環模制粒機廣泛地應用于飼料工業、新能源技術和制藥等領域，而環模和壓輥是其關鍵部件。制粒過程中物料是在環模和壓輥的強制擠壓作用下通過小孔成形的，因此環模和壓輥的工作性能直接影響物料的成形率、顆粒質量。國內生產的環模使用壽命短已是個不爭的事實，環模的力學性能是影響環模使用壽命的重要因素，對環模進行力學分析具有重要意義。
1、成形過程分析
    環模和壓輥是顆粒機的心臟部件。工作時，環模由電機帶動旋轉，由于環模與物料之間的摩擦力和物料與壓輥之間的摩擦力使得壓輥自轉。環模和壓輥的旋轉使物料被強制擠壓，最后物料成條柱狀從環模孔擠出，再由裝在環模外面的固定切刀切成一定長度的顆粒，如圖1所示。
    環模制粒機的顆粒成形過程，是建立在粉粒體間存在間隙的基礎上的。粉料在溫度、摩擦力和擠壓力等綜合因素的作用下，使粉粒體的空隙縮小，形成具有一定密度和強度的顆粒。根據粉料在擠壓過程中不同的狀態，將粉料分為3個區，即供料區、變形壓緊區和擠壓成形區，如圖1所示。(1)供料區：物料基本不受機械外力的影響，但它受離心力的影響（環模旋轉），使粉料緊貼在環模的內圈上。(2)變形壓緊區：隨著模、輥的旋轉，物料進入壓緊區，受到模輥的擠壓作用，粉料之間產生相對位移。隨著擠壓力的逐漸增大，粉粒體間空隙逐步減小，物料產生不可逆的變形。(3)擠壓成形區：在擠壓區內，模輥間隙較小，擠壓力急劇增大，粉粒體之間接觸表面積增大，產生較好的粘接，并被壓人模孔。
2、擠壓過程力學模型
    顯然物料在三個區域所受的外力不同，進而環模沿周向所受的作用力也不相同，下面分別對位于三個區域的環模內表面受力情況加以分析。
2.1供料區
    物料基本不受機械外力的影響，因此近似認為供料區環模不受力。
2.2擠壓成形區
    位于擠壓成形區的環模內表面受力情況與模孔入口處受力基本相同，其模孔受力模型，如圖2所示。式中：P -預緊壓強(N/mmz)；v-物料泊松比；r—模孔半徑
環模內側19.167mm處，環模內表面所受到的力較大，最大為20.8Mpa。從距環模內側19.167mm處至環模外側，環模內表面所受到的力較小，最小值為6.8Mpa。如圖8所示，在變形壓緊區，從環模內側至距環模內側19,167mm處，環模內表面所受到的力較大，最大為20,4Mpa。從距環模內側19.167mm處至環模外側，環模內表面所受到的力較小，最小值為8.2Mpa。如圖6、圖8所示，無論在擠壓成形區還是變形壓緊區，環模所受到的應力從里側到外側逐漸減小。如圖7、圖9所示，無論是在擠壓成形區還是在變形壓緊區，環模內表面位移變化均呈線性變化趨勢，環模外側的位移變化比較大，由受力分析可知，環模內表面外側受到的擠壓力較小，這將造成環模里側的磨損較大，環模外側的磨損較小。
    環模實際磨損照片，如圖10所示，環模與壓輥的磨損沿軸線方向呈現不規則磨損，壓輥與環模的磨損均是兩頭磨損較嚴重，中間磨損較少。
    有限元分析結果與實際磨損情況的對比，證實了載荷在環模軸向方向不是均勻分布的，環模外側物料較多，造成環模外側磨損較大。
    如圖6、圖8所示，從環模軸向38.3mm處開始，環模應力比較穩定，不會造成環模外側磨損比環模中部磨損大，這說明r物料沿軸向的均勻分布有利于改善環模的磨損情況。
4.2環模周向應力與位移分析
    如圖11所示，是環模內表面距環模內側38.3mm處應力，其橫坐標的周向角度是以環模的圓心角來計的，00所在的位置是環模與壓輥距離最近處，然后依次經過擠壓成形區、變形壓縮區和送料區。由于環模所受到的力沿圓周方向是對稱的，因此做曲線時取了環模的一半來研究。
    因為-1<y<1，所以環模受到的是非對稱變應力。環模在變應力的作用下，容易產生疲勞斷裂。在實踐中，疲勞斷裂也正是環模產生的一種失效形式。
5、結論
    對環模內表面進行了受力模型的建立，應用ANSYS，對環模進行了有限元分析，分析表明：(1)物料在環模內表面沿軸向是非均勻分布的，物料在外側分布較多。(2)環模內側磨損較嚴重的主要原因是環模是懸臂梁結構；環模外側磨損較嚴重的主要原因是物料在環模的外側較多；物料層沿環模軸向均勻分布有利于改善環模的磨損情況。(3)疲勞斷裂是環模的一種失效形式。
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