顆粒機環模特性及應用

創德任艷萍

　　環模是顆粒機的關鍵零件，是顆粒機的最主要易損件，根據統計，環模損耗費占整個生產車間維修費的25%以上，同時對擠壓出來的顆粒飼料質量有著直接的影響。因此，了解環模的特性并對環模進行正確的選用、合理的使用以及有效的保養，對于飼料生產者來說是至關重要的。下面對環模的特性及其選用、使用和保養作些淺析，以供大家參考。
　　1 環模的特性
　　1.1 環模材料和熱處理
　　環模材料主要有碳素結構鋼、合金結構鋼和不銹鋼3類。碳素結構鋼如45鋼，其熱處理硬度一般為HRC45~50，它屬于比較低檔的環模材料，其耐磨性和耐腐蝕性都較差;合金結構鋼，如20CrMnTi、40Cr、35CrMo等，熱處理硬度在HRC50以上，并具有良好的綜合力學性能，由此類材料制造的環模強度高，耐磨性也好，但缺點是耐腐蝕性不好;不銹鋼材料有X46Cr13(德國牌號)、4Cr13、3Cr13等，這些材料的剛度和韌性都較好，熱處理硬度大于HRC50，并具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，使用壽命較長。
　　為了控制環模熱處理后的硬度均勻性，每個環模熱處理后，在圓周方向三等分處的每個部位，取不少于3點測硬度平均值，其各部位的硬度值之差應不大于HRC4。
　　另外，應對環模毛坯的硬度加以控制，其硬度在HB170~220之間為宜，如果硬度過高，鉆孔時鉆頭易斷裂，并造成死孔，硬度過低則影響模孔的光潔度。為了控制毛坯內部材質的均勻性，有條件的話，應對每個毛坯進行內部探傷，防止毛坯內部有裂紋、氣孔、夾砂等缺陷。
　　1.2 環模孔結構、壓縮比和粗糙度
　　常見的環模孔主要有直形孔、階梯形孔、外錐形孔和內錐形孔等。階梯形孔又分為釋放式階梯孔(俗稱減壓孔或釋放孔)和壓縮式階梯孔，如圖1所示，不同的模孔形式適合不同種類的飼料原料或不同的飼料配方。
　　環模壓縮比是指環模孔的有效長度和環模孔的最小直徑的比值，它是反映顆粒飼料擠壓強度的一個指標。壓縮比越大，擠出的顆粒飼料越結實。對于直形孔的環模壓縮比來說，環模孔的有效長度即為環模的總厚度，最小直徑即為模孔本身的直徑;對于釋放式階梯孔和外錐形孔來說，模孔的有效長度即為環模的總厚度減去釋放孔的長度或外錐孔的長度，小直徑段的孔徑即為計算壓縮比的孔徑;對于壓縮式階梯孔和內錐形孔來說，這種情況比較特殊，一般把整個環模厚度作為模孔的有效長度，最小直徑取小直徑段的孔徑，當然，這樣計算出的環模壓縮比的含義和前兩種情況是有區別的。
　　粗糙度也是衡量環模質量的重要指標。在同樣的壓縮比下，粗糙度值越大，飼料擠出阻力越大，出料越困難，過大的粗糙度也影響顆粒表面的質量。合適的粗糙度值為應在0.8~1.6之間。
　　1.3 環模工作面積、孔的排列和開孔率
　　環模工作面積指環模的內徑周長和有效寬度的乘積，有效寬度指環模兩越程槽之間的距離。在同樣的工作面積下，環模內徑和有效寬度成反比。
　　環模鉆孔時的排列方式一般沿周向排列，并在寬度方向上排與排之間的小孔相互交錯，使整個鉆出的小孔呈近似等邊三角形排列。如果設小孔的直徑為d，小孔與小孔之間的壁厚為a，環模開孔率為ψ,則根據等邊三角形原理，不難算出：ψ≈0.9d2/(d+a)2
　　例如，小孔直徑為4.5mm的環模，如果取小孔之間的壁厚為2.6mm，則可以算出環模開孔率為36%。
　　從上面的公式可以看出，在模孔直徑一定的情況下，要提高環模的開孔率，必須減小模孔之間的壁厚，但最小壁厚必須滿足環模強度的需要。
　　一般的規律是，模孔直徑越大，環模開孔率越高。
　　1.4 環模線速度
　　環模線速度指環模內圓切線速度，它的高低影響到擠壓區內的料層厚度及物料通過模孔的時間，進而影響制粒機產量和顆粒質量。線速度過高時，有可能使擠壓區內的物料形成斷層，制粒不連續，制出的顆粒松軟，粉料多，而且對于水分含量較高的物料還易打滑，甚至根本不能制粒;較低的環模線速度雖然制出的顆粒質量好，但對產量影響較大。常用的環模線速度一般在6~9m/s之間。
　　1.5 環模安裝方式
　　環模安裝方式主要有直面式安裝、錐面式安裝和抱箍式安裝。直面式安裝簡單，環模不易傾斜，但環模固定螺栓容易剪斷，不適用于大型號的制粒機。錐面式安裝環模定心性能好，傳遞扭矩大，環模固定螺栓不易剪斷，但需要裝配者細心和掌握一定的技巧，不然環模易裝斜。抱箍式安裝比較適用于小型號的制粒機，安裝方便，需時短，缺點是環模本身不對稱，不能掉面使用。
　　2 環模的選用
