0、引言
失效是指产品丧失了规定的工作效能。苜蓿草粉
颗粒机中的环模是压制草颗粒的核心部件，其工作性能直接影响制粒机的制粒质量、颗粒成形和生产率。环模是成本昂贵的易损件，其使用寿命是评价环模制粒机性能的重要指标。怎样减少环模与压辊的磨损，延长它们的使用寿命，降低生产成本和提高生产率，是研究的核心问题。苜蓿饲料的性状与普通饲料不同，其质量轻、粗纤维含量高，在压制苜蓿草颗粒时环模压辊的使用寿命只有加工普通饲料时的l/4，此时环模的实际失效形式主要为机械疲劳和磨粒磨损。
本文以环模制粒机为例，对环模的失效行为进行分析，从而对环模的制造、使用条件提出建议。
1、环模与压辊的工作原理
环模和压辊是制粒机的心脏部件（图1）。工作时，环模由电动机经减速器带动旋转，安装于环模内的压辊由环模通过模辊间物料及其间的摩擦力使压辊自转而不公转，由于模辊的旋转，将模、辊间的物料钳入、挤压，最后成条柱状从模孔中被连续挤出来，再由安装在环模外面的固定切刀切成一定的长度的颗粒。
2、环模强度分析与讨论
环模是制粒机的主要易损件，在制粒过程中，压辊对其作用，使之产生弯曲应力和接触压应力，这两种应力影响环模的使用寿命。
2.1弯曲强度
如图2，环模受到压辊对它的挤压力Ⅳ、草粉料对它的摩擦力，电动机对它的驱动力矩M；压辊在环模通过草粉料传递的驱动力Q作用下自转(F和Q
的交变应力作用下疲劳扩展而形成疲劳断裂。对早期报废的4Cr13钢饲料机环模的检测和分析结果证明了在交变应力作用下环模疲劳断裂这种失效形式。
3.2磨损失效
3.2.1 环模失效的宏观形貌分析
经过对失效的环模进行观察测量，环模的实际磨损失效形式分成3类：
1)环模工作一段时间后，因各出料小孔的内壁磨损，孔径增大，所生产的草颗粒直径超过规定值而失效（图4）。
2)环模内壁磨损后，内表面产生凹凸不平，使草粉料流动受阻，模孔挤不出草粉料，形成堵塞而失效（图5）。
3)环模内径增大，壁厚减小，同时出料小孔内壁也随着磨损，使各出料小孔间的壁厚不断减薄，因而结构强度下降。当出料小孔的内径增大到一定值后，在最危险的截面上首先出现裂纹并扩展，直至裂纹扩伸到较大的范围而导致环模失效。
产生上述3种失效现象的实质性原因归纳起来：首先是磨损，其次是疲劳破坏。
3.2.2环模失效的微观形貌分析
观察其磨损形貌（图6、图7），导角处与模孔内表现出不同的磨损机制。草粉料颗粒在材料表面的作用力可分为法向力和切向力，法向力使草粉料颗粒压人表面而形成犁沟和犁皱．切向力使草粉料颗粒向前推进时对表面进行微切削。导角处以犁沟为主产生的塑性变形，且磨痕方向混乱；而在模孔内产生塑性变形的同时，还伴有大量的微观切削，且磨痕方向一致。这是因为导角是草粉料颗粒汇集之处，其法向力较小，不易将草粉料软颗粒挤压成“不可压缩的坚硬微粒”而压人材料表面．因而只产生塑性变形，且因是颗粒形成的汇集口，磨痕方向混乱；在模孔内，由于草粉料颗粒被挤压．草粉料颗粒在法向力的作用之下产生“不可压缩的团”而压人材料的表面，同时在切向力的用下而产生微观切削。以上两种磨损机制都产生环模表面的材料流失造成磨损，产生环模的磨损失效。
4、结论
1)环模失效的主要原因是疲劳失效和磨损失效，弯曲应力和接触应力不是影响环模寿命的主要因素。
2)磨损使得环模产生模孔孔径增大、模孔内壁凹凸不平和环模壁厚减小三种结构失效现象，导致草粉料颗粒成形时受力关系的变化而最终导致环模失效。
3)磨损失效与疲劳失效存在一定关系，即随着磨损的加剧，环模的抗疲劳能力降低。
4)环模表面在反复塑性变形产生的疲劳剥落和显微切削两种磨损机制作用下发生磨损失效。
