Corpo dell'anello: La struttura anulare principale, tipicamente realizzata in acciaio fuso ad alta resistenza (ZG35CrMo) o ghisa sferoidale (QT500-7), con un diametro esterno che varia da 1 a 5 metri a seconda delle dimensioni del frantoio. La sua superficie interna presenta filettature o denti di ingranaggi che si innestano con il meccanismo di regolazione (ad esempio, motori idraulici o manopole manuali) per facilitarne la rotazione.
Superficie di montaggio del rivestimento del cono fisso: Una superficie interna rastremata o a gradini sul corpo dell'anello che fissa il rivestimento conico fisso (rivestimento della ciotola) tramite bulloni, scanalature a coda di rondine o morsetti a cuneo. Questa superficie è lavorata con precisione per garantire una tenuta perfetta, impedendo al rivestimento di muoversi durante lo schiacciamento.
Denti o filettature degli ingranaggi di regolazione: Denti di ingranaggio esterni o interni (modulo 8-12) o filettature trapezoidali sul corpo dell'anello, che si innestano con il pignone di trasmissione o il dado di regolazione per trasmettere la forza di rotazione per la regolazione della distanza.
Porte del cilindro idraulico o camere a molla: Rientranze o fori nel corpo dell'anello che ospitano cilindri idraulici (per sistemi di regolazione idraulica) o molle di compressione (per sistemi meccanici). Questi componenti assorbono le forze di sovraccarico e riportano l'anello nella sua posizione originale dopo un inceppamento.
Canali di lubrificazione: Fori o scanalature che forniscono lubrificante ai denti degli ingranaggi, alle filettature e alle superfici di montaggio, riducendo l'attrito e l'usura durante la rotazione e il funzionamento.
Sigillatura delle scanalature: Scanalature circonferenziali sulle superfici di accoppiamento (ad esempio tra l'anello e il telaio del frantoio) che trattengono gli O-ring o le guarnizioni per impedire l'ingresso di polvere e la perdita di lubrificante.
Meccanismo di bloccaggio: Un set di bulloni, nottolini o morsetti idraulici che fissano l'anello di regolazione in posizione dopo aver impostato la distanza desiderata, impedendone la rotazione involontaria durante lo schiacciamento.
Selezione dei materiali:
Per i frantoi di grandi dimensioni si preferisce l'acciaio fuso (ZG35CrMo) grazie alla sua elevata resistenza alla trazione (≥785 MPa) e alla tenacità all'impatto, adatto a sopportare carichi pesanti e sollecitazioni dinamiche.
Per gli anelli di medie dimensioni si utilizza la ghisa duttile (QT500-7), che offre una migliore colabilità e costi inferiori, mantenendo al contempo una resistenza sufficiente (resistenza alla trazione ≥500 MPa).
Creazione di modelli:
Un modello a grandezza naturale viene creato utilizzando schiuma, legno o materiali stampati in 3D, replicando il diametro esterno dell'anello, le filettature/dentature interne e le caratteristiche interne. Per gli anelli di grandi dimensioni, vengono utilizzati modelli segmentati per semplificarne la manipolazione.
Per compensare la contrazione post-fusione vengono aggiunti tolleranze di ritiro (2-3% per l'acciaio fuso) e angoli di sformo (3-5°).
Stampaggio:
Attorno al modello vengono realizzati stampi in sabbia legati con resina, con anime di sabbia utilizzate per creare cavità interne (ad esempio, le aperture dei cilindri). Lo stampo è rinforzato con barre di acciaio per evitare deformazioni durante la colata.
Per la fusione a cera persa (utilizzata per denti di ingranaggi complessi), si forma un guscio ceramico immergendo il modello in schiuma in una sospensione refrattaria, seguita da essiccazione e sinterizzazione.
Fusione e colata:
L'acciaio fuso viene fuso in un forno ad arco elettrico a 1520–1580 °C, con l'aggiunta di elementi di lega (Cr, Mo) per ottenere la composizione chimica desiderata. Il metallo fuso viene trattato per ridurre il contenuto di zolfo e fosforo (≤0,03%).
La colata viene eseguita in un unico flusso a una velocità controllata (100–300 kg/s) per garantire il riempimento completo dello stampo e ridurre al minimo la turbolenza, che può causare porosità.
Raffreddamento e shakeout:
Il getto viene lasciato raffreddare lentamente nello stampo per 48-72 ore per evitare cricche termiche, quindi rimosso tramite vibrazione o gru. I residui di sabbia vengono puliti mediante pallinatura o getti d'acqua ad alta pressione.
Trattamento termico:
Gli anelli in acciaio fuso vengono sottoposti a normalizzazione (860–900°C, raffreddati ad aria) per affinare la struttura del grano, seguita da rinvenimento (600–650°C) per ottenere una durezza di 220–260 HBW, bilanciando resistenza e lavorabilità.
