摘要
    本文以顆粒飼料加工關鍵設備環模顆粒機的關鍵零件，也是最主要的易損件一環模為研究對象，對環模的材料、熱處理工藝和模孔冷加工工藝進行研究。為了實現對環模的評價，本課題研究過程中，采用試驗設計的優化方法和有限元分析方法相結合的研究方法。在試驗設計中，采用正交試驗的方法，以江蘇牧羊集團環模為基本型，分析環模的材質、熱處理工藝和冷加工工藝等試驗因素對環模質量的影響。
    首先，研究環模材料的選擇對環模性能和使用壽命的影響，主要選用40Cr和4Crl3兩種材料進行對比試驗。40Cr材料的硬度和沖擊韌性比4Cr13高，但是從表面到芯部硬度逐漸遞減，耐腐蝕性不好，從環模的實際使用情況并綜合考慮，選擇4Cr13作為合適的環模材料。實際使用中含Cr量12%左右的環模使用壽命比含Cr量14%的環模在其它處理相同的條件下，其使用壽命減小1/3以上：所以要確保Cr含量12.5%以上。
    模孔冷加工工藝主要研究切削轉速對模孔粗糙度的影響，切削轉速越大，模孔表面質量越好，加工的模孔孔徑越小，切削轉速越高。
    環模熱處理工藝主要研究真空爐淬火、回火溫度對環模硬度和沖擊韌性的影響、真空淬火對環模模孔粗糙度的影響、回填氣體壓強對環模冷卻速度和硬度的影響以及熱處理對環模尺寸的影響。
    熱處理淬火溫度從1030℃上升到1050℃，硬度可提高1～1.5HRC; 1060℃淬火，硬度雖然較高，但沖擊韌性下降明顯。所以，采用1040℃淬火最為合適。為保證環模在回火后仍能保持較高的硬度，同時義要避開回火發生脆性的溫度區，環模采用200℃低溫回火，環模的最終使用硬度在52～55HRC左右，這樣，既可以保證環模不丌裂，又可保證模孔和工作面的磨損很小，使環模的使用壽命大大提高。真空淬火對環模模孔粗糙度的基本沒有影響。在相同的裝載量情況下，增加回填氣體壓強能明顯提高環模的冷卻速度和硬度。充填1.6bar壓強的氣體，與充填1.3bar壓強的氣體相比，快速冷卻縮短23%。硬度提高2～3HRC。回填氣體壓力越大，冷卻速度越快，環模的變形率越大。綜合考慮，選用1.6bar回填氣體壓強比較合適。環模熱處理后尺寸變化多數回縮，在回填左氣體壓力不大、冷卻速度較慢的情況下，尺寸變化也有可能是漲式。
    有限元分析中以UG、ANSYS作為仿真環境，針對環模壽命問題，分析環模在均勻載荷與非均勻載荷時的應力與應力強度分別情況，提出合胖的方案以解決環橫的不均勻磨損。
    本課題最終形成了真空淬火熱處理標準工藝及形成環模的驗收標準。對于環模的使用廠家和設計者都有很好的應用價值和參考價值，對于環模的研究方法是一次突破和有意義的嘗試。
關鍵詞：環模：顆粒機；有限元：參數優化
第一章  緒論
1.1飼料加工關鍵技術現狀
    飼料工業是國民經濟的基礎產業，在實現我國新世紀的目標中具有重要的位置。飼料業是我國農業中工業化程度最高的產業，它處在“種植業——飼料業——養殖業”產業鏈條的中間環節，既受前后端的雙重壓力，同時又影響甚至決定它們的發展。我國飼料工業經過多年的發展，取得了令人矚目的成績，2007年我圈飼料總產量超億噸，飼料產量占世界總量的1／8，已連續多年居世界第二位，且每年還以10%以上的速度增長。到2010年，配合飼料雙班生產能力要達到1.4億噸。根據我國國民經濟發展的規劃，全國飼料工業必須有大的發展，
    掘介紹，2008年雖然受到年初冰凍雨雪災害、三聚氰胺事件等影響，但我國飼料行業發展總體平穩。掘中國飼料工業協會信息中心預測，2008年我國飼料總產量有望再上千力．噸級臺階，商業飼料總產量將超過1.3億噸，同比增幅超過5%。
    目前我國飼料加工中粉碎、混合、制粒、膨化這幾個關鍵技術的現狀及進展如下：
1.1.1粉碎技術
