Generazione di movimento eccentrico: Convertendo il moto rotatorio dell'ingranaggio conduttore nel movimento eccentrico (orbitale) dell'albero principale e del cono mobile, si crea l'azione di frantumazione chiudendo e aprendo periodicamente lo spazio tra i coni mobili e fissi.
Trasmissione di coppia: Trasferimento della coppia dal pignone (mediante l'ingranamento con l'ingranaggio eccentrico) all'albero principale, garantendo una forza sufficiente a frantumare materiali duri come minerali e rocce.
Portante: Supportare i carichi radiali e assiali generati durante lo schiacciamento (fino a migliaia di kilonewton), distribuendoli uniformemente sul telaio e sui cuscinetti.
Canale di lubrificazione: Alloggiamento di passaggi interni dell'olio che forniscono lubrificante all'albero principale e ai cuscinetti, riducendo l'attrito e l'accumulo di calore durante la rotazione ad alta velocità (in genere 150-300 giri/min).
Corpo boccola: Struttura cilindrica a pareti spesse realizzata in acciaio legato ad alta resistenza (ad esempio, 42CrMo o 35CrMo) o acciaio fuso di alta qualità (ZG42CrMo). La superficie esterna è spesso dotata di un ingranaggio di grandi dimensioni (ingranaggio eccentrico) che ingrana con il pignone, con un modulo di attrito compreso tra 10 e 25 e un numero di denti compreso tra 30 e 80.
Foro eccentrico: Un foro centrale con un offset (eccentricità) rispetto al diametro esterno, in genere 5-20 mm a seconda del modello di frantoio. Questo offset determina la corsa del cono mobile, influenzando direttamente l'efficienza di frantumazione e la portata.
denti dell'ingranaggio: Formata integralmente o saldata sulla superficie esterna della boccola, con un profilo evolvente (angolo di pressione 20°) per garantire un accoppiamento fluido con il pignone. L'ingranaggio è progettato per una trasmissione di coppia elevata, con una larghezza della faccia di 150–400 mm.
Passaggi di lubrificazione: Fori o scanalature interne che si collegano al sistema di lubrificazione principale, erogando olio all'interfaccia tra la boccola e l'albero principale, nonché ai cuscinetti superiori e inferiori.
Flangia o spalla: Una sporgenza radiale a un'estremità della boccola, che funge da superficie di supporto reggispinta per assorbire i carichi assiali e limitare il movimento assiale rispetto al telaio.
Rivestimento resistente all'usura: Una boccola interna sostituibile realizzata in bronzo per cuscinetti (ad esempio, ZCuSn10Pb1) o metallo Babbitt, pressata nel foro interno per ridurre l'attrito tra la boccola e l'albero principale.
Selezione dei materiali:
L'acciaio fuso ad alta resistenza (ZG42CrMo) è scelto per le sue eccellenti proprietà meccaniche: resistenza alla trazione ≥800 MPa, limite di snervamento ≥600 MPa e tenacità all'impatto ≥45 J/cm². Offre buona temprabilità e resistenza all'usura dopo il trattamento termico.
Creazione di modelli:
Viene creato un modello in scala reale utilizzando legno, schiuma o resina stampata in 3D, replicando il diametro esterno della boccola, il foro eccentrico, i denti degli ingranaggi (semplificati), la flangia e le posizioni del passaggio di lubrificazione. Vengono aggiunte tolleranze di ritiro (2-2,5%), con tolleranze maggiori per i denti degli ingranaggi e le sezioni a parete spessa.
Il modello comprende nuclei per formare il foro interno eccentrico e i passaggi dell'olio, garantendo la precisione dimensionale dell'offset.
Stampaggio:
Viene preparato uno stampo in sabbia legato con resina, con anime separate per il foro interno e i denti degli ingranaggi. Lo stampo e le anime vengono rivestiti con un lavaggio refrattario (a base di allumina) per impedire la penetrazione del metallo e migliorare la finitura superficiale.
Lo stampo viene assemblato con un allineamento preciso del nucleo interno per garantire che l'eccentricità (offset) soddisfi le specifiche di progettazione (tolleranza ±0,1 mm).
Fusione e colata:
L'acciaio fuso viene fuso in un forno ad arco elettrico a 1530–1570°C, con composizione chimica controllata a C 0,38–0,45%, Cr 0,9–1,2%, Mo 0,15–0,25% per bilanciare resistenza e tenacità.
La colata viene effettuata utilizzando una siviera a colata dal basso, con una portata controllata (100–200 kg/s) per evitare turbolenze e garantire il completo riempimento dello stampo, in particolare dei dettagli della dentatura degli ingranaggi. La temperatura di colata viene mantenuta tra 1490 e 1530 °C.
Raffreddamento e shakeout:
Il getto viene raffreddato nello stampo per 72-120 ore per ridurre al minimo lo stress termico, quindi rimosso tramite vibrazione. I residui di sabbia vengono puliti mediante pallinatura (grana d'acciaio G18), ottenendo una rugosità superficiale di Ra50-100 μm.
