第二章試驗材料與方法
2.1試驗材料
40Cr
顆粒機環模材料
4Cr13環模材料
2.2主要儀器與設備
HN-3H型紅外碳硫分析儀 無錫英之誠高速分析儀器有限公司
TH160硬度計 北京時代集團公司
金相顯微鏡 中國上海儀器廠
游標卡尺(0. 02mm) 量程：0-300 成都成量工具集團有限公司
西分表頭(0.01mm) 量程：0-5 桂林安一量具有限公司
DCK顯微數碼照裝置 北京市永十機電技術公司
CTS-3000超聲波探傷儀 上海豐君儀器儀表有限公司
WE-30型液壓萬能材料試驗機（100N/格）南京利林機電設備有限公司
CA6140車床 沈陽第一機床廠
Z3050×16/1型搖臂鉆床 沈陽第一機床廠
表面粗糙度比較樣塊 南京高輝精密樣板工具廠
HMCK.J01環模沉孔機 自制
HMD.J02環模倒角機 自制
TLM槍鉆 德國IXION公司
WARWICK立式真空淬火爐6.OVVPT 美國SECO公司
真空爐水系統 美國SECO公司
水系統冷凍機 美國SECO公司
5立方米氮氣儲罐 美國SECO公司
1500*1500*1600-90回火爐 美國SECO公司
oxoi-o環模清洗機 自制
環模烘干機 自制
2.3試驗方法
2.3.1典型環模材料的加工工藝
對于同一環模材料，不同的加工工藝將直接影響環模的質量及質量穩定性，因此，制定合理的環模加工工藝非常重要，是提高其使用壽命和穩定質量的關鍵。環模因其結構，一般由鍛造專業廠家提供環模鍛打毛坯。一個合理的環模加工工藝主要包括鍛造、粗車、精車、鉆擴孔、磨內孔及在機加工工序間安排適當的熱處理工藝。
①40Cr環模材料加工工藝
方案1：開料→鍛造→粗車→正火→精車→調質→精車（端面）→鉆（擴）孔→滲氮→磨→試壓→涂防銹油→檢驗入庫
方案2：開料→鍛造→正火→粗車→調質→精車→鉆（擴）孔→淬火→磨→除氧化層→試壓→（磷鈍化）→試壓→涂防銹油→檢驗入庫
②4Cr13環模材料加工工藝
開料→鍛造→粗車→法蘭孔→鉆孔→倒角→沉孔→清洗→淬火→精磨
高碳高鉻不銹鋼經鍛造、數控車銑、數控槍鉆、倒角、沉孔及真空熱處理等工序加工成環模。
2.3.2環模模坯鍛造方法
環模模坯采用鍛打工藝，環模制造商進行鍛造。采用合適的加熱溫度和時間，保證加熱過程中的溫度均勻性，鍛后控制冷卻溫度和速度。
材質4Cr13顆粒機環模，環模的鍛造工藝是：圓錠經鋸床切割成環模坯料，坯料鍛造加熱入爐溫度為700℃下，預熱3～5 h，緩慢加熱3～4 h，升溫到1160℃保溫2h后出爐鍛造（始鍛溫度1 140℃，終鍛溫度900℃），往返鍛造4次。終鍛后立即退火，退火工藝為：緩慢升溫到880℃保溫5h，隨爐降溫到660℃后再升到860 C，保溫3h后隨爐冷卻至500℃出爐。
材質40Cr顆粒機環模， 鍛造加熱溫度為1160，始鍛溫度為1100℃，終鍛溫度為800℃，冷卻方式為爐冷。
2.3.3環模模孔加工工藝
(1)模孔加工設備
環模模孔加工設備主要有：自動多工位鉆床、單頭手工鉆、單頭自動鉆等設備。自動多工位鉆床常見的有：8～12工位的立式或臥式鉆床和4～8工位高速注油深孔槍鉆。
手工鉆分度輸入誤差大，高減速比的分度機構也能保證分度的精度，但鉆孔速度控制不好，模孔粗糙度差：自動單頭鉆有高的分度精度、嚴格控制的鉆削速度和排屑機制，模孔質量好；雙頭或多頭自動鉆，模孔質量好，生產效率高，但分度精度和孔間壁厚均勻性受設備安裝精度影響大。加工MLlZL600環模模孔，模孔8000孔，四鉆槍鉆加工時間21小時，同等情況下，普通鉆床加工時間為85～95小時左右。
普通鉆床轉速為6000r/min左右，模孔粗糙度為Ra3. 2～6.3μm。
本試驗主要在某顆粒機集團進行，采用JXION-TLM德國生產槍鉆，保證了環模模孔的位置精度及表面粗糙度，從而使環模的產量得到了有效的提高。該槍鉆加工環模外徑400～1200mm，環模孔徑1.2～3.0mm，轉速可達20000 r/min，模孔粗糙度可達Ra0.4～0.8μm
(2)計算開孔率
JXION-TLM多工位自動槍鉆采用電腦排孔軟件包軟件模擬環模材料強度校核。
