環模
制粒機中的環模是壓制顆粒飼料的核心工作部件，其工作性能直接影響制粒的質量、顆粒成型、生產率。環模是成本昂貴的易損件，其使用壽命是評價
環模顆粒機性能的重要指標。怎樣減少和改善環模與壓輥的磨損，延長們的使用壽命，降低生產成本，是研究的核心問題。
環模實際失效形式主要為磨損和疲勞斷裂，其中叉以磨損為主要形式。磨損失效形式更加嚴重影響環模的使用壽命。實踐證明，環模與壓輥的磨損_沿軸線方向呈不規則分布（如圖1所示），由外向里為喂料方向，朝外的一端最嚴重，里面次之，而中間最小，基本呈不規則粗糙曲線，形狀有如腰鼓，最大凹陷處有時大于或等于3 mm。這種不規則磨損會帶來如下主要后果：①新壓輥與舊環模配對使用時，由于環模不規則磨損，磨損較大的兩端，因間隙變大，擠壓變小，易出現出粒不暢，出粒速度相對中間降低，甚至堵模，這樣會加劇磨損，降低產量。②由于環模不規則磨損，當新壓輥配舊壓模使用時，壓輥的使用壽命更短，且難以修整，故生產成本大大提高。
環模的不均勻磨損，筆者認為是飼料的不均勻分布引起的。物料在沿環模軸向由外向里進入壓制腔時，因物料與機體的摩擦以及物料本身相互摩擦，其所具有的動能是逐漸衰減的，加上離心力的作用，這樣物料貼附在環模內壁時，可能并非沿軸向均勻分布。另外，清除粘積在傳動盤內表面上的少量料粉，重新進入壓制腔，但方向與上述相反。飼料分布是以圖2所示AD線的形式分布（為了說明方便，以直線表示），環模與壓輥的擠壓力和摩擦力也是呈現出兩端大而中間小，其中靠外的一端最大。
為進一步深入探討環模磨損不均勻的原因+分析飼料的不均勻分布下環模的力學行為，并提供理論上的定性分析，本文用UnigraphicsNX及Ansys完成對環模的建模及有限元靜力分析，討論環模在均勻載荷與非均勻載荷時的應力與應力強度分布情況，提出合理的方案以解決環模的不均勻磨損。
1、環模有限元模型
1.1環模實體模型的建立
在Ansya作有限元分析過程中，建立幾何環模是必不可少的一個過程，就其建模功能來說，不如UC強大，但是Ansys有強大的接口能力和對實體的力學分析功能。本文采取UC建立實體三維模型，通過中間軟件ICES作為中間數據轉換的平臺，利用Ansys的高級接口技術，實現幾何模型的建立，完成數據的轉換。
環模的主要結構參數：環模內徑350mm，環模外徑430 mm，厚度20 mm。利用UrW;raphics直接建模技術，建立環模的三維模型（見圖3）。
2.2網格劃分
在Ansys軟件中可選擇的三維單元主要有Solid45、Sol-id95、Solidl85。我們選擇Solid45作為環模的分析單元，分析過程中定義材料屬性。環模的材料較為廣泛，如：45鋼、合金鋼、不銹鋼、硼貝氏體球鐵等。對MUZL350 -2型進行分析，其材料型號17CrNiMo，心部淬火后硬度一般為HRC25~ 48,表面淬火后硬度達HRC60以上，彈性模量E=2.le+ll，泊松比μ= 0.25。由于尺寸較大，采取自由化分網格模式，劃分等級1級（見圖4）。
2.3力學模型的建立
單元模型為Solid45立方體，共8個節點。單元材料為線彈性，并且各向同性。根據廣義虎克定律：
3、結果與分析
3.1載荷圖
對于表面壓力采取均勻與非均勻兩種工況的力學模型，并通過后處理模塊POSTI處理數據，作出均勻裁荷與非均勻載荷的應力與應變分析圖。圖5、6中橫坐標為環模受壓區域軸向長度，縱坐標為應力值。
3.2.1載荷沿軸向均勻分布
由圖5可知，在曲線1中，施加的載荷步為一步，施加均勻壓力值為10 MPao應力強度值反應了應力的集中情況，圖5應力強度曲線在36 mm處，應力強度達到最大峰值43 325 Pa，此處是環模的危險點，變形最大。而最小處在68 mm處，應力強度達到最小峰值20 655 Pa。在軸向均勻載荷作用下，一般不可能出現環模兩端磨損較大的現象。曲線2反映了摩擦面內的受力情況，應力值基本在2 537.3 Pa左右，說明在環模的擠壓區沿壓輥軸線方向的任意一點，所受的摩擦力基本為均勻值。綜合兩曲線的分析，軸向均勻載茼不會是引起環模磨損軸向不均勻的因素。
3.2.2載荷沿軸向不均勻分布
在軸向非均勻載荷圖6中，施加的載荷步為3步，施加的荷載沿軸向分別為10 000、8 000、IO OOO Pa;施加路徑長90mm]，時間歷程1s。在應力強度曲線1中出現兩個峰值，在22mm處出現第1個峰值8974.2 Pa．在約68 mm處出現第2個峰值11063 Pa;在曲線2中，基本在同樣的位置出現兩個峰值16640 Pa、22 000 Pa；應力強度與摩擦剪應力都在環模兩端處達到一峰值，同時在54 mm處的環模中部摩擦剪應力達到最低峰值，表明環模的應力集中在環模兩端處，而且環模所受摩擦剪應力也同樣在兩端處較大+在中部環模所受摩擦剪應力最小，曲線與環模內壁磨損形狀吻合。因此，軸向不均勻載荷引起的應力情況符合環模的實際磨損現象。
從以上分析，我們可以排除均勻載荷會形成環模兩端磨損嚴重、中間磨損少的可能性；同時證明了環模內壁飼料分布沿軸向不均勻、受力不均勻這一假設的合理性，僅在軸向非均勻載荷圖中，其曲線符合實際環模的磨損外形。
料層的分布情況直接影響環模的使用壽命，所以解決環模的不均勻磨損問題，核心是使料層均勻分布在環模的內壁上，使環模受均勻的載荷作用。通過分析，可以說明選用更加昂貴的環模材料，僅從環模的優化角度出發，或者從飼料的配方、顆粒度等方面不能解決環模的不均勻磨損問題。因此，環模的不均勻磨損只能通過飼料的均勻分布得以解決，而進一步優化環模制粒機的結構是解決問題的根本途徑。
4、結論
通過對環模實際工作中出現的磨損這一現象，提出影響環模壽命的新觀點，利用Ansys，對其進行了有限元的靜力學分析，得出以下結論。
(1)環模內部飼料沿軸向分布不均勻，受力不均勻這一假設是合理的。
(2)通過對環模的有限元分析，排除了均勻載荷能形成環模磨損兩端嚴重、中間少這一現象的可能性。
(3)飼料沿軸向的不均勻分布，是引起環模的不均勻載荷而導致環模磨損不均勻，并嚴重影響其使用壽命的重要因素。
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