第二章試驗(yàn)材料與方法
2.1試驗(yàn)材料
40Cr
顆粒機(jī)環(huán)模材料
4Cr13環(huán)模材料
2.2主要儀器與設(shè)備
HN-3H型紅外碳硫分析儀 無(wú)錫英之誠(chéng)高速分析儀器有限公司
TH160硬度計(jì) 北京時(shí)代集團(tuán)公司
金相顯微鏡 中國(guó)上海儀器廠
游標(biāo)卡尺(0. 02mm) 量程：0-300 成都成量工具集團(tuán)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(shù)碼照裝置 北京市永十機(jī)電技術(shù)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(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（100N/格）南京利林機(jī)電設(shè)備有限公司
CA6140車床 沈陽(yáng)第一機(jī)床廠
Z3050×16/1型搖臂鉆床 沈陽(yáng)第一機(jī)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(huán)模沉孔機(jī) 自制
HMD.J02環(huán)模倒角機(jī) 自制
TLM槍鉆 德國(guó)IXION公司
WARWICK立式真空淬火爐6.OVVPT 美國(guó)SECO公司
真空爐水系統(tǒng) 美國(guó)SECO公司
水系統(tǒng)冷凍機(jī) 美國(guó)SECO公司
5立方米氮?dú)鈨?chǔ)罐 美國(guó)SECO公司
1500*1500*1600-90回火爐 美國(guó)SECO公司
oxoi-o環(huán)模清洗機(jī) 自制
環(huán)模烘干機(jī) 自制
2.3試驗(yàn)方法
2.3.1典型環(huán)模材料的加工工藝
對(duì)于同一環(huán)模材料，不同的加工工藝將直接影響環(huán)模的質(zhì)量及質(zhì)量穩(wěn)定性，因此，制定合理的環(huán)模加工工藝非常重要，是提高其使用壽命和穩(wěn)定質(zhì)量的關(guān)鍵。環(huán)模因其結(jié)構(gòu)，一般由鍛造專業(yè)廠家提供環(huán)模鍛打毛坯。一個(gè)合理的環(huán)模加工工藝主要包括鍛造、粗車、精車、鉆擴(kuò)孔、磨內(nèi)孔及在機(jī)加工工序間安排適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒?br />
①40Cr環(huán)模材料加工工藝
方案1：開料→鍛造→粗車→正火→精車→調(diào)質(zhì)→精車（端面）→鉆（擴(kuò)）孔→滲氮→磨→試壓→涂防銹油→檢驗(yàn)入庫(kù)
方案2：開料→鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→鉆（擴(kuò)）孔→淬火→磨→除氧化層→試壓→（磷鈍化）→試壓→涂防銹油→檢驗(yàn)入庫(kù)
②4Cr13環(huán)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(jīng)鍛造、數(shù)控車銑、數(shù)控槍鉆、倒角、沉孔及真空熱處理等工序加工成環(huán)模。
2.3.2環(huán)模模坯鍛造方法
環(huán)模模坯采用鍛打工藝，環(huán)模制造商進(jìn)行鍛造。采用合適的加熱溫度和時(shí)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(zhì)4Cr13顆粒機(jī)環(huán)模，環(huán)模的鍛造工藝是：圓錠經(jīng)鋸床切割成環(huán)模坯料，坯料鍛造加熱入爐溫度為700℃下，預(yù)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(zhì)40Cr顆粒機(jī)環(huán)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(huán)模�？准庸すに�
(1)模孔加工設(shè)備
環(huán)模�？准庸ぴO(shè)備主要有：自動(dòng)多工位鉆床、單頭手工鉆、單頭自動(dòng)鉆等設(shè)備。自動(dòng)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(jī)構(gòu)也能保證分度的精度，但鉆孔速度控制不好，�？状植诙炔睿鹤詣�(dòng)單頭鉆有高的分度精度、嚴(yán)格控制的鉆削速度和排屑機(jī)制，�？踪|(zhì)量好；雙頭或多頭自動(dòng)鉆，�？踪|(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，但分度精度和孔間壁厚均勻性受設(shè)備安裝精度影響大。加工MLlZL600環(huán)模�？�，�？�8000孔，四鉆槍鉆加工時(shí)間21小時(shí)，同等情況下，普通鉆床加工時(shí)間為85～95小時(shí)左右。
普通鉆床轉(zhuǎn)速為6000r/min左右，�？状植诙葹镽a3. 2～6.3μm。
本試驗(yàn)主要在某顆粒機(jī)集團(tuán)進(jìn)行，采用JXION-TLM德國(guó)生產(chǎn)槍鉆，保證了環(huán)模模孔的位置精度及表面粗糙度，從而使環(huán)模的產(chǎn)量得到了有效的提高。該槍鉆加工環(huán)模外徑400～1200mm，環(huán)�？讖�1.2～3.0mm，轉(zhuǎn)速可達(dá)20000 r/min，�？状植诙瓤蛇_(dá)Ra0.4～0.8μm
(2)計(jì)算開孔率
JXION-TLM多工位自動(dòng)槍鉆采用電腦排孔軟件包軟件模擬環(huán)模材料強(qiáng)度校核。
環(huán)模孔的排列方式有兩種方式：
開孔率計(jì)算：
