L'albero eccentrico, componente fondamentale dei frantoi a mascelle, converte il moto rotatorio nel moto alternativo della ganascia oscillante tramite la sua struttura eccentrica, composta da colli dell'albero principale/eccentrico, un corpo dell'albero e raccordi di transizione. Realizzato in leghe ad alta resistenza (ad esempio, 40CrNiMo), viene sottoposto a forgiatura (o fusione per modelli di piccole dimensioni), lavorazione meccanica di precisione (rettifica con tolleranza IT6) e trattamento termico (tempra/rinvenimento) per garantire la massima resistenza (resistenza alla trazione ≥800 MPa).
Il controllo qualità include controlli sulla composizione dei materiali, UT/MT per difetti interni/superficiali e test di bilanciamento dinamico (squilibrio residuo ≤10 g·cm). Con una durata utile di 5-8 anni, garantisce un funzionamento stabile del frantoio anche sotto carichi elevati.
Introduzione dettagliata al componente dell'albero eccentrico dei frantoi a mascelle
L'albero eccentrico è il componente principale di un frantoio a mascelle, montato nell'alloggiamento del cuscinetto del telaio. Un'estremità si collega al volano e l'altra riceve potenza dal motore tramite una puleggia. La sua struttura eccentrica aziona la ganascia oscillante per eseguire un moto alternativo periodico durante la rotazione, fungendo da componente principale di trasmissione della potenza per la frantumazione dei materiali. L'albero eccentrico deve resistere a enormi sollecitazioni di flessione, coppia e carichi d'urto, richiedendo quindi un'elevatissima resistenza del materiale, precisione di lavorazione e stabilità strutturale.
I. Composizione e struttura dell'albero eccentrico
La progettazione strutturale dell'albero eccentrico bilancia l'efficienza della trasmissione della forza e la resistenza alla fatica. I suoi componenti principali e le caratteristiche strutturali includono:
Colli dell'albero: Diviso in collo dell'albero principale e collo dell'albero eccentrico. Il collo dell'albero principale è una parte cilindrica che si adatta all'alloggiamento del cuscinetto del telaio e funge da centro di rotazione, richiedendo elevata cilindricità e precisione superficiale. Il collo dell'albero eccentrico si collega al cuscinetto della ganascia mobile, con il suo asse sfalsato rispetto all'asse del collo dell'albero principale di un'eccentricità (tipicamente 1/4-1/3 del diametro dell'albero). Questa eccentricità converte il moto rotatorio nell'oscillazione della ganascia mobile.
Corpo dell'albero: Parte intermedia che collega il collo dell'albero principale e il collo dell'albero eccentrico, spesso a gradini o cilindrica. Gli alberi eccentrici di grandi dimensioni possono presentare scanalature di riduzione del peso sul corpo dell'albero (riducendo il peso senza comprometterne la resistenza). Alcuni corpi dell'albero presentano sedi per chiavette per il posizionamento di volani o pulegge.
Filetti di transizione: I collegamenti tra il collo dell'albero principale, il collo dell'albero eccentrico e il corpo dell'albero utilizzano raccordi di transizione ad ampio raggio (solitamente R ≥ 5 mm) per ridurre la concentrazione di sollecitazioni e prevenire fratture da fatica (si tratta di aree strutturalmente deboli).
Facce terminali: Entrambe le superfici terminali dell'albero sono lavorate in piano per fungere da riferimenti di posizionamento per volani e pulegge. Alcune superfici terminali presentano fori centrali (per il posizionamento del tamburo durante la lavorazione).
L'albero eccentrico è tipicamente realizzato in acciaio strutturale legato ad alta resistenza. I frantoi di piccole e medie dimensioni utilizzano acciaio da 45# (dopo tempra e rinvenimento), mentre le macchine di medie e grandi dimensioni adottano 40CrNiMo, 35CrMo o altri acciai legati (forgiati e rinvenuti), garantendo una resistenza alla trazione ≥ 800 MPa, uno snervamento ≥ 600 MPa e un'energia d'impatto (-20°C) ≥ 40 J.
II. Processo di fusione dell'albero eccentrico
Gli alberi eccentrici sono per lo più realizzati tramite forgiatura (la fusione è difficile da soddisfare per soddisfare i requisiti di elevata resistenza), ma la fusione viene utilizzata per alcune piccole e semplici attrezzature. I dettagli del processo di fusione sono i seguenti:
Preparazione dello stampo
Si utilizza la fusione in sabbia (sabbia di resina). Vengono realizzati modelli in legno o metallo in base alla struttura dell'albero, con una tolleranza di 8-12 mm per la forgiatura/lavorazione meccanica (tenendo conto del ritiro della fusione e delle successive esigenze di lavorazione).
La cavità dello stampo è dotata di un sistema di colata e di sollevamento adeguato per garantire il pieno riempimento del metallo fuso. I pozzi di grandi dimensioni utilizzano un sistema di colata graduale per evitare cavità da ritiro e porosità.