Gli anelli in ghisa duttile vengono ricotti (900–950°C) per eliminare i carburi e migliorare la duttilità.
Ispezione della fusione:
L'ispezione visiva e il test con liquido penetrante (DPT) verificano la presenza di crepe superficiali, soffiature o denti degli ingranaggi incompleti.
I test ultrasonici (UT) e radiografici (RT) rilevano difetti interni, con limiti rigorosi (nessun difetto >φ5 mm nel corpo dell'anello o nei denti degli ingranaggi).
Lavorazione grezza:
Le superfici esterna e interna dell'anello vengono tornite su un grande tornio CNC per rimuovere il materiale in eccesso, lasciando 3-5 mm di sovrametallo. I denti degli ingranaggi o le filettature vengono sgrossati utilizzando una dentatrice o una fresa per filettare.
Le porte dei cilindri idraulici e i fori dei bulloni vengono forati e svasati fino a raggiungere dimensioni approssimative.
Ricottura per riduzione dello stress:
Dopo la lavorazione di sgrossatura, l'anello viene riscaldato a 550–600 °C per 4–6 ore e raffreddato lentamente per eliminare le tensioni residue derivanti dalla fusione e dal taglio iniziale, evitando distorsioni durante la lavorazione di finitura.
Lavorazione di finitura:
La superficie di montaggio interna per il rivestimento del cono fisso è rettificata con precisione con una tolleranza di conicità di ±0,05 mm/m e una rugosità superficiale Ra1,6–3,2 μm, garantendo una perfetta aderenza del rivestimento.
I denti degli ingranaggi sono rifiniti o rettificati con una precisione AGMA 8–10, con deviazioni del profilo dei denti ≤0,03 mm per garantire un accoppiamento fluido con il pignone di trasmissione.
Le filettature sono tornite con precisione o rettificate secondo la classe di tolleranza 6H della norma ISO 286, con rugosità superficiale del fianco Ra3,2 μm per un innesto affidabile.
Le porte idrauliche sono levigate per garantire la concentricità con gli alesaggi dei cilindri e le scanalature di tenuta sono lavorate con dimensioni esatte (larghezza ±0,02 mm, profondità ±0,01 mm).
Trattamento superficiale:
La superficie esterna è verniciata con un primer e uno strato di finitura anticorrosivi (spessore del film secco ≥120 μm) per resistere ai danni ambientali.
I denti o le filettature degli ingranaggi sono rivestiti con bisolfuro di molibdeno o fosfato per ridurre l'attrito e migliorare la resistenza all'usura.
Assemblea:
I cilindri idraulici o le molle vengono installati nelle rispettive camere, con guarnizioni e O-ring montati per evitare perdite.
Viene montato il meccanismo di bloccaggio (bulloni o morsetti) e vengono eseguiti test funzionali per verificare la rotazione fluida e il bloccaggio sicuro.
Validazione del materiale:
L'analisi spettrometrica conferma la composizione chimica dell'acciaio/ferro fuso (ad esempio, ZG35CrMo: C 0,32–0,40%, Cr 0,8–1,1%, Mo 0,15–0,25%).
Le prove di trazione sui campioni di ogni lotto di fusione garantiscono che le proprietà meccaniche siano conformi agli standard (resistenza alla trazione, tenacità all'impatto).
Controlli di precisione dimensionale:
Le macchine di misura a coordinate (CMM) con un campo di misura ≥6 metri verificano le dimensioni chiave, tra cui il diametro esterno, la conicità interna, il passo dei denti degli ingranaggi e il passo della filettatura.
Un tester per ingranaggi controlla i modelli di contatto dei denti e il gioco (0,1–0,3 mm) per garantire un accoppiamento fluido.
Test funzionali:
Prova di rotazione: l'anello viene ruotato di 360° sotto carico per garantire che non si inceppi, con misurazioni della coppia che confermano un funzionamento regolare (≤5% di variazione rispetto alle specifiche di progettazione).
Test del sistema idraulico: per gli anelli idraulici, il test di pressione a 1,5 volte la pressione nominale (ad esempio, 30 MPa) per 1 ora garantisce l'assenza di perdite dalle porte o dalle guarnizioni del cilindro.
Test di resistenza all'usura:
I denti degli ingranaggi vengono sottoposti a un test di usura di 10.000 cicli sotto carico simulato, con una profondità di usura accettabile ≤0,1 mm.
Le superfici filettate vengono sottoposte a test di resistenza all'usura durante ripetuti cicli di montaggio/smontaggio.
Ispezione finale:
Prima della certificazione viene condotta una revisione completa di tutti i rapporti di prova, compresi i certificati dei materiali, i risultati dei controlli non distruttivi e i registri dimensionali.
L'anello viene montato di prova con il rivestimento del cono fisso e il meccanismo di regolazione per confermarne la compatibilità e il corretto allineamento.
