0、引言
失效是指產品喪失了規定的工作效能。苜蓿草粉
顆粒機中的環模是壓制草顆粒的核心部件，其工作性能直接影響制粒機的制粒質量、顆粒成形和生產率。環模是成本昂貴的易損件，其使用壽命是評價環模制粒機性能的重要指標。怎樣減少環模與壓輥的磨損，延長它們的使用壽命，降低生產成本和提高生產率，是研究的核心問題。苜蓿飼料的性狀與普通飼料不同，其質量輕、粗纖維含量高，在壓制苜蓿草顆粒時環模壓輥的使用壽命只有加工普通飼料時的l/4，此時環模的實際失效形式主要為機械疲勞和磨粒磨損。
本文以環模制粒機為例，對環模的失效行為進行分析，從而對環模的制造、使用條件提出建議。
1、環模與壓輥的工作原理
環模和壓輥是制粒機的心臟部件（圖1）。工作時，環模由電動機經減速器帶動旋轉，安裝于環模內的壓輥由環模通過模輥間物料及其間的摩擦力使壓輥自轉而不公轉，由于模輥的旋轉，將模、輥間的物料鉗入、擠壓，最后成條柱狀從模孔中被連續擠出來，再由安裝在環模外面的固定切刀切成一定的長度的顆粒。
2、環模強度分析與討論
環模是制粒機的主要易損件，在制粒過程中，壓輥對其作用，使之產生彎曲應力和接觸壓應力，這兩種應力影響環模的使用壽命。
2.1彎曲強度
如圖2，環模受到壓輥對它的擠壓力Ⅳ、草粉料對它的摩擦力，電動機對它的驅動力矩M；壓輥在環模通過草粉料傳遞的驅動力Q作用下自轉(F和Q
的交變應力作用下疲勞擴展而形成疲勞斷裂。對早期報廢的4Cr13鋼飼料機環模的檢測和分析結果證明了在交變應力作用下環模疲勞斷裂這種失效形式。
3.2磨損失效
3.2.1 環模失效的宏觀形貌分析
經過對失效的環模進行觀察測量，環模的實際磨損失效形式分成3類：
1)環模工作一段時間后，因各出料小孔的內壁磨損，孔徑增大，所生產的草顆粒直徑超過規定值而失效（圖4）。
2)環模內壁磨損后，內表面產生凹凸不平，使草粉料流動受阻，模孔擠不出草粉料，形成堵塞而失效（圖5）。
3)環模內徑增大，壁厚減小，同時出料小孔內壁也隨著磨損，使各出料小孔間的壁厚不斷減薄，因而結構強度下降。當出料小孔的內徑增大到一定值后，在最危險的截面上首先出現裂紋并擴展，直至裂紋擴伸到較大的范圍而導致環模失效。
產生上述3種失效現象的實質性原因歸納起來：首先是磨損，其次是疲勞破壞。
3.2.2環模失效的微觀形貌分析
觀察其磨損形貌（圖6、圖7），導角處與模孔內表現出不同的磨損機制。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時對表面進行微切削。導角處以犁溝為主產生的塑性變形，且磨痕方向混亂；而在模孔內產生塑性變形的同時，還伴有大量的微觀切削，且磨痕方向一致。這是因為導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“不可壓縮的堅硬微粒”而壓人材料表面．因而只產生塑性變形，且因是顆粒形成的匯集口，磨痕方向混亂；在模孔內，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生“不可壓縮的團”而壓人材料的表面，同時在切向力的用下而產生微觀切削。以上兩種磨損機制都產生環模表面的材料流失造成磨損，產生環模的磨損失效。
4、結論
1)環模失效的主要原因是疲勞失效和磨損失效，彎曲應力和接觸應力不是影響環模壽命的主要因素。
2)磨損使得環模產生模孔孔徑增大、模孔內壁凹凸不平和環模壁厚減小三種結構失效現象，導致草粉料顆粒成形時受力關系的變化而最終導致環模失效。
3)磨損失效與疲勞失效存在一定關系，即隨著磨損的加劇，環模的抗疲勞能力降低。
4)環模表面在反復塑性變形產生的疲勞剝落和顯微切削兩種磨損機制作用下發生磨損失效。
