環模輥壓式成型機由於能耗低、產量大、顆粒燃料品質高等優點，成為未來生物質固化成型的主要成型設備。環模是環模輥壓式成型機的核心工作部件，加工成本高、gongzuoshoumingdidengwentiyanzhongzuailehuanmoyagunshichengxingjidetuiguang。muqian，guoneiduishengwuzhihuanmogunyashichengxingjideyanjiuzaimouxiefangmianhaichuyushiyanjieduan，haimeiyouweihuanmojiagong、製造提供有力的理論依據。
本文借助Pro/Engineer實現環模三維建模，應用有限元軟件ANSYS進行數值模擬，揭示了環模溫度場、應力場、應變場及位移分布規律，為優化環模材料選擇、製造工藝控製缺陷、保證模具強度、提高模具壽命提供了科學依據，對環模輥壓式成型機的研究與生產都有很好的應用價值和參考價值。
1、數值模擬
基於溫度場求解時對材料熱物性參數取值、初始條件、邊界條件等處理原則，利用分塊模型化的特點，選取環模1/36模型進行有限元分析。
1.1建模
圖1是環模的1/36幾何模型，對實際加工時存在的倒角、圓角、退刀槽進行了簡化。
1.2網格劃分
環模網格劃分如圖2所示，對環模采用自由網格劃分，單元邊長為0.005。
1.3單元選擇
本文采用ANSYS中THERMAL模塊中的SOL-Ⅱ)70單元進行環模的溫度場數值模擬。SOUD70單元是個三維熱實體單元，具有8個ge節jie點dian，每mei個ge節jie點dian隻zhi有you溫wen度du一yi個ge自zi由you度du。該gai單dan元yuan可ke用yong於yu三san維wei的de穩wen態tai或huo瞬shun態tai的de熱re分fen析xi問wen題ti，並bing可ke補bu償chang由you於yu恒heng定ding速su度du場chang質zhi量liang輸shu運yun帶dai來lai的de熱re流liu損sun失shi。如ru果guo包bao含han熱re實shi體ti單dan元yuan的de模mo型xing還hai需xu進jin行xing結jie構gou分fen析xi，可ke被bei一yi個ge等deng效xiao的de結jie單dan元yuan(如SOUD45)所代替。
1.4基本方程
對(dui)於(yu)在(zai)高(gao)溫(wen)條(tiao)件(jian)下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)結(jie)構(gou)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)的(de)屈(qu)服(fu)極(ji)限(xian)有(you)所(suo)降(jiang)低(di)，硬(ying)化(hua)特(te)性(xing)也(ye)有(you)所(suo)減(jian)小(xiao)，逐(zhu)漸(jian)接(jie)近(jin)理(li)想(xiang)塑(su)性(xing)材(cai)料(liao)。同(tong)時(shi)材(cai)料(liao)參(can)數(shu)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)、泊鬆比、溫度膨脹係數等也隨溫度升高而有所變化，對於本課題研究的環模而言，應變增量包括彈性應變增量、塑性應變增量和熱應變增量。但由於其工作環境的溫度使材料參數變化甚微，故認為環模材料的參數保持不變。
在考慮溫度影響的經典熱彈塑性理論中，應變增量可表示為：
1.5邊界條件
溫度場數值模擬的邊界條件（本文所研究環模的溫度場分布情況）：環模的內表麵（與物料、壓輥接觸的麵）作為熱流麵，熱量以熱流密度(heat flux)的形式傳給環模，除了軸對稱麵其他麵與周圍空氣接觸，導致部分熱量散失，這種傳熱方式為對流( conv-ection)。
耦合場數值模擬的邊界條件：考慮到環模在穩態工作下的應力、應變分布情況，把環模與軸承的接觸麵采用固定約束，由於數值模擬的環模模型為實際模型的1/36，所以對環模的兩側麵采用對稱約束。
1.6材料參數
環模所用材料是42CrMo，該材料調質後具有較高的疲勞極限，能抗多次衝擊，低溫衝擊韌性良好，足以滿足環模的摩擦大、易變形、衝擊次數多等特點。
2、數值模擬結果
2.1溫度場
圖3所描述的是不同模孔長徑比的環模在成型過程中的溫度場分布情況。從3種模孔長徑比的環模溫度場分布情況來看，環模工作表麵的中心部位（壓輥和環模接觸的中間部位）溫度都達到了300qC以(yi)上(shang)，該(gai)溫(wen)度(du)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)軟(ruan)化(hua)生(sheng)物(wu)質(zhi)原(yuan)料(liao)中(zhong)木(mu)質(zhi)素(su)的(de)目(mu)的(de)，而(er)且(qie)可(ke)使(shi)軟(ruan)化(hua)程(cheng)度(du)加(jia)劇(ju)進(jin)而(er)液(ye)化(hua)，此(ci)時(shi)的(de)木(mu)質(zhi)素(su)具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的(de)黏(nian)結(jie)作(zuo)用(yong)，可(ke)作(zuo)為(wei)較(jiao)好(hao)的(de)黏(nian)結(jie)劑(ji)。