Il telaio è il componente strutturale principale, tipicamente realizzato in acciaio fuso ad alta resistenza (ad esempio ZG270-500). Fornisce una base stabile e un supporto per tutti gli altri componenti. La parte superiore del telaio ospita la concavità, mentre la parte inferiore supporta il manicotto dell'albero eccentrico, l'albero principale e altre parti mobili. Spesso vengono aggiunte nervature di rinforzo al telaio per aumentarne la rigidità e resistere alle elevate forze d'impatto generate durante lo schiacciamento. Il telaio è progettato per essere robusto, con uno spessore di 30-50 mm nelle aree critiche.
Il mantello è un componente di forma conica realizzato in acciaio ad alto tenore di manganese (come ZGMn13) o ghisa ad alto tenore di cromo. È montato sull'albero principale e ruota eccentricamente all'interno della concavità. La superficie del mantello è progettata con un profilo specifico per frantumare efficacemente i materiali. Lo spessore del mantello varia da 30 a 80 mm, a seconda del modello e dell'applicazione. La parte inferiore del mantello è collegata all'albero principale tramite un cuscinetto sferico, consentendo un movimento rotatorio fluido e stabile.
Il controbattitore è la parte esterna fissa della camera di frantumazione. È anch'esso realizzato in materiali resistenti all'usura, come acciaio ad alto tenore di manganese o ghisa ad alto tenore di cromo. Il controbattitore è fissato alla parte superiore del telaio e ha una forma conica che si adatta al mantello. La superficie interna del controbattitore è rivestita con rivestimenti antiusura sostituibili. La struttura del controbattitore è progettata per resistere all'impatto e all'abrasione dei materiali frantumati, con uno spessore di 25-60 mm.
Il manicotto dell'albero eccentrico è un componente chiave per la trasmissione del moto. È realizzato in acciaio fuso legato (come ZG35CrMo). Il manicotto dell'albero eccentrico ruota attorno all'albero principale, provocando la rotazione eccentrica del mantello. È dotato di una coppia conica di grande diametro che ingrana con una coppia conica più piccola sull'albero di trasmissione. L'eccentricità del manicotto dell'albero è attentamente progettata per controllare l'ampiezza del moto rotatorio del mantello, solitamente compresa tra 10 e 30 mm.
Il sistema di trasmissione è costituito da un motore, cinghie trapezoidali, una puleggia, un albero di trasmissione e ingranaggi conici. Il motore (solitamente con una potenza compresa tra 55 e 315 kW) fornisce la forza motrice. Le cinghie trapezoidali trasferiscono la potenza dal motore alla puleggia sull'albero di trasmissione. L'albero di trasmissione fa quindi ruotare la piccola ruota conica, che ingrana con la grande ruota conica sul manicotto dell'albero eccentrico, azionando la rotazione del manicotto dell'albero eccentrico. Il rapporto di trasmissione degli ingranaggi conici è tipicamente compreso tra 1:4 e 1:6.
Le molle sono un importante elemento di sicurezza e regolazione nei vecchi frantoi a cono a molle. Un set di molle ad alta resistenza (solitamente realizzate in acciaio legato per molle, come il 60Si2Mn) è installato attorno alla parte inferiore del telaio. In caso di presenza di materiali non frantumabili (come il ferro di scarto) nella camera di frantumazione, le molle si comprimono, consentendo al mantello di muoversi verso il basso e aumentare la luce di scarico, prevenendo danni al frantoio. La forza delle molle può essere regolata per controllare la forza di frantumazione e la dimensione dello scarico. L'intervallo di compressione delle molle è solitamente compreso tra 20 e 50 mm.
Il sistema di alimentazione include tipicamente una tramoggia di alimentazione nella parte superiore del frantoio. La tramoggia di alimentazione è progettata per distribuire uniformemente i materiali nella camera di frantumazione. Le dimensioni della tramoggia di alimentazione variano in base alla capacità del frantoio, con un intervallo di volume compreso tra 0,5 e 3 metri cubi. Il sistema di scarico si trova nella parte inferiore del frantoio. I materiali scaricati cadono attraverso la fessura di scarico regolabile, che può essere regolata modificando la posizione del concavo o utilizzando il meccanismo di regolazione a molla. La fessura di scarico può essere regolata nell'intervallo tra 3 e 50 mm per controllare la granulometria del prodotto finale.
Creazione di modelli: Viene realizzato un modello in scala reale, solitamente in legno o resina stampata in 3D, con tolleranze per il restringimento (1,5-2,0%) e la lavorazione meccanica. Il modello è progettato per rappresentare accuratamente la forma complessa del telaio, comprese tutte le cavità interne e i punti di montaggio.
