Supporto del carico assiale: Sopporta i carichi verticali generati durante la frantumazione (fino a decine di migliaia di kilonewton) e li trasferisce al telaio superiore o all'anello di regolazione, assicurando che il cono mobile mantenga la sua posizione verticale.
Guida rotazionale: Agisce come punto di perno per la rotazione eccentrica del cono mobile, consentendo un'oscillazione fluida (ampiezza 5–20 mm) riducendo al minimo lo spostamento laterale.
Riduzione dell'usura: Fornisce una superficie temprata e a basso attrito che si interfaccia con il cuscinetto superiore o la presa, riducendo l'abrasione causata dal movimento continuo.
Manutenzione dell'allineamento: Garantire che il cono mobile rimanga concentrico al concavo (cono fisso), preservando la precisione della fessura di frantumazione e prevenendo un'usura irregolare su entrambi i componenti.
Testa a sfera: Punta emisferica o sferica con raggio compreso tra 50 mm e 300 mm, a seconda delle dimensioni del frantoio. È realizzata in acciaio per cuscinetti ad alto tenore di carbonio e cromo (ad esempio, GCr15) o acciaio legato (42CrMo) con superficie temprata (HRC 58–62).
Collo dell'albero: Sezione cilindrica o rastremata che collega la testa sferica al corpo del cono mobile, con un diametro pari a 1,5-2 volte il raggio della testa sferica. Spesso è forgiata in un unico pezzo con la testa sferica per garantire l'integrità strutturale.
Filetto di transizione: Un angolo arrotondato (raggio 10–30 mm) tra la testa sferica e il collo dell'albero, progettato per ridurre la concentrazione di sollecitazioni e prevenire la formazione di crepe da fatica sotto carichi ciclici.
Scanalatura di lubrificazione: Scanalatura circonferenziale vicino alla base della testa sferica che trattiene il lubrificante (grasso o olio), garantendo una pellicola continua tra la testa sferica e il cuscinetto superiore. La scanalatura è profonda 2–5 mm e larga 5–10 mm.
Filettature di montaggio/cava per chiavetta: Caratteristiche opzionali sul collo dell'albero per fissare la sfera della testa al cono mobile, con filettature (classe 6g) o sedi per chiavette (ISO 4156) che facilitano la trasmissione della coppia.
Strato indurito: Uno strato cementato profondo 2–5 mm sulla superficie della testa sferica, ottenuto tramite cementazione o tempra a induzione, per bilanciare la resistenza all'usura (HRC superficiale 58–62) con la tenacità del nucleo (HRC 25–35).
Selezione dei materiali: L'acciaio per cuscinetti ad alto tenore di carbonio e cromo (GCr15) è preferito per la sua eccellente resistenza all'usura e alla fatica. Composizione chimica: C 0,95–1,05%, Cr 1,3–1,65%, Mn ≤0,4%, Si ≤0,35%.
Preparazione del lotto: Le billette di acciaio vengono tagliate in base al peso (10–50 kg) e riscaldate a 1100–1200°C in un forno continuo, garantendo una distribuzione uniforme della temperatura.
Ribaltamento e formazione: La billetta riscaldata viene ricalcata per ridurne l'altezza e aumentarne il diametro, quindi forgiata in una preforma con una forma sferica grezza mediante forgiatura a stampo chiuso. Questo processo affina la struttura dei grani e allinea il flusso del metallo con la direzione delle sollecitazioni del componente.
Finitura della forgiatura: La preforma viene riscaldata a 1050–1100 °C e forgiata nella forma finale, con la testa sferica e il collo dell'albero formati in un'unica operazione per garantire la precisione dimensionale (±1 mm).
Selezione dei materiali: Viene utilizzato acciaio fuso legato (ZG42CrMo), con resistenza alla trazione ≥600 MPa e tenacità all'impatto ≥30 J/cm².
Fusione a cera persa: Per geometrie complesse, si utilizzano modelli in cera per creare stampi in ceramica. L'acciaio fuso (1520–1560 °C) viene colato negli stampi, producendo componenti di forma quasi netta con una lavorazione minima.
Lavorazione grezza:
Il pezzo grezzo forgiato o fuso viene montato su un tornio CNC per lavorare il collo dell'albero, il raccordo di transizione e la forma preliminare della testa sferica, lasciando 1-2 mm di tolleranza di finitura.
Trattamento termico:
Tempra e rinvenimento: Per GCr15, il pezzo grezzo viene riscaldato a 830–860 °C, temprato in olio, quindi rinvenuto a 150–200 °C per ottenere una durezza del nucleo pari a HRC 25–35.
Indurimento superficiale: La testa sferica viene temprata a induzione (frequenza 10–50 kHz) per riscaldare la superficie a 850–900 °C, seguita da tempra in acqua, ottenendo uno strato temprato (profondo 2–5 mm) con HRC 58–62.
Lavorazione meccanica di precisione:
Rettifica della testa sferica: Una rettificatrice sferica CNC lavora la testa sferica per ottenere una rugosità superficiale di Ra0,1–0,4 μm e una tolleranza sferica (≤0,01 mm), garantendo un adattamento corretto con il cuscinetto superiore.
Finitura del collo dell'albero: Il collo dell'albero è rettificato con tolleranza cilindrica IT6, con rugosità superficiale Ra0,8 μm, facilitando il montaggio sicuro sul cono mobile.
Lavorazione delle scanalature: La scanalatura di lubrificazione viene fresata o tornita nel collo dell'albero, con profondità e larghezza precise per ottimizzare la ritenzione del lubrificante.
Trattamento superficiale:
La superficie della testa sferica è lucidata per ridurre l'attrito, mentre le aree non temprate sono rivestite con olio antiruggine o vernice per prevenire la corrosione.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (spettrometria) verifica la conformità agli standard GCr15 o ZG42CrMo.
L'esame metallografico verifica la dimensione dei grani (≤6 ASTM) e la distribuzione del carburo nello strato indurito.
Controlli di precisione dimensionale:
Una macchina di misura a coordinate (CMM) ispeziona il raggio sferico della testa sferica, il diametro del collo dell'albero e il raccordo di transizione, assicurando che le tolleranze siano comprese entro ±0,01 mm per le caratteristiche critiche.
Un misuratore di rotondità verifica la cilindricità del collo dell'albero (≤0,005 mm) e la sfericità della testa sferica (≤0,01 mm).
Test delle proprietà meccaniche:
La prova di durezza (Rockwell) conferma la durezza superficiale (HRC 58–62) e la durezza del nucleo (HRC 25–35).
I test di compressione sui campioni garantiscono una resistenza alla compressione ≥2000 MPa, senza deformazione plastica al di sotto del 150% del carico nominale.
Prove non distruttive (NDT):
Il test a ultrasuoni (UT) rileva difetti interni nella forgiatura e qualsiasi crepa o inclusione >φ1 mm viene scartata.
Il test con particelle magnetiche (MPT) ispeziona il raccordo di transizione e la superficie della testa sferica per individuare micro-fessure, con difetti lineari >0,2 mm che determinano il rigetto.
Validazione delle prestazioni:
Test di usura: Un test pin-on-disk simula il contatto con il cuscinetto superiore, richiedendo una perdita di peso ≤0,1 mg dopo 10⁴ cicli.
Test di fatica: Il componente è sottoposto a carichi ciclici (10⁶ cicli) all'80% del limite di snervamento, senza crepe o deformazioni visibili.
