电机护环高锰钢切削工艺

王成威+张宏伟

摘 要 通过对难切削材料高锰钢的金属特性进行分析，进而找出加工难点，再针对加工难点找出金属切削应对方案，分别对刀具材质、刀具几何参数及切削用量方面做出结果解释，为电机高锰钢材质的护环加工开辟了新思路。

关键词 高锰钢；加工硬化；刀具的选用

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0100-01

电机护环是紧固发电机转子绕组端部线圈的箍圈，承受热装配合及高速旋转的离心力，因而要求很高的的屈服极限及较高的综合机械性能。同时，为防止因漏磁造成磁滞与涡流损失从而降低发电机功率，要求护环有最小的导磁率，因此多采用高锰钢制造，然而高锰钢在机械加工中属于难切削材料。

1 高锰钢的金属切削技术分析

1.1 高锰钢的定义与金属性能

高锰钢具有良好的耐磨性能，它属于一种耐磨钢，这类钢的碳含量较高，一般为0.90%～1.50%，范围较大的在1.0%以上。锰元素含量则在10%～15%之间，高锰钢一般要经过水韧处理，因为经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的金属塑性和冲击韧性能。高锰钢这种特有的金属特性决定了它常被应用于耐磨、受冲击载荷的工况场合。

1.2 高锰钢的金属切削加工特点

高锰钢因锰含量高达11%～15%，它的金属塑性和韧性都较高，那么就决定了它在切削加工中有以下特点。

1）出现加工硬化：高锰钢奥氏体在产生形状变化时，它的堆垛层错现象容易出现，马氏体的形成和形变孪晶也正因为这种堆垛层错现象提供了一定的基础准备。高锰钢之所以难以变形也是由于马氏体孪晶形变的出现。当奥氏体组织的高锰钢受到外部载荷冲击或者对其表面进行金属切削，平衡遭到破坏，受到牵扯作用时，它的表面会产生塑性变形，高锰钢的加工硬化现象也就在金属的变形层内形成，金属的表面产生的形变致使高锰钢表层硬度积累、提高。在冲击载荷作用的冷变形过程中，使得金属位错的单位密集度在一定程度上有较大的增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化，加工硬化现象从此形成，尤其是前者的影响更为明显。上述各种原因都使高锰钢的硬化层在很高程度上得到强化，硬度也随之大幅度提高。

由于高锰钢加工硬化现象严重，伴随着工件表面硬度的增加，切削阻力亦随之增加。当对其进行金属冷加工时，就对刀具提出了严峻的要求，刀具的因切削困难而使磨损加剧，另外由于金属表面硬化，切削过程易出现崩刃现象，影响刀具正常的使用寿命，给切削过程造成不利。

2）切屑不易折断：以45钢作为范例比较，高锰钢在受到冲击力时，其可以抵抗破坏的能力要为45钢的八倍，而45钢在平常的生产加工中韧性就已经很高了，韧性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折断。

3）切削过程散热条件差：高锰钢的加工硬化现象，使得切削力大增加，产生的切削热量较多，而高锰钢的导热能力又差，对切削热量的散失不利，造成切削区域的温度升高。刀具会磨损严重，会降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很难控制：由于高锰钢的线膨胀系数大、导热系数低，切削过程中会产生较多的热量，在此作用下工件的局部容易产生热变形，工件的尺寸精度会受此影响。刀具和切屑之间产生的积屑瘤和鳞刺，还会影响工件被加工表面的粗糙度。切削高锰钢时，应粗、精分时、分次加工，以保证工件的尺寸精度。

1.3 通过热处理方式改善高锰钢的切削性能

通过高温回火可以使得高锰钢的切削性能得到改善。具体方法是将高锰钢加热至，保温时间大约在两小时，而后进行冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，降低其加工硬化程度，明显改善加工性能。

1.4 切削加工高锰钢时刀具材料的选择

高锰钢按照上面分析的金属加工难点，对于切削刀具提出了新的要求。较高的热硬性及耐磨性是刀具切削高锰钢时的条件要求，即要求刀具在高温下仍可以保持足以切削金属的能力；有较高的强度、韧性避免刀具过早崩刃、报废；刀具本身具有较高的导热系数可以从切削区域中传走大量热量，以利于降低切削区域的温度，从而提高刀具寿命。刀具材料的选用原则中，硬质合金、金属陶瓷在切削高锰钢时较为合适，YG类硬质合金相对于YT类因为含钴量较高，从而使其在切削高锰钢时可以抵抗较高的抗弯力和冲击载荷，切削产生的崩刃现象可以得到减少。YT类的刀具因含有Ti元素，使其导热能力下降，不如YG类硬质合金好，避免刀尖过热软化可以用YG类刀具。此外，具有较好的磨加工性能的YG类硬质合金，使得刀具切削刃可以保持锋利。

