摘要
本文以颗粒饲料加工关键设备环模
颗粒机的关键零件，也是最主要的易损件一环模为研究对象，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4Crl3两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，同时义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，既可以保证环模不丌裂，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，在回填左气体压力不大、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，提出合胖的方案以解决环横的不均匀磨损。
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。
关键词：环模：颗粒机；有限元：参数优化
第一章 绪论
1.1饲料加工关键技术现状
饲料工业是国民经济的基础产业，在实现我国新世纪的目标中具有重要的位置。饲料业是我国农业中工业化程度最高的产业，它处在“种植业——饲料业——养殖业”产业链条的中间环节，既受前后端的双重压力，同时又影响甚至决定它们的发展。我国饲料工业经过多年的发展，取得了令人瞩目的成绩，2007年我圈饲料总产量超亿吨，饲料产量占世界总量的1／8，已连续多年居世界第二位，且每年还以10%以上的速度增长。到2010年，配合饲料双班生产能力要达到1.4亿吨。根据我国国民经济发展的规划，全国饲料工业必须有大的发展，
掘介绍，2008年虽然受到年初冰冻雨雪灾害、三聚氰胺事件等影响，但我国饲料行业发展总体平稳。掘中国饲料工业协会信息中心预测，2008年我国饲料总产量有望再上千力．吨级台阶，商业饲料总产量将超过1.3亿吨，同比增幅超过5%。
目前我国饲料加工中粉碎、混合、制粒、膨化这几个关键技术的现状及进展如下：
1.1.1粉碎技术
饲料原料经粉碎后粒度减小，适度的粉碎能提高动物的消化吸收率，这主要是因为粉碎物料与消化酶作用表面增大。粉碎是饲料加工生产线中能耗最大的工段，粉碎技术研究的重点是降低能耗，控制粉碎粒度分布的均匀性，降低噪声，提高锤片使用寿命。目前我国质量较好的锤片，粗粉碎可达40吨／片，微粉碎可达20吨／片。国外高质量的锤片，羊且粉碎（筛片孔径3.0，原料玉米）时，其使用寿命为60～65吨／片，微粉碎（筛片孔径1.0，鱼料），其使用寿命为30～35吨／片。国外就粉碎粒度对动物消化吸收性能的影响进行过研究，结果表明，在生猪口粮中的玉米粉平均粒度在0.4～1.2mm之间时，平均粒度每减少0.1mm，饲料效率改善1.3%。研究了粉碎粒度对产量及能耗的影响，发现粉碎粒度由1.0mm减少到0.6mm时能耗略有增加，在粉碎粒度再减少到0.4mm时，所需的动力将2倍于粉碎至0. 6mm时的能耗。
锤片粉碎机未来发展主要是一下三个方面：
(1)提高产品的使用寿命（主要是易损件），降低客户的使用成本。
(2)增加粉碎机的自动化程度，包括监控，操作等方面。采用自动控制（负荷自动控制）的喂料系统系统。提高客户操作方面的简便性和操作的可靠性。
(3)提高产品的稳定性和可靠性，饲料厂越来越重视产品的稳定性和可靠性带来的长期效益和其带来的成本。
1.1.2混合技术
混合是饲料加工中的关键技术环节之一，它决定着各种营养组分在饲料中的分布均匀性，混合不均匀将使动物对某些营养组分过分摄入或摄取不足，从而导致营养不良。混合机是饲料加工，‘的天键设备之一，配料混合系统是饲料厂的重要工段，其中混合机的性能好坏与使用效果，直接影响生产率和产品质量。近十年来，随着饲料添加剂工业和成套饲料加工设备的发展，对混合机的要求越来越高。一般说来，要求混合精度高、混合速度快、能耗低、粉尘密封性好、装载系数大、出料干净、噪音小、操作容易、运转平稳、清洗维修方便、使用寿命长，对不同物性混台料有较好的适应性，棍合后的制剂不产生离析分层现象，对某些混合料还要求不产生混合过热等。
目前，应用最广泛的混合机主要为双轴桨叶式混合机，这种机型山两个旋转方向相反的转子细成，转了L焊有多个特殊角度的桨叶，桨叶带动物料一方面沿着机槽内擘逆时针旋转；一方面带动物料左右翻动：在两转子的交叉重叠处，形成了一个失重区，在此区域内，不论物料的形状、大小和密度如何，都能使物料上浮，处于瞬问失重状态，以此使物料在机槽内形成全方位连续循环翻动，相互交错剪切，从而达到快速柔和混合均匀。
双层桨混合机，性能达到国际领先水平。
其产品主要特点为：
1)混合不产生偏析。对被混合物料适用范围』“，尤其对密度、粒度等物性差异较大的物料混合时不产生偏析，得到高精度混合物。
2)转子采用双层桨叶结构，混合周期短、混合均匀度高：一般物料在45S—60S时问内混合均匀度cv可达2%～3%。减少了混合时间，大大提高了生产效率；
3)装填量可变范围大：装填系数可变范围为0.1～0.8，适用于多行业中不同比重、粒度等物料的混合；
4)轴端采用独特的密封技术，密封可靠、无泄漏，使用寿命长；
5)出料快、贱留量很小：底部采用了全长双丌门结构，排料迅速、钱留很少；
6)出料门密封机构采气囊密封专利技术，弥补门体变形的缺陷，密封可靠无泄漏；
7)采用可升降式液体添加装置，清理、更换喷嘴方便、快捷，喷雾均匀不起团。
饲料产品的混合均匀度是反映饲料质量的一项重要指标，也是评价混合机混合性能的个主要参数。配料饲料工段系统是整个饲料厂的重要工段，其中混合机的性能好坏与使用效果，直接影响生产率和产品质量。因此只有合理的使用混合机，才能最大限度的发挥混台机的性能，以达到饲料产品的最佳化。
1.1.3挤压膨化技术
随着我国经济的发展，各饲料厂的产品也越来越多样化，为了节约成本、提高效率和产量，因此需要能加工多种物料的大功率膨化设备。而目前颗粒机的产量比教大，所以大型原料处理膨化设备是饲料加工过程中不可缺少的主要设备之一。膨化工段能耗高，要求产量大，因此膨化机都配有较人功率的电机，膨化机的性能指标和可靠性对饲料加工厂的正常生产、成本和经济效益产生很大影响。
1.1.4制粒技术
三门峡富通新能源生产销售颗粒机、
木屑颗粒机、
秸秆压块机等生物质燃料饲料成型机械设备。
