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摘 要：在高锰钢零件加工中，因出现加工硬化，导致小于Φ50孔加工困难，精度低，难于满足客户要求。通过自制钻头、控制切屑量、刀具磨钝标准，加工过程中的中途停车等方法及加强设备维护及细化工艺方案，解决了Φ50以下高锰钢零件孔加工困难问题，并为工厂节约成本、创造效益。
关键词：高锰钢矿山机械耐磨件；加工硬化；钻头结构；几何参数
第一章：背景及问题
随着工厂开发战略思想的成熟—以矿山机械耐磨件为主，现已达到年加工ZGMn13高锰钢超过12000吨能力。
高锰钢最突出的特点就是它的加工硬化现象非常严重， 金属在低于再结晶温度时产生塑性变形而引起硬度提高的现象，称为加工硬化。高锰钢之所以广泛应用于制造耐磨工件，主要是高冲击载荷作用下工件表面层能够产生加工硬化现象，从而提高耐磨性。
我厂的主产品之一是矿山机械耐磨件，其中工件有φ50以下不易铸出的孔，需要钻削加工，而材料ZGMn13高锰钢属于难加工材料，其主要加工特点：一是加工硬化现象严重；二是极易高温脱碳，给高锰钢的孔加工带来很大困难。
工厂现在采用的刀具是焊接式硬质合金钻头，刀片通过跑铜焊接连接到刀体上焊接时由于高度集中的瞬时热输入，在焊接后产生相当大残余应力，严重影响了刀具使用性能。焊接后，刀片和刀体没有充分接触，影响钻头的强度，后角变化不均匀，后刀面不在同一曲面上，主切削刃倒棱处粗糙度很低，横刃由于不对称造成受力不均，横刃部分受力更复杂，钻头强度严重不足等一系列问题。
试加工时，我们发现了高锰钢切削加工几个固有的难题
1、加工硬化严重。高锰钢的切削过程中，由于塑性变形大，从而产生严重的加工硬化现象。加工前的硬度一般为HB200-220，加工后表面硬度可达HB450-550，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。
2、切削温度高。由于高锰钢导热系数低，所以切削区温度很高，切削时的高温将使刀具前刀面上形成强烈的月牙洼磨损，刀具耐用度降低。
3、断削困难。由于高锰钢具有较高韧性，所以切削时切屑不易卷曲和折断。
4、尺寸精度不易控制。高锰钢线膨胀系数大，在高的切削温度下局部产生热变形。
5、铸件缺陷对加工有较大影响。当铸件毛坯在夹砂、砂眼、余量不均等缺陷时，其切削加工性能还会进一步降低。
6、高温脱碳。高锰钢材料具有高温脱碳，破坏原组织性能使切削不畅，切削温度高，打刀严重。
7、刀具采用焊接方式。经高温焊接后的硬质合金刀片材料本身性能减低30%左右，刀片使用寿命也明显降低，刀片极易产生裂纹，相当一部分微观裂纹是在钻削过程中才显露出来，直接导致刀片破坏，切削力增大，切削温度增高。
第二章： 问题分析及解决方案
结合工厂目前钻削高钢的实际情况，详细分析了钻头破损原因，并提出了如下的改进措施：
1、焊接问题
焊接问题，增加焊后保温步骤，在保温箱内保温4-8小时，以减少或消除热应力，在焊缝中增加补偿垫片，减小铜焊应力，改进焊接工艺方法，提高焊精度。
2.刃磨问题
刃磨裂纹的问题，可以通过勤修砂轮，提高砂轮的自锐性以保证砂轮拥有良好的磨削能力，减小磨削热，采用冷却液，改善散热条件，分散磨热采用负刀刃磨法以提高刀片强度，增强刀片冲击能力，增加受热面积，从而减少裂纹。分散刃磨，将刀杆和刀片分别刃磨，避免内应力，针对刀具角度问题刃磨时，不再单纯依靠经验，可以通过刃磨夹具实现机械刃磨来保证刀具角度的合理性，并增加角度检测步骤。
3.刀具材料问题
针对刀具材料问题，可以通过分析刀具材料特性进行刀具材料优选最终选出适合加工高锰钢的材料。比如YW2、YG8以及超细晶粒合金YL10.2等。
4.铸造问题
工厂所加工的高锰钢毛坯是由铸造分厂生产的，经水韧处理后才能使用。由于铸造工艺的限制工厂生产的高锰钢毛坯介质并不均匀，会存在局部硬点，当加工时，钻头碰到硬点时，钻削力会瞬间加大，过大的钻削力很容易导致钻破损。
5.机床振动问题
通过修整齿轮，改善动力载荷及其引起的振动，在振动系统中增加阻力以减少振动或增加削振器等阻振方法或采用更先进的机床，比如采用电气或液压传动以简化机床结构，采用强度和刚性足够的传动轴等措施以增加机床刚性，特别是选取高强度和刚度的主轴以避免其发生弹性形变而影响齿轮啮合达成的振动。