Stampaggio: Per la fusione del telaio vengono utilizzati stampi in sabbia legati con resina. La sabbia viene mescolata con leganti resinosi per formare uno stampo a presa dura. Le anime vengono inserite nello stampo per creare cavità interne, come quelle per il manicotto dell'albero eccentrico e l'albero principale. Lo stampo viene quindi rivestito con un rivestimento refrattario per migliorare la finitura superficiale della fusione.
Fusione: L'acciaio fuso ad alta resistenza (ZG270 - 500) viene fuso in un forno a induzione a una temperatura compresa tra 1520 e 1560 °C. Il metallo fuso viene colato con cura nello stampo a una velocità controllata per garantire un riempimento adeguato e ridurre al minimo la formazione di difetti. Dopo la fusione, il telaio viene lasciato raffreddare lentamente nello stampo per ridurre le tensioni interne.
Trattamento termico: Il telaio fuso viene sottoposto a un processo di trattamento termico. Inizialmente, viene normalizzato a una temperatura di 880-920 °C e poi raffreddato ad aria. Segue un rinvenimento a 550-600 °C per migliorarne le proprietà meccaniche, come durezza (HB 180-220) e tenacità.
Lavorazione meccanica: Il telaio trattato termicamente viene quindi lavorato. Le fresatrici CNC vengono utilizzate per lavorare le superfici di montaggio per il manicotto concavo ed eccentrico dell'albero e altri componenti. La precisione di lavorazione è controllata entro ±0,1 mm per le dimensioni chiave. Vengono eseguite operazioni di foratura e maschiatura per creare fori per bulloni e altri elementi di fissaggio.
Forgiatura: Le billette in acciaio ad alto tenore di manganese (ZGMn13) o in ghisa ad alto tenore di cromo vengono riscaldate a 1100-1150 °C e quindi forgiate nella forma conica del mantello. La forgiatura aiuta ad allineare la struttura granulare del materiale, migliorandone la resistenza e la resistenza all'usura. Possono essere necessarie più fasi di forgiatura per ottenere la forma e la precisione dimensionale desiderate.
Trattamento termico: Dopo la forgiatura, il mantello viene trattato termicamente. Per l'acciaio ad alto contenuto di manganese, viene ricotto in soluzione a 1050-1100 °C e poi temprato in acqua per ottenere una struttura martensitica ad elevata durezza. La durezza del mantello dopo il trattamento termico è tipicamente compresa tra 45 e 55 HRC.
Lavorazione meccanica: Il mantello trattato termicamente viene lavorato per raggiungere le dimensioni finali. Torni e fresatrici CNC vengono utilizzati per lavorare la superficie conica esterna, la superficie inferiore per il cuscinetto sferico e qualsiasi altra caratteristica necessaria. La finitura superficiale della superficie di lavoro del mantello viene attentamente controllata per garantire un'azione di frantumazione uniforme, con una rugosità Ra compresa tra 3,2 e 6,3 μm.
Fusione: Analogamente al telaio, la parte concava viene fusa utilizzando stampi in sabbia legati con resina. L'acciaio ad alto tenore di manganese o la ghisa ad alto tenore di cromo vengono fusi in un forno a induzione a 1450-1500 °C e colati nello stampo. Il processo di fusione è attentamente controllato per garantire uno spessore uniforme e ridurre al minimo la porosità.
Trattamento termico: La parte concava fusa viene trattata termicamente per migliorarne le proprietà meccaniche. Solitamente viene normalizzata e rinvenuta. Per l'acciaio ad alto contenuto di manganese, la temperatura di normalizzazione è di circa 950-1000 °C, seguita da rinvenimento a 200-300 °C per ottenere la durezza e la tenacità desiderate.
Lavorazione meccanica: Dopo il trattamento termico, la concavità viene lavorata meccanicamente. La superficie interna viene lavorata secondo un profilo specifico per adattarsi al mantello, mentre la superficie esterna viene lavorata meccanicamente per il montaggio sul telaio. La precisione di lavorazione del profilo della superficie interna è di ±0,5 mm e la rugosità superficiale è Ra 6,3 - 12,5 μm.
Fusione: Per fondere il manicotto dell'albero eccentrico viene utilizzato acciaio fuso legato (ZG35CrMo). Il processo di fusione è simile a quello del telaio, con un attento controllo della temperatura di colata (1500 - 1540 °C) e della progettazione dello stampo per garantire la corretta formazione della forma eccentrica.
Trattamento termico: La bussola dell'albero eccentrico fusa viene temprata a 850-880 °C e poi rinvenuta a 580-620 °C per ottenere le proprietà meccaniche richieste, come elevata resistenza e buona resistenza all'usura. La durezza dopo il trattamento termico è in genere HB 220-260.