因(yin)此(ci)，此(ci)刻(ke)隻(zhi)需(xu)對(dui)生(sheng)物(wu)質(zhi)原(yuan)料(liao)施(shi)加(jia)較(jiao)小(xiao)的(de)壓(ya)力(li)，即(ji)可(ke)得(de)到(dao)與(yu)環(huan)模(mo)模(mo)孔(kong)相(xiang)同(tong)形(xing)狀(zhuang)的(de)成(cheng)型(xing)產(chan)品(pin)，因(yin)而(er)成(cheng)型(xing)設(she)備(bei)消(xiao)耗(hao)的(de)能(neng)量(liang)較(jiao)小(xiao)。溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)中(zhong)的(de)最(zui)高(gao)溫(wen)度(du)模(mo)孔(kong)長(chang)徑(jing)比(bi)為(wei)6:1時最高，5:1時次之，4:1時最低。環模溫度不宜過低或過高，如果過低，沒有達到生物質原料中木質素的軟化點，木質素起不到黏結作用；如果過高，生物質中的木質素將炭化，從而阻礙熱量的傳遞，內部的木質素無法軟化，最終使傳熱費時耗能。
如圖4suoshi，butongmokongchangjingbidehuanmozaibutongkuandufangxiangshangwenduyanjingxiangdefenbu。zhengtilaikan，huanmodewendusuibanjingdezengdazhujianjiangdi，zheheshijiqingkuangxiangwenhe，zhezhuyaoshiyinweihuanmodereliangzhuyaolaiyuanyuhuanmo、壓輥及物料之間的摩擦，並且發生在環模內環麵。由圖4可知，在寬度z=0時溫度最高，寬度z=0.125和寬度：= - 0.125的溫度變化曲線基本重合，這說明環模兩端的溫度變化幾乎相同；模孔長徑比為4:1時，由於模孔長度較短，且摩擦產生的熱量由中心向四周輻射，溫度沿徑向並不是按嚴格的遞減趨勢分布，所以z=0的曲線波動較大。
從(cong)環(huan)模(mo)的(de)徑(jing)向(xiang)來(lai)看(kan)，溫(wen)度(du)呈(cheng)不(bu)規(gui)則(ze)的(de)層(ceng)狀(zhuang)分(fen)布(bu)，環(huan)模(mo)的(de)工(gong)作(zuo)表(biao)麵(mian)溫(wen)度(du)最(zui)高(gao)，這(zhe)有(you)利(li)於(yu)加(jia)熱(re)生(sheng)物(wu)質(zhi)原(yuan)料(liao)中(zhong)的(de)木(mu)質(zhi)素(su)，隨(sui)著(zhe)環(huan)模(mo)半(ban)徑(jing)的(de)增(zeng)大(da)，溫(wen)度(du)逐(zhu)漸(jian)降(jiang)低(di)，在(zai)環(huan)模(mo)的(de)端(duan)麵(mian)，溫(wen)度(du)達(da)到(dao)最(zui)低(di)，此(ci)處(chu)不(bu)是(shi)環(huan)模(mo)的(de)工(gong)作(zuo)區(qu)域(yu)，隻(zhi)是(shi)作(zuo)為(wei)環(huan)模(mo)的(de)一(yi)個(ge)散(san)熱(re)麵(mian)，用(yong)來(lai)使(shi)環(huan)模(mo)的(de)多(duo)餘(yu)熱(re)量(liang)對(dui)流(liu)到(dao)空(kong)氣(qi)中(zhong)，從(cong)而(er)使(shi)環(huan)模(mo)達(da)到(dao)一(yi)個(ge)熱(re)平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態(tai)，富(fu)通(tong)新(xin)能(neng)源(yuan)生(sheng)產(chan)銷(xiao)售(shou)的(de)秸稈壓塊機、木屑顆粒機等環模成型機專業壓製生物質成型燃料。
2.2耦合場
圖5反fan映ying了le不bu同tong模mo孔kong長chang徑jing比bi的de環huan模mo在zai成cheng型xing過guo程cheng中zhong的de應ying力li場chang分fen布bu情qing況kuang，在zai環huan模mo的de應ying力li場chang分fen布bu雲yun圖tu中zhong可ke以yi看kan到dao，最zui大da應ying力li出chu現xian在zai環huan模mo端duan麵mian法fa蘭lan盤pan聯lian接jie處chu，也ye就jiu是shi說shuo這zhe裏li最zui容rong易yi發fa生sheng破po壞huai。從cong環huan模mo整zheng體ti結jie構gou來lai看kan，它ta相xiang當dang於yu懸xuan臂bi梁liang通tong過guo法fa蘭lan盤pan結jie構gou安an裝zhuang在zai軸zhou承cheng上shang，由you理li論lun力li學xue基ji礎chu知zhi識shi得de知zhi，最zui大da應ying力li應ying該gai出chu現xian在zai此ci處chu，數shu值zhi模mo擬ni與yu理li論lun分fen析xi相xiang吻wen合he。