通过上述分析，在加工中我们自制了鉆头，并采取如下6点控制方法，有效解决了钻削高锰钢材料上Φ50以下孔困难问题。
1.钻头的制作
选择标准Φ19的麻花钻头根据合金刀片的参量、厚度尺寸采用线切割开出工艺焊。接槽见图4-1所示为刀体部分，焊接成一体见图4-2所示。
2.六个控制方法
（1）选择合理的切削用量：切削速度太低或进给量太大，都会使切削力增大，容易造成切削刃崩碎。一般选用切削速度v=30-40m/min，进给量f=0.06-0.10mm/r。
（2）严格控制钻头磨钝标准：钻削过程中如听到刺耳的尖声或发现钻头外缘转角处后角各棱边的磨损约1mm时，应及时将钻头进行重磨，否则继续使用会加快钻头磨损以致损坏。
（3）严禁中途停车：用硬质合金钻削高锰钢时应采用自动进给，进量严禁手动进给，否则会加重硬化现象，使钻削更加困难，操作中要严禁中途停车，防止因切削力过大造成“闷车”，使钻头崩碎。
（4）设备要求：钻削高锰钢时，还要求机床刚性好，振动小。
（5）冷却：加工过程冷却液应不间断，一但温度高起来，再浇冷却液会损坏焊接硬质合金刀头。
（6）加工过程：先预钻φ19小孔，待工件冷却后再用φ50扩孔钻进行扩孔精加工，保证孔的尺寸精度。
3.使用的效果与实际意义。
在加工过程中，我们自制钻头如图4-3所示，成本约30元/把，而成品钻头约80元/把，现加工一件输送板平均用一把钻头，一件节约50元，上半年我们共加工600余件此项产品，节约刀具费30000元。
过去我们靠外委加工完成钻削工件，输送板外委钻削费用为180元/件，我们加工的成本仅为70元/件，节约加工费用110×600=66000元。
两项费用累计节约96000元，为工厂创造可观的经济效益。
继输送板之后，又完成了高锰钢产品16525/16526衬板各60件，每件约30kg的加工，效果也良好。
通过输送板的加工，填补了我厂不能钻削ZGMn13材料的空白，增强了我厂的加工能力，为我厂加工高锰钢产品开拓了广阔的市场。
参考文献
[1] 于启勋、高锰钢ZGMn13的切削加工性[J]水利电力机械，2001.23（5）：38-40.
[2] 张增志、耐磨高锰钢[M]北京：冶金工业出版社2002.
[3] 陈德才、硬质合金工具的钎焊[M]北京机械工业出版社1976.
关键词：高锰钢矿山机械耐磨件；加工硬化；钻头结构；几何参数
第一章：背景及问题
随着工厂开发战略思想的成熟—以矿山机械耐磨件为主，现已达到年加工ZGMn13高锰钢超过12000吨能力。
高锰钢最突出的特点就是它的加工硬化现象非常严重， 金属在低于再结晶温度时产生塑性变形而引起硬度提高的现象，称为加工硬化。高锰钢之所以广泛应用于制造耐磨工件，主要是高冲击载荷作用下工件表面层能够产生加工硬化现象，从而提高耐磨性。
我厂的主产品之一是矿山机械耐磨件，其中工件有φ50以下不易铸出的孔，需要钻削加工，而材料ZGMn13高锰钢属于难加工材料，其主要加工特点：一是加工硬化现象严重；二是极易高温脱碳，给高锰钢的孔加工带来很大困难。
工厂现在采用的刀具是焊接式硬质合金钻头，刀片通过跑铜焊接连接到刀体上焊接时由于高度集中的瞬时热输入，在焊接后产生相当大残余应力，严重影响了刀具使用性能。焊接后，刀片和刀体没有充分接触，影响钻头的强度，后角变化不均匀，后刀面不在同一曲面上，主切削刃倒棱处粗糙度很低，横刃由于不对称造成受力不均，横刃部分受力更复杂，钻头强度严重不足等一系列问题。
试加工时，我们发现了高锰钢切削加工几个固有的难题
1、加工硬化严重。高锰钢的切削过程中，由于塑性变形大，从而产生严重的加工硬化现象。加工前的硬度一般为HB200-220，加工后表面硬度可达HB450-550，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。
2、切削温度高。由于高锰钢导热系数低，所以切削区温度很高，切削时的高温将使刀具前刀面上形成强烈的月牙洼磨损，刀具耐用度降低。
3、断削困难。由于高锰钢具有较高韧性，所以切削时切屑不易卷曲和折断。
4、尺寸精度不易控制。高锰钢线膨胀系数大，在高的切削温度下局部产生热变形。