1.5 切削加工高锰钢时刀具几何参数的选择

高锰钢特有的金属特性，使得对其进行金属冷加工过程变得困难，这样也对切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角与后角：较大的前角，可以减小切削变形，从而减少切削力、切削热和切削功率。前角愈小，刃口圆角及后刀面的磨损量增大，刀刃愈钝，加工硬化现象会愈严重；较为锋利的刀具会使高锰钢加工时产生的切削力降低，晶格畸变程度减小，硬化现象降低，利于金属切削。为了兼顾刀具强度及利于散失切削区域的热量，前角也不应过大。后角的大小将会影响到切削刃和刀头的强度，导热面积和容热体积也会受到影响，因此后角的选择也要合适，要保证刃口强度，避免刀具在切削时崩刃。使用YG类硬质合金刀具时，，；使用陶瓷刀具时，，。

2）刃倾角：刃倾角也可以影响刀具的强度及散热条件，为了使到头强固，选取负的刃倾角切削高锰钢，这样其刀尖处的导热和散热条件就会变好，利于延长刀具的使用寿命。选用硬质合金材质刀具时，；选用陶瓷材质刀具时，。

3）主偏角与副偏角：加工高锰钢过程中，因高锰钢的加工硬化现象严重，又不利于导热，刀具强度及切削热量都需要考虑进去，因此在选用刀具时要增加刀具的散热面积和刀尖强度，主偏角取值时应取较小值，但其取值要在合适的范围内，主偏角和副偏角共同决定了刀尖角的大小，直接影响刀尖强度、导热面积。选用硬质合金时，一般取，；采用陶瓷刀具时，。

1.6 切削高锰钢时切削用量的选择

高锰钢因存在较严重的加工硬化现象，导热性不好，还断屑困难，这些都对加工条件造成不利，为了让高锰钢金属切削加工顺利的进行，因此刀具需要维持一定的耐用度。采用硬质合金刀具时，。若采用陶瓷刀具时，由于刀具的硬度、耐热效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允许选用较高的切削速度，一般；一般粗车时，；精车时，。

2 结束语

高锰钢材质的电机护环为难切削材料，又因为它在电机中的重要性需要我们去重视、去认知、去实践。通过了解金属属性，深入浅出、逐层分析，找出切削难点，进而有合适的解决方法，为保证电机护环机加工质量提供了技术支持。

参考文献

[1]机械制造技术基础[M].机械工业出版社，2007.

[2]机械工程材料[M].机械工业出版社，2002.

[3]机械加工技术手册[M].北京出版社，1989.endprint

摘 要 通过对难切削材料高锰钢的金属特性进行分析，进而找出加工难点，再针对加工难点找出金属切削应对方案，分别对刀具材质、刀具几何参数及切削用量方面做出结果解释，为电机高锰钢材质的护环加工开辟了新思路。

关键词 高锰钢；加工硬化；刀具的选用

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0100-01

电机护环是紧固发电机转子绕组端部线圈的箍圈，承受热装配合及高速旋转的离心力，因而要求很高的的屈服极限及较高的综合机械性能。同时，为防止因漏磁造成磁滞与涡流损失从而降低发电机功率，要求护环有最小的导磁率，因此多采用高锰钢制造，然而高锰钢在机械加工中属于难切削材料。

1 高锰钢的金属切削技术分析

1.1 高锰钢的定义与金属性能

高锰钢具有良好的耐磨性能，它属于一种耐磨钢，这类钢的碳含量较高，一般为0.90%～1.50%，范围较大的在1.0%以上。锰元素含量则在10%～15%之间，高锰钢一般要经过水韧处理，因为经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的金属塑性和冲击韧性能。高锰钢这种特有的金属特性决定了它常被应用于耐磨、受冲击载荷的工况场合。

