膨化機(jī)模板設(shè)計(jì)及對(duì)擠壓性能的影響分析

熊先軍++++霍東琴

摘 要：本文介紹了膨化機(jī)常用的模板結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并分析模板的參數(shù)對(duì)于擠壓性能的影響。

關(guān)鍵詞：膨化機(jī)；模板；擠壓；影響

由于膨化飼料具有高熟化度、低污染、高轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品容重范圍廣、外形多樣等優(yōu)勢(shì)，在水產(chǎn)料行業(yè)，膨化料已有逐步取代硬顆粒料的趨勢(shì)。作為膨化機(jī)的重要組成部分，模板的設(shè)計(jì)一直在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，并且由于膨化過(guò)程的復(fù)雜性，模板的參數(shù)的確定充滿著經(jīng)驗(yàn)性和不確定性，但大體已摸索出一套經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

一、模板的主要特點(diǎn)

模板位于膨化機(jī)的出料端，是膨化流程的終端，用于封住整個(gè)膨化腔，限制物料流動(dòng)以建立所需壓力和產(chǎn)生剪切，并通過(guò)預(yù)開(kāi)的不同形狀和尺寸的孔使得物料從孔中噴出，在較大壓力差的作用下，物料被膨化、失水、降溫，形成所需形狀、大小、容重的產(chǎn)品。

由于各飼料廠原料品質(zhì)不一，進(jìn)入膨化腔的物料會(huì)存在長(zhǎng)纖維、線頭等雜質(zhì)，容易造成堵模現(xiàn)象，為此通常在模板之前增加一塊過(guò)濾板，可以有效過(guò)濾雜質(zhì)，同時(shí)可使機(jī)鏜到模板的物料流動(dòng)性更加均勻一致，但是需要經(jīng)常清理過(guò)濾板。

模板的裝配形式有多孔壓模、嵌入式壓模、雙重壓模和文丘里附加模。多孔壓模板主要使用于水產(chǎn)飼料，嵌入式模板通用性強(qiáng)，適用于多種生產(chǎn)要求，文丘里附加模可使壓模的約束力和成形功能分離，保持機(jī)鏜充滿度，增加機(jī)械能輸入，以改善產(chǎn)品整齊度，適用于高脂肪、高水分的產(chǎn)品。

二、模板的設(shè)計(jì)

（一）模板的孔數(shù)

模孔數(shù)的計(jì)算公式：

式中，N——需要的模孔數(shù)目；Q——產(chǎn)量（噸/小時(shí)）；A——1個(gè)模孔的面積（πR2/mm2）；F——產(chǎn)品期望的面積指數(shù)[毫米2 /（噸/小時(shí)）]；R——模孔半徑（mm）。

對(duì)于期望面積指數(shù)F，生產(chǎn)不同水產(chǎn)飼料面積指數(shù)是不同的，浮性飼料為200～250毫米2 /（噸/小時(shí)），慢沉料為350毫米2/（噸/小時(shí)），沉性料為550～600毫米2 /（噸/小時(shí)）。Wenger公司推薦，浮料180毫米2 /（噸/小時(shí)），沉料500～600毫米2 /（噸/小時(shí)），狗糧為200～250毫米2/（噸/小時(shí)），實(shí)際模板開(kāi)孔系數(shù)由配方和操作過(guò)程決定。另外，對(duì)于1.2mm以下的小顆粒，我們的經(jīng)驗(yàn)是在模板的開(kāi)孔區(qū)域盡量多的開(kāi)孔，達(dá)到最大的開(kāi)孔面積。

（二）模孔長(zhǎng)徑比

長(zhǎng)徑比為L(zhǎng)/D，即模孔的有效壓縮長(zhǎng)度與模孔直徑的比值。

浮性料：長(zhǎng)徑比相對(duì)小，一般模孔直徑大于3.0mm，長(zhǎng)徑比選0.6；直徑為1.8～3.0mm，長(zhǎng)徑比選0.8，直徑1.8mm以下的選1.2～1.5。

沉性料：長(zhǎng)徑比相對(duì)大一點(diǎn)，一般為1.2、1.6、2.0，如果是小顆粒長(zhǎng)徑比還可以適當(dāng)大一點(diǎn)。

單螺桿膨化機(jī)的長(zhǎng)徑比不一太小，因?yàn)閱温輻U的料相對(duì)雙螺桿不均勻，如果模孔太短，料來(lái)不及在模孔中穩(wěn)定就出來(lái)了，容易導(dǎo)致料型不好。

