I cuscinetti sono componenti fondamentali dei frantoi a mascelle, che consentono il movimento rotatorio e la funzionalità portante. Sono installati principalmente nei collegamenti tra l'albero eccentrico e l'alloggiamento del cuscinetto della ganascia oscillante, nonché tra l'albero principale e il telaio. I cuscinetti convertono il movimento rotatorio dell'albero eccentrico nel movimento oscillatorio della ganascia oscillante, resistendo ai carichi radiali e assiali generati durante la frantumazione. Le loro prestazioni influiscono direttamente sulla precisione operativa, sul consumo energetico e sulla durata utile del frantoio, richiedendo elevata capacità di carico, resistenza all'usura e agli urti.
Gli frantoi a mascelle vengono comunemente utilizzati cuscinetti a rulli orientabili a doppia fila (per macchine di grandi dimensioni) o cuscinetti a rulli autoallineanti (per macchine di piccole e medie dimensioni). La loro composizione e caratteristiche strutturali sono le seguenti:
Anello interno
Un componente a forma di anello con accoppiamento con interferenza sull'albero eccentrico. Il diametro interno dell'anello interno forma un accoppiamento di tolleranza con l'albero (tipicamente H7/k6). La sua superficie esterna è lavorata con una pista di rotolamento (sferica o arcuata) per guidare il movimento dei rulli. Entrambi i lati dell'anello interno presentano flange per limitare lo spostamento assiale dei rulli; l'altezza della flangia corrisponde alla lunghezza del rullo (solitamente 1/3–1/2 del diametro del rullo) per garantire una distribuzione uniforme della forza.
Anello esterno
Componente a forma di anello con accoppiamento di transizione nell'alloggiamento del cuscinetto a ganascia oscillante o nel foro del telaio. Il diametro esterno dell'anello esterno forma un accoppiamento di tolleranza con il foro dell'alloggiamento del cuscinetto (tipicamente J7/h6). La sua superficie interna presenta una pista di rotolamento sferica corrispondente all'anello interno, con il centro di curvatura della pista di rotolamento coincidente con l'asse del cuscinetto. Ciò consente all'anello interno di spostarsi angolarmente rispetto all'anello esterno di ±2°–3° (compensando errori di installazione o flessioni dell'albero).
Elementi rotolanti
Componenti portanti tra l'anello interno e quello esterno, per lo più rulli a forma di botte (sferici). Il numero varia in base alle dimensioni del cuscinetto (8-12 per cuscinetti di piccole/medie dimensioni, 15-20 per quelli di grandi dimensioni). I rulli sono rettificati di precisione (rugosità superficiale Ra ≤ 0,4 μm) e realizzati in acciaio al cromo ad alta resistenza per cuscinetti (GCr15SiMn), che offre elevata durezza (60-65 HRC) e resistenza all'usura per sopportare carichi d'impatto radiali.
Gabbia
Una struttura che separa e guida i corpi volventi, realizzata in ottone (H62), acciaio stampato (SPCC) o nylon rinforzato (PA66+GF25). I cuscinetti di grandi dimensioni utilizzano spesso gabbie in ottone massiccio (per un'elevata resistenza), mentre i cuscinetti di piccole/medie dimensioni utilizzano gabbie in acciaio stampato (per un design leggero). Le gabbie presentano strutture a finestra o a onda per garantire una distribuzione uniforme dei rulli e prevenire l'attrito reciproco.
Dispositivo di tenuta
Componenti resistenti alla contaminazione su entrambe le estremità del cuscinetto, costituiti da anelli di tenuta (gomma nitrilica o gomma fluorurata) e parapolvere. Gli anelli di tenuta formano un accoppiamento con interferenza con l'anello interno, con labbri sul lato interno dell'anello esterno per impedire perdite di lubrificante e l'ingresso di polvere/acqua (fondamentale per ambienti di frantumazione polverosi, che richiedono un grado di protezione IP54 o superiore).
Preparazione delle materie prime
Vengono selezionate barre tonde laminate a caldo in acciaio per cuscinetti ad alto tenore di carbonio e cromo (GCr15), con diametri determinati in base alle dimensioni del cuscinetto (con una tolleranza di lavorazione di 5-10 mm). Il controllo a ultrasuoni (UT) garantisce l'assenza di cricche o inclusioni interne.
Forgiatura
Le barre tonde vengono riscaldate a 850–900 °C e forgiate a stampo in pezzi forgiati ad anello (anello interno) o a tazza (anello esterno) tramite ricalcatura, punzonatura ed espansione. I pezzi forgiati vengono raffreddati ad aria per mantenere un flusso continuo dei grani (migliorando la resistenza alla fatica).