1.2 高锰钢的金属切削加工特点

高锰钢因锰含量高达11%～15%，它的金属塑性和韧性都较高，那么就决定了它在切削加工中有以下特点。

1）出现加工硬化：高锰钢奥氏体在产生形状变化时，它的堆垛层错现象容易出现，马氏体的形成和形变孪晶也正因为这种堆垛层错现象提供了一定的基础准备。高锰钢之所以难以变形也是由于马氏体孪晶形变的出现。当奥氏体组织的高锰钢受到外部载荷冲击或者对其表面进行金属切削，平衡遭到破坏，受到牵扯作用时，它的表面会产生塑性变形，高锰钢的加工硬化现象也就在金属的变形层内形成，金属的表面产生的形变致使高锰钢表层硬度积累、提高。在冲击载荷作用的冷变形过程中，使得金属位错的单位密集度在一定程度上有较大的增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化，加工硬化现象从此形成，尤其是前者的影响更为明显。上述各种原因都使高锰钢的硬化层在很高程度上得到强化，硬度也随之大幅度提高。

由于高锰钢加工硬化现象严重，伴随着工件表面硬度的增加，切削阻力亦随之增加。当对其进行金属冷加工时，就对刀具提出了严峻的要求，刀具的因切削困难而使磨损加剧，另外由于金属表面硬化，切削过程易出现崩刃现象，影响刀具正常的使用寿命，给切削过程造成不利。

2）切屑不易折断：以45钢作为范例比较，高锰钢在受到冲击力时，其可以抵抗破坏的能力要为45钢的八倍，而45钢在平常的生产加工中韧性就已经很高了，韧性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折断。

3）切削过程散热条件差：高锰钢的加工硬化现象，使得切削力大增加，产生的切削热量较多，而高锰钢的导热能力又差，对切削热量的散失不利，造成切削区域的温度升高。刀具会磨损严重，会降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很难控制：由于高锰钢的线膨胀系数大、导热系数低，切削过程中会产生较多的热量，在此作用下工件的局部容易产生热变形，工件的尺寸精度会受此影响。刀具和切屑之间产生的积屑瘤和鳞刺，还会影响工件被加工表面的粗糙度。切削高锰钢时，应粗、精分时、分次加工，以保证工件的尺寸精度。

1.3 通过热处理方式改善高锰钢的切削性能

通过高温回火可以使得高锰钢的切削性能得到改善。具体方法是将高锰钢加热至，保温时间大约在两小时，而后进行冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，降低其加工硬化程度，明显改善加工性能。

1.4 切削加工高锰钢时刀具材料的选择

高锰钢按照上面分析的金属加工难点，对于切削刀具提出了新的要求。较高的热硬性及耐磨性是刀具切削高锰钢时的条件要求，即要求刀具在高温下仍可以保持足以切削金属的能力；有较高的强度、韧性避免刀具过早崩刃、报废；刀具本身具有较高的导热系数可以从切削区域中传走大量热量，以利于降低切削区域的温度，从而提高刀具寿命。刀具材料的选用原则中，硬质合金、金属陶瓷在切削高锰钢时较为合适，YG类硬质合金相对于YT类因为含钴量较高，从而使其在切削高锰钢时可以抵抗较高的抗弯力和冲击载荷，切削产生的崩刃现象可以得到减少。YT类的刀具因含有Ti元素，使其导热能力下降，不如YG类硬质合金好，避免刀尖过热软化可以用YG类刀具。此外，具有较好的磨加工性能的YG类硬质合金，使得刀具切削刃可以保持锋利。

1.5 切削加工高锰钢时刀具几何参数的选择

高锰钢特有的金属特性，使得对其进行金属冷加工过程变得困难，这样也对切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角与后角：较大的前角，可以减小切削变形，从而减少切削力、切削热和切削功率。前角愈小，刃口圆角及后刀面的磨损量增大，刀刃愈钝，加工硬化现象会愈严重；较为锋利的刀具会使高锰钢加工时产生的切削力降低，晶格畸变程度减小，硬化现象降低，利于金属切削。为了兼顾刀具强度及利于散失切削区域的热量，前角也不应过大。后角的大小将会影响到切削刃和刀头的强度，导热面积和容热体积也会受到影响，因此后角的选择也要合适，要保证刃口强度，避免刀具在切削时崩刃。使用YG类硬质合金刀具时，，；使用陶瓷刀具时，，。

2）刃倾角：刃倾角也可以影响刀具的强度及散热条件，为了使到头强固，选取负的刃倾角切削高锰钢，这样其刀尖处的导热和散热条件就会变好，利于延长刀具的使用寿命。选用硬质合金材质刀具时，；选用陶瓷材质刀具时，。

