4Cr13
顆粒機環模的淬火后回火溫度對硬度的影響見下表。
從結果來看，180℃回火，環模硬度很高，脆性很大，極易使環模產生裂紋。300℃是回火曲線中的低谷，不宜采用。340℃回火，環模的硬度偏低，會影響其壽命。合適的回火溫度應控制在200℃左右，環模的最終使用硬度在52～55HRC,左右，這樣，既可以保證環模不丌裂，又可保證模孔和工作面的磨損很小，使環模的使用壽命大大提高。
(2)回火溫度對環模硬度的影響
4Cr13的第一類回火脆性區的溫度范圍為300℃～370℃，第二類回火脆性區的溫度范圍為450℃～600℃。為保證環模在回火后仍能保持較高的硬度，同時又要避開回火發生脆性的溫度區，環模采用200℃低溫回火較合適。
3.4.4不同回填氣體壓強對環模冷卻速度、硬度及尺寸變化的影響
(1)不同回填氣體壓強下，冷卻溫度對時間的變化曲線
由上圖可以看出，在相同的裝載量情況下，增加回填氣體壓強能明顯提高環模的冷卻速度。充填1.6bar壓強的氣體，與充填1.3bar壓強的氣體相比，快速冷卻時間可縮短23%。
(2)不同回填氣體壓強對環模硬度的影響
由上圖可以看出，在相同的裝載量情況下，增加回填氣體壓強能明顯提高環模的硬度。充填1.6bar壓強的氣體，與充填1.3bar壓強的氣體相比，硬度提高2～3HRC。
(3)回填氣體壓強對尺寸變化的影響
回填氣體壓力越大，冷卻速度越快，環模的變形率越大。
3.4.5真空淬火對環模組織的影響
淬火前環模的金相組織為完全退火處理狀態，其組織為：鐵索體基體上分布著碳化物及晶界上網狀分布著碳化物顆粒。
淬火后的環模金相組織為馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。
(1)環模鍛坯材料中的碳化物顆粒分不較均勻
(2)環模鍛坯材料中的碳化物顆粒分布不均
淬火可以消除鍛坯材質的部分缺陷，但對環模材料的均質性影響不大。鍛坯晶粒粗大、均質性差，在淬火工藝中難以消除這種缺陷。
3.4.6熱處理對環模尺寸的影響
環模熱處理的變形對環模的使用影響較大。如果變形大，橢圓度增加，一方面會使環模不完全出料，影響產量；另一方面會使壓輥在環模內摩擦轉到時，產生不連續的跳動，對環模工作面產生沖擊。環模本身具有較大的裂紋敏感性，經壓輥的不斷沖擊、跳動，有可能產生微裂紋，并使微裂紋擴展，導致環模丌裂。用真空淬火，環模在熱處理后具有微小的變形。
MUZL600顆粒機環模經多次試驗結果分析：環模熱處理后尺寸變化多數回縮，在回填氣體壓力不大、冷卻速度較慢的情況下，尺寸變化也有可能是漲式。
3.5環模有限元分析
在顆粒機環模的設計工作中，傳統的計算和分析方法很難精確地計算顆粒機環模各個部分的應力和變形情況，因此缺乏設計的理論依掘，只是用一些經驗公式進行粗略計算。目前國內外應用有限元分析技術在機械方面進行了一些研究，取得了很好的效果，但對于環模顆粒機這類飼料機械還應用較少。本課題采用有限元分析方法對顆粒機環模進行系統的仿真試驗，用有限元分析方法計算顆粒機環模的應力和變形，為顆粒機環模設計提供依據。
3. 5.1系統環境
(1) UG系統環境
UG (Unigraphics)是Unigraphics Solutions公司推出的集CAD/CAE/CAM為一體的三維設計平臺，廣泛的應用于各制造領域，它是一個全三維、雙精度的造型系統。它以世界上具有領先地位的Parasolid為內核，在產品的概念設計、機構分析、有限元分析、裝配、工程制圖、數據輸出等領域均有相應的功能模塊，尤其是在實體造型方面功能強大。
(2) ANSYS系統環境
