的刀具會使高錳鋼加工時產生的切削力降低，晶格畸變程度減小，硬化現象降低，利于金屬切削。為了兼顧刀具強度及利于散失切削區域的熱量，前角也不應過大。后角的大小將會影響到切削刃和刀頭的強度，導熱面積和容熱體積也會受到影響，因此后角的選擇也要合適，要保證刃口強度，避免刀具在切削時崩刃。使用YG類硬質合金刀具時，，；使用陶瓷刀具時，，。

2）刃傾角：刃傾角也可以影響刀具的強度及散熱條件，為了使到頭強固，選取負的刃傾角切削高錳鋼，這樣其刀尖處的導熱和散熱條件就會變好，利于延長刀具的使用壽命。選用硬質合金材質刀具時，；選用陶瓷材質刀具時，。

3）主偏角與副偏角：加工高錳鋼過程中，因高錳鋼的加工硬化現象嚴重，又不利于導熱，刀具強度及切削熱量都需要考慮進去，因此在選用刀具時要增加刀具的散熱面積和刀尖強度，主偏角取值時應取較小值，但其取值要在合適的范圍內，主偏角和副偏角共同決定了刀尖角的大小，直接影響刀尖強度、導熱面積。選用硬質合金時，一般取，；采用陶瓷刀具時，。

1.6 切削高錳鋼時切削用量的選擇

高錳鋼因存在較嚴重的加工硬化現象，導熱性不好，還斷屑困難，這些都對加工條件造成不利，為了讓高錳鋼金屬切削加工順利的進行，因此刀具需要維持一定的耐用度。采用硬質合金刀具時，。若采用陶瓷刀具時，由于刀具的硬度、耐熱效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允許選用較高的切削速度，一般；一般粗車時，；精車時，。

2 結束語

高錳鋼材質的電機護環為難切削材料，又因為它在電機中的重要性需要我們去重視、去認知、去實踐。通過了解金屬屬性，深入淺出、逐層分析，找出切削難點，進而有合適的解決方法，為保證電機護環機加工質量提供了技術支持。

參考文獻

[1]機械制造技術基礎[M].機械工業出版社，2007.

[2]機械工程材料[M].機械工業出版社，2002.

[3]機械加工技術手冊[M].北京出版社，1989.endprint

摘 要 通過對難切削材料高錳鋼的金屬特性進行分析，進而找出加工難點，再針對加工難點找出金屬切削應對方案，分別對刀具材質、刀具幾何參數及切削用量方面做出結果解釋，為電機高錳鋼材質的護環加工開辟了新思路。

關鍵詞 高錳鋼；加工硬化；刀具的選用

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0100-01

電機護環是緊固發電機轉子繞組端部線圈的箍圈，承受熱裝配合及高速旋轉的離心力，因而要求很高的的屈服極限及較高的綜合機械性能。同時，為防止因漏磁造成磁滯與渦流損失從而降低發電機功率，要求護環有最小的導磁率，因此多采用高錳鋼制造，然而高錳鋼在機械加工中屬于難切削材料。

1 高錳鋼的金屬切削技術分析

1.1 高錳鋼的定義與金屬性能

高錳鋼具有良好的耐磨性能，它屬于一種耐磨鋼，這類鋼的碳含量較高，一般為0.90%～1.50%，范圍較大的在1.0%以上。錳元素含量則在10%～15%之間，高錳鋼一般要經過水韌處理，因為經過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的金屬塑性和沖擊韌性能。高錳鋼這種特有的金屬特性決定了它常被應用于耐磨、受沖擊載荷的工況場合。

1.2 高錳鋼的金屬切削加工特點

高錳鋼因錳含量高達11%～15%，它的金屬塑性和韌性都較高，那么就決定了它在切削加工中有以下特點。

1）出現加工硬化：高錳鋼奧氏體在產生形狀變化時，它的堆垛層錯現象容易出現，馬氏體的形成和形變孿晶也正因為這種堆垛層錯現象提供了一定的基礎準備。高錳鋼之所以難以變形也是由于馬氏體孿晶形變的出現。當奧氏體組織的高錳鋼受到外部載荷沖擊或者對其表面進行金屬切削，平衡遭到破壞，受到牽扯作用時，它的表面會產生塑性變形，高錳鋼的加工硬化現象也就在金屬的變形層內形成，金屬的表面產生的形變致使高錳鋼表層硬度積累、提高。在沖擊載荷作用的冷變形過程中，使得金屬位錯的單位密集度在一定程度上有較大的增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化，加工硬化現象從此形成，尤其是前者的影響更為明顯。上述各種原因都使高錳鋼的硬化層在很高程度上得到強化，硬度也隨之大幅度提高。

