Questo articolo descrive in dettaglio la testa del frantoio a cono, un componente di frantumazione del nucleo che lavora insieme al cono fisso per frantumare i materiali attraverso un movimento oscillatorio, le cui prestazioni influiscono direttamente sulla produttività, sulla granularità del prodotto e sulla resistenza all'usura. Ne descrive la composizione, inclusi il corpo della testa (struttura del nucleo), il rivestimento antiusura (mantello), il foro del cuscinetto, le caratteristiche di montaggio e le cavità di ventilazione/riduzione del peso, insieme alle loro caratteristiche strutturali. Viene elaborato il processo di fusione del corpo della testa, che comprende la scelta del materiale (acciaio fuso o ghisa sferoidale), la realizzazione del modello, lo stampaggio, la fusione, la colata, il trattamento termico e l'ispezione. Descrive inoltre la lavorazione del corpo della testa e del rivestimento antiusura, nonché le fasi di assemblaggio. Vengono inoltre specificate le misure di controllo qualità, come prove sui materiali, controlli di precisione dimensionale, prove di resistenza all'usura, prove di assemblaggio e prestazioni e prove non distruttive. Questi processi assicurano alla testa un'elevata resistenza, resistenza all'usura e precisione dimensionale, garantendo prestazioni affidabili nelle operazioni di frantumazione gravose.
Introduzione dettagliata al componente della testa del frantoio a cono
1. Funzione e ruolo della testa del frantoio a cono
La testa del frantoio a cono (nota anche come cono mobile o 破碎锥) è il componente principale di frantumazione che entra in contatto diretto con i materiali e li frantuma. Lavora insieme al cono fisso (rivestimento della vasca) per formare una camera di frantumazione e il suo movimento oscillante (azionato dall'albero eccentrico) comprime e frantuma rocce, minerali e altri materiali sfusi. La forma della testa, la durezza superficiale e la resistenza strutturale determinano direttamente la produttività del frantoio, la granularità del prodotto e la resistenza all'usura. In condizioni di lavoro ad alta pressione, deve resistere a urti e attriti intensi, il che la rende una delle parti soggette a usura più critiche dell'attrezzatura.
2. Composizione e struttura della testa del frantoio a cono
La testa del frantoio a cono è una struttura composita che combina un corpo in ghisa o acciaio con un rivestimento resistente all'usura. I suoi componenti principali e le caratteristiche strutturali includono:
Testa Corpo (Struttura Centrale): Fusione conica o troncoconica realizzata in acciaio fuso ad alta resistenza (ad esempio, ZG35CrMo) o ghisa sferoidale (QT600-3). Funge da supporto strutturale per il rivestimento antiusura e si collega all'albero eccentrico tramite un foro centrale. La cavità interna del corpo è progettata per alloggiare la boccola eccentrica, con sedi per chiavette o bulloni per fissare il collegamento e trasmettere la coppia.
Rivestimento antiusura (mantello): Uno strato esterno sostituibile in ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20-Cr26) o acciaio legato ad elevata durezza (HRC 55-65). È fissato al corpo della testa tramite bulloni, scanalature a coda di rondine o blocchi a cuneo, garantendo una tenuta stagna per impedire movimenti durante la frantumazione. La superficie del rivestimento è spesso progettata con un profilo concavo o convesso (ad esempio, profili di frantumazione standard, grossolani o fini) per ottimizzare la presa del materiale e l'efficienza di frantumazione.
Foro del cuscinetto: Un foro centrale cilindrico o conico nel corpo della testa che ospita l'estremità superiore dell'albero eccentrico. Il foro è lavorato con precisione per garantire un accoppiamento stabile con l'albero, con canali di lubrificazione forati per distribuire l'olio sulla superficie di contatto, riducendo l'attrito e l'usura.
Flangia di montaggio o fori per bulloni: Situate alla base del corpo della testa, queste caratteristiche fissano il rivestimento antiusura al corpo. Le scanalature a coda di rondine sulla superficie interna del rivestimento si accoppiano con le sporgenze corrispondenti sul corpo della testa, migliorando la resistenza del collegamento sotto carichi d'urto.