Trattamento termico:
La normalizzazione (860–900°C, raffreddata ad aria) affina la struttura del grano, seguita dalla tempra (600–650°C) per ridurre la durezza a 220–260 HBW, migliorando la lavorabilità.
Lavorazione grezza:
Il pezzo grezzo fuso viene montato su un tornio CNC con un dispositivo eccentrico per lavorare il diametro esterno, la superficie della flangia e la superficie di riferimento esterna dell'ingranaggio, lasciando un margine di finitura di 5-8 mm. Il foro interno viene sgrossato per stabilire l'eccentricità, con una tolleranza di ±0,2 mm.
Lavorazione degli ingranaggi:
La dentatura esterna degli ingranaggi viene sgrossata utilizzando una dentatrice a creatore CNC, con una tolleranza di finitura di 0,5-1 mm. I parametri dell'ingranaggio (modulo, angolo di pressione, numero di denti) vengono controllati con precisione per adattarsi al pignone.
Trattamento termico per tempra:
I denti degli ingranaggi e la superficie esterna sono temprati a induzione fino a una profondità di 2–5 mm, ottenendo una durezza superficiale di 50–55 HRC per migliorare la resistenza all'usura. Il foro interno e le superfici dei cuscinetti sono mantenuti a una durezza inferiore (HRC 25–35) per aumentarne la tenacità.
Il rinvenimento a 200–250°C elimina le tensioni residue derivanti dalla tempra, prevenendo la formazione di crepe durante la successiva lavorazione.
Lavorazione di finitura:
Diametro esterno e denti degli ingranaggi: La superficie esterna e i denti degli ingranaggi vengono rettificati con una rettificatrice per ingranaggi CNC per ottenere una precisione AGMA 6–7, con una deviazione del profilo dei denti ≤0,02 mm e una rugosità superficiale Ra0,8 μm.
Foro interno: Il foro interno eccentrico è rifinito e levigato con una tolleranza dimensionale di IT6, con una rugosità superficiale di Ra0,4 μm per garantire un adattamento corretto con il rivestimento resistente all'usura.
Passaggi di lubrificazione: I fori e le scanalature per l'olio sono forati e filettati, con posizionamento preciso (±0,2 mm) per allinearli al sistema di lubrificazione dell'albero principale.
Installazione del rivestimento resistente all'usura:
Il rivestimento in bronzo o in Babbitt viene pressato nel foro interno mediante una pressa idraulica, con un accoppiamento con interferenza (0,05-0,1 mm) per garantire un'adesione sicura. La superficie interna del rivestimento viene tornita per adattarsi al diametro dell'albero principale.
Equilibrio:
La boccola eccentrica assemblata viene bilanciata dinamicamente su una macchina equilibratrice per correggere l'eccentricità della massa, garantendo livelli di vibrazione ≤0,1 mm/s alla velocità di esercizio per evitare un'usura eccessiva dei cuscinetti.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (tramite spettrometria di emissione ottica) verifica che il contenuto di lega soddisfi gli standard (ad esempio, 42CrMo: C 0,38–0,45%, Cr 0,9–1,2%).
Le prove di trazione sui campioni fusi confermano le proprietà meccaniche: resistenza alla trazione ≥800 MPa, allungamento ≥12%.
Controlli di precisione dimensionale:
Una macchina di misura a coordinate (CMM) ispeziona le dimensioni chiave: eccentricità (offset tra gli assi interno ed esterno, tolleranza ±0,05 mm), parametri degli ingranaggi e tolleranze del diametro interno/esterno.
Un laser tracker verifica la concentricità dell'ingranaggio esterno e del foro interno, assicurando l'allineamento con l'albero principale.
Test di durezza e microstruttura:
La durezza superficiale dei denti degli ingranaggi viene misurata utilizzando un durometro Rockwell (richiesto HRC 50–55).
L'analisi metallografica verifica la profondità e l'uniformità dello strato indurito, assicurando l'assenza di martensite eccessiva o di crepe.
Prove non distruttive (NDT):
Il test a ultrasuoni (UT) ispeziona il corpo della boccola per individuare difetti interni (ad esempio pori da restringimento, crepe) con un limite di dimensione di φ2 mm.
Il test delle particelle magnetiche (MPT) rileva crepe superficiali nei denti degli ingranaggi e nelle aree in cui si concentrano le sollecitazioni (ad esempio, le radici delle flange).
Test delle prestazioni:
Test di rotazione: la boccola viene montata su un banco di prova e fatta ruotare alla velocità di esercizio per 2 ore, monitorando vibrazioni e temperatura per garantirne la stabilità.
Prova di carico: viene applicato un carico assiale simulato (120% del carico nominale) per 1 ora; l'ispezione successiva alla prova non mostra alcuna deformazione o guasto del cuscinetto.