由于高錳鋼加工硬化現象嚴重，伴隨著工件表面硬度的增加，切削阻力亦隨之增加。當對其進行金屬冷加工時，就對刀具提出了嚴峻的要求，刀具的因切削困難而使磨損加劇，另外由于金屬表面硬化，切削過程易出現崩刃現象，影響刀具正常的使用壽命，給切削過程造成不利。

2）切屑不易折斷：以45鋼作為范例比較，高錳鋼在受到沖擊力時，其可以抵抗破壞的能力要為45鋼的八倍，而45鋼在平常的生產加工中韌性就已經很高了，韌性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折斷。

3）切削過程散熱條件差：高錳鋼的加工硬化現象，使得切削力大增加，產生的切削熱量較多，而高錳鋼的導熱能力又差，對切削熱量的散失不利，造成切削區域的溫度升高。刀具會磨損嚴重，會降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很難控制：由于高錳鋼的線膨脹系數大、導熱系數低，切削過程中會產生較多的熱量，在此作用下工件的局部容易產生熱變形，工件的尺寸精度會受此影響。刀具和切屑之間產生的積屑瘤和鱗刺，還會影響工件被加工表面的粗糙度。切削高錳鋼時，應粗、精分時、分次加工，以保證工件的尺寸精度。

1.3 通過熱處理方式改善高錳鋼的切削性能

通過高溫回火可以使得高錳鋼的切削性能得到改善。具體方法是將高錳鋼加熱至，保溫時間大約在兩小時，而后進行冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉變為索氏體組織，降低其加工硬化程度，明顯改善加工性能。

1.4 切削加工高錳鋼時刀具材料的選擇

高錳鋼按照上面分析的金屬加工難點，對于切削刀具提出了新的要求。較高的熱硬性及耐磨性是刀具切削高錳鋼時的條件要求，即要求刀具在高溫下仍可以保持足以切削金屬的能力；有較高的強度、韌性避免刀具過早崩刃、報廢；刀具本身具有較高的導熱系數可以從切削區域中傳走大量熱量，以利于降低切削區域的溫度，從而提高刀具壽命。刀具材料的選用原則中，硬質合金、金屬陶瓷在切削高錳鋼時較為合適，YG類硬質合金相對于YT類因為含鈷量較高，從而使其在切削高錳鋼時可以抵抗較高的抗彎力和沖擊載荷，切削產生的崩刃現象可以得到減少。YT類的刀具因含有Ti元素，使其導熱能力下降，不如YG類硬質合金好，避免刀尖過熱軟化可以用YG類刀具。此外，具有較好的磨加工性能的YG類硬質合金，使得刀具切削刃可以保持鋒利。

1.5 切削加工高錳鋼時刀具幾何參數的選擇

高錳鋼特有的金屬特性，使得對其進行金屬冷加工過程變得困難，這樣也對切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角與后角：較大的前角，可以減小切削變形，從而減少切削力、切削熱和切削功率。前角愈小，刃口圓角及后刀面的磨損量增大，刀刃愈鈍，加工硬化現象會愈嚴重；較為鋒利的刀具會使高錳鋼加工時產生的切削力降低，晶格畸變程度減小，硬化現象降低，利于金屬切削。為了兼顧刀具強度及利于散失切削區域的熱量，前角也不應過大。后角的大小將會影響到切削刃和刀頭的強度，導熱面積和容熱體積也會受到影響，因此后角的選擇也要合適，要保證刃口強度，避免刀具在切削時崩刃。使用YG類硬質合金刀具時，，；使用陶瓷刀具時，，。

2）刃傾角：刃傾角也可以影響刀具的強度及散熱條件，為了使到頭強固，選取負的刃傾角切削高錳鋼，這樣其刀尖處的導熱和散熱條件就會變好，利于延長刀具的使用壽命。選用硬質合金材質刀具時，；選用陶瓷材質刀具時，。

3）主偏角與副偏角：加工高錳鋼過程中，因高錳鋼的加工硬化現象嚴重，又不利于導熱，刀具強度及切削熱量都需要考慮進去，因此在選用刀具時要增加刀具的散熱面積和刀尖強度，主偏角取值時應取較小值，但其取值要在合適的范圍內，主偏角和副偏角共同決定了刀尖角的大小，直接影響刀尖強度、導熱面積。選用硬質合金時，一般取，；采用陶瓷刀具時，。

