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4、阳市汇达机械 蒋希霖 朱建东环模颗粒机广泛应用于饲料的加工、秸杆木屑等生物质能的颗粒成型、复合肥的生产、万寿菊颗粒压制、石油及塑料粒子的生产中。不同物料选用不同的制粒机，但其核心部份是制粒机环模。它对提高产品品质和产量，降低能耗(制粒能耗占整个车间总能耗30-35)，减少生产成本(环模损耗一项费用占整个生产车间的维修费25-30以上)等方面影响极大。一般玉米为主的饲料生产中约占到1-1.5元/吨左右，在秸杆木屑等纤维状物料的生产中约占到18-48元/吨料；同时也是制粒机最易磨损的零件之一，因此，了解环模的设计及应用，并对环模进行正确的选用、合理的使用以及有效的保养，对于饲料生产者来说是至关重要
5、的。下面对环模的设计及其选用、使用和保养作些浅析，以供大家参考。环模直径和环模有效压制宽度等参数的确定a、环模直径和有效宽度是环模的主要参数：首先根据国内外制粒机参数及优先数列确定环模直径系列：250、300、320、350、400、420、508、558、678、768等;相对功率为15、22、37、55、75/90、90/110、132/160、180/200、220/250、280/315;根据等有效压制面积等功率之比值(一般1422cm2/kW),确定环模有效宽度(有效宽度是指环模中间与压棍接触部份)。另外很多国内制粒机是吸收国外技术，所以也有不少环模直径采用英制尺寸或近似值，如：SZ
6、LH3016环模直径16英寸(406,407)、SZLH3020环模直径20英寸(508)、SZLH3022环模直径22英寸(558)、SZLH7726环模直径26英寸(660)、304环模等。b、环模的转速的确定环模转速与机器本身的几何参数(压辊个数、模孔直径、深度等)相关。根据资料和多年来国内制粒机的技术参数及对国外样机的数据检测,对于采用二个压辊的环模制粒机,以环模内径处线速度(也叫环模线速度)4-8m/s较为合适,它的高低影响到挤压区内的料层厚度及物料通过模孔的时间，进而影响制粒机产量和颗粒质量。线速度过高时，相同产量条件下环模每转产出颗粒少，挤压区内料层薄，轴向料层分布不均匀，有可能
7、使挤压区内的物料形成断层，制粒不连续，制出的颗粒松软，轴向压出颗粒长度不匀，粉料多，而且对于水分含量较高的物料还易打滑，甚至根本不能制粒；较低的环模线速度虽然制出的颗粒质量好，但对产量影响较大。c、 压辊直径的确定颗粒形成的基本原理如图。它是通过环模和压辊之间相互的挤压力，克服物料通过模孔的阻力，从而达到制粒的目的。（挤压原理图见图一）相同环模下，压棍直径越大，环模和压棍之间型成的三角挤压范围越大，越利于挤压作用。理论上单辊的压辊直径可做得最大，挤压时间，挤出效果应最好，但在机器运转时，压辊和压模之间的作用力在主轴、主轴轴承、空轴等之间传递，所以单辊制粒机的主轴、主轴轴承、空轴等机械结构粗大，
8、只在小型实验室制粒机及难于制粒的大型秸杆压块机中运用。双压辊制粒机的两只压辊之间挤压力F1和F2相在主轴头上平衡;压模上的反作用力F1和F2相互抵消，设备上的主轴（主轴轴承处）、主轴轴承、空轴上受力小，机械结构小，是实际中使用最多的机型。根据经验确定压辊外径与压模内径比为0.475,并圆整后确定压辊直径。三辊制粒机三辊之间受力也能平衡，但压辊和压模内径比不高。另外对用于秸杆木屑等纤维状物料的制粒机，压辊之间不平衡力（两挤压力F1-F2之差）须和压模上的反作用力之差（F1-F2）通过主轴、主轴轴承、空轴来抵消，所以主轴（主轴轴承处）、主轴轴承、空轴、环模、压棍的结构都要加强。单辊制粒室 双辊制粒
9、室图一、挤压原理图单辊挤压室：为压辊中心和压模中心在挤压力垂直方向上距离；挤压力作用在环模的力1；转速一定条件下，1正比于输入功率。压辊和压模中心越小，越小，挤压力1越大。另一方面，1和1这一对作用力和反作用力必须通过压辊壳、压辊轴承、压辊轴、主轴、主轴轴承、空轴、环模后相平衡。所以F1越大，主轴、主轴轴承、空轴结构必须越大。这类制粒设备挤压力最大，压缩区范围大，压缩平稳；挤压区范围大，挤出颗粒质量好，并且回弹量小、挤压室内摩擦功耗小，功率用于挤出作用多。这类制粒机主要用于小型机和秸杆压块机中。双辊挤压室：为两压辊中心在挤压力垂直方向上距离；1、2分别为两压辊上的挤压力，F1、F2为作用在环模
10、上的挤压力（反作用力）；在转速一定下，(1+F2)*L/2正比于输入功率，所以中心越大，越大，挤压力越小。另一方面F1通过压辊外壳、轴承、压辊轴、主轴头和另一对压辊的F2相平衡；F1通过环模和F2相平衡，制粒机的主轴（主轴轴承以后）、主轴轴承、空轴等受挤压力影响小。在挤压秸杆木屑等纤维质物料时F1、F2受力波动大，F1和F2不平衡力（F1-F2）又必须通过主轴、主轴轴承、空轴和环模上的两个反作用力的差相平衡，这类制粒设备振动大，结构上必须加大加粗。 环模材料和热处理环模通常由碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢经锻压、切削、钻孔、热处理等工序制成。环模所用的材料和每个加工工序对其使用寿命及制粒质量、
