本文以颗粒饲料加工关键设备环模制粒机的关键零件,也是最主要的易损件—环模为研究对象,对环模的材料、热处理工艺和模孔冷加工工艺进行研究。为了实现对环模的评价,本课题研究过程中,采用试验设计的优化方法和有限元分析方法相结合的研究方法。在试验设计中,采用正交试验的方法,以江苏牧羊集团环模为基本型,分析环模的材质、热处理工艺和冷加工工艺等试验因素对环模质量的影响。首先,研究环模材料的选择对环模性能和使用寿命的影响,主要选用40Cr和4Cr13两种材料进行对比试验。40Cr材料的硬度和冲击韧性比4Cr13高,但是从表面到芯部硬度逐渐递减,耐腐蚀性不好,从环模的实际使用情况并综合考虑,选择4Cr13作为合适的环模材料。实际使用中含Cr量12%左右的环模使用寿命比含Cr量14%的环模在其它处理相同的条件下,其使用寿命减小1/3以上;所以要确保Cr含量12.5%以上。模孔冷加工工艺主要研究切削转速对模孔粗糙度的影响,切削转速越大,模孔表面质量越好,加工的模孔孔径越小,切削转速越高。环模热处理工艺主要研究真空炉淬火、回火温度对环模硬度和冲击韧性的影响、真空淬火对环模模孔粗糙度的影响、回填气体压强对环模冷却速度和硬度的影响以及热处理对环模尺寸的影响。热处理淬火温度从1030℃上升到1050℃,硬度可提高1～1.5HRC:1060℃淬火,硬度虽然较高,但冲击韧性下降明显。所以,采用1040℃淬火最为合适。为保证环模在回火后仍能保持较高的硬度,同时又要避开回火发生脆性的温度区,环模采用200℃低温回火,环模的最终使用硬度在52～55HRC左右,这样,既可以保证环模不开裂,又可保证模孔和工作面的磨损很小,使环模的使用寿命大大提高。真空淬火对环模模孔粗糙度的基本没有影响。在相同的装载量情况下,增加回填气体压强能明显提高环模的冷却速度和硬度。充填1.6bar压强的气体,与充填1.3bar压强的气体相比,快速冷却缩短23%。硬度提高2～3HRC。回填气体压力越大,冷却速度越快,环模的变形率越大。综合考虑,选用1.6bar回填气体压强比较合适。环模热处理后尺寸变化多数回缩,在回填气体压力不大、冷却速度较慢的情况下,尺寸变化也有可能是涨式。有限元分析中以UG、ANSYS作为仿真环境,针对环模寿命问题,分析环模在均匀载荷与非均匀载荷时的应力与应力强度分别情况,提出合理的方案以解决环模的不均匀磨损。本课题最终形成了真空淬火热处理标准工艺及形成环模的验收标准。对于环模的使用厂家和设计者都有很好的应用价值和参考价值,对于环模的研究方法是一次突破和有意义的尝试。