1.6 切削高錳鋼時切削用量的選擇

高錳鋼因存在較嚴重的加工硬化現象，導熱性不好，還斷屑困難，這些都對加工條件造成不利，為了讓高錳鋼金屬切削加工順利的進行，因此刀具需要維持一定的耐用度。采用硬質合金刀具時，。若采用陶瓷刀具時，由于刀具的硬度、耐熱效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允許選用較高的切削速度，一般；一般粗車時，；精車時，。

2 結束語

高錳鋼材質的電機護環為難切削材料，又因為它在電機中的重要性需要我們去重視、去認知、去實踐。通過了解金屬屬性，深入淺出、逐層分析，找出切削難點，進而有合適的解決方法，為保證電機護環機加工質量提供了技術支持。

參考文獻

[1]機械制造技術基礎[M].機械工業出版社，2007.

[2]機械工程材料[M].機械工業出版社，2002.

[3]機械加工技術手冊[M].北京出版社，1989.endprint

摘 要 通過對難切削材料高錳鋼的金屬特性進行分析，進而找出加工難點，再針對加工難點找出金屬切削應對方案，分別對刀具材質、刀具幾何參數及切削用量方面做出結果解釋，為電機高錳鋼材質的護環加工開辟了新思路。

關鍵詞 高錳鋼；加工硬化；刀具的選用

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0100-01

電機護環是緊固發電機轉子繞組端部線圈的箍圈，承受熱裝配合及高速旋轉的離心力，因而要求很高的的屈服極限及較高的綜合機械性能。同時，為防止因漏磁造成磁滯與渦流損失從而降低發電機功率，要求護環有最小的導磁率，因此多采用高錳鋼制造，然而高錳鋼在機械加工中屬于難切削材料。

1 高錳鋼的金屬切削技術分析

1.1 高錳鋼的定義與金屬性能

高錳鋼具有良好的耐磨性能，它屬于一種耐磨鋼，這類鋼的碳含量較高，一般為0.90%～1.50%，范圍較大的在1.0%以上。錳元素含量則在10%～15%之間，高錳鋼一般要經過水韌處理，因為經過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的金屬塑性和沖擊韌性能。高錳鋼這種特有的金屬特性決定了它常被應用于耐磨、受沖擊載荷的工況場合。

1.2 高錳鋼的金屬切削加工特點

高錳鋼因錳含量高達11%～15%，它的金屬塑性和韌性都較高，那么就決定了它在切削加工中有以下特點。

1）出現加工硬化：高錳鋼奧氏體在產生形狀變化時，它的堆垛層錯現象容易出現，馬氏體的形成和形變孿晶也正因為這種堆垛層錯現象提供了一定的基礎準備。高錳鋼之所以難以變形也是由于馬氏體孿晶形變的出現。當奧氏體組織的高錳鋼受到外部載荷沖擊或者對其表面進行金屬切削，平衡遭到破壞，受到牽扯作用時，它的表面會產生塑性變形，高錳鋼的加工硬化現象也就在金屬的變形層內形成，金屬的表面產生的形變致使高錳鋼表層硬度積累、提高。在沖擊載荷作用的冷變形過程中，使得金屬位錯的單位密集度在一定程度上有較大的增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化，加工硬化現象從此形成，尤其是前者的影響更為明顯。上述各種原因都使高錳鋼的硬化層在很高程度上得到強化，硬度也隨之大幅度提高。

由于高錳鋼加工硬化現象嚴重，伴隨著工件表面硬度的增加，切削阻力亦隨之增加。當對其進行金屬冷加工時，就對刀具提出了嚴峻的要求，刀具的因切削困難而使磨損加劇，另外由于金屬表面硬化，切削過程易出現崩刃現象，影響刀具正常的使用壽命，給切削過程造成不利。

2）切屑不易折斷：以45鋼作為范例比較，高錳鋼在受到沖擊力時，其可以抵抗破壞的能力要為45鋼的八倍，而45鋼在平常的生產加工中韌性就已經很高了，韌性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折斷。