同tong時shi，還hai可ke以yi看kan出chu在zai環huan模mo的de工gong作zuo表biao麵mian上shang應ying力li分fen布bu不bu均jun勻yun，中zhong間jian的de應ying力li比bi兩liang邊bian大da，這zhe說shuo明ming環huan模mo在zai受shou到dao壓ya輥gun的de擠ji壓ya力li和he物wu料liao的de摩mo擦ca力li後hou，工gong作zuo表biao麵mian磨mo損sun不bu均jun勻yun，會hui導dao致zhi環huan模mo的de工gong作zuo表biao麵mian凹ao凸tu不bu平ping，嚴yan重zhong時shi會hui導dao致zhi物wu料liao流liu動dong受shou阻zu，出chu料liao量liang下xia降jiang，導dao致zhi環huan模mo停ting止zhi工gong作zuo。中zhong間jian應ying力li比bi兩liang邊bian應ying力li大da，說shuo明ming環huan模mo中zhong間jian磨mo損sun會hui比bi兩liang邊bian大da，最zui終zhong導dao致zhi環huan模mo成cheng腰yao鼓gu形xing，失shi效xiao報bao廢fei。環huan模mo的de模mo孔kong應ying力li也ye較jiao大da，說shuo明ming環huan模mo在zai成cheng型xing過guo程cheng中zhong，物wu料liao在zai通tong過guo模mo孔kong成cheng型xing時shi，模mo孔kong承cheng受shou較jiao大da的de摩mo擦ca力li，致zhi使shi模mo孔kong在zai工gong作zuo一yi段duan時shi間jian後hou，孔kong內nei壁bi磨mo損sun較jiao大da，孔kong徑jing增zeng大da，所suo生sheng產chan的de顆ke粒li成cheng型xing產chan品pin直zhi徑jing超chao過guo規gui定ding值zhi而er失shi效xiao。
成(cheng)型(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)，物(wu)料(liao)在(zai)通(tong)過(guo)模(mo)孔(kong)成(cheng)型(xing)時(shi)，給(gei)了(le)模(mo)孔(kong)較(jiao)大(da)的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)，致(zhi)使(shi)模(mo)孔(kong)在(zai)工(gong)作(zuo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)，孔(kong)內(nei)壁(bi)磨(mo)損(sun)較(jiao)大(da)，孔(kong)徑(jing)增(zeng)大(da)，所(suo)生(sheng)產(chan)的(de)顆(ke)粒(li)成(cheng)型(xing)產(chan)品(pin)直(zhi)徑(jing)超(chao)過(guo)規(gui)定(ding)值(zhi)而(er)失(shi)效(xiao)。
圖6所示的是不同模孔長徑比環模在不同寬度方向上的應力沿徑向分布曲線。從圖中可以看出，在3組曲線中，環模應力隨半徑的增大逐漸減小，這是因為隨著半徑增大，環模越來越厚，橫截麵積增大，直接導致應力減小。z= 0.125比Z=-0.125沿徑向上對應點的應力大，這與理論分析相吻合，這主要是因為Z= 0.125的環模端是固定端，z=- 0.125的環模端是自由端，而環模此時相當於懸臂梁，故固定端應力較自由端大。環模的最大應力在模孔長徑比4:1時最大，6:1時次之，5:1時最小，說明模孔長徑比4:1環模最容易損壞，模孔長徑比5:1環模壽命最長。該圖所示的應力曲線是熱．應力耦合場作用下產生的應力，包含溫度產生的應力，導致應力曲線變化不均勻。
3、結論
綜上所述，可以看出環模溫度隨半徑增大而降低，環模兩端溫度變化幾乎相同。在3種模孔長徑比中，模孔長徑比為5：1的(de)環(huan)模(mo)的(de)溫(wen)度(du)場(chang)情(qing)況(kuang)對(dui)加(jia)熱(re)生(sheng)物(wu)質(zhi)原(yuan)料(liao)中(zhong)的(de)木(mu)質(zhi)素(su)更(geng)有(you)利(li)於(yu)成(cheng)型(xing)。最(zui)大(da)應(ying)力(li)出(chu)現(xian)在(zai)環(huan)模(mo)端(duan)麵(mian)法(fa)蘭(lan)盤(pan)聯(lian)接(jie)處(chu)。環(huan)模(mo)進(jin)行(xing)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)設(she)計(ji)和(he)優(you)化(hua)，為(wei)延(yan)長(chang)環(huan)模(mo)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，提(ti)高(gao)成(cheng)型(xing)機(ji)產(chan)量(liang)，降(jiang)低(di)能(neng)耗(hao)提(ti)供(gong)了(le)重(zhong)要(yao)的(de)理(li)論(lun)依(yi)據(ju)。
富通新能源生產銷售秸稈壓塊機、木屑顆粒機等環模式木屑顆粒機，同時我們還大量銷售楊木木屑生物質顆粒燃料。
