Frantumazione attiva: Ruotando eccentricamente per applicare forze di compressione e di taglio ai materiali (minerali, rocce) insieme al rivestimento della vasca, riducendoli alla dimensione delle particelle desiderata.
Protezione dall'usura: Protegge la struttura metallica del cono mobile dall'abrasione diretta e dagli urti, prolungando la durata utile del corpo del cono.
Controllo del flusso dei materiali: Guida i materiali frantumati attraverso la camera di frantumazione restringente tramite il suo profilo conico, garantendo una riduzione progressiva delle dimensioni.
Distribuzione della forza: Distribuisce le forze di schiacciamento in modo uniforme sulla superficie per ridurre al minimo l'usura localizzata e mantenere un funzionamento stabile in presenza di materiali di diversa durezza.
Corpo del mantello: La sezione principale resistente all'usura, tipicamente realizzata in ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20–Cr26) o ghisa dura al nichel (Ni-Hard 4), con uno spessore di 50–150 mm. La sua superficie interna è lavorata per adattarsi al cono mobile, mentre la superficie esterna presenta un profilo di usura progettato con precisione.
Profilo di usura esterna: Progettato per ottimizzare l'efficienza di frantumazione e la distribuzione dell'usura:
Geometria conica: Un angolo del cono di 15°–30° (corrispondente alla conicità del rivestimento della vasca) per creare una camera di frantumazione che si restringe gradualmente, facilitando la riduzione progressiva del materiale.
Superfici nervate o scanalate: Miglioramento della presa del materiale per evitare lo slittamento, in particolare per i minerali grossolani, e per favorire un'usura uniforme.
Zone di transizione fluide: Riduzione della concentrazione di stress sui bordi superiore e inferiore per evitare scheggiature o crepe.
Caratteristiche di montaggio:
Superficie interna conica: Un foro conico che si accoppia con la conicità esterna del cono mobile, garantendo una perfetta aderenza tramite interferenza (0,1–0,3 mm) per impedire la rotazione relativa.
Sistema di ritenzione:
Flangia del bullone: Una flangia radiale nella parte superiore con fori per bulloni per fissare il mantello al cono mobile, impedendo lo spostamento assiale durante la rotazione.
Interfaccia del dado di bloccaggio: Una sezione filettata nella parte superiore che si innesta con un dado di bloccaggio, comprimendo il mantello sul cono mobile per una maggiore stabilità.
Localizzazione delle chiavi: Sporgenze o scanalature sulla superficie interna che si allineano con le fessure sul cono mobile, garantendo un posizionamento radiale preciso.
Nervature di rinforzo: Nervature radiali interne (spesse 10–20 mm) vicino alla flangia superiore per rinforzare il mantello, riducendo la deformazione sotto carichi assiali elevati.
Bordi superiore e inferiore: Bordi smussati o arrotondati per ridurre al minimo la concentrazione di sollecitazioni e prevenire accumuli o inceppamenti di materiale.
Selezione dei materiali:
La ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20Mo3) è preferita per la sua fase dura in carburo di cromo (M7C3), che offre un'eccezionale resistenza all'usura. La composizione chimica è controllata a C 2,5-3,5%, Cr 20-26%, Mo 0,5-1,0% per bilanciare durezza e tenacità.
Creazione di modelli:
Viene creato un modello a grandezza naturale (in schiuma, legno o resina stampata in 3D), che replica il profilo esterno, il foro interno, la flangia e le nervature del mantello. Vengono aggiunte tolleranze di ritiro (1,5-2,5%), con tolleranze maggiori per le sezioni a pareti spesse per tenere conto della contrazione dovuta al raffreddamento.
Stampaggio:
Attorno al modello viene formato uno stampo in sabbia legato con resina, con un'anima di sabbia utilizzata per creare il foro interno cavo. La cavità dello stampo viene rivestita con un lavaggio refrattario (allumina-silice) per migliorare la finitura superficiale e prevenire l'inclusione di sabbia nel getto.
