Telaio superiore: Realizzato in acciaio fuso ad alta resistenza (ad esempio ZG270-500), il telaio superiore è progettato con una forma cilindrica. Presenta una flangia nella parte superiore, che funge da punto di collegamento per la tramoggia di alimentazione. La parete interna del telaio superiore è meticolosamente lavorata per adattarsi con precisione al rivestimento conico fisso. Per migliorarne l'integrità strutturale e resistere alle notevoli forze di schiacciamento, sono incorporate nervature di rinforzo radiali. Queste nervature, in genere con uno spessore compreso tra 40 e 100 mm, sono posizionate strategicamente per distribuire il carico in modo uniforme, garantendo la durata a lungo termine del telaio.
Telaio inferiore: Il telaio inferiore, realizzato in acciaio fuso ad alta resistenza (come ZG35CrMo), costituisce la base del frantoio. Ospita componenti essenziali come il manicotto dell'albero eccentrico, il cuscinetto dell'albero principale e, in alcuni modelli, i cilindri idraulici. Questo telaio è fissato saldamente alla base mediante bulloni di ancoraggio (comunemente con dimensioni comprese tra M30 e M60). Il telaio inferiore contiene anche passaggi interni per l'olio, essenziali per la corretta lubrificazione delle parti mobili, riducendo l'attrito e garantendo un funzionamento regolare.
Cono mobile: Il cono mobile è una parte fondamentale del meccanismo di frantumazione. È costituito da un corpo conico forgiato in 42CrMo e da un rivestimento antiusura. Il corpo conico è forgiato con precisione, con il fondo sferico progettato per adattarsi perfettamente al cuscinetto sferico dell'albero principale. Ciò consente un movimento di oscillazione fluido e flessibile durante il funzionamento. Il rivestimento antiusura, realizzato in ghisa ad alto tenore di cromo (Cr20) o acciaio al manganese (ZGMn13), è fissato al corpo conico mediante fusione in lega di zinco. Questo metodo garantisce un legame saldo e sicuro, con lo strato antiusura che ha in genere uno spessore di 30-80 mm per resistere alle forze abrasive del processo di frantumazione.
Cono fisso (concavo): Il cono fisso, noto anche come concavo, è un rivestimento anulare montato sulla parete interna del telaio superiore. Solitamente è suddiviso in 3-6 segmenti, il che semplifica l'installazione e la sostituzione. Il materiale del cono fisso è lo stesso del rivestimento del cono mobile, garantendo un'elevata resistenza all'usura. Ogni segmento ha un profilo della cavità accuratamente progettato, con un angolo che varia tipicamente da 18° a 25°. Le strutture ad incastro tra i segmenti impediscono la fuoriuscita di materiale, garantendo una frantumazione efficiente e uniforme.
Manicotto dell'albero eccentrico: Realizzata in acciaio fuso (ZG35CrMo), la bussola dell'albero eccentrico è un componente chiave per azionare l'oscillazione dell'albero principale. Ha un'eccentricità che varia tipicamente da 10 a 30 mm, che determina l'ampiezza dell'oscillazione del cono mobile. La superficie esterna della bussola dell'albero eccentrico è dotata di un ingranaggio conico di grandi dimensioni, realizzato in acciaio legato 20CrMnTi e sottoposto a trattamento di cementazione e tempra. Questo trattamento migliora la resistenza all'usura e alla fatica dell'ingranaggio, garantendo una trasmissione di potenza affidabile.
Coppia di ingranaggi conici: Composta da una piccola coppia conica montata sull'albero di ingresso e da una coppia conica più grande fissata sul manicotto dell'albero eccentrico, la coppia conica è responsabile della trasmissione della potenza dal motore. Il rapporto di trasmissione viene selezionato con cura, solitamente compreso tra 1:4 e 1:6, per ottenere la velocità di rotazione e la coppia desiderate per il manicotto dell'albero eccentrico.
Motore e trasmissione a cinghia trapezoidale: Un motore a frequenza variabile, con potenze nominali tipicamente comprese tra 160 e 630 kW, fornisce l'alimentazione al frantoio. Il motore è collegato all'albero di ingresso tramite cinghie trapezoidali e la velocità della puleggia può essere regolata nell'intervallo 980-1480 giri/min. Questo sistema di azionamento a velocità variabile consente flessibilità di funzionamento, consentendo al frantoio di adattarsi a diversi materiali e requisiti di produzione.
Unità di regolazione idraulica: In alcuni modelli avanzati della serie CS è incorporata un'unità di regolazione idraulica. Questa unità è in genere composta da 6-12 cilindri idraulici, disposti attorno al telaio inferiore. Questi cilindri operano a una pressione di esercizio di 16-25 MPa e vengono utilizzati per regolare la dimensione della porta di scarico, che può variare da 5 a 50 mm. Sensori di posizione sono integrati nel sistema per garantire un controllo preciso della larghezza della porta di scarico, con una precisione di ±0,1 mm.