Fusione e colata
Ghisa di alta qualità e rottami di acciaio con basso contenuto di fosforo e zolfo vengono fusi in un forno a media frequenza, producendo acciaio fuso legato (ad esempio, ZG35CrMo) con composizione chimica controllata (C: 0,32–0,40%, Cr: 0,8–1,1%, Mo: 0,15–0,25%).
La temperatura di colata è controllata a 1520–1560°C, utilizzando il versamento dal basso per garantire un riempimento stabile ed evitare l'intrappolamento o l'inclusione di gas.
Distaffatura e trattamento termico
Dopo il raffreddamento a una temperatura inferiore a 300 °C, il getto viene sottoposto a sformatura. I montanti vengono rimossi e viene eseguita la ricottura (riscaldamento a 650–700 °C, mantenimento per 4–6 ore, quindi raffreddamento lento) per eliminare le tensioni del getto.
Dopo la sgrossatura, si procede alla tempra e al rinvenimento: riscaldamento a 850–880°C per la tempra in olio, seguito dal rinvenimento a 550–580°C per ottenere una struttura di sorbite rinvenuta con durezza 220–260 HBW e resistenza alla trazione ≥ 700 MPa.
III. Processo di fabbricazione dell'albero eccentrico (parti forgiate)
Processo di forgiatura
Le billette di acciaio strutturale legato di alta qualità (ad esempio, 40CrNiMo) vengono riscaldate a 1100–1200 °C e sottoposte a forgiatura libera, utilizzando processi di imbutitura e ricalcatura per dare la forma, garantendo densità interna e assenza di crepe da forgiatura.
Dopo la forgiatura viene eseguita la ricottura di sferoidizzazione (mantenuta a 780–800 °C, raffreddata lentamente) per ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità.
Lavorazione grezza
Il collo dell'albero principale, il collo dell'albero eccentrico e il corpo dell'albero vengono sgrossati su un tornio o un tornio CNC, lasciando una tolleranza di finitura di 3–5 mm, con tolleranza del diametro controllata a ±1 mm.
Sulle estremità dell'albero vengono praticati dei fori centrali come riferimenti di posizionamento per le lavorazioni successive.
Semi-finitura
Utilizzando fori centrali per il posizionamento, i colli dell'albero principale ed eccentrico vengono torniti fino a raggiungere dimensioni prossime a quelle di progetto (con tolleranza di rettifica rimanente di 0,5–1 mm), garantendo una cilindricità ≤ 0,1 mm e una deviazione dell'eccentricità ≤ 0,05 mm.
Le sedi per chiavette sono fresate: lavorate sul corpo dell'albero o sulle estremità con tolleranza di larghezza ±0,05 mm, tolleranza di profondità ±0,1 mm e rugosità del fondo della scanalatura Ra ≤ 6,3 μm.
Finitura
Rettifica dei colli degli alberi principali ed eccentrici: vengono utilizzate rettificatrici cilindriche esterne per ottenere una tolleranza dimensionale IT6, rugosità superficiale Ra ≤ 0,8 μm, rotondità ≤ 0,005 mm e rettilineità dell'asse ≤ 0,01 mm/m.
Rettifica di precisione delle superfici frontali: garanzia di perpendicolarità all'asse ≤ 0,02 mm/100 mm.
IV. Processo di controllo qualità dell'albero eccentrico
Ispezione dei materiali
L'analisi spettrale delle materie prime viene condotta prima della forgiatura/fusione per verificarne la conformità alla composizione chimica. Vengono eseguite prove di trazione e impatto sui campioni per garantire che le proprietà meccaniche siano conformi agli standard (ad esempio, il 40CrNiMo dopo la tempra richiede un'energia d'impatto ≥ 60 J).
Test di qualità interna
I pezzi forgiati vengono sottoposti a test ultrasonici (UT) al 100%, escludendo difetti interni ≥ φ2 mm. Il test con particelle magnetiche (MT) viene applicato alle aree di concentrazione delle sollecitazioni, come i raccordi di transizione del collo dell'albero, per garantire l'assenza di cricche superficiali.
Ispezione di precisione della lavorazione
I diametri del collo dell'albero vengono misurati con micrometri e la rotondità/cilindricità con comparatori a quadrante. L'eccentricità viene verificata con un misuratore di eccentricità, che richiede una deviazione entro ±0,03 mm dal valore di progetto.
Una macchina di misura a coordinate verifica la precisione della posizione della sede della chiavetta, garantendo un errore di simmetria con l'asse ≤ 0,05 mm.
Verifica pre-assemblaggio
Viene eseguito un test di bilanciamento dinamico (velocità di rotazione ≥ 1500 giri/min) con squilibrio residuo ≤ 10 g·cm. Il montaggio di prova con cuscinetti e volani garantisce il corretto gioco di accoppiamento (H7/js6 per il collo dell'albero principale e il cuscinetto).
Grazie a un rigoroso controllo del processo, l'albero eccentrico mantiene prestazioni stabili in condizioni di funzionamento a lungo termine con carichi elevati, con una durata di servizio di 5-8 anni (a seconda della durezza del materiale e della frequenza di manutenzione), rendendolo un componente fondamentale che garantisce il funzionamento continuo dei frantoi a mascelle