Trattamento termico (intermedio)
Ricottura di sferoidizzazione: riscaldamento a 780–800 °C, mantenimento per 3–4 ore, seguito da raffreddamento lento a 600 °C per raffreddamento ad aria. Questa sferoidizzazione dei carburi riduce la durezza a 207–255 HBW e migliora la lavorabilità.
Lavorazione grezza
Tornitura: i torni CNC lavorano i diametri interni/esterni, le superfici terminali e le flange degli anelli interni/esterni, lasciando 1-2 mm di sovrametallo di finitura. Il parallelismo delle superfici terminali è ≤ 0,1 mm/100 mm e la coassialità del diametro interno/esterno è ≤ 0,05 mm.
Foratura (anello esterno): i fori di lubrificazione (diametro 3–5 mm) vengono praticati nella flangia dell'anello esterno, con tolleranza di posizione di ±0,5 mm per allinearli con i passaggi dell'olio dell'alloggiamento del cuscinetto.
Trattamento termico (finale)
Tempra: riscaldamento a 830–860 °C, tempra in olio (velocità di raffreddamento ≥ 50 °C/s) per ottenere 61–65 HRC per gli anelli interni/esterni.
Rinvenimento a bassa temperatura: mantenimento a 150–180°C per 2–3 ore per alleviare lo stress da tempra e stabilizzare la microstruttura (austenite residua ≤ 5%).
Lavorazione di finitura
Rettifica: le rettificatrici senza centri lavorano i diametri esterni, le rettificatrici interne lavorano i diametri interni (tolleranza IT5), le rettificatrici piane lavorano le facce terminali (parallelismo ≤ 0,01 mm/100 mm) e le rettificatrici per piste di rotolamento lavorano piste di rotolamento sferiche (rugosità superficiale Ra ≤ 0,1 μm, deviazione del raggio di curvatura ≤ 0,005 mm).
Superfinitura: le piste di rotolamento vengono superfinite (rimuovendo 0,005–0,01 mm) per ridurre la rugosità a Ra ≤ 0,025 μm, migliorando la precisione del contatto e la resistenza all'usura.
Stampaggio a freddo
Trattamento termico
Rettifica e superfinitura
Le rettificatrici senza centri lavorano diametri esterni (tolleranza ±0,002 mm). Le rettificatrici sferiche lavorano superfici sferiche (deviazione del raggio di curvatura ≤ 0,003 mm). La superfinitura raggiunge Ra ≤ 0,02 μm.
gabbie in ottone: Lavorate da barre di ottone tramite tornitura e fresatura in strutture tipo finestra, con tolleranza dimensionale della finestra di ±0,05 mm per garantire un gioco di 0,1–0,2 mm con i rulli.
Gabbie in acciaio stampato: Formato da fogli SPCC tramite stampaggio, con bordi delle finestre sbavati e superfici zincate (spessore 8–12 μm) per la resistenza alla ruggine.
Ispezione delle materie prime
Analisi chimica: la spettrometria verifica la composizione del GCr15 (C: 0,95–1,05%, Cr: 1,3–1,65%, P ≤ 0,025%, S ≤ 0,025%).
Test di inclusione non metallica: valutazione ≤ 2,5 (secondo GB/T 10561) per evitare che grandi inclusioni causino guasti prematuri.
Ispezione di precisione dimensionale
Anelli interni/esterni: le macchine di misura a coordinate verificano i diametri interni/esterni e la curvatura della pista di rotolamento (deviazione ≤ 0,005 mm). I misuratori di rotondità verificano la rotondità (≤ 0,001 mm).
Elementi volventi: i misuratori di diametro laser verificano il diametro (tolleranza ±0,002 mm) e la coerenza dimensionale (deviazione ≤ 0,003 mm).
Test delle proprietà meccaniche
Prova di durezza: i durometri Rockwell verificano 61–65 HRC per gli anelli e 62–66 HRC per i rulli, con uniformità di durezza ≤ 3 HRC.
Resistenza all'impatto: campionamento per prove di impatto a -40°C (energia d'impatto ≥ 20 J) per garantire la resistenza alle basse temperature.
Ispezione della qualità della superficie
Prova con particelle magnetiche (MT): rileva crepe superficiali su anelli/rulli (lunghezza ≤ 0,5 mm), escludendo pieghe o graffi.
Test di rugosità: gli interferometri laser verificano la rugosità della pista di rotolamento (Ra ≤ 0,1 μm) e la superfinitura Ra ≤ 0,025 μm.
Controllo di qualità dell'assemblaggio
Prova di gioco: strumenti specializzati misurano il gioco radiale (secondo GB/T 4604, deviazione ±5 μm).
