0、引言
失效是指產(chǎn)品喪失了規(guī)定的工作效能。苜蓿草粉
顆粒機(jī)中的環(huán)模是壓制草顆粒的核心部件，其工作性能直接影響制粒機(jī)的制粒質(zhì)量、顆粒成形和生產(chǎn)率。環(huán)模是成本昂貴的易損件，其使用壽命是評(píng)價(jià)環(huán)模制粒機(jī)性能的重要指標(biāo)。怎樣減少環(huán)模與壓輥的磨損，延長它們的使用壽命，降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)率，是研究的核心問題。苜蓿飼料的性狀與普通飼料不同，其質(zhì)量輕、粗纖維含量高，在壓制苜蓿草顆粒時(shí)環(huán)模壓輥的使用壽命只有加工普通飼料時(shí)的l/4，此時(shí)環(huán)模的實(shí)際失效形式主要為機(jī)械疲勞和磨粒磨損。
本文以環(huán)模制粒機(jī)為例，對(duì)環(huán)模的失效行為進(jìn)行分析，從而對(duì)環(huán)模的制造、使用條件提出建議。
1、環(huán)模與壓輥的工作原理
環(huán)模和壓輥是制粒機(jī)的心臟部件（圖1）。工作時(shí)，環(huán)模由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，安裝于環(huán)模內(nèi)的壓輥由環(huán)模通過模輥間物料及其間的摩擦力使壓輥?zhàn)赞D(zhuǎn)而不公轉(zhuǎn)，由于模輥的旋轉(zhuǎn)，將模、輥間的物料鉗入、擠壓，最后成條柱狀從模孔中被連續(xù)擠出來，再由安裝在環(huán)模外面的固定切刀切成一定的長度的顆粒。
2、環(huán)模強(qiáng)度分析與討論
環(huán)模是制粒機(jī)的主要易損件，在制粒過程中，壓輥對(duì)其作用，使之產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力，這兩種應(yīng)力影響環(huán)模的使用壽命。
2.1彎曲強(qiáng)度
如圖2，環(huán)模受到壓輥對(duì)它的擠壓力Ⅳ、草粉料對(duì)它的摩擦力，電動(dòng)機(jī)對(duì)它的驅(qū)動(dòng)力矩M；壓輥在環(huán)模通過草粉料傳遞的驅(qū)動(dòng)力Q作用下自轉(zhuǎn)(F和Q
的交變應(yīng)力作用下疲勞擴(kuò)展而形成疲勞斷裂。對(duì)早期報(bào)廢的4Cr13鋼飼料機(jī)環(huán)模的檢測和分析結(jié)果證明了在交變應(yīng)力作用下環(huán)模疲勞斷裂這種失效形式。
3.2磨損失效
3.2.1 環(huán)模失效的宏觀形貌分析
經(jīng)過對(duì)失效的環(huán)模進(jìn)行觀察測量，環(huán)模的實(shí)際磨損失效形式分成3類：
1)環(huán)模工作一段時(shí)間后，因各出料小孔的內(nèi)壁磨損，孔徑增大，所生產(chǎn)的草顆粒直徑超過規(guī)定值而失效（圖4）。
2)環(huán)模內(nèi)壁磨損后，內(nèi)表面產(chǎn)生凹凸不平，使草粉料流動(dòng)受阻，模孔擠不出草粉料，形成堵塞而失效（圖5）。
3)環(huán)模內(nèi)徑增大，壁厚減小，同時(shí)出料小孔內(nèi)壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。當(dāng)出料小孔的內(nèi)徑增大到一定值后，在最危險(xiǎn)的截面上首先出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展，直至裂紋擴(kuò)伸到較大的范圍而導(dǎo)致環(huán)模失效。
產(chǎn)生上述3種失效現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)性原因歸納起來：首先是磨損，其次是疲勞破壞。
3.2.2環(huán)模失效的微觀形貌分析
觀察其磨損形貌（圖6、圖7），導(dǎo)角處與模孔內(nèi)表現(xiàn)出不同的磨損機(jī)制。草粉料顆粒在材料表面的作用力可分為法向力和切向力，法向力使草粉料顆粒壓人表面而形成犁溝和犁皺．切向力使草粉料顆粒向前推進(jìn)時(shí)對(duì)表面進(jìn)行微切削。導(dǎo)角處以犁溝為主產(chǎn)生的塑性變形，且磨痕方向混亂；而在模孔內(nèi)產(chǎn)生塑性變形的同時(shí)，還伴有大量的微觀切削，且磨痕方向一致。這是因?yàn)閷?dǎo)角是草粉料顆粒匯集之處，其法向力較小，不易將草粉料軟顆粒擠壓成“不可壓縮的堅(jiān)硬微粒”而壓人材料表面．因而只產(chǎn)生塑性變形，且因是顆粒形成的匯集口，磨痕方向混亂；在模孔內(nèi)，由于草粉料顆粒被擠壓．草粉料顆粒在法向力的作用之下產(chǎn)生“不可壓縮的團(tuán)”而壓人材料的表面，同時(shí)在切向力的用下而產(chǎn)生微觀切削。以上兩種磨損機(jī)制都產(chǎn)生環(huán)模表面的材料流失造成磨損，產(chǎn)生環(huán)模的磨損失效。
4、結(jié)論
1)環(huán)模失效的主要原因是疲勞失效和磨損失效，彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力不是影響環(huán)模壽命的主要因素。
2)磨損使得環(huán)模產(chǎn)生模孔孔徑增大、模孔內(nèi)壁凹凸不平和環(huán)模壁厚減小三種結(jié)構(gòu)失效現(xiàn)象，導(dǎo)致草粉料顆粒成形時(shí)受力關(guān)系的變化而最終導(dǎo)致環(huán)模失效。
3)磨損失效與疲勞失效存在一定關(guān)系，即隨著磨損的加劇，環(huán)模的抗疲勞能力降低。
4)環(huán)模表面在反復(fù)塑性變形產(chǎn)生的疲勞剝落和顯微切削兩種磨損機(jī)制作用下發(fā)生磨損失效。