3）主偏角与副偏角：加工高锰钢过程中，因高锰钢的加工硬化现象严重，又不利于导热，刀具强度及切削热量都需要考虑进去，因此在选用刀具时要增加刀具的散热面积和刀尖强度，主偏角取值时应取较小值，但其取值要在合适的范围内，主偏角和副偏角共同决定了刀尖角的大小，直接影响刀尖强度、导热面积。选用硬质合金时，一般取，；采用陶瓷刀具时，。

1.6 切削高锰钢时切削用量的选择

高锰钢因存在较严重的加工硬化现象，导热性不好，还断屑困难，这些都对加工条件造成不利，为了让高锰钢金属切削加工顺利的进行，因此刀具需要维持一定的耐用度。采用硬质合金刀具时，。若采用陶瓷刀具时，由于刀具的硬度、耐热效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允许选用较高的切削速度，一般；一般粗车时，；精车时，。

2 结束语

高锰钢材质的电机护环为难切削材料，又因为它在电机中的重要性需要我们去重视、去认知、去实践。通过了解金属属性，深入浅出、逐层分析，找出切削难点，进而有合适的解决方法，为保证电机护环机加工质量提供了技术支持。

参考文献

[1]机械制造技术基础[M].机械工业出版社，2007.

[2]机械工程材料[M].机械工业出版社，2002.

[3]机械加工技术手册[M].北京出版社，1989.endprint

摘 要 通过对难切削材料高锰钢的金属特性进行分析，进而找出加工难点，再针对加工难点找出金属切削应对方案，分别对刀具材质、刀具几何参数及切削用量方面做出结果解释，为电机高锰钢材质的护环加工开辟了新思路。

关键词 高锰钢；加工硬化；刀具的选用

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0100-01

电机护环是紧固发电机转子绕组端部线圈的箍圈，承受热装配合及高速旋转的离心力，因而要求很高的的屈服极限及较高的综合机械性能。同时，为防止因漏磁造成磁滞与涡流损失从而降低发电机功率，要求护环有最小的导磁率，因此多采用高锰钢制造，然而高锰钢在机械加工中属于难切削材料。

1 高锰钢的金属切削技术分析

1.1 高锰钢的定义与金属性能

高锰钢具有良好的耐磨性能，它属于一种耐磨钢，这类钢的碳含量较高，一般为0.90%～1.50%，范围较大的在1.0%以上。锰元素含量则在10%～15%之间，高锰钢一般要经过水韧处理，因为经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的金属塑性和冲击韧性能。高锰钢这种特有的金属特性决定了它常被应用于耐磨、受冲击载荷的工况场合。

1.2 高锰钢的金属切削加工特点

高锰钢因锰含量高达11%～15%，它的金属塑性和韧性都较高，那么就决定了它在切削加工中有以下特点。

1）出现加工硬化：高锰钢奥氏体在产生形状变化时，它的堆垛层错现象容易出现，马氏体的形成和形变孪晶也正因为这种堆垛层错现象提供了一定的基础准备。高锰钢之所以难以变形也是由于马氏体孪晶形变的出现。当奥氏体组织的高锰钢受到外部载荷冲击或者对其表面进行金属切削，平衡遭到破坏，受到牵扯作用时，它的表面会产生塑性变形，高锰钢的加工硬化现象也就在金属的变形层内形成，金属的表面产生的形变致使高锰钢表层硬度积累、提高。在冲击载荷作用的冷变形过程中，使得金属位错的单位密集度在一定程度上有较大的增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使钢得到强化，加工硬化现象从此形成，尤其是前者的影响更为明显。上述各种原因都使高锰钢的硬化层在很高程度上得到强化，硬度也随之大幅度提高。

由于高锰钢加工硬化现象严重，伴随着工件表面硬度的增加，切削阻力亦随之增加。当对其进行金属冷加工时，就对刀具提出了严峻的要求，刀具的因切削困难而使磨损加剧，另外由于金属表面硬化，切削过程易出现崩刃现象，影响刀具正常的使用寿命，给切削过程造成不利。

2）切屑不易折断：以45钢作为范例比较，高锰钢在受到冲击力时，其可以抵抗破坏的能力要为45钢的八倍，而45钢在平常的生产加工中韧性就已经很高了，韧性很高的特性致使其不利于切屑的卷曲和折断。

3）切削过程散热条件差：高锰钢的加工硬化现象，使得切削力大增加，产生的切削热量较多，而高锰钢的导热能力又差，对切削热量的散失不利，造成切削区域的温度升高。刀具会磨损严重，会降低刀具的耐用度。