　　通過環模的特性可以看出，選用一個環模需要考慮的因素是很多的。但在實際工作中，通常一些因素是早已設計好了的，如環模的安裝方式、環模線速度和環模工作面積等，這在購買顆粒機時就已經決定了，一般不會改變。另外一些因素可通過選擇專業的環模制造廠家來保證，如環模的材料、熱處理強度及耐磨性、模孔的開孔率和粗糙度等，這些因素專業的環模制造廠家通常都能達到最佳的性能要求，使用者只要做到不貪圖便宜選購沒有技術和設備保障的廠家生產的環模就可以了。例如模孔的加工和熱處理質量要靠專門的槍鉆和真空熱處理設備才能保證，普通的鉆床和熱處理方法很難加工出高質量的環模。
　　目前在飼料廠普遍面臨的是如何根據自己生產的飼料品種及配方來選用合適的模孔形式及環模壓縮比。一般來說，直形孔和釋放式階梯形孔適于加工配合飼料;外錐形孔適合加工脫脂糠等高纖維的飼料;內錐形孔和壓縮式階梯孔宜加工草粉料類比重輕的飼料。對于上面提到的釋放式階梯孔的設計原因，是由于某些品種的飼料，尤其是小直徑的飼料，在保證合理壓縮比的條件下，環模的壁厚達不到最低要求，以致環模強度不夠，在生產中常會出現環模爆裂現象，而不得已采取的加厚措施，方法是在保證模孔有效長度的前提下，增加環模的厚度并同時增加減壓孔(釋放孔)。
　　對于環模壓縮比的選用，由于各家配方不一樣，采用的原料各異，同時制粒工藝也不同，具體合適的壓縮比還要靠各個飼料生產廠家在生產中摸索得到，這里只能根據以往的經驗給出一個大致的范圍。一般來說，畜禽類飼料宜選用9～13之間的壓縮比;魚類飼料宜選用13～16之間的壓縮比;蝦類飼料宜選用20～25之間的壓縮比;熱敏感類飼料宜選用7～9之間的壓縮比;牧草和秸稈類飼料宜選用6～9之間的壓縮比。另外，飼料生產者也可根據自己的質量要求稍稍提高或降低實際的壓縮比，比如選用稍低的壓縮比對于增加產量、降低能耗、減輕環模的磨損有利，但同時也降低了飼料品質，如顆粒不夠結實，粉化率高等;反之，則對顆粒品質有利，如顆粒外觀光滑，密度增加，粉化率小等，但會增加生產成本。
　　3 環模的使用
　　正確地調整環模和壓輥之間的工作間隙是環模使用的關鍵。一般來說，環模與壓輥之間的間隙在0.1～0.3mm之間為宜。通常情況下，新壓輥和新環模相配宜采用稍大的間隙，舊壓輥和舊環模相配宜采用較小的間隙，大孔徑的環模宜選用稍大的間隙，小孔徑的環模宜選用稍小的間隙，容易制粒的物料宜取大間隙，難以制粒的物料宜取小間隙。對于操作者來說，要有實際的操作經驗，對環模間隙能夠熟練地進行選擇和調整。
　　另外，在環模使用過程中還要注意以下幾點：①新購環模一般在開機前需要用油料進行“洗模”，以去除模孔中的毛刺。如果是在正規廠家購買的φ2.5以上大模孔的環模，可不進行，而對于模孔在φ2.5以下的環模，一般需要用油料在正常生產前“洗模”幾分鐘到二十幾分鐘為好，對于模孔粗糙度較差的環模，有時還需要在油料中攙入20%～50%的細砂進行研磨后才能進行正常的生產。②環模在使用過程中，一定要盡量避免物料中混有大塊砂石、砂粒、鐵塊、螺栓及鐵屑等硬質顆粒，以免加快環模的磨損或對環模造成過大的沖擊，造成環模爆裂。如果有鐵質進入模孔，一定要及時沖出或鉆出。③對于兩面對稱安裝的環模，可在生產一定時間后反過來安裝使用，以使環模磨損均勻。④環模安裝好后一定不要傾斜，不然會產生不均勻磨損;緊固環模的螺栓一定要達到所需要的鎖緊扭矩，以避免螺栓剪斷和環模損壞。
　　4 環模的保養
　　對環模進行合理的保養是保證環模能夠正常工作和延長其使用壽命的必要措施之一，在平時工作中應注意做好以下幾點：①當需要更換環模時，應以非腐蝕性油料將原來的飼料擠出，以便再次使用時出料順暢，并能防止模孔腐蝕。②環模在使用一定的時間后，應定期檢查環模內表面是否有局部凸出部分，并檢查模孔導料口是否有磨平、封口或內翻等現象，如有，應用磨光機或其它工具將環模工作內表面凸出部分磨平，然后再對導料口進行倒角，對環模進行必要的修復，以延長環模的使用壽命。修復時應注意環模工作內表面最低處應高于越程槽底部2mm，并且修復后仍有壓輥偏心軸調節余量，否則環模就應該報廢。③假如多數模孔被物料堵塞不出料，可以采取用油浸泡或用油蒸煮的辦法使物料軟化，再重新進行制粒;如果仍然不能制粒，則可以用電鉆將堵塞模孔的物料鉆出后，再用油性物料加細砂研磨后使用。④環模必須存放在干燥、清潔的地方，并做好規格標識，若存放于潮濕的地方，有可能會造成環模的腐蝕，從而降低環模的使用壽命或影響出料效果。
　　綜上所述，只有充分認識環模的基本特性，并對環模能夠進行正確的選用、合理的使用和有效的保養，才能夠充分發揮顆粒機及其環模的性能，從而降低成本，提高制粒效率和制粒質量，為企業創造更多的經濟效益。