Cavità di ventilazione e riduzione del peso: Alcune teste di grandi dimensioni presentano strutture interne cave per ridurre il peso, migliorare la dissipazione del calore ed evitare un'eccessiva inerzia durante l'oscillazione. Queste cavità sono progettate per non compromettere l'integrità strutturale del corpo.
3. Processo di fusione per il corpo della testa
Il corpo della testa viene realizzato principalmente tramite fusione in sabbia o fusione a schiuma persa, a causa delle sue grandi dimensioni e della sua forma complessa. Le fasi del processo sono le seguenti:
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 agli urti, che lo rendono adatto alla frantumazione pesante.
Per le teste di medie dimensioni si utilizza la ghisa duttile (QT600-3), che offre una buona colabilità e un buon rapporto costo-efficacia, mantenendo al contempo una resistenza sufficiente.
Creazione di modelli:
Un modello a grandezza naturale viene creato utilizzando legno, schiuma o materiali stampati in 3D, replicando la forma esterna della testa, la cavità interna e le caratteristiche di montaggio. Per la fusione a schiuma persa, il modello in schiuma include guide e montanti integrati.
Per compensare la contrazione post-fusione e facilitare la rimozione del modello, vengono aggiunti margini di ritiro (2-3% per l'acciaio fuso) e angoli di sformo (3-5°).
Stampaggio:
Per la fusione in sabbia: la sabbia legata con resina viene compattata attorno al modello per formare la cavità dello stampo, con un'anima di sabbia inserita per creare il foro centrale e le cavità interne. Lo stampo viene polimerizzato per garantirne durezza e stabilità dimensionale.
Per la fusione a schiuma persa: il modello in schiuma viene rivestito con una sospensione refrattaria (a base di ceramica o zirconio) per formare un guscio spesso 3-5 mm, quindi incorporato in sabbia asciutta.
Fusione e colata:
L'acciaio fuso viene fuso in un forno ad arco elettrico a 1500-1600 °C, con l'aggiunta di elementi di lega (Cr, Mo) per ottenere la composizione chimica richiesta. Il metallo fuso viene deossidato e desolforato per ridurre le impurità.
La colata avviene a velocità controllata (50-100 kg/s per fondi di grandi dimensioni) per evitare turbolenze e garantire il completo riempimento dello stampo. Nella colata a schiuma persa, il metallo fuso vaporizza il modello di schiuma, riposizionandolo nella cavità dello stampo.
Raffreddamento e pulizia:
Il getto viene lasciato raffreddare lentamente (per 24-48 ore) per evitare cricche termiche, quindi rimosso dallo stampo. La sabbia o il materiale refrattario vengono puliti tramite pallinatura o idropulitura.
I montanti e i sistemi di distribuzione vengono tagliati e i bordi grezzi vengono rettificati per prepararli alla lavorazione.
Trattamento termico:
Le teste in acciaio fuso vengono sottoposte a normalizzazione (850-900°C, raffreddate ad aria) per affinare la struttura granulare, seguita da tempra e rinvenimento (600-650°C) per ottenere una durezza di 220-260 HBW, bilanciando resistenza e lavorabilità.
Le teste in ghisa duttile vengono sottoposte a ricottura (900-950°C) per eliminare i carburi e migliorarne la tenacità.
Ispezione della fusione:
I difetti superficiali (crepe, pori, restringimenti) vengono controllati tramite ispezione visiva e test con liquidi penetranti (DPT).
I difetti interni vengono rilevati mediante test a ultrasuoni (UT) e test con particelle magnetiche (MPT), con standard rigorosi (nessun difetto più grande di φ3 mm nelle aree critiche sottoposte a carico).
4. Processo di lavorazione e produzione
Lavorazione testa-corpo:
Lavorazione grezza: Torni CNC o alesatrici vengono utilizzati per la sgrossatura della superficie esterna, della flangia di base e del foro centrale, lasciando un margine di finitura di 2-3 mm. Le sedi per chiavette e i fori per bulloni vengono preforati e filettati.