Precisione di rotazione: i tester per cuscinetti verificano la scentratura radiale (≤ 0,01 mm) e il movimento assiale (≤ 0,02 mm) alla velocità nominale.
Verifica della vita
Test di durata accelerati: il campionamento funziona con un carico nominale pari a 1,2 volte per 1000 ore, senza richiedere vibrazioni anomale (ampiezza ≤ 0,01 mm) o un eccessivo aumento della temperatura (≤ 40 °C). Lo smontaggio conferma l'assenza di scheggiature della pista di rotolamento o di usura grave.
Grazie a un rigoroso controllo di processo, i cuscinetti funzionano in modo affidabile anche sotto carichi e urti elevati, con una durata utile di 8.000-12.000 ore (a seconda della lubrificazione e della manutenzione). Controlli regolari della lubrificazione (spessore del film d'olio ≥ 5 μm) sono fondamentali per prevenire il burnout dei cuscinetti dovuto a carenza di olio o contaminazione.
Il cuscinetto è una parte importante del frantoio a mascelle. Generalmente, vengono utilizzati cuscinetti a rulli a razzo. Il modello specifico del cuscinetto può essere determinato da tre aspetti: dimensioni, precisione e gioco interno.
Una dimensione del cuscinetto
La dimensione dell'albero eccentrico viene calcolata in base alla forza di schiacciamento. Dopo aver inizialmente determinato i perni dell'albero eccentrico sul cuscinetto del telaio e sul cuscinetto della ganascia mobile, le specifiche del cuscinetto vengono inizialmente determinate in base a ciò e, di solito, vengono selezionate le specifiche della serie di larghezza media il più possibile per verificare la durata teorica del cuscinetto e soddisfare gli standard pertinenti.
B Precisione del cuscinetto
La precisione del cuscinetto comprende due aspetti: tolleranza dimensionale e precisione di rotazione, che si tratti della tolleranza geometrica di ciascun componente del cuscinetto o degli errori di eccentricità radiale e assiale durante la rotazione, poiché il frantoio a ganasce si muove a una velocità del mandrino inferiore a 300 giri/min. Pertanto, i normali cuscinetti di precisione possono soddisfare i requisiti.
C Gioco interno del cuscinetto
I cuscinetti a rulli Rocket hanno solo gioco radiale. Secondo la norma, il gioco radiale è suddiviso in cinque gruppi, selezionati e regolati dal produttore prima di uscire dalla fabbrica. In questa fase, il gioco è definito gioco originale. Dopo il montaggio del cuscinetto, il suo gioco originale verrà ridotto. Per il cuscinetto a ganascia mobile, l'albero eccentrico viene assemblato con interferenza. Dopo il riscaldamento del cuscinetto a ganascia mobile, l'anello interno viene espanso e montato sull'albero eccentrico. L'espansione dell'anello interno ridurrà il gioco originale del cuscinetto.
2. Usura dei cuscinetti del frantoio a mascelle
Se l'albero presenta un'usura minima, è possibile tornirlo per ottenere la forma geometrica corretta del perno, solo per ripararne la forma. Quindi, ridurre di conseguenza il diametro interno del cuscinetto. Tuttavia, se la dimensione del perno si riduce del 5% rispetto all'originale dopo diversi trattamenti di questo tipo, la tornitura non è consentita e si deve sostituire l'albero con uno nuovo.
3. Installazione del cuscinetto del frantoio a mascelle
a. Verificare la presenza di ruggine prima dell'installazione. È possibile pulirla con gasolio o cherosene. Quindi verificare che il gioco radiale del cuscinetto, le dimensioni e la precisione del foro interno e le dimensioni del perno di banco dell'albero eccentrico siano conformi ai requisiti.
b. A causa dell'elevato surplus di perno (al massimo che può essere alloggiato o sopportato) del cuscinetto equipaggiato, questo viene generalmente installato con il metodo di fissaggio a caldo. Il cuscinetto viene riscaldato a una temperatura di circa 100 °C e il foro dell'albero si espande fino a superare la dimensione del perno. Successivamente, è possibile procedere all'assemblaggio. Il metodo di caricamento a caldo utilizza un bagno d'olio per il riscaldamento, che può garantire che tutte le parti del cuscinetto vengano riscaldate uniformemente senza deformarlo o ridurne la durezza.
c. Dopo aver montato il cuscinetto, utilizzare uno spessimetro per controllare il gioco radiale del cuscinetto dopo il completo raffreddamento. Se il gioco è troppo piccolo o non c'è, individuare la causa in tempo. Se non si riesce a individuare la causa, è necessario smontare il cuscinetto e rimontarlo. Se il gioco è corretto, è possibile ingrassare e quindi assemblare le altre parti.