Sistema di sicurezza: Il frantoio è dotato di un sistema di protezione da sovraccarico. Nei modelli con cilindri idraulici, le valvole di sicurezza proteggono dal sovraccarico. Quando materiali non frantumabili, come oggetti metallici, entrano nella cavità di frantumazione, i cilindri idraulici si ritraggono, espandendo la porta di scarico per consentire l'espulsione dei corpi estranei. Una volta rimossa l'ostruzione, i cilindri tornano automaticamente nella posizione originale. Nei modelli tradizionali a molle, un set di molle (solitamente 16 coppie di molle in acciaio legato ad alte prestazioni) funge da meccanismo di protezione da sovraccarico. Quando viene applicata una forza eccessiva, le molle si comprimono, consentendo alle parti mobili di muoversi e prevenendo danni al frantoio.
Armadio di controllo intelligente: Alcuni moderni frantoi a cono della serie CS sono dotati di un quadro elettrico intelligente. Questo quadro elettrico si basa su un sistema di controllo logico programmabile (PLC), che monitora vari parametri come temperatura, pressione e consumo energetico. Consente inoltre il controllo remoto e fornisce funzioni di diagnosi dei guasti, consentendo agli operatori di identificare e risolvere rapidamente eventuali problemi che potrebbero sorgere durante il funzionamento.
Lubrificazione a olio sottile: Per garantire il corretto funzionamento dei componenti critici, viene utilizzato un sistema di lubrificazione indipendente a olio fluido. Questo sistema è dotato di doppie pompe per la ridondanza, refrigeratori per regolare la temperatura dell'olio e filtri per rimuovere i contaminanti. Il sistema fa circolare olio ISO VG 46 nei cuscinetti e negli ingranaggi, mantenendo una pressione dell'olio compresa tra 0,2 e 0,4 MPa e una temperatura dell'olio inferiore a 55 °C.
Struttura antipolvere: Per impedire alla polvere di entrare nel frantoio e comprometterne le prestazioni, viene implementata una struttura antipolvere completa. Questa in genere include una combinazione di tenute a labirinto, paraoli e un sistema di spurgo dell'aria. Il sistema di spurgo dell'aria, che opera a una pressione di 0,3-0,5 MPa, crea una pressione positiva all'interno del frantoio, impedendo l'ingresso di polvere. In ambienti ad alta concentrazione di polvere, alcuni modelli possono anche essere dotati di un'opzione di spruzzo d'acqua per un'ulteriore eliminazione della polvere.
Creazione di modelli: Per la fusione del telaio vengono creati modelli ad alta precisione. Nella produzione moderna, vengono spesso utilizzati modelli in resina stampati in 3D. Questi modelli sono progettati con tolleranze di ritiro, in genere comprese tra l'1,2 e l'1,5%, per tenere conto delle variazioni dimensionali che si verificano durante il processo di fusione. I modelli incorporano anche tutti i dettagli più complessi, come le strutture delle nervature e i passaggi dell'olio, con elevata precisione.
Stampaggio: Gli stampi in sabbia legati con resina sono comunemente utilizzati per la fusione a telaio. La cavità dello stampo è rivestita con un rivestimento refrattario a base di zirconio, che ha uno spessore tipico di 0,2-0,3 mm. Questo rivestimento migliora la finitura superficiale del getto e contribuisce a ridurre i difetti. Le anime vengono utilizzate per formare le cavità interne, come i passaggi dell'olio, garantendo un corretto allineamento e precisione dimensionale.
Fusione e colata:
Per l'acciaio fuso ZG270-500, le materie prime vengono fuse in un forno a induzione. La temperatura di fusione è attentamente controllata nell'intervallo 1520-1560 °C. Per migliorare ulteriormente la qualità della fusione, è possibile utilizzare la colata sotto vuoto. L'acciaio fuso viene quindi colato nello stampo a una temperatura di 1480-1520 °C, con un rigoroso controllo della velocità di colata per evitare turbolenze e la formazione di inclusioni.
Per l'acciaio fuso ZG35CrMo, cromo (0,8-1,2%) e molibdeno (0,2-0,3%) vengono aggiunti durante il processo di fusione per ottenere le proprietà meccaniche desiderate. La temperatura di colata per ZG35CrMo è in genere compresa tra 1500 e 1540 °C.