11、产量有直接的影响。碳素结构钢主要有45钢，其热处理硬度一般为HRC4550，其耐磨性和耐腐蚀性都较差，现基本被淘汰；合金钢主要有20CrMnTi材料，它是通过表面渗碳等表面热处理，处理硬度在HRC50以上，并具有良好的综合力学性能，由此类材料制造的环模强度高，耐磨性好于45钢，但缺点是耐腐蚀性不好。虽然单只环模成本较低，但使用时吨料生产成本高于不锈钢环模，现也逐步淘汰；不锈钢材料主要为4Cr13，这些材料的刚度和韧性都较好，热处理是整体焠火，硬度大于HRC50，并具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，使用寿命较长，吨料环模费用最低。下面就4Cr13材料环模每个加工工序对其质量影响说明：a、环模材料成份对
12、于Cr13材料的环模，其质量源头必须从钢锭开始：4Cr13钢环模化学成分 (质量分数%)为:含量0.360.45,r含量1214,Si含量0.60,n含量0.80,S含量0.03,含量0.035；在实际使用中含Cr量12%左右的环模使用寿命比含r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；所以环模质量的源头是从钢淀开始，不仅要确保Cr含量13%以上，还要求大小形状等符合锻造。b、环模锻打质量对于Cr13材料的环模锻造工艺要求为加热温度和时间合适,常见环模锻造问题是：）、加热温度过高和时间过长,锻坯呈黄白色,估计温度超过1200,此时锻坯易出现表层过烧,整体过热,组织粗大晶粒
13、不均匀现象;）、炉温均匀性差。加热过程中因温度不均匀使锻件过热或局部过烧造成晶粒粗大、锻坯的均质性差。锻件尺寸越大 ,这种现象就越严重。在随后的热处理工艺中难以消除这种缺陷 ,也是造成环模开裂的常见原因。）、由于铸锭中存在如偏析、非金属夹杂物、疏松等缺陷 ,所以要通过锻造变形来改善和消除 ,这是锻件达到良好综合力学性能的基础。对于纵向横向性能要求较高的锻件，应当采用良好的组合锻造工艺，单一的锻打工艺难以保证质量。）、锻后冷却温度、速度控制不好，如果冷却速度非常缓慢 ,容易发生奥氏体再结晶 ,已经被锻造中细化的晶粒会发生异常长大造成混晶，）、退火处理：应对环模毛坯的硬度加以控制，其硬度在HB17
14、0220之间为宜，如果硬度过高，钻孔时钻头易断裂，并造成死孔，硬度过低则影响模孔的光洁度。c、热处理对环模质量的影响4Cr13材料采用整体淬火工艺，淬火是把金属成材或零件加热到相变温度以上，保温后，使r合物溶于组织中，以大于临界冷却速度的急剧冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火是为了得到马氏体组织，再经回火后，使工件获得良好的使用性能，以充分发挥材料的潜力。制孔后环模应在真空炉中加热粹火。经真空热处理的环模,能有效地保证模孔的光滑度（避免了模孔的氧化）。在圆周方向三等分处的每个部位，取不少于3点测硬度平均值，其各部位的硬度值之差应不大于HRC4。、环模孔结构、压缩比、粗糙度及环模模孔加工设
15、备常见的环模模孔主要有直孔、带减压孔、外锥形孔和内锥形孔等。带减压孔又称释放孔，如图所示，不同的模孔形式适合不同种类的饲料原料或不同的饲料配方。同一环模中，越程槽边上的直孔长度L与环模中心部位的直孔长度L也都不一样。在压棍对压模的压力和阻力一样下，越程槽边的物料容易挤出越程槽，而不进入模孔。所以一般在越程槽边上两排带有减压孔（或减压孔长度M大于环模中心的模孔的M），并且第一排减压孔长度M大于第二排，使各模孔出料量一致。模孔主要参数有：d-模孔直径、T-环模厚度、L-模孔有效厚度、M-减压孔长度、a-模孔中心距、t-模孔间壁厚、D-环模直径、E-环模有效宽度、图二、模孔图a、环模模孔各参数的作用与含义环模压缩比I=L/d，它是反映颗粒饲料挤压强度的一个指标。压缩比越大，挤出的颗粒饲料越结实。所以环模模孔d确定，饲料配方确定，即环模压缩比I一定条件下，环模的有效厚度L=I*d就确定了。T为环模厚度，它的最小值T1和环模受力有关，压棍对环模的挤压力越大，环模最小厚度T1越大。当模孔有效厚度LT1时，为保证环模强度，环模厚度必须TT1,所以有一减压孔M=T-L，即带减压孔形环模；当环模有效厚度LT1时，一般环模厚度T=L，即直孔形环模;减压孔孔径比模孔直径d大，物料通过减压孔时不产生摩擦力。导料锥孔：便于物料流入