    飼料原料經粉碎后粒度減小，適度的粉碎能提高動物的消化吸收率，這主要是因為粉碎物料與消化酶作用表面增大。粉碎是飼料加工生產線中能耗最大的工段，粉碎技術研究的重點是降低能耗，控制粉碎粒度分布的均勻性，降低噪聲，提高錘片使用壽命。目前我國質量較好的錘片，粗粉碎可達40噸／片，微粉碎可達20噸／片。國外高質量的錘片，羊且粉碎（篩片孔徑3.0，原料玉米）時，其使用壽命為60～65噸／片，微粉碎（篩片孔徑1.0，魚料），其使用壽命為30～35噸／片。國外就粉碎粒度對動物消化吸收性能的影響進行過研究，結果表明，在生豬口糧中的玉米粉平均粒度在0.4～1.2mm之間時，平均粒度每減少0.1mm，飼料效率改善1.3%。研究了粉碎粒度對產量及能耗的影響，發現粉碎粒度由1.0mm減少到0.6mm時能耗略有增加，在粉碎粒度再減少到0.4mm時，所需的動力將2倍于粉碎至0. 6mm時的能耗。
    錘片粉碎機未來發展主要是一下三個方面：
    (1)提高產品的使用壽命（主要是易損件），降低客戶的使用成本。
    (2)增加粉碎機的自動化程度，包括監控，操作等方面。采用自動控制（負荷自動控制）的喂料系統系統。提高客戶操作方面的簡便性和操作的可靠性。
    (3)提高產品的穩定性和可靠性，飼料廠越來越重視產品的穩定性和可靠性帶來的長期效益和其帶來的成本。
1.1.2混合技術
混合是飼料加工中的關鍵技術環節之一，它決定著各種營養組分在飼料中的分布均勻性，混合不均勻將使動物對某些營養組分過分攝入或攝取不足，從而導致營養不良。混合機是飼料加工，‘的天鍵設備之一，配料混合系統是飼料廠的重要工段，其中混合機的性能好壞與使用效果，直接影響生產率和產品質量。近十年來，隨著飼料添加劑工業和成套飼料加工設備的發展，對混合機的要求越來越高。一般說來，要求混合精度高、混合速度快、能耗低、粉塵密封性好、裝載系數大、出料干凈、噪音小、操作容易、運轉平穩、清洗維修方便、使用壽命長，對不同物性混臺料有較好的適應性，棍合后的制劑不產生離析分層現象，對某些混合料還要求不產生混合過熱等。
    目前，應用最廣泛的混合機主要為雙軸槳葉式混合機，這種機型山兩個旋轉方向相反的轉子細成，轉了L焊有多個特殊角度的槳葉，槳葉帶動物料一方面沿著機槽內擘逆時針旋轉；一方面帶動物料左右翻動：在兩轉子的交叉重疊處，形成了一個失重區，在此區域內，不論物料的形狀、大小和密度如何，都能使物料上浮，處于瞬問失重狀態，以此使物料在機槽內形成全方位連續循環翻動，相互交錯剪切，從而達到快速柔和混合均勻。
雙層槳混合機，性能達到國際領先水平。
    其產品主要特點為：
    1)混合不產生偏析。對被混合物料適用范圍』“，尤其對密度、粒度等物性差異較大的物料混合時不產生偏析，得到高精度混合物。
    2)轉子采用雙層槳葉結構，混合周期短、混合均勻度高：一般物料在45S—60S時問內混合均勻度cv可達2%～3%。減少了混合時間，大大提高了生產效率；
    3)裝填量可變范圍大：裝填系數可變范圍為0.1～0.8，適用于多行業中不同比重、粒度等物料的混合；
    4)軸端采用獨特的密封技術，密封可靠、無泄漏，使用壽命長；
    5)出料快、賤留量很小：底部采用了全長雙丌門結構，排料迅速、錢留很少；
    6)出料門密封機構采氣囊密封專利技術，彌補門體變形的缺陷，密封可靠無泄漏；
    7)采用可升降式液體添加裝置，清理、更換噴嘴方便、快捷，噴霧均勻不起團。
    飼料產品的混合均勻度是反映飼料質量的一項重要指標，也是評價混合機混合性能的個主要參數。配料飼料工段系統是整個飼料廠的重要工段，其中混合機的性能好壞與使用效果，直接影響生產率和產品質量。因此只有合理的使用混合機，才能最大限度的發揮混臺機的性能，以達到飼料產品的最佳化。
1.1.3擠壓膨化技術
    隨著我國經濟的發展，各飼料廠的產品也越來越多樣化，為了節約成本、提高效率和產量，因此需要能加工多種物料的大功率膨化設備。而目前顆粒機的產量比教大，所以大型原料處理膨化設備是飼料加工過程中不可缺少的主要設備之一。膨化工段能耗高，要求產量大，因此膨化機都配有較人功率的電機，膨化機的性能指標和可靠性對飼料加工廠的正常生產、成本和經濟效益產生很大影響。
1.1.4制粒技術
    三門峽富通新能源生產銷售顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料飼料成型機械設備。