3）切削過程散熱條件差：高錳鋼的加工硬化現象，使得切削力大增加，產生的切削熱量較多，而高錳鋼的導熱能力又差，對切削熱量的散失不利，造成切削區域的溫度升高。刀具會磨損嚴重，會降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很難控制：由于高錳鋼的線膨脹系數大、導熱系數低，切削過程中會產生較多的熱量，在此作用下工件的局部容易產生熱變形，工件的尺寸精度會受此影響。刀具和切屑之間產生的積屑瘤和鱗刺，還會影響工件被加工表面的粗糙度。切削高錳鋼時，應粗、精分時、分次加工，以保證工件的尺寸精度。

1.3 通過熱處理方式改善高錳鋼的切削性能

通過高溫回火可以使得高錳鋼的切削性能得到改善。具體方法是將高錳鋼加熱至，保溫時間大約在兩小時，而后進行冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉變為索氏體組織，降低其加工硬化程度，明顯改善加工性能。

1.4 切削加工高錳鋼時刀具材料的選擇

高錳鋼按照上面分析的金屬加工難點，對于切削刀具提出了新的要求。較高的熱硬性及耐磨性是刀具切削高錳鋼時的條件要求，即要求刀具在高溫下仍可以保持足以切削金屬的能力；有較高的強度、韌性避免刀具過早崩刃、報廢；刀具本身具有較高的導熱系數可以從切削區域中傳走大量熱量，以利于降低切削區域的溫度，從而提高刀具壽命。刀具材料的選用原則中，硬質合金、金屬陶瓷在切削高錳鋼時較為合適，YG類硬質合金相對于YT類因為含鈷量較高，從而使其在切削高錳鋼時可以抵抗較高的抗彎力和沖擊載荷，切削產生的崩刃現象可以得到減少。YT類的刀具因含有Ti元素，使其導熱能力下降，不如YG類硬質合金好，避免刀尖過熱軟化可以用YG類刀具。此外，具有較好的磨加工性能的YG類硬質合金，使得刀具切削刃可以保持鋒利。

1.5 切削加工高錳鋼時刀具幾何參數的選擇

高錳鋼特有的金屬特性，使得對其進行金屬冷加工過程變得困難，這樣也對切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角與后角：較大的前角，可以減小切削變形，從而減少切削力、切削熱和切削功率。前角愈小，刃口圓角及后刀面的磨損量增大，刀刃愈鈍，加工硬化現象會愈嚴重；較為鋒利的刀具會使高錳鋼加工時產生的切削力降低，晶格畸變程度減小，硬化現象降低，利于金屬切削。為了兼顧刀具強度及利于散失切削區域的熱量，前角也不應過大。后角的大小將會影響到切削刃和刀頭的強度，導熱面積和容熱體積也會受到影響，因此后角的選擇也要合適，要保證刃口強度，避免刀具在切削時崩刃。使用YG類硬質合金刀具時，，；使用陶瓷刀具時，，。

2）刃傾角：刃傾角也可以影響刀具的強度及散熱條件，為了使到頭強固，選取負的刃傾角切削高錳鋼，這樣其刀尖處的導熱和散熱條件就會變好，利于延長刀具的使用壽命。選用硬質合金材質刀具時，；選用陶瓷材質刀具時，。

3）主偏角與副偏角：加工高錳鋼過程中，因高錳鋼的加工硬化現象嚴重，又不利于導熱，刀具強度及切削熱量都需要考慮進去，因此在選用刀具時要增加刀具的散熱面積和刀尖強度，主偏角取值時應取較小值，但其取值要在合適的范圍內，主偏角和副偏角共同決定了刀尖角的大小，直接影響刀尖強度、導熱面積。選用硬質合金時，一般取，；采用陶瓷刀具時，。

1.6 切削高錳鋼時切削用量的選擇

高錳鋼因存在較嚴重的加工硬化現象，導熱性不好，還斷屑困難，這些都對加工條件造成不利，為了讓高錳鋼金屬切削加工順利的進行，因此刀具需要維持一定的耐用度。采用硬質合金刀具時，。若采用陶瓷刀具時，由于刀具的硬度、耐熱效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允許選用較高的切削速度，一般；一般粗車時，；精車時，。

2 結束語

高錳鋼材質的電機護環為難切削材料，又因為它在電機中的重要性需要我們去重視、去認知、去實踐。通過了解金屬屬性，深入淺出、逐層分析，找出切削難點，進而有合適的解決方法，為保證電機護環機加工質量提供了技術支持。

參考文獻

[1]機械制造技術基礎[M].機械工業出版社，2007.

[2]機械工程材料[M].機械工業出版社，2002.

[3]機械加工技術手冊[M].北京出版社，1989.endprint