在顆粒飼料的加工中，環模
制粒機是關鍵的核心設備，環模是壓制顆粒飼料的核心工作部件，其工作性能直接影響制粒的質量、顆粒成型以及生產率，同時環模也是制粒機中最易磨損的部件之一。減少和改善環模的磨損，延長環模的使用壽命對提高產品質量和產量，降低能耗，減少生產成本等方面影響很大。
1、環模制粒機的工作原理（見圖1）
顆粒在環模制粒機中的成形過程，是建立在粉粒體間存在間隙的基礎上，粉料在溫度、摩擦力和擠壓力等綜合因素的作用下，使粉粒體的空隙減小，形成具有一定密度和強度的顆粒。
環模在主動力的驅動下以一定的轉速，順時針旋轉，厚度為h的料層從A點開始被攝進擠壓區，壓輥借助擠壓區內摩擦力的作用也順時針旋轉。隨著環模和壓輥的旋轉，攝入的物料向前移動加快，擠壓力和物料密度逐漸增加，當擠壓力增大到足以克服模孔內料栓與孔壁的摩擦力時．具有一定密度和粘結力的物料便被擠進模孔內，由于模輥不斷攝人物料，故模孔內的物料經成形后被連續擠出模孔，形成圓柱狀顆粒。
環模在正常工作過程中，始終存在著與物料間的摩擦作用，隨著生產物料量的增加，環模逐漸磨損，并最終導致失效。因此衡量環模工作性能的指標之一就是生產量，然而在實際生產過程中，大多數環模在達到理論生產能力之前就失效了，由于環模價格昂貴，會給用戶造成一定的損失。
2、環模強度分析
環模在制粒過程中受到壓輥的擠壓力、飼料對環模的摩擦力和電機的驅動力矩。壓輥在環模通過飼料傳遞的驅動力的作用下做碾壓滾動，以一個環模和兩個壓輥的系統為例進行分析，如圖2所示。
2.1環模接觸抗壓強度分析
環模在運轉過程中，不考慮飼料的作用，環模與壓輥在擠壓飼料時，相當于一對不同半徑的二軸相互平行的圓柱體與圓柱凹面，故在接觸表面產生很大的接觸應力和局部的彈性變形，環模的承載能力便取決于其接觸表面的接觸抗壓強度，環模的接觸應力為：
由上式分析可知：①增加環模內徑和寬度可降低環模的接觸壓應力；②為了保證彈性模量較小，環模和壓輥應選擇不同的材料；③在不影響其它性能的前提下，應降低功率，同時提高轉速，但盲目提高轉速會使振動和噪聲增加，也會影響顆粒飼料的成型率；④根據實際情況，盡量增加壓輥的直徑，可降低環模的接觸壓應力。
2.2環模抗彎強度分析
環模在運轉過程中，忽略模孔的作用，而將其看成一個等截面薄壁圓環，如圖3所示。
當環模受到壓輥和飼料的擠壓力時，其徑向位移為：
3、新型預應力式環模的研究
通過對環模的強度分析，環模在使用過程中受到接觸應力和彎曲應力的影響，同時，環模長期在交變循環應力狀態和濕熱環境的條件下工作，影響了環模的使用命。因此，環模既要有足夠的強度和韌性，又要有足夠的硬度和耐磨性。
3,1新型預應力式環模的結構研究
為了克服現有環模的不足，研究了一種新型預應力式環模，使環模的淬硬部分受到一種預應力，以抵消環模工作時壓輥對它施加的部分或全部應力，降低環模工作時的總應力，提高環模的使用壽命。
新型預應力式環模是一個由不同材料組成的預應力結構，如圖4所示。環模由環模主體、卡環組成，卡環安裝在環模主體的凸臺的兩側，環模主體采用高硬度淬火熱處理的金屬材料制作，卡環采用低硬度淬火熱處理的金屬材料制作，卡環和環模主體采用過盈配合，過盈量根據所需的預應力確定，且利用材料的熱脹冷縮的特性將卡環安裝在環模主體上，當冷卻收。
2.1環模接觸抗壓強度分析
環模在運轉過程中，不考慮飼料的作用，環模與壓輥在擠壓飼料時，相當于一對不同半徑的二軸相互平行的圓柱體與圓柱凹面，故在接觸表面產生很大的接觸應力和局部的彈性變形，環模的承載能力便取決于其接觸表面的接觸抗壓強度，環模的接觸應力為：
由上式分析可知：①增加環模內徑和寬度可降低環模的接觸壓應力；②為了保證彈性模量較小，環模和壓輥應選擇不同的材料；③在不影響其它性能的前提下，應降低功率，同時提高轉速，但盲目提高轉速會使振動和噪聲增加，也會影響顆粒飼料的成型率；④根據實際情況，盡量增加壓輥的直徑，可降低環模的接觸壓應力。
2.2環模抗彎強度分析
環模在運轉過程中，忽略模孔的作用，而將其看成一個等截面薄壁圓環，如圖3所示。
當環模受到壓輥和飼料的擠壓力時，其徑向位移為：
3、新型預應力式環模的研究
通過對環模的強度分析，環模在使用過程中受到接觸應力和彎曲應力的影響，同時，環模長期在交變循環應力狀態和濕熱環境的條件下工作，影響了環模的使用壽命。因此，環模既要有足夠的強度和韌性，又要有足夠的硬度和耐磨性。
3.1新型預應力式環模的結構研究
為了克服現有環模的不足，研究了一種新型預應力式環模，使環模的淬硬部分受到一種預應力，以抵消環模工作時壓輥對它施加的部分或全部應力，降低環模工作時的總應力，提高環模的使用壽命。
新型預應力式環模是一個由不同材料組成的預應力結構，如圖4所示。環模由環模主體、卡環組成，卡環安裝在環模主體的凸臺的兩側，環模主體采用高硬度淬火熱處理的金屬材料制作，卡環采用低硬度淬火熱處理的金屬材料制作，卡環和環模主體采用過盈配合，過盈量根據所需的預應力確定，且利用材料的熱脹冷縮的特性將卡環安裝在環模主體上。當冷卻收縮后．即產生了對環模主體施加的預壓應力。
3.2新型預應力式環模預應力的計算
環模一般為鋼鐵材料，在彈性范圍內，材料的應力與應變成線性關系，即：a=Ea(E為環模的彈性模量)，在環模主體凸臺的兩側安裝卡環，卡環的內徑小于環模主體的外徑，使卡環和環模主體成過盈配合，卡環受到預拉應力，環模主體相應地受到預壓應力。
新型預應力式環模利用材料熱脹冷縮的特性，在環模淬硬部套上卡環，無論加工和裝配都很簡單，提高了材料的利用率，降低了成本，同時延長了環模的使用壽命，且提高環模的使用性能。
4、小結
通過對環模的強度分析表明，環模在使用過程中受到接觸應力和彎曲應力的影響，同時，環模在制粒過程中受到交變應力，產生疲勞破壞，使環模發生損壞。通過改善環模制造、生產及使用條件，增加環模的使用時間。根據環模在工作過程中的強度分析，研究了新型預應力式環模，并進行了預應力計算。該環模加工方便，材料的利用率高，降低了成本，延長了環模的使用壽命，且提高環模的使用性能。