4）加工尺寸精度很难控制：由于高锰钢的线膨胀系数大、导热系数低，切削过程中会产生较多的热量，在此作用下工件的局部容易产生热变形，工件的尺寸精度会受此影响。刀具和切屑之间产生的积屑瘤和鳞刺，还会影响工件被加工表面的粗糙度。切削高锰钢时，应粗、精分时、分次加工，以保证工件的尺寸精度。

1.3 通过热处理方式改善高锰钢的切削性能

通过高温回火可以使得高锰钢的切削性能得到改善。具体方法是将高锰钢加热至，保温时间大约在两小时，而后进行冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，降低其加工硬化程度，明显改善加工性能。

1.4 切削加工高锰钢时刀具材料的选择

高锰钢按照上面分析的金属加工难点，对于切削刀具提出了新的要求。较高的热硬性及耐磨性是刀具切削高锰钢时的条件要求，即要求刀具在高温下仍可以保持足以切削金属的能力；有较高的强度、韧性避免刀具过早崩刃、报废；刀具本身具有较高的导热系数可以从切削区域中传走大量热量，以利于降低切削区域的温度，从而提高刀具寿命。刀具材料的选用原则中，硬质合金、金属陶瓷在切削高锰钢时较为合适，YG类硬质合金相对于YT类因为含钴量较高，从而使其在切削高锰钢时可以抵抗较高的抗弯力和冲击载荷，切削产生的崩刃现象可以得到减少。YT类的刀具因含有Ti元素，使其导热能力下降，不如YG类硬质合金好，避免刀尖过热软化可以用YG类刀具。此外，具有较好的磨加工性能的YG类硬质合金，使得刀具切削刃可以保持锋利。

1.5 切削加工高锰钢时刀具几何参数的选择

高锰钢特有的金属特性，使得对其进行金属冷加工过程变得困难，这样也对切削刀具的角度提出了新的要求。

1）前角与后角：较大的前角，可以减小切削变形，从而减少切削力、切削热和切削功率。前角愈小，刃口圆角及后刀面的磨损量增大，刀刃愈钝，加工硬化现象会愈严重；较为锋利的刀具会使高锰钢加工时产生的切削力降低，晶格畸变程度减小，硬化现象降低，利于金属切削。为了兼顾刀具强度及利于散失切削区域的热量，前角也不应过大。后角的大小将会影响到切削刃和刀头的强度，导热面积和容热体积也会受到影响，因此后角的选择也要合适，要保证刃口强度，避免刀具在切削时崩刃。使用YG类硬质合金刀具时，，；使用陶瓷刀具时，，。

2）刃倾角：刃倾角也可以影响刀具的强度及散热条件，为了使到头强固，选取负的刃倾角切削高锰钢，这样其刀尖处的导热和散热条件就会变好，利于延长刀具的使用寿命。选用硬质合金材质刀具时，；选用陶瓷材质刀具时，。

3）主偏角与副偏角：加工高锰钢过程中，因高锰钢的加工硬化现象严重，又不利于导热，刀具强度及切削热量都需要考虑进去，因此在选用刀具时要增加刀具的散热面积和刀尖强度，主偏角取值时应取较小值，但其取值要在合适的范围内，主偏角和副偏角共同决定了刀尖角的大小，直接影响刀尖强度、导热面积。选用硬质合金时，一般取，；采用陶瓷刀具时，。

1.6 切削高锰钢时切削用量的选择

高锰钢因存在较严重的加工硬化现象，导热性不好，还断屑困难，这些都对加工条件造成不利，为了让高锰钢金属切削加工顺利的进行，因此刀具需要维持一定的耐用度。采用硬质合金刀具时，。若采用陶瓷刀具时，由于刀具的硬度、耐热效果更好，因此陶瓷刀具的材料特性允许选用较高的切削速度，一般；一般粗车时，；精车时，。

2 结束语

高锰钢材质的电机护环为难切削材料，又因为它在电机中的重要性需要我们去重视、去认知、去实践。通过了解金属属性，深入浅出、逐层分析，找出切削难点，进而有合适的解决方法，为保证电机护环机加工质量提供了技术支持。

参考文献

[1]机械制造技术基础[M].机械工业出版社，2007.

[2]机械工程材料[M].机械工业出版社，2002.

[3]机械加工技术手册[M].北京出版社，1989.endprint