A方式排列開孔率：如果設(shè)小孔的直徑為d，小孔與小孔之間的壁厚為a，環(huán)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(shè)小孔的直徑為d，小孔與小孔之間的壁厚為a，環(huán)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(jī)產(chǎn)量高。
(3)編制環(huán)模鉆模孔程序卡
1)輸入環(huán)模內(nèi)徑、工作寬度、�？字睆�，確定鉆頭直徑。
2) aIXION (102 104 105)編程參數(shù)計(jì)算
邊距A=[環(huán)模邊厚（距>+到邊距離（邊距C）環(huán)模外圓內(nèi)端面到基準(zhǔn)面尺寸
邊距B=排間孔距
邊距C一到邊距離
邊厚=環(huán)模的外圓內(nèi)端面到基準(zhǔn)面的尺寸
3)進(jìn)給速度
在鉆頭_丌始前進(jìn)的過程中，當(dāng)大臂部分向前的時(shí)候可以用進(jìn)給120mm/min的速度，
當(dāng)鉆頭部分向前時(shí)，要選用的速度：
①當(dāng)鉆頭前進(jìn)： 進(jìn)給速度-70～50mm/min
②當(dāng)看不到鉆頭尖部： 進(jìn)給速度-50～30mm/min
③當(dāng)看不到整個(gè)鉆頭： 進(jìn)給速度-30～10mm/min
④當(dāng)鉆套與換模間緩沖： 進(jìn)給速度≤8mm/min
4)根據(jù)參數(shù)，生成環(huán)模鉆�？壮绦蚩�。
(4)輸入程序加工模孔
(5)模孔沉孔
采用環(huán)模倒角機(jī)對(duì)環(huán)模�？走M(jìn)行倒角，倒角后進(jìn)行去毛刺處理。
(6)模孔沉角
針對(duì)制粒特性而設(shè)計(jì)的沉孔，稱之為工藝沉孔：針對(duì)物料特性而設(shè)計(jì)的沉孔，稱之為工作沉孔。
沉孔孔徑計(jì)算：沉孔孔徑中D等于�？字睆舰賒+0. 5mm，另外也可針對(duì)特殊的物料或客戶的要求而定：
沉孔深度計(jì)算：工作沉孔深度H根據(jù)顆粒機(jī)功率、孔徑及壓縮比而定，也可根據(jù)客戶的特殊要求而定。
采用環(huán)模沉孔機(jī)加工沉孔。
2.3.4環(huán)模熱處理工藝
近年來(lái)，我國(guó)大型飼料機(jī)械生產(chǎn)廠家引進(jìn)國(guó)外了大直徑真空淬火爐，開始采用真空爐對(duì)環(huán)模進(jìn)行整體淬火，這種熱處理方法稱為真空氣淬工藝。相對(duì)于傳統(tǒng)的整體淬火，這種真空熱處理技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：工件變形��；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(xiàn)象發(fā)生。特別是環(huán)�？椎拇植诙仍谡婵諝獯愫蠡旧喜唤档�，這對(duì)保證顆粒飼料的產(chǎn)量至關(guān)重要。另外真空熱處理爐用途廣泛，且節(jié)能、安全可靠、無(wú)污染，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
本試驗(yàn)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(zhì)的氣體為氮?dú)狻?br />
(1)清洗、干燥
環(huán)模加工成形后，熱處理前對(duì)環(huán)模采用環(huán)模清洗機(jī)進(jìn)行清洗。
環(huán)模在清洗機(jī)中清洗,3～4h，清除油污、銹跡、�？字需F屑。取出后放入環(huán)模烘干機(jī)烘干，烘干溫度180℃，時(shí)間3h。
(2)裝爐
待環(huán)模完全干燥后，入爐處理。環(huán)模平放在爐床中心，垂直疊放。環(huán)模與環(huán)模之問用墊塊隔開。環(huán)模在真空室內(nèi)放置時(shí)，相互之間要用兩根長(zhǎng)條形的金屬棒隔開。一是工件在真空室內(nèi)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(huán)模不應(yīng)直接疊放在一起。二是通過會(huì)屬棒的接觸使環(huán)模之間相互牽制，可減少其在熱處理過程中變形。同時(shí)可保證環(huán)模熱處理后的硬度均勻性。
(3)加熱
設(shè)置一定的真空度下，將置于密閉真空爐內(nèi)的環(huán)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(shí)間長(zhǎng)短可按式計(jì)算：T=ah。
式中，h是工件的有效厚度。對(duì)于大部分環(huán)模，其值應(yīng)在40～100mm的范圍內(nèi)。a是保溫系數(shù)。對(duì)于1040℃左右的加熱溫度，其值為0.5 min／mm（環(huán)模壁厚），保溫時(shí)間設(shè)定為45～50 min。
在加熱周期中，環(huán)模在650℃和850℃兩處分別經(jīng)歷了持續(xù)時(shí)間45min的預(yù)熱均溫階段。原因有兩個(gè)，一是高鉻不銹鋼的導(dǎo)熱率比普通碳鋼要低，因此環(huán)模的外表而與內(nèi)部中心的溫差比較大，為消除由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力，有必要保溫一段時(shí)問以盡量減小溫差。二是由于在升溫過程中，環(huán)模的實(shí)際溫度要低于真空室內(nèi)溫度，環(huán)模尺寸越大，這種溫度滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此需要保溫一段時(shí)問以使得環(huán)模內(nèi)部的實(shí)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(nèi)溫度。當(dāng)真空室內(nèi)被加熱到最高溫度1040℃時(shí)，保持了50min的均
溫。