Lavorazione meccanica: Torni e rettificatrici CNC vengono utilizzati per lavorare i diametri esterno e interno del manicotto dell'albero eccentrico, nonché le superfici per l'ingranaggio conico e i cuscinetti. La precisione di lavorazione del diametro eccentrico è di ±0,05 mm e la rugosità superficiale delle superfici di contatto con il cuscinetto è Ra 0,8 - 1,6 μm.
Trafilatura: Il filo di acciaio per molle in lega (ad esempio 60Si2Mn) viene trafilato fino al diametro richiesto, con una tolleranza di diametro di ±0,05 mm. Il filo viene quindi avvolto nella forma della molla utilizzando una macchina avvolgitrice per molle.
Trattamento termico: Le molle elicoidali sono sottoposte a trattamento termico. Vengono prima riscaldate a 860-880 °C e poi temprate in olio. Dopo la tempra, vengono rinvenute a 420-450 °C per ottenere la rigidità e la resistenza alla fatica desiderate.
Test: Ogni molla viene testata per verificarne la rigidità e la capacità di carico. Le molle che non soddisfano i requisiti specificati vengono scartate.
Trattamento superficiale:
Pittura: Tutte le superfici metalliche esposte del frantoio, come il telaio, sono verniciate con vernice anticorrosione. La vernice viene solitamente applicata in più strati. Prima viene applicato uno strato di primer per migliorare l'adesione, seguito da uno o più strati di finitura. La vernice utilizzata è in genere una vernice epossidica di alta qualità, che offre una buona protezione contro ruggine e corrosione in ambienti di lavoro difficili.
Lubrificazione: Tutte le parti mobili, come cuscinetti, alberi e ingranaggi, sono lubrificate con lubrificanti appropriati. Per i cuscinetti, viene spesso utilizzato grasso (come il grasso al litio), mentre per gli ingranaggi vengono applicati lubrificanti a base di olio. I punti di lubrificazione sono progettati per essere facilmente accessibili per la manutenzione ordinaria.
Assemblea:
Il frantoio viene assemblato secondo una sequenza specifica. Innanzitutto, il telaio viene posizionato su un banco di lavoro stabile. Successivamente, viene installato il manicotto dell'albero eccentrico nel telaio, seguito dall'albero principale e dal mantello. Il controbattitore viene quindi montato sulla parte superiore del telaio. Il gruppo molle viene installato attorno alla parte inferiore del telaio e il sistema di trasmissione viene assemblato e collegato.
Durante l'assemblaggio, tutti i componenti vengono accuratamente allineati e fissati con bulloni e dadi. Vengono utilizzate chiavi dinamometriche per garantire che i bulloni siano serrati ai valori di coppia specificati, in genere compresi tra 100 e 500 N·m, a seconda delle dimensioni e del tipo di bullone.
Regolazione:
Dopo l'assemblaggio, il frantoio viene regolato. La luce di scarico tra il mantello e la concavità viene regolata tramite il meccanismo di regolazione a molla o altri dispositivi di regolazione. La regolazione viene effettuata per ottenere la granulometria desiderata del prodotto frantumato. La precisione di regolazione della luce di scarico è di ±1 mm.
Anche il sistema di trasmissione viene regolato per garantire il corretto allineamento di ingranaggi e cinghie. La tensione della cinghia viene regolata al valore raccomandato, solitamente misurato con un tensiometro. L'accoppiamento degli ingranaggi viene controllato per garantire un funzionamento fluido e la minima rumorosità.
Prove sui materiali:
Analisi della composizione chimica: I campioni delle materie prime utilizzate per la fusione e la forgiatura, come acciaio fuso, acciaio ad alto contenuto di manganese e acciaio legato, vengono analizzati mediante spettrometri per verificarne la composizione chimica. Ad esempio, il contenuto di carbonio in ZGMn13 dovrebbe essere compreso tra 1,0 e 1,4% e il contenuto di manganese tra 11 e 14%.
Test delle proprietà meccaniche: Sui campioni dei materiali vengono eseguite prove di trazione, prove di impatto e prove di durezza. Per l'acciaio fuso ad alta resistenza (ZG270 - 500), la resistenza alla trazione deve essere di almeno 500 MPa e l'allungamento non deve essere inferiore al 18%.
Ispezione dimensionale:
Ispezione della macchina di misura a coordinate (CMM): Una CMM viene utilizzata per misurare le dimensioni chiave di tutti i componenti, come il diametro del manicotto dell'albero eccentrico, l'altezza e il diametro del mantello e della concavità e la distanza tra i fori di montaggio sul telaio. La precisione di misurazione della CMM è di ±0,02 mm.
