Frantumazione dei materiali: Cooperando con il mantello rotante (rivestimento del cono mobile) per applicare forze di compressione e di taglio ai materiali (minerali, rocce), riducendoli alla dimensione desiderata delle particelle attraverso ripetute operazioni di spremitura e macinazione.
Protezione dall'usura: Protegge la vasca dal contatto diretto con materiali abrasivi, prevenendo l'usura prematura della struttura portante e riducendo i costi di manutenzione.
Guida al flusso dei materiali: Guida i materiali attraverso la camera di frantumazione tramite il suo profilo interno rastremato o a gradini, garantendo una distribuzione uniforme e una riduzione progressiva delle dimensioni dall'apertura di alimentazione allo scarico.
Controllo delle dimensioni del prodotto: La geometria interna della concavità (ad esempio, sezioni parallele, raggio di curvatura) influenza direttamente la fessura di frantumazione e la distribuzione delle dimensioni delle particelle, determinando la qualità del prodotto finale.
Segmenti concavi (per grandi frantoi): Segmenti multipli ad arco (da 3 a 8 pezzi) che, una volta assemblati, formano un cono completo, consentendo una facile sostituzione dei singoli segmenti usurati. Ogni segmento ha uno spessore di 50-150 mm, a seconda delle dimensioni del frantoio.
Concavo monoblocco (per piccoli frantoi): Una struttura conica singola senza giunzioni, che offre una maggiore rigidità strutturale per applicazioni leggere.
Corpo resistente all'usura: Realizzato in ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20–Cr26) o ghisa dura al nichel (Ni-Hard 4), con una matrice martensitica rinforzata da carburi di cromo duro (M7C3) per resistere all'abrasione.
Profilo di usura interna:
Design affusolato: Un angolo del cono di 15°–30° (corrispondente alla conicità del mantello) per creare una camera di frantumazione che si restringe gradualmente, garantendo una riduzione progressiva del materiale.
Costole o scanalature: Nervature trasversali o longitudinali (alte 5–15 mm) sulla superficie interna per migliorare la presa del materiale, prevenire lo slittamento e favorire un'usura uniforme.
Sezioni parallele: Segmenti piatti vicino all'estremità di scarico per produrre particelle più fini e uniformi mantenendo uno spazio di frantumazione costante.
Caratteristiche di montaggio:
Linguette a coda di rondine: Sporgenze sulla superficie esterna che si inseriscono nelle corrispondenti scanalature a coda di rondine nella ciotola, proteggendo la parte concava dalle forze di rotazione durante la frantumazione.
Fori di serraggio: Fori per bulloni sulla flangia esterna o sul bordo per il fissaggio alla tazza, impedendo lo spostamento assiale sotto carichi d'urto.
Perni di posizionamento: Piccole sporgenze o fori che allineano i segmenti durante l'assemblaggio, garantendo un profilo interno continuo con spazi minimi (≤0,5 mm tra i segmenti).
Supporto esterno: Uno strato di rinforzo in ghisa o acciaio (nei modelli bimetallici) che migliora la resistenza agli urti assorbendo gli urti, con lo strato resistente all'usura (ghisa ad alto contenuto di cromo) fuso sul supporto.
Flange superiori e inferiori: Bordi radiali alle estremità di alimentazione e scarico che si sovrappongono alle flange della vasca, impedendo la fuoriuscita di materiale tra la concavità e la vasca.
Selezione dei materiali:
La ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20Mo3) è preferita per la sua eccellente resistenza all'usura, con una composizione chimica controllata a C 2,5-3,5%, Cr 20-26%, Mo 0,5-1,0%. Ciò forma una rete di carburo duro (frazione di volume 30-40%) in una matrice martensitica, garantendo una durezza ≥HRC 60.
Creazione di modelli:
Per ogni segmento concavo vengono creati modelli segmentati (in schiuma, legno o resina stampata in 3D), replicando il profilo di usura interno, le caratteristiche di montaggio esterne e le nervature. Vengono aggiunti margini di ritiro (1,5-2,5%) per tenere conto della contrazione dovuta al raffreddamento.
Stampaggio:
Per ogni segmento viene preparato uno stampo in sabbia legato con resina, con un'anima in sabbia che forma il profilo di usura interno. La cavità dello stampo viene rivestita con un lavaggio refrattario (a base di allumina) per prevenire l'inclusione di sabbia e migliorare la finitura superficiale.
Fusione e colata:
La ghisa viene fusa in un forno a induzione a 1450–1500°C, con un rigoroso controllo del carbonio equivalente (CE = C + 0,3(Si + P) ≤4,2%) per evitare difetti di ritiro.
La colata viene effettuata a 1380–1420 °C utilizzando una siviera, con un flusso lento e costante per riempire la cavità dello stampo senza turbolenze, garantendo una struttura densa con nervature sottili.