Trattamento termico: Dopo la fusione, il telaio viene sottoposto a una serie di trattamenti termici. Inizialmente, la normalizzazione viene effettuata a una temperatura di 880-920 °C, seguita dal raffreddamento ad aria. Questo processo affina la struttura granulare del metallo. Successivamente, la tempra viene eseguita a 550-600 °C per alleviare le tensioni interne e raggiungere una durezza compresa tra HB 180 e 220, garantendo l'integrità strutturale e la durata del telaio.
Stampaggio: Lo stampaggio a conchiglia, che utilizza un legante in resina fenolica, è il metodo preferito per la fusione del manicotto dell'albero eccentrico. Questo processo offre un'elevata precisione dimensionale, con tolleranze di ±0,1 mm sul foro eccentrico. Lo stampo a conchiglia offre una finitura superficiale liscia, riducendo la necessità di complesse lavorazioni meccaniche post-fusione.
Colata e trattamento termico: L'acciaio fuso ZG35CrMo viene colato nello stampo a conchiglia a una temperatura di 1500-1540 °C. Dopo la fusione, il manicotto dell'albero eccentrico viene temprato in olio a 850 °C per indurirne la superficie. Segue un rinvenimento a 580 °C per ottenere la combinazione desiderata di durezza (HB 220-260) e resistenza alla trazione (≥785 MPa), garantendone la capacità di resistere alle condizioni operative ad alto stress.
Forgiatura: La billetta in acciaio 42CrMo viene prima riscaldata a una temperatura compresa tra 1150 e 1200 °C in un forno a gas. Questa temperatura elevata rende l'acciaio malleabile, consentendo una forgiatura efficiente. La billetta viene quindi sottoposta a una serie di operazioni di ricalcatura e forgiatura per conferirle la forma conica con base sferica. Questi processi di forgiatura garantiscono che il flusso dei grani metallici sia allineato con la direzione delle sollecitazioni, migliorando le proprietà meccaniche del corpo conico mobile.
Trattamento termico: Dopo la forgiatura, il corpo del cono mobile viene sottoposto a tempra in acqua a 840 °C, che raffredda rapidamente il metallo e lo indurisce. Segue un rinvenimento a 560 °C per alleviare le tensioni interne e raggiungere una durezza di 28-32 HRC, insieme a una resistenza alla trazione ≥900 MPa, fornendo la resistenza e la tenacità necessarie per il funzionamento nel frantoio.
Lavorazione grezza: Inizialmente, le flange e le nervature del telaio vengono sagomate con fresatrici CNC. Durante questo processo, sulle superfici da rifinire in seguito viene lasciato un sovrametallo di 2-3 mm. Successivamente, vengono utilizzate alesatrici per creare le sedi dei cuscinetti, con tolleranze dimensionali conformi a IT7 per garantire un corretto accoppiamento dei cuscinetti.
Lavorazione meccanica di precisione: Le superfici delle flange sono rettificate per ottenere una planarità ≤0,1 mm/m e una rugosità superficiale di Ra1,6 μm. Questa finitura superficiale liscia è fondamentale per una corretta tenuta e connessione meccanica. I fori per bulloni, in genere compresi tra M30 e M60, sono forati e filettati con una tolleranza di filettatura di 6H. Il posizionamento preciso di questi fori per bulloni è garantito, con una precisione di ±0,1 mm, per consentire un fissaggio sicuro di vari componenti.
Girando: I torni CNC vengono utilizzati per lavorare il diametro esterno e il foro eccentrico del manicotto dell'albero. Durante il processo di tornitura, viene lasciato un margine di 0,5 mm per le successive operazioni di rettifica. L'eccentricità del foro viene attentamente monitorata utilizzando un comparatore a quadrante per garantire che soddisfi i requisiti di progettazione, con una tolleranza di ±0,05 mm.
macinazione: Il diametro esterno e il foro eccentrico sono rettificati per ottenere una tolleranza dimensionale di IT6 e una rugosità superficiale di Ra0,8 μm. Anche la superficie di montaggio degli ingranaggi è lavorata per garantire la perpendicolarità all'asse, con una tolleranza di ≤0,02 mm/100 mm. Questa lavorazione ad alta precisione è essenziale per il corretto funzionamento del manicotto dell'albero eccentrico e il corretto accoppiamento degli ingranaggi conici.
Fresatura: I centri di lavorazione CNC vengono utilizzati per modellare la superficie conica del cono mobile. L'angolo del cono viene mantenuto con una tolleranza di ±0,05° e la rugosità superficiale è mantenuta a Ra3,2 μm. Anche la base sferica del cono mobile viene lavorata per garantire un corretto accoppiamento con il cuscinetto sferico.
Superficie di montaggio del rivestimento: La superficie su cui è montato il rivestimento antiusura è lavorata con una planarità ≤0,1 mm/m. Questa superficie piana è necessaria per il processo di fusione della lega di zinco, che fissa il rivestimento al corpo del cono, garantendo un legame stretto e uniforme.