Ispezione del calibro: I calibri speciali vengono utilizzati per controllare le dimensioni di caratteristiche come il passo della filettatura dei bulloni e l'accoppiamento tra le parti accoppiate. Ad esempio, l'accoppiamento tra l'albero principale e il cuscinetto viene controllato utilizzando un alesametro e un calibro per alberi per garantire che il gioco rientri nell'intervallo specificato.
Prove non distruttive (NDT):
Test ad ultrasuoni (UT): La tecnologia UT viene utilizzata per rilevare difetti interni nei getti, come porosità, crepe e inclusioni. Le onde ultrasoniche vengono trasmesse attraverso il materiale e gli eventuali difetti vengono rilevati analizzando le onde riflesse. Difetti di dimensioni superiori a una certa dimensione (solitamente 3-5 mm) sono considerati inaccettabili.
Test delle particelle magnetiche (MPT): La tecnologia MPT viene utilizzata per rilevare crepe superficiali e prossime alla superficie nei materiali ferromagnetici, come i componenti in acciaio. Un campo magnetico viene applicato al componente e particelle magnetiche vengono sparse sulla superficie. Le crepe attraggono le particelle magnetiche, rendendole visibili.
Test delle prestazioni:
Vuoto - Test di carico: Il frantoio assemblato viene fatto funzionare senza materiale per un periodo di 2-4 ore. Durante questa prova, vengono verificati la rotazione dell'albero, il funzionamento del sistema di trasmissione e la stabilità della macchina. Il livello di vibrazione della macchina viene misurato tramite sensori di vibrazione e deve rientrare nei limiti specificati (solitamente inferiori a 10 mm/s).
Test di carico: Il frantoio viene quindi sottoposto a una prova di carico. Un campione rappresentativo del materiale da frantumare (ad esempio granito o calcare) viene immesso nel frantoio a una velocità controllata. Vengono misurati la capacità produttiva, la distribuzione granulometrica del prodotto frantumato e il tasso di usura del mantello e della controcassa. La capacità produttiva deve corrispondere al valore nominale del frantoio e la distribuzione granulometrica deve rientrare nell'intervallo specificato.
Preparazione della fondazione:
Per il frantoio viene gettata una fondazione in calcestruzzo. La fondazione è progettata in base al peso e alle dimensioni del frantoio, nonché alle forze dinamiche generate durante il funzionamento. Il calcestruzzo utilizzato è in genere di grado ad alta resistenza, come C30 - C40.
La fondazione viene livellata con una precisione di ±0,1 mm/m utilizzando una livella a bolla o un dispositivo di livellamento laser. Durante il getto, vengono inseriti dei bulloni di ancoraggio nella fondazione. I bulloni di ancoraggio servono a fissare il frantoio alla fondazione e devono avere un diametro e una lunghezza sufficienti a resistere alle forze che agiscono sul frantoio.
Installazione del frantoio:
Il frantoio viene sollevato con cura e posizionato sulle fondamenta utilizzando una gru o un altro mezzo di sollevamento. Il frantoio viene allineato con i bulloni di ancoraggio e sotto il telaio vengono posizionati degli spessori per regolarne il livello e l'allineamento. Gli spessori sono realizzati in acciaio e hanno uno spessore compreso tra 0,5 e 5 mm.
I bulloni di ancoraggio vengono quindi serrati utilizzando una chiave dinamometrica alla coppia di serraggio specificata, solitamente compresa tra 300 e 800 Nm, a seconda delle dimensioni del bullone. Il serraggio avviene secondo uno schema a croce per garantire una distribuzione uniforme del carico.
Installazione del sistema di trasmissione:
Il motore è installato su una base separata, anch'essa fissata alla fondazione. La base è regolata per garantire il corretto allineamento con l'albero di trasmissione del frantoio.
Le cinghie trapezoidali sono installate tra la puleggia del motore e la puleggia del frantoio. La tensione della cinghia viene regolata al valore raccomandato utilizzando un tensiometro. La corretta tensione della cinghia è importante per garantire un'efficiente trasmissione della potenza e prevenire lo slittamento della cinghia.
Gli ingranaggi conici nel sistema di trasmissione vengono installati e regolati per garantire il corretto accoppiamento. Il gioco tra gli ingranaggi viene misurato con uno spessimetro e regolato al valore specificato, solitamente compreso tra 0,1 e 0,3 mm.
Lubrificazione e installazione del sistema idraulico (se applicabile):
Viene installato il sistema di lubrificazione, che comprende pompe dell'olio, filtri e tubazioni dell'olio. Le tubazioni dell'olio vengono collegate a tutti i punti di lubrificazione del frantoio, come cuscinetti e ingranaggi. Il sistema di lubrificazione viene riempito con il lubrificante appropriato e il livello dell'olio viene controllato.