Raffreddamento e trattamento termico:
Lo stampo viene raffreddato per 24-48 ore per ridurre lo stress termico, quindi il getto viene rimosso tramite sformatura. La pallinatura (con graniglia d'acciaio G25) rimuove i residui di sabbia, ottenendo una rugosità superficiale di Ra50-100 μm.
Ricottura in soluzione: Riscaldamento a 950–1050°C per 2–4 ore, seguito da raffreddamento ad aria per sciogliere i carburi e omogeneizzare la struttura.
Austempering: Tempra in olio a 250–350°C, quindi rinvenimento a 200–250°C per trasformare la matrice in martensite, ottenendo una durezza HRC 60–65 mantenendo la tenacità.
Lavorazione grezza:
Ogni segmento concavo viene montato su un tornio verticale CNC per la lavorazione della superficie esterna, delle linguette di montaggio e dei bordi delle flange, lasciando un margine di finitura di 1-2 mm. Le dimensioni chiave (ad esempio, lunghezza dell'arco del segmento, spessore) sono controllate con una tolleranza di ±0,5 mm.
Lavorazione delle caratteristiche di montaggio:
Le linguette a coda di rondine vengono fresate sulla superficie esterna mediante una fresatrice CNC, con tolleranza dimensionale (±0,1 mm) per garantire una perfetta aderenza alle scanalature della ciotola.
I fori di serraggio sono forati e filettati con tolleranza di classe 6H, con precisione di posizionamento (±0,2 mm) per allinearsi ai fori dei bulloni della ciotola.
Finitura del profilo interno:
La superficie interna di usura viene ispezionata per individuare eventuali difetti di fusione (ad esempio, pori, crepe) e leggermente rettificata per rimuovere le irregolarità superficiali, preservando il profilo progettato. La rugosità superficiale viene controllata a Ra3,2 μm per ottimizzare il flusso del materiale.
Per i concavi segmentati, i bordi di accoppiamento dei segmenti adiacenti vengono lavorati per garantire uno spazio ≤0,5 mm durante l'assemblaggio, impedendo perdite di materiale e usura irregolare.
Assemblaggio di segmenti (per progetti multi-pezzo):
I segmenti vengono montati di prova in un apposito attrezzo per verificare la continuità del profilo interno, con regolazioni volte a garantire una superficie del cono liscia e continua.
I perni di allineamento vengono installati per mantenere le posizioni dei segmenti durante l'assemblaggio finale nel frantoio.
Trattamento superficiale:
La superficie esterna (quella che si adatta alla tazza) è rivestita con un composto antigrippaggio per facilitare l'installazione e prevenire la corrosione.
La superficie interna soggetta a usura può essere sottoposta a pallinatura per indurre sollecitazioni compressive, riducendo la propagazione delle crepe sotto impatto.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (spettrometria) conferma che la ghisa soddisfa gli standard (ad esempio, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
L'analisi metallografica verifica la distribuzione del carburo (uniformità ≥90%) e la struttura della matrice (martensite con ≤5% di perlite).
Test delle proprietà meccaniche:
La prova di durezza (Rockwell C) garantisce che la superficie interna abbia una durezza ≥HRC 60; la durezza del nucleo è ≤HRC 55 per mantenere la tenacità.
La prova d'impatto (Charpy V-notch) misura la tenacità a temperatura ambiente, richiedendo ≥12 J/cm² per resistere alla frattura sotto forte impatto.
Controlli di precisione dimensionale:
Una macchina di misura a coordinate (CMM) ispeziona le dimensioni chiave: lunghezza dell'arco del segmento, angolo di conicità (±0,1°) e dimensione della linguetta a coda di rondine.
Uno scanner laser verifica che il profilo interno corrisponda al modello CAD, garantendo il corretto allineamento con il mantello per mantenere lo spazio di frantumazione progettato.
Prove non distruttive (NDT):
I test a ultrasuoni (UT) rilevano difetti interni (ad esempio pori di restringimento >φ3 mm) nel corpo concavo, con aree critiche (radici delle nervature, linguette di montaggio) ispezionate accuratamente.
Il test delle particelle magnetiche (MPT) verifica la presenza di crepe superficiali nelle linguette a coda di rondine e nei bordi delle flange; qualsiasi difetto di lunghezza pari o superiore a 0,2 mm comporta il rifiuto.
Validazione delle prestazioni di usura:
Il test di usura accelerata (ASTM G65) utilizza un apparato con ruota in gomma/sabbia asciutta per misurare la perdita di peso, con concavità ad alto contenuto di cromo che richiedono ≤0,5 g/1000 cicli.
Le prove sul campo prevedono l'installazione del concavo in un frantoio di prova, il monitoraggio dei tassi di usura per oltre 500 ore di funzionamento, garantendo un'usura uniforme e l'assenza di guasti prematuri.