ANSYS是一專用的有限元分析工具，其數值模擬和分析功能強大。在工程領域有許多力學問題和場的問題，都可以看作是一定邊界條件下求解微分方程，但只有在少數的簡單問題能求解。因此，在20世紀60年代，有限元法逐漸展并成熟起來。ANSYS的數值模擬技術是在建立模型（數學模型和過程模型）的礎上，對所模擬的客觀或理論系統進行定量的研究、試驗和分析，它既不是實驗方法，也不是理論方法，而是在大量的試驗基礎上，通過基本原理構建的一套數值計算模型。
ANSYS處于有限元界的領導地位，被全球工業界廣泛接受，經過大量的實例驗證，在眾多的工程領域都有很好的可靠性。
(3)有限元法(Finite Element Method -FEM)
在上世紀60年代術至70年代初，有限元在非牛頓流體力學中的應用得以深入發展。它是解大型非牛頓流體力學問題的數值方法中使用最廣，最具有代表性的方法。有限元法的核心是根據變分原理或方程余量與權函數正交化原理建立積分表達式。它將在整個積分區域中的求解函數離散為若干單元區域的連續函數，再通過單元積分，總體合成為代數方程形式的有限元方程。與有限差分法相比，有限元法適合于復雜區域和邊界條件的離散，而且對每個區域的近似解是連續的。有限元法中又包含了混合有限元法、FAN方法(Flow Analysis Network)、罰有限元法、富有限元法、控制體積法、有限塊法以及修正的Luo-Tanner流線有限元等。
3.5.2有限元分析模型建立及計算分析
環模和壓輥之間的載荷分析對環模和壓輥的結構設計具有很好的指導意義，同時通過對環模和壓輥之間的載荷分析也有利于分析環模和壓輥的磨損情況。首先，環模和壓輥的強度和剛度計算需要知道兩者之間的載荷，知道載荷后A+能確定環模的厚度、壓輥的大小；再者，物料壓入的多少有與載荷有關．物料壓入多，環模和壓輥之間的載荷大，環模和壓輥的磨損也就越嚴重，反之，物料壓入少，環模和壓輥之間的載荷小，磨損少，因此環模和壓輥之問的載荷與環模和壓輥的磨損有關，磨損又與環模和壓輥的壽命有關。
環模是比較昂貴的易損件，其使用壽命是評價環模制粒機性能的重要指標。怎樣減少和改善環模的磨損，延長使用壽命，降低生產成本，是研究制粒機的核心內容。環模的壽命與環模和壓輥間的載荷有密切關系；
制粒的過程是物料被卷入、壓緊，最后從環模上的模孔被擠出，因此在環模圓周方向，環模與壓輥的間距越大，物料壓力程度越小，載荷也就越小。反之，環模與壓輥的間距越小，物料壓力程度越大，載荷也就越大。
(1)有限元分析模型建立
在Ansys作有限元分析過程中，建立幾何環模是必不可少的一個過程，Ansys有強大的接口能力和對實體的力學分析功能。本文采取UG建立實體三維模型，通過中間軟件數據轉換的平臺，利用Ansys的高級接口技術，實現幾何模型的建立，完成數據的轉換。
建立的三維模型通過IGES文件導入ANSYS軟件分析界面中．
為了定性分析壓輥和環模的載荷，建立環模的模型，并施加非均勻載荷，如圖3～15所示。所加載荷的函數是：
F= kx
通過施加約束，并進行網格劃分，得到環模的有限元模型，如圖3-16所示。
(2)力學模型的建立
單元模型共8個節點．單元材料為線彈性，并且各向同性．根據廣義虎克定律：
2)環模和壓輥之間的載荷分析
可以看出，在這樣的載荷作用下，環模外側的位移變化比較大，這說明如果物料在環模軸線方向的均勻的話，環模里側的磨損最大，環模外側的磨損最小。
如果在環模軸線方向卷入的物料均勻，按理是磨損均勻，但是考慮到環模實際上是懸臂梁的結構形式，環模外側的變形大，因此環模和壓輥的間距會比沒有工作時大一些，這樣物料就沒有里側的物料緊一些，所以磨損小一些。按照這樣的分析，環模的磨損曲線應該是如下圖所示。因此物料在環模軸線方向均勻卷入的話，里側反而磨損嚴重。
3.5.3環模實際磨損情況