Prove sui materiali:
L'analisi spettrometrica viene eseguita su tutti i componenti fusi e forgiati per verificarne la composizione chimica. Ad esempio, per ZG35CrMo, il contenuto di carbonio dovrebbe essere compreso tra 0,32 e 0,40% e il contenuto di manganese tra 0,5 e 0,8%. Qualsiasi deviazione da questi intervalli specificati può influire sulle proprietà meccaniche del materiale.
Le prove di trazione e di impatto vengono condotte su provini prelevati dallo stesso lotto di materiali. Per la forgiatura del 42CrMo, il limite di snervamento deve essere ≥785 MPa e l'energia di impatto deve essere ≥60 J/cm². Queste prove garantiscono che i materiali possano resistere alle elevate sollecitazioni a cui sono sottoposti durante il funzionamento del frantoio.
Ispezione dimensionale:
Le macchine di misura a coordinate (CMM) vengono utilizzate per misurare le dimensioni chiave dei componenti. Tra queste, l'eccentricità del manicotto dell'albero eccentrico, la conicità del cono mobile e la posizione dei fori dei bulloni. La CMM fornisce misurazioni estremamente accurate, con una tolleranza di ±0,05 mm, garantendo il corretto assemblaggio dei componenti.
La tecnologia di scansione laser viene utilizzata anche per rilevare il profilo della cavità di frantumazione formata dal cono mobile e dal cono fisso. Questa tecnologia consente di confrontare accuratamente il profilo effettivo con le specifiche di progetto, garantendo un processo di frantumazione uniforme ed efficiente.
Prove non distruttive (NDT):
Il controllo a ultrasuoni (UT) viene utilizzato per rilevare difetti interni nei getti, come i telai e le boccole eccentriche degli alberi. Qualsiasi difetto con diametro superiore a 3 mm è considerato inaccettabile, in quanto può compromettere l'integrità strutturale del componente.
Il test con particelle magnetiche (MPT) viene eseguito su pezzi forgiati, come l'albero principale e il corpo del cono mobile, per verificare la presenza di cricche superficiali e prossime alla superficie. Le cricche più lunghe di 1 mm vengono scartate, in quanto possono causare guasti catastrofici durante il funzionamento.
Test delle prestazioni:
L'equilibratura dinamica viene eseguita sui gruppi rotore, come il manicotto dell'albero eccentrico e i componenti collegati. Il processo di equilibratura mira a raggiungere un grado G2.5, che garantisce un livello di vibrazioni durante il funzionamento ≤2,5 mm/s. Questa operazione a basse vibrazioni riduce l'usura dei componenti e migliora la stabilità complessiva del frantoio.
Viene eseguito un test di carico di 48 ore utilizzando materiali standard, come il granito. Durante questo test, parametri quali la capacità produttiva, la distribuzione granulometrica delle particelle di scarico e l'usura del rivestimento vengono attentamente monitorati. La capacità produttiva deve rispettare i valori specificati per il modello specifico, la granulometria delle particelle di scarico deve rientrare nell'intervallo desiderato e i rivestimenti devono presentare un'usura uniforme per garantire prestazioni a lungo termine.
Preparazione della fondazione: Viene preparata una fondazione in calcestruzzo di grado C30. Vengono inseriti bulloni di ancoraggio nella fondazione e la planarità della superficie della fondazione viene attentamente verificata per garantire che sia ≤0,1 mm/m. Il calcestruzzo viene quindi lasciato stagionare per 28 giorni per raggiungere la sua piena resistenza.
Installazione del telaio inferiore: Il telaio inferiore viene sollevato in posizione sulla fondazione utilizzando un'attrezzatura di sollevamento adeguata. Vengono utilizzati spessori per livellare il telaio e i bulloni di ancoraggio vengono inizialmente serrati al 30% della coppia finale. Questo serraggio iniziale consente piccole regolazioni durante le fasi di installazione successive.
Manicotto eccentrico e gruppo albero principale: Il manicotto eccentrico viene installato nel telaio inferiore e l'albero principale viene inserito con cura nel manicotto. Tutti i cuscinetti vengono accuratamente lubrificati con il lubrificante appropriato prima dell'installazione per garantirne il corretto funzionamento.
Installazione del cono mobile: Il cono mobile viene sollevato e accoppiato con precisione all'albero principale. Durante l'installazione del rivestimento antiusura sul cono mobile, la lega di zinco viene colata tra il corpo del cono e il rivestimento. La lega di zinco viene riscaldata a una temperatura compresa tra 450 e 500 °C per garantire una corretta adesione e una tenuta perfetta.
