制粒过程中环模力学模型的建立及有限元

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1、制粒过程中环模力学模型的建立及有限元分析施水娟，武凯*作者简介：施水娟（1985-），女，机械制造及自动化.E-mail:shishuijuan2@163.com5（南京理工大学机械工程学院，南京210094）摘要：环模制粒机广泛地应用于饲料工业、新能源技术和制药等领域，而环模和压辊是其关键部件。建立了环模挤压力学模型，并在此基础上应用ANSYS软件对环模进行了有限元力学分析，获得了沿环模轴向和周向的应力和位移数据。分析结果表明：环模沿轴向受到的是非均匀载荷，疲劳断裂是环模的一种失效形式。本文为改善环模的受

2、力状况、降低环模磨损10提供了一定的参考。关键词：制粒环模力学模型有限元中图分类号：TH123TH6MechanicalModelEstablishmentandFiniteElement15AnalysisofRingDieinPelletizingSHIShuijuan,WuKai(NanjingUniversityofScience&Technology,Nanjing210094)Abstract:Theringdieandthepressrollerarethekeypartsofthepelle

3、tmill,whichiswidelyusedinmanyfieldssuchasseedprocessingindustry,newenergytechnology,thepharmaceuticalindustryand20soon.Mechanicalmodelsweresetuptodescribetheforcesactingontheinternalsurfaceoftheringdie.Andthefiniteelementanalysesbasedonthemechanicalmodelsw

4、eredonebyANSYS.Thentheaxialstresses,theaxialdisplacements,thecircumferentialstressesandthecircumferentialdisplacementswereobtained.Theanalysesresultsshowthattheloadactingontheinternalsurfaceoftheringdieintheaxialdirectionisnon-uniformandfatiguefractureison

5、eofthefailuremodesofthe25ringdie.Thispaperhadprovidedabasisforimprovingforceconditionandreducingwearingoftheringdie.Keywords:pelleting;ringdie;mechanicalmodel;finiteelementanalysis0引言30环模制粒机广泛地应用于饲料工业、新能源技术和制药等领域，而环模和压辊是其关键部件。制粒过程中物料是在环模和压辊的强制挤压作用下通过小孔成形的，

6、因此环模和压辊的工作性能直接影响物料的成形率、颗粒质量。国内生产的环模使用寿命短已是个不争的事实，环模的力学性能是影响环模使用寿命的重要因素[1,2]，对环模进行力学分析具有重要意义。351成形过程分析环模和压辊是制粒机的心脏部件。工作时，环模由电机带动旋转，由于环模与物料之间的摩擦力和物料与压辊之间的摩擦力使得压辊自转。环模和压辊的旋转使物料被强制挤压，最后物料成条柱状从环模孔挤出，再由装在环模外面的固定切刀切成一定长度的颗粒（见图1）。40环模制粒机的颗粒成形过程，是建立在粉粒体间存在间隙的基础上的。粉

7、料在温度、摩http://www.paper.edu.cn-2-中国科技论文在线擦力和挤压力等综合因素的作用下，使粉粒体的空隙缩小，形成具有一定密度和强度的颗粒。根据粉料在挤压过程中不同的状态，将粉料分为3个区，即供料区、变形压紧区和挤压成形区（见图1）。1）供料区：物料基本不受机械外力的影响，但它受离心力的影响（环模旋转），使粉45料紧贴在环模的内圈上。（2）变形压紧区：随着模、辊的旋转，物料进入压紧区，受到模辊的挤压作用，粉料之间产生相对位移。随着挤压力的逐渐增大，粉粒体间空隙逐步减小，物料产生不可逆的

8、变形。（3）挤压成形区：在挤压区内，模辊间隙较小，挤压力急剧增大，粉粒体之间接触表50面积增大，产生较好的粘接，并被压入模孔。图1制粒原理示意图2挤压过程力学模型55显然物料在三个区域所受的外力不同，进而环模沿周向所受的作用力也不相同，下面分别对位于三个区域的环模内表面受力情况加以分析。2.1供料区物料基本不受机械外力的影响，因此近似认为供料区环模不受力。2.2挤压成形区60位于挤压成形区的环模内表面受力情况与模