第二章试验材料与方法
2.1试验材料
40Cr
颗粒机环模材料
4Cr13环模材料
2.2主要仪器与设备
HN-3H型红外碳硫分析仪 无锡英之诚高速分析仪器有限公司
TH160硬度计 北京时代集团公司
金相显微镜 中国上海仪器厂
游标卡尺(0. 02mm) 量程：0-300 成都成量工具集团有限公司
西分表头(0.01mm) 量程：0-5 桂林安一量具有限公司
DCK显微数码照装置 北京市永十机电技术公司
CTS-3000超声波探伤仪 上海丰君仪器仪表有限公司
WE-30型液压万能材料试验机（100N/格）南京利林机电设备有限公司
CA6140车床 沈阳第一机床厂
Z3050×16/1型摇臂钻床 沈阳第一机床厂
表面粗糙度比较样块 南京高辉精密样板工具厂
HMCK.J01环模沉孔机 自制
HMD.J02环模倒角机 自制
TLM枪钻 德国IXION公司
WARWICK立式真空淬火炉6.OVVPT 美国SECO公司
真空炉水系统 美国SECO公司
水系统冷冻机 美国SECO公司
5立方米氮气储罐 美国SECO公司
1500*1500*1600-90回火炉 美国SECO公司
oxoi-o环模清洗机 自制
环模烘干机 自制
2.3试验方法
2.3.1典型环模材料的加工工艺
对于同一环模材料，不同的加工工艺将直接影响环模的质量及质量稳定性，因此，制定合理的环模加工工艺非常重要，是提高其使用寿命和稳定质量的关键。环模因其结构，一般由锻造专业厂家提供环模锻打毛坯。一个合理的环模加工工艺主要包括锻造、粗车、精车、钻扩孔、磨内孔及在机加工工序间安排适当的热处理工艺。
①40Cr环模材料加工工艺
方案1：开料→锻造→粗车→正火→精车→调质→精车（端面）→钻（扩）孔→渗氮→磨→试压→涂防锈油→检验入库
方案2：开料→锻造→正火→粗车→调质→精车→钻（扩）孔→淬火→磨→除氧化层→试压→（磷钝化）→试压→涂防锈油→检验入库
②4Cr13环模材料加工工艺
开料→锻造→粗车→法兰孔→钻孔→倒角→沉孔→清洗→淬火→精磨
高碳高铬不锈钢经锻造、数控车铣、数控枪钻、倒角、沉孔及真空热处理等工序加工成环模。
2.3.2环模模坯锻造方法
环模模坯采用锻打工艺，环模制造商进行锻造。采用合适的加热温度和时间，保证加热过程中的温度均匀性，锻后控制冷却温度和速度。
材质4Cr13颗粒机环模，环模的锻造工艺是：圆锭经锯床切割成环模坯料，坯料锻造加热入炉温度为700℃下，预热3～5 h，缓慢加热3～4 h，升温到1160℃保温2h后出炉锻造（始锻温度1 140℃，终锻温度900℃），往返锻造4次。终锻后立即退火，退火工艺为：缓慢升温到880℃保温5h，随炉降温到660℃后再升到860 C，保温3h后随炉冷却至500℃出炉。
材质40Cr颗粒机环模， 锻造加热温度为1160，始锻温度为1100℃，终锻温度为800℃，冷却方式为炉冷。
2.3.3环模模孔加工工艺
(1)模孔加工设备
环模模孔加工设备主要有：自动多工位钻床、单头手工钻、单头自动钻等设备。自动多工位钻床常见的有：8～12工位的立式或卧式钻床和4～8工位高速注油深孔枪钻。
手工钻分度输入误差大，高减速比的分度机构也能保证分度的精度，但钻孔速度控制不好，模孔粗糙度差：自动单头钻有高的分度精度、严格控制的钻削速度和排屑机制，模孔质量好；双头或多头自动钻，模孔质量好，生产效率高，但分度精度和孔间壁厚均匀性受设备安装精度影响大。加工MLlZL600环模模孔，模孔8000孔，四钻枪钻加工时间21小时，同等情况下，普通钻床加工时间为85～95小时左右。
普通钻床转速为6000r/min左右，模孔粗糙度为Ra3. 2～6.3μm。
本试验主要在某颗粒机集团进行，采用JXION-TLM德国生产枪钻，保证了环模模孔的位置精度及表面粗糙度，从而使环模的产量得到了有效的提高。该枪钻加工环模外径400～1200mm，环模孔径1.2～3.0mm，转速可达20000 r/min，模孔粗糙度可达Ra0.4～0.8μm
(2)计算开孔率
JXION-TLM多工位自动枪钻采用电脑排孔软件包软件模拟环模材料强度校核。