Fusione e colata:
La ghisa viene fusa in un forno a induzione a 1450–1500°C, con un rigoroso controllo del carbonio equivalente (CE ≤4,2%) per evitare difetti di ritiro.
La colata viene effettuata a 1380–1420 °C utilizzando una siviera, con una portata costante per riempire la cavità dello stampo senza turbolenze, garantendo una struttura densa.
Trattamento termico:
Ricottura in soluzione: Riscaldamento a 950–1050°C per 2–4 ore per sciogliere i carburi, seguito da raffreddamento ad aria per 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 all'impatto.
Lavorazione grezza:
Il mantello fuso viene montato su un tornio verticale CNC per lavorare la superficie conica interna, la flangia superiore e le posizioni dei fori per i bulloni, lasciando un margine di finitura di 1-2 mm. Le dimensioni chiave (angolo di conicità interna, spessore della flangia) sono controllate con una tolleranza di ±0,1 mm.
Lavorazione di precisione della superficie interna:
Il foro conico interno è tornito e rettificato per ottenere una rugosità superficiale di Ra0,8 μm, garantendo un accoppiamento con interferenza ottimale con il cono mobile. L'angolo di conicità è adattato al cono mobile (tolleranza ±0,05°) per evitare carichi non uniformi.
Lavorazione delle caratteristiche di montaggio:
I fori dei bulloni nella flangia superiore sono forati e filettati con tolleranza di classe 6H, con precisione di posizionamento (±0,2 mm) rispetto all'asse del mantello per garantire una forza di serraggio uniforme.
Le sedi per le chiavette di posizionamento (se applicabili) vengono fresate nella superficie interna, con tolleranze di profondità e larghezza (±0,05 mm) per allinearle alle chiavette del cono mobile.
Finitura del profilo esterno:
La superficie esterna di usura viene ispezionata per individuare eventuali difetti di fusione, quindi viene leggermente rettificata per rimuovere le irregolarità superficiali, preservando al contempo il profilo di usura previsto. Non viene rimosso materiale in eccesso per mantenere la distanza di frantumazione ottimale con il rivestimento del contenitore.
Trattamento superficiale:
La superficie interna (che si accoppia al cono mobile) è rivestita con un composto antigrippaggio (bisolfuro di molibdeno) per facilitare l'installazione tramite restringimento termico.
La superficie esterna può essere sottoposta a pallinatura per indurre sollecitazioni compressive, migliorando la resistenza alla fatica e riducendo la propagazione delle cricche.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (tramite spettrometria di emissione ottica) conferma che la lega soddisfa le specifiche (ad esempio, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
L'analisi metallografica verifica la distribuzione dei carburi duri (frazione di volume ≥30%) in una matrice martensitica, garantendo la resistenza all'usura.
Test delle proprietà meccaniche:
La prova di durezza (Rockwell C) garantisce che la superficie esterna abbia una durezza di HRC 60–65; la durezza del nucleo viene controllata per confermare un trattamento termico uniforme (≤HRC 55 per 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: angolo di conicità interna, diametro esterno a più altezze e planarità della flangia, con tolleranze di ±0,1 mm.
Uno scanner laser verifica che il profilo di usura esterno corrisponda al modello CAD, garantendo il corretto allineamento con il rivestimento della vasca per mantenere lo spazio di frantumazione progettato.
Prove non distruttive (NDT):
I test a ultrasuoni (UT) rilevano difetti interni (ad esempio pori da restringimento, crepe) nel corpo del mantello; qualsiasi difetto >φ3 mm comporta il rigetto.
Il test con particelle magnetiche (MPT) verifica la presenza di crepe superficiali nella flangia, nei fori dei bulloni e nei bordi, rifiutando difetti lineari di 0,2 mm.
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 mantelli ad alto contenuto di cromo che richiedono ≤0,5 g/1000 cicli.
Le prove sul campo prevedono l'installazione del mantello in un frantoio di prova e il monitoraggio dei tassi di usura per oltre 500 ore di funzionamento, garantendo un'usura uniforme e nessun guasto prematuro.