5、铸件缺陷对加工有较大影响。当铸件毛坯在夹砂、砂眼、余量不均等缺陷时，其切削加工性能还会进一步降低。
6、高温脱碳。高锰钢材料具有高温脱碳，破坏原组织性能使切削不畅，切削温度高，打刀严重。
7、刀具采用焊接方式。经高温焊接后的硬质合金刀片材料本身性能减低30%左右，刀片使用寿命也明显降低，刀片极易产生裂纹，相当一部分微观裂纹是在钻削过程中才显露出来，直接导致刀片破坏，切削力增大，切削温度增高。
第二章： 问题分析及解决方案
结合工厂目前钻削高钢的实际情况，详细分析了钻头破损原因，并提出了如下的改进措施：
1、焊接问题
焊接问题，增加焊后保温步骤，在保温箱内保温4-8小时，以减少或消除热应力，在焊缝中增加补偿垫片，减小铜焊应力，改进焊接工艺方法，提高焊精度。
2.刃磨问题
刃磨裂纹的问题，可以通过勤修砂轮，提高砂轮的自锐性以保证砂轮拥有良好的磨削能力，减小磨削热，采用冷却液，改善散热条件，分散磨热采用负刀刃磨法以提高刀片强度，增强刀片冲击能力，增加受热面积，从而减少裂纹。分散刃磨，将刀杆和刀片分别刃磨，避免内应力，针对刀具角度问题刃磨时，不再单纯依靠经验，可以通过刃磨夹具实现机械刃磨来保证刀具角度的合理性，并增加角度检测步骤。
3.刀具材料问题
针对刀具材料问题，可以通过分析刀具材料特性进行刀具材料优选最终选出适合加工高锰钢的材料。比如YW2、YG8以及超细晶粒合金YL10.2等。
4.铸造问题
工厂所加工的高锰钢毛坯是由铸造分厂生产的，经水韧处理后才能使用。由于铸造工艺的限制工厂生产的高锰钢毛坯介质并不均匀，会存在局部硬点，当加工时，钻头碰到硬点时，钻削力会瞬间加大，过大的钻削力很容易导致钻破损。
5.机床振动问题
通过修整齿轮，改善动力载荷及其引起的振动，在振动系统中增加阻力以减少振动或增加削振器等阻振方法或采用更先进的机床，比如采用电气或液压传动以简化机床结构，采用强度和刚性足够的传动轴等措施以增加机床刚性，特别是选取高强度和刚度的主轴以避免其发生弹性形变而影响齿轮啮合达成的振动。
通过上述分析，在加工中我们自制了鉆头，并采取如下6点控制方法，有效解决了钻削高锰钢材料上Φ50以下孔困难问题。
1.钻头的制作
选择标准Φ19的麻花钻头根据合金刀片的参量、厚度尺寸采用线切割开出工艺焊。接槽见图4-1所示为刀体部分，焊接成一体见图4-2所示。
2.六个控制方法
（1）选择合理的切削用量：切削速度太低或进给量太大，都会使切削力增大，容易造成切削刃崩碎。一般选用切削速度v=30-40m/min，进给量f=0.06-0.10mm/r。
（2）严格控制钻头磨钝标准：钻削过程中如听到刺耳的尖声或发现钻头外缘转角处后角各棱边的磨损约1mm时，应及时将钻头进行重磨，否则继续使用会加快钻头磨损以致损坏。
（3）严禁中途停车：用硬质合金钻削高锰钢时应采用自动进给，进量严禁手动进给，否则会加重硬化现象，使钻削更加困难，操作中要严禁中途停车，防止因切削力过大造成“闷车”，使钻头崩碎。
（4）设备要求：钻削高锰钢时，还要求机床刚性好，振动小。
（5）冷却：加工过程冷却液应不间断，一但温度高起来，再浇冷却液会损坏焊接硬质合金刀头。
（6）加工过程：先预钻φ19小孔，待工件冷却后再用φ50扩孔钻进行扩孔精加工，保证孔的尺寸精度。
3.使用的效果与实际意义。
在加工过程中，我们自制钻头如图4-3所示，成本约30元/把，而成品钻头约80元/把，现加工一件输送板平均用一把钻头，一件节约50元，上半年我们共加工600余件此项产品，节约刀具费30000元。
过去我们靠外委加工完成钻削工件，输送板外委钻削费用为180元/件，我们加工的成本仅为70元/件，节约加工费用110×600=66000元。
两项费用累计节约96000元，为工厂创造可观的经济效益。
继输送板之后，又完成了高锰钢产品16525/16526衬板各60件，每件约30kg的加工，效果也良好。
通过输送板的加工，填补了我厂不能钻削ZGMn13材料的空白，增强了我厂的加工能力，为我厂加工高锰钢产品开拓了广阔的市场。
参考文献
[1] 于启勋、高锰钢ZGMn13的切削加工性[J]水利电力机械，2001.23（5）：38-40.
[2] 张增志、耐磨高锰钢[M]北京：冶金工业出版社2002.
[3] 陈德才、硬质合金工具的钎焊[M]北京机械工业出版社1976.