（三）模孔的排布

模孔排布常見(jiàn)為等距分布、等數(shù)分布和正六邊形分布三種，此三種排布都需要注意，相鄰兩個(gè)模孔間距不得小于模孔直徑的兩倍，是考慮到成品顆粒出模膨脹后互相不能有粘連，膨脹度一般不超過(guò)1.9倍（一般沉性料1.1，浮性料1.5～1.8）。一般浮性料以圓環(huán)與六條加強(qiáng)筋的方式組合排布效果更好，沉性料以無(wú)加強(qiáng)筋的圓環(huán)組合排布更合理（提升開(kāi)孔面積）。

（四）模板的其他參數(shù)

目前常用模板材料為4Cr13，真空淬火硬度48±2HRc，主要是兼顧模板的耐磨性和韌性，過(guò)高的硬度將增加爆模的風(fēng)險(xiǎn)。模孔的導(dǎo)入孔要盡可能的大，一般不小于孔徑的2倍。布孔區(qū)域盡可能做成錐面，有利于物料的流動(dòng)和均勻性。模孔的表面粗糙度為Ra1.6，利于形成較好的顆粒外觀。模板的孔形設(shè)計(jì)，浮性料推薦階梯孔，入料角90度；沉性料推薦喇叭孔，入料角60度左右為理想。

三、模板參數(shù)對(duì)擠壓性能的影響

（一）模孔的長(zhǎng)徑比對(duì)擠壓效果影響

模孔的長(zhǎng)徑比對(duì)擠出產(chǎn)品的密度、擠壓機(jī)的負(fù)載和擠出物料的糊化度均有影響。長(zhǎng)徑比小的擠出產(chǎn)品為多孔表面，且具有球形外形，產(chǎn)品密度小，容重低，主機(jī)負(fù)載下降，電耗降低，產(chǎn)品糊化度低，水中穩(wěn)定性差，一般常用于浮性料。長(zhǎng)徑比大的擠出產(chǎn)品為表面光滑、完整并具有圓柱體外形，產(chǎn)品密度大，容重高，主機(jī)負(fù)載上升，電耗增加，產(chǎn)品糊化度高，水中穩(wěn)定性好，一般常用于沉性料。

Wenger公司的試驗(yàn)結(jié)果顯示[1]，大長(zhǎng)徑比時(shí)，膨化機(jī)負(fù)載96.7%，產(chǎn)品容重304kg/m?，糊化度92%，產(chǎn)品外觀表面光滑，圓柱體外形；小長(zhǎng)徑比時(shí)，膨化機(jī)負(fù)載70%，產(chǎn)品容重336kg/m?，糊化度80%，，產(chǎn)品外觀表面多孔，球形外形。

（二）模板開(kāi)孔面積對(duì)擠壓效果影響

在相同長(zhǎng)徑比的情況下，開(kāi)孔面積的大小直接影響到壓模的阻力，從而影響擠壓機(jī)機(jī)鏜內(nèi)物料的充滿程度和壓力。模板開(kāi)孔面積大，產(chǎn)品膨脹度低，容重大，模板提供的阻力小，回流壓力小，產(chǎn)量大，出模壓力低，糊化度低，水中穩(wěn)定性差，所需模孔數(shù)多，一般常見(jiàn)于沉性料。模板開(kāi)孔面積小，產(chǎn)品膨脹度高，容重小，模板提供的阻力大，回流壓力大，產(chǎn)量小，出模壓力高，糊化度搞，水中穩(wěn)定性好，所需模孔數(shù)少，一般常見(jiàn)于浮性料。

四、總結(jié)

模板的設(shè)計(jì)方法多樣，合理選擇最合適的才能取得理想的效果。模板的參數(shù)受到實(shí)際配方和現(xiàn)場(chǎng)因素的影響會(huì)和以上的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)有所出入，設(shè)計(jì)者和操作者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整參數(shù)，并做好記錄和分析，以取得最佳組合的模板參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥凱. 基于虛擬技術(shù)的擠壓膨化機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].武漢輕工大學(xué)，

2014.

[2]張魁學(xué)，武康凱，周佩成，李樹(shù)青，李宏. 影響單螺桿擠壓膨化機(jī)性能因素的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1995，（03）：96-101.endprint