上面的分析是基于載荷在環模軸線方向是均勻這一假設分析得到的結論，實際的載荷情況應該根據磨損的情況反過來分析。圖3-20即為壓輥的實際磨損照片，環模與壓輥磨損曲線如圖3-21。
從實際磨損情況看，沿軸向方向，環模與壓輥兩端的磨損明顯大于中間部位，且兩端的磨損基本對稱（后端更長、更平滑、角度更小）。
3.5.4結論
結合受力分析及實際磨損情況，得出如下結論：
(1)沿軸向方向，物料在壓輥與環模之間分布不均勻：
(2)沿軸向方向，外側分布的物料較內側多：
(3)沿軸向方向，中間分布的物料較兩側少；
(4)為了使磨損更均勻，可以通過控制物料的分稚來實現：
(5)相關分析需要根據實驗進一步驗證。
料層的分布情況直接影響環模的使用壽命，所以解決環模的不均勻磨損問題，核心是使料層均勻分布在環模的內壁上，使環模受均勻的載荷作用。通過分析，可以說明選用更加昂貴的環模材料，僅從環模的優化角度出發，或者從飼料的配方、顆粒度等方面不能解決環模的不均勻磨損問題，因此，環模的不均勻磨損只能通過飼料的均勻分布得以解決，而進一步優化環模制粒機的結構是提高環模使用壽命的根本途徑。
結論
1、4Cr13是完全合適的環模材料，剛度和韌性都較好， 熱處理硬度為HRC52～55，并具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，使用壽命長。Cr的增加對環模的硬度沒有影響，但可以顯著增強環模的耐腐蝕性。實際使用中含Cr量12%左右的環模使用壽命比含Cr量14%的環模在其它處理相同的條件下，其使用壽命減小1/3以上；所以環模質量的源頭是從剛錠開始，要確保Cr含量12.5%以上。
2、模孔冷加工時切削轉速直接影響環模的表面粗糙度，切削轉速越大，表面質量越好。加工的模孑L孔徑越小，切削轉速越高。采用槍鉆加工環模模孑L，模孔直徑為1. 6mm時，轉速為9000r/min時，表面粗糙度為1.6“m：轉速為13000r/min時，表面粗糙度可達到0.8 um。對于普通鉆床，一般最高轉速為3000～5000rlmin，加工出的表面質量較差，加工小孔徑環模時，由于粗糙度不合格，在環模的帶料試驗中無法出料。
3、熱處理淬火溫度從1030℃上升到1050℃，硬度可提高1～1.5HRC; 1060℃淬火，硬度雖然較高，但沖擊韌性下降明顯，熱應力太大，極易產生淬火微裂紋。所以，采用1040℃淬火最為合適。
4、真空淬火對環模模孔粗糙度的基本沒有影響。
5、4Cr13環模具有高強度和高耐磨性，但也有很大的裂紋敏感性，淬火后的回火相當重要。為保證環模在回火后仍能保持較高的硬度，同時又要避開回火發生脆性的溫度區，環模采用200℃低溫回火較合適，環模的最終使用硬度在52～05HRC左右，這樣，既可以保證環模不開裂，又可保證模孔和工作面的磨損很小，使環模的使用壽命大大提高。
6、在相同的裝載量情況下，增加回填氣體壓強能明顯提高環模的冷卻速度和硬度。充填L 6bar壓強的氣體，與充填1.3bar壓強的氣體相比，快速冷卻縮短23%。硬度提高2～3HRC。回填氣體壓力越大，冷卻速度越快，環模的變形率越大。7、環模熱處理后尺寸變化多數回縮，在回填氣體壓力不大、冷卻速度較慢的情況下，尺寸變化也有可能是漲式。
8、在顆粒機環模的設計工作中，傳統的計算和分析方法很難精確地計算顆粒機環模各個部分的應力和變形情況，因此缺乏設計的理論依據，只是用一些經驗公式進行粗略計算。本文應用有限元分析方法針對環模壽命問題，分析環模在均勻載荷與非均勻載荷時的應力與應力強度分別情況，提出合理的方案以解決環模的不均勻磨損，對于環模的研究方法是一次突破和有意義的嘗試。
三門峽富通新能源銷售顆粒機、
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