環模孔的排列方式有兩種方式：
開孔率計算：
A方式排列開孔率：如果設小孔的直徑為d，小孔與小孔之間的壁厚為a，環模開孔率為v，則v≈0. 9(12/(d+a)2；
B方式排列開孔率：如果設小孔的直徑為d，小孔與小孔之間的壁厚為a，環模開孔率為v，則v≈0.-78d2/(d+a)2;
A方式排列丌孔率大于B方式排列丌孔率，顆粒機產量高。
(3)編制環模鉆模孔程序卡
1)輸入環模內徑、工作寬度、模孔直徑，確定鉆頭直徑。
2) aIXION (102 104 105)編程參數計算
邊距A=[環模邊厚（距>+到邊距離（邊距C）環模外圓內端面到基準面尺寸
邊距B=排間孔距
邊距C一到邊距離
邊厚=環模的外圓內端面到基準面的尺寸
3)進給速度
在鉆頭_丌始前進的過程中，當大臂部分向前的時候可以用進給120mm/min的速度，
當鉆頭部分向前時，要選用的速度：
①當鉆頭前進： 進給速度-70～50mm/min
②當看不到鉆頭尖部： 進給速度-50～30mm/min
③當看不到整個鉆頭： 進給速度-30～10mm/min
④當鉆套與換模間緩沖： 進給速度≤8mm/min
4)根據參數，生成環模鉆模孔程序卡。
(4)輸入程序加工模孔
(5)模孔沉孔
采用環模倒角機對環模模孔進行倒角，倒角后進行去毛刺處理。
(6)模孔沉角
針對制粒特性而設計的沉孔，稱之為工藝沉孔：針對物料特性而設計的沉孔，稱之為工作沉孔。
沉孔孔徑計算：沉孔孔徑中D等于模孔直徑①d+0. 5mm，另外也可針對特殊的物料或客戶的要求而定：
沉孔深度計算：工作沉孔深度H根據顆粒機功率、孔徑及壓縮比而定，也可根據客戶的特殊要求而定。
采用環模沉孔機加工沉孔。
2.3.4環模熱處理工藝
近年來，我國大型飼料機械生產廠家引進國外了大直徑真空淬火爐，開始采用真空爐對環模進行整體淬火，這種熱處理方法稱為真空氣淬工藝。相對于傳統的整體淬火，這種真空熱處理技術具有如下優點：工件變形小；熱處理后的金屬表面非常光潔，沒有氧化、腐蝕、脫碳或增碳等現象發生。特別是環模孔的粗糙度在真空氣淬后基本上不降低，這對保證顆粒飼料的產量至關重要。另外真空熱處理爐用途廣泛，且節能、安全可靠、無污染，易于實現自動化操作。
本試驗采用SECO/WARWICK立式真空淬火爐，一次熱處理工件的最大裝載量lOOOkg;用作氣淬冷卻介質的氣體為氮氣。
(1)清洗、干燥
環模加工成形后，熱處理前對環模采用環模清洗機進行清洗。
環模在清洗機中清洗,3～4h，清除油污、銹跡、模孔中鐵屑。取出后放入環模烘干機烘干，烘干溫度180℃，時間3h。
(2)裝爐
待環模完全干燥后，入爐處理。環模平放在爐床中心，垂直疊放。環模與環模之問用墊塊隔開。環模在真空室內放置時，相互之間要用兩根長條形的金屬棒隔開。一是工件在真空室內的受熱方式主要是輻射換熱，因此相互之間盡量不要遮擋，環模不應直接疊放在一起。二是通過會屬棒的接觸使環模之間相互牽制，可減少其在熱處理過程中變形。同時可保證環模熱處理后的硬度均勻性。
(3)加熱
設置一定的真空度下，將置于密閉真空爐內的環模加熱到奧氏體化溫度以上，保溫后，使Cr合物溶于組織中。
(4)保持均溫
保持均溫的時間長短可按式計算：T=ah。
式中，h是工件的有效厚度。對于大部分環模，其值應在40～100mm的范圍內。a是保溫系數。對于1040℃左右的加熱溫度，其值為0.5 min／mm（環模壁厚），保溫時間設定為45～50 min。
在加熱周期中，環模在650℃和850℃兩處分別經歷了持續時間45min的預熱均溫階段。原因有兩個，一是高鉻不銹鋼的導熱率比普通碳鋼要低，因此環模的外表而與內部中心的溫差比較大，為消除由此產生的熱應力，有必要保溫一段時問以盡量減小溫差。二是由于在升溫過程中，環模的實際溫度要低于真空室內溫度，環模尺寸越大，這種溫度滯后現象越嚴重。因此需要保溫一段時問以使得環模內部的實際溫度上升，更趨近于圖2-5所示的加熱周期中的真空室內溫度。當真空室內被加熱到最高溫度1040℃時，保持了50min的均
溫。