环模孔的排列方式有两种方式：
开孔率计算：
A方式排列开孔率：如果设小孔的直径为d，小孔与小孔之间的壁厚为a，环模开孔率为v，则v≈0. 9(12/(d+a)2；
B方式排列开孔率：如果设小孔的直径为d，小孔与小孔之间的壁厚为a，环模开孔率为v，则v≈0.-78d2/(d+a)2;
A方式排列丌孔率大于B方式排列丌孔率，颗粒机产量高。
(3)编制环模钻模孔程序卡
1)输入环模内径、工作宽度、模孔直径，确定钻头直径。
2) aIXION (102 104 105)编程参数计算
边距A=[环模边厚（距>+到边距离（边距C）环模外圆内端面到基准面尺寸
边距B=排间孔距
边距C一到边距离
边厚=环模的外圆内端面到基准面的尺寸
3)进给速度
在钻头_丌始前进的过程中，当大臂部分向前的时候可以用进给120mm/min的速度，
当钻头部分向前时，要选用的速度：
①当钻头前进： 进给速度-70～50mm/min
②当看不到钻头尖部： 进给速度-50～30mm/min
③当看不到整个钻头： 进给速度-30～10mm/min
④当钻套与换模间缓冲： 进给速度≤8mm/min
4)根据参数，生成环模钻模孔程序卡。
(4)输入程序加工模孔
(5)模孔沉孔
采用环模倒角机对环模模孔进行倒角，倒角后进行去毛刺处理。
(6)模孔沉角
针对制粒特性而设计的沉孔，称之为工艺沉孔：针对物料特性而设计的沉孔，称之为工作沉孔。
沉孔孔径计算：沉孔孔径中D等于模孔直径①d+0. 5mm，另外也可针对特殊的物料或客户的要求而定：
沉孔深度计算：工作沉孔深度H根据颗粒机功率、孔径及压缩比而定，也可根据客户的特殊要求而定。
采用环模沉孔机加工沉孔。
2.3.4环模热处理工艺
近年来，我国大型饲料机械生产厂家引进国外了大直径真空淬火炉，开始采用真空炉对环模进行整体淬火，这种热处理方法称为真空气淬工艺。相对于传统的整体淬火，这种真空热处理技术具有如下优点：工件变形小；热处理后的金属表面非常光洁，没有氧化、腐蚀、脱碳或增碳等现象发生。特别是环模孔的粗糙度在真空气淬后基本上不降低，这对保证颗粒饲料的产量至关重要。另外真空热处理炉用途广泛，且节能、安全可靠、无污染，易于实现自动化操作。
本试验采用SECO/WARWICK立式真空淬火炉，一次热处理工件的最大装载量lOOOkg;用作气淬冷却介质的气体为氮气。
(1)清洗、干燥
环模加工成形后，热处理前对环模采用环模清洗机进行清洗。
环模在清洗机中清洗,3～4h，清除油污、锈迹、模孔中铁屑。取出后放入环模烘干机烘干，烘干温度180℃，时间3h。
(2)装炉
待环模完全干燥后，入炉处理。环模平放在炉床中心，垂直叠放。环模与环模之问用垫块隔开。环模在真空室内放置时，相互之间要用两根长条形的金属棒隔开。一是工件在真空室内的受热方式主要是辐射换热，因此相互之间尽量不要遮挡，环模不应直接叠放在一起。二是通过会属棒的接触使环模之间相互牵制，可减少其在热处理过程中变形。同时可保证环模热处理后的硬度均匀性。
(3)加热
设置一定的真空度下，将置于密闭真空炉内的环模加热到奥氏体化温度以上，保温后，使Cr合物溶于组织中。
(4)保持均温
保持均温的时间长短可按式计算：T=ah。
式中，h是工件的有效厚度。对于大部分环模，其值应在40～100mm的范围内。a是保温系数。对于1040℃左右的加热温度，其值为0.5 min／mm（环模壁厚），保温时间设定为45～50 min。
在加热周期中，环模在650℃和850℃两处分别经历了持续时间45min的预热均温阶段。原因有两个，一是高铬不锈钢的导热率比普通碳钢要低，因此环模的外表而与内部中心的温差比较大，为消除由此产生的热应力，有必要保温一段时问以尽量减小温差。二是由于在升温过程中，环模的实际温度要低于真空室内温度，环模尺寸越大，这种温度滞后现象越严重。因此需要保温一段时问以使得环模内部的实际温度上升，更趋近于图2-5所示的加热周期中的真空室内温度。当真空室内被加热到最高温度1040℃时，保持了50min的均
温。
