CN1196904A - 复合式预应力环模 - Google Patents

Abstract

本发明用于颗粒饲料压制机的环模。本发明的目的:是要提供一种复合式预应力环模,它使环模淬硬部(2)长期处在压应力状态下,以抵消部分或全部工作拉应力,降低环模淬硬部工作时的总应力,以提高环模抵抗断裂的能力。本发明为一种复合式预应力环模,它是由多于一个以上的单体:箍(1)和淬硬部(2)复合而成。

Description

复合式预应力环模

本发明用于颗粒饲料压制机(简称制粒机)的环模，特别是提高环模抵抗断裂的能力。

在饲料工业中，使粉状饲料成为颗粒饲料是由制粒机的环模和压辊来完成的，粉状饲料在水和热的作用下，通过压辊的挤压从环模的模孔中挤出成形。环模长期在交变循环应力状态和湿热环境条件下工作，因此，环模需要有足够的强度和韧性，又要有足够的硬度和耐磨性。

目前，国内外制造的环模，基本上是抱箍式和螺栓式连接二种类型，其结构材料为整体单一式的，并且具有相同的机械性能，实际上环模每部份的工作要求是不同的，排列成网状的模孔部份，以足够的硬度和耐磨性为主，其它部份则以强度和韧性为主，对于金属材料而言，淬火热处理硬度越高，其韧性和塑性就越低，受动载荷的安全度越小；反之，淬火热处理硬度低些，强度低些，塑性、韧性指标相应高些，受动载荷和抵抗断裂的安全度就大些；因此，对于环模而言，由于钢材机械性能的特殊性，通常做法：

1、为防止断裂，适当降低硬度，提高塑性和韧性；

2、为提高使用寿命，提高淬火硬度，也适当增加环模的截面厚度；

因为环模的制造材料，通常用比较优质的合金钢或不锈钢，制造成本高，作为整体单一式材料结构，难以做到物尽其材。

本发明的目的：是要提供一种复合式预应力环模，它使淬硬部份受到一种预压应力，以抵销环模工作时压辊对它施加的部份或全部的拉应力，降低环模工作时的总应力水平，制造时可进一步提高环模工作部份的硬度和耐磨性，提高环模抵抗断裂的安全度，尽可能做到物尽其材。

本发明的目的是这样实现的：根据材料力学胡克定理，钢铁材料在弹性范围内，材料的应力σ与应变ε成线性关系，利用材料的这个特性，σ＝Eε(E：为材料的弹性模量)，在环横的淬硬部的外柱面上，安装上紧配的箍，并且将箍的内径d_k＜环模淬硬部外柱面装配处的外径D_m，使箍受到预拉应力，根据牛顿力学定理，环模淬硬部相应受到预压应力；

预应力的设计计算由以下公式导出：

设：材料的伸长为+    脚标“k”代表箍

材料的缩短为-        脚标“m”代表环模淬硬部

L：为周长            F：为力

ΔL：为L的伸长量     σ：为截面应力

D：为外直径          E：为材料弹性模量

d：为内直径          [σ₆]：为材料许容屈服强度

ε：为线应变         K：为材料动载安全系数

S：为截面积 ${\mathrm{\ϵ}}_k=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_k}{L_k}=\frac{(D_m-d_k)\mathrm{\π}}{d_k\mathrm{\π}}=\frac{D_m-d_k}{d_k}$ ${\mathrm{\ϵ}}_m=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_m}{L_m}=\frac{(D_{\mathrm{ml}}-D_m)\mathrm{\π}}{D_m\mathrm{\π}}=\frac{D_{\mathrm{ml}}-D_m}{D_m}----D_{\mathrm{ml}}\≤D_m$ F_k＝E_k(ε_k+ε_m)S_k                                   ……(1)F_m＝E_mε_mS_m                                          ……(2)∑F＝0F_k+F_m＝0F_k＝-F_m                                                ……(3)将(1)(2)代入(3)式得E_k(ε_k+ε_m)S_k＝-E_mε_mS_m                          ……(4)E_kε_kS_k+E_kε_mS_k＝-E_mε_mS_m ${\mathrm{\ϵ}}_m=-\frac{E_k{\mathrm{\ϵ}}_k{S}_k}{E_m{S}_m+E_k{S}_k}---\left(5\right)$ ${\mathrm{\σ}}_k=\frac{F_k}{S_k}=E_k({\mathrm{\ϵ}}_k+{\mathrm{\ϵ}}_m)$ 将(5)代入此式得 ${\mathrm{\σ}}_k=E_k({\mathrm{\ϵ}}_k-\frac{E_k{\mathrm{\ϵ}}_k{S}_k}{E_m{S}_m+E_k{S}_k})$ ${\mathrm{\σ}}_k=\frac{E_k{\mathrm{\ϵ}}_k{E}_m{S}_m}{E_m{S}_m+E_k{S}_k}$ 并使：kσ_k≤[σ₆]_k                   K＞1同理： ${\mathrm{\σ}}_m=\frac{F_m}{S_m}=E_m{\mathrm{\ϵ}}_m$ ${\mathrm{\σ}}_m=-\frac{E_m{E}_k{\mathrm{\ϵ}}_k{S}_k}{E_m{S}_m+E_k{S}_k}$

另外从环模的截面分析而知，环模工作时在循环拉力作用下，有孔部位抵抗动载的变形能力大大高于无孔部位，从实际使用的断裂面可知，它的破坏是受拉破环为主的。再则，淬火热处理引起的残余应力和初始裂缝的延伸，其影响后果也往往无孔部位大于有孔部位。对环模淬硬部施加预压应力，降低环模淬硬部工作时的总应力，是提高载荷，防止断裂的有效方法。箍与淬硬部的装配，利用材料的热胀冷缩的原理，将箍加热膨胀，达到d_k＞D_m，将箍套入环模淬硬部所在位置，当箍和环模淬硬部冷却到同一温度，即产生了预应力。

本发明因为只需利用材料的热胀冷缩的特性，在环模淬硬部的外柱面上装配上箍，无论加工和装配都很简单，特别对于原由于与主机等安装连接需要而凸出的台阶，以箍取代一举二用，不但达到本发明的功效，还大大减小了车削加工成本，并大幅度提高了材料的利用率。

本发明由以下的实施例及其附图1、附图2给出：

图1、图2是根据本发明提出的复合式预应力环模的半剖视图：

下面结合图1、图2对本发明作进一步的说明：

该环模是一个由不同材料机械性能组成的预应力复合结构；如图所示：在环模淬硬部(2)的外柱面处，有与其机械性能不同的箍(1)；箍(1)的内直径d_k小于与其镶配处的淬硬部(2)的外直径D_m；D_m-d_k的值根据所需的预应力σ_k或σ_m取定：镶配前，将箍(1)单独加热，待箍(1)的内径d_k大干镶配路径淬硬部(2)的最大外直径时，即可实施镶配；当箍(1)冷却收缩至与淬硬部(2)相同温度时，即便产生了对淬硬部(2)施加的预压应力σ_m。

环模淬硬部(2)工作时的总应力σ_m总：

σ_m总＝σ_m工作+σ_m＜σ_m工作

Claims (2)

1、一种用于颗粒饲料压制机的环模，在环模淬硬部(2)无模孔处的外柱面上有箍(1)；其特征在于：所述的环模是由多于一个以上的单体：箍(1)和淬硬部(2)复合而成；并且所述的箍(1)对淬硬部(2)施加预压应力σ_m。

2、根据权利要求1所述的用于颗粒饲料压制机的环模，其特征在于所述的箍(1)与淬硬部(2)，其材料的机械性能不同。

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