Trattamento termico: La ricottura di distensione (550-600°C) viene eseguita dopo la sgrossatura per eliminare le tensioni residue derivanti dalla fusione e dal taglio iniziale.
Lavorazione di finitura: Il foro centrale è rettificato di precisione con tolleranza IT7, con una rugosità superficiale di Ra1,6-3,2 μm per garantire un accoppiamento perfetto con l'albero eccentrico. La flangia di base e le superfici di montaggio sono fresate per ottenere una planarità (≤0,1 mm/m) per un fissaggio sicuro del rivestimento.
Produzione di rivestimenti antiusura:
Fusione: I rivestimenti in ghisa ad alto tenore di cromo sono fusi in sabbia, con l'aggiunta di elementi di lega (Cr, Mo, Ni) per migliorare la durezza e la resistenza all'usura. La fusione viene sottoposta a tempra e rinvenimento per raggiungere una durezza HRC di 55-65.
Lavorazione meccanica: La superficie interna del rivestimento (che si accoppia con il corpo della testa) è lavorata per adattarsi alle scanalature a coda di rondine o ai fori dei bulloni, garantendo una connessione salda. La superficie di schiacciamento esterna è rettificata o lucidata per rimuovere le bave di fusione e ottenere il profilo progettato.
Assemblea:
Il rivestimento antiusura viene montato sul corpo della testa mediante bulloni ad alta resistenza (grado 8.8 o 10.9) o blocchi a cuneo, con coppia applicata uniformemente (200-500 N·m, a seconda delle dimensioni) per evitare l'allentamento.
Tra il rivestimento e il corpo vengono applicate guarnizioni o sigillanti per impedire l'ingresso di materiale, che potrebbe causare abrasione tra i due componenti.
5. Processi di controllo qualità
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (tramite spettrometria) garantisce che l'acciaio/ferro fuso soddisfi gli standard di lega (ad esempio, ZG35CrMo: C 0,32-0,40%, Cr 0,8-1,1%, Mo 0,15-0,25%).
Sui provini di ogni lotto di fusione vengono effettuati test sulle proprietà meccaniche (resistenza alla trazione, tenacità all'impatto, durezza).
Controlli di precisione dimensionale:
Le macchine di misura a coordinate (CMM) verificano il diametro esterno del corpo della testa, la dimensione del foro e il profilo del rivestimento, garantendo la conformità con i disegni di progettazione (tolleranza ±0,5 mm per le dimensioni critiche).
Viene misurata la concentricità tra la superficie esterna del corpo della testa e il foro centrale, che richiede ≤0,05 mm/m per evitare squilibri durante l'oscillazione.
Test di resistenza all'usura:
I campioni di rivestimento antiusura vengono sottoposti a test di usura abrasiva (ad esempio, ASTM G65) per misurare la perdita di peso in condizioni standardizzate, garantendo un tasso di usura ≤0,1 g/h sotto carico nominale.
La prova di durezza (scala Rockwell C) viene eseguita sulle superfici del rivestimento per confermare HRC 55-65, senza punti morbidi (≤HRC 50).
Assemblaggio e test delle prestazioni:
I test di montaggio del rivestimento garantiscono l'assenza di spazi tra il rivestimento e il corpo della testa (verificati tramite spessimetri, con spazio massimo ≤0,1 mm).
Sulla testa assemblata viene eseguito un test di bilanciamento dinamico per garantire un'ampiezza di vibrazione ≤0,1 mm/s alla velocità di esercizio, riducendo lo stress sull'albero eccentrico.
Prove non distruttive (NDT):
Dopo la lavorazione, il corpo della testa viene nuovamente ispezionato tramite UT e MPT per rilevare eventuali crepe introdotte durante la lavorazione.
Le superfici dei rivestimenti vengono controllate per individuare eventuali difetti di fusione (porosità, crepe) tramite ispezione visiva e DPT; i rivestimenti difettosi vengono scartati o riparati.
Grazie al rispetto di questi processi di fusione, lavorazione e controllo qualità, la testa del frantoio a cono raggiunge elevata resistenza, resistenza all'usura e precisione dimensionale, garantendo prestazioni affidabili in operazioni di frantumazione continue e pesanti.
