Arbre principal du broyeur à boulets

Présentation détaillée, processus de fabrication et processus d'inspection de l'arbre du broyeur à boulets

I. Fonctions et caractéristiques structurelles de l'arbre d'un broyeur à boulets

• Transmission du couple : Transmet le couple de sortie du moteur à travers le réducteur au cylindre, entraînant la rotation du cylindre (vitesse de rotation : 15-30 tr/min) ;

• Capacité de charge : Supporte le poids total du cylindre, des éléments de broyage (billes d'acier) et des matériaux (jusqu'à plusieurs milliers de tonnes pour les grands broyeurs à boulets) ;

• Raccord d'étanchéité : Utiliser le dispositif d'étanchéité aux orifices d'alimentation et de décharge pour éviter les fuites de matériau.

• Forme : Un cylindre creux étagé (la structure creuse réduit le poids), avec un tourillon (paliers correspondants) aux deux extrémités et une liaison par boulon à bride avec le cylindre au milieu ;

• Dimensions : Le diamètre de l'arbre des broyeurs à boulets de petite et moyenne taille est généralement de 300 à 800 mm, tandis que celui des grands broyeurs peut dépasser 1500 mm ; la longueur correspond à celle du cylindre (2 à 10 m) ;

• Matériau : Nécessite à la fois une résistance et une ténacité élevées. Les arbres de petite et moyenne taille utilisent acier au carbone de haute qualité 45# (faible coût, bonne usinabilité), tandis que les modèles de grande taille ou robustes adoptent acier de construction en alliage 42CrMo (résistance à la traction ≥ 800 MPa, ténacité à l'impact ≥ 60 J/cm²).

II. Procédé de fabrication d'un arbre de broyeur à boulets (en prenant comme exemple le matériau 42CrMo)

1. Prétraitement et forgeage des matières premières

• sélection des matières premières: Utiliser de l'acier rond 42CrMo d'un diamètre de 300 à 1800 mm, accompagné d'une certification du matériau (composition chimique : C 0,38-0,45 %, Cr 0,9-1,2 %, Mo 0,15-0,25 %) ;

• procédé de forgeage:

• Chauffage : Chauffer l'acier rond dans un four à gaz naturel à 1100-1150℃ (température d'austénitisation) et maintenir pendant 2 à 4 heures (à ajuster en fonction du diamètre) ;

• Forgeage : Adopter le forgeage libre ou le forgeage par matrice de presse hydraulique, avec refoulement et étirage par étapes pour garantir le rapport de forgeage (rapport longueur-diamètre) ≤ 3,5 et éliminer la porosité interne ;

• Traitement après forgeage : Refroidir lentement jusqu'à 600 °C puis refroidir à l'air pour éviter les fissures causées par une différence de température excessive ; contrôler la surépaisseur de forgeage à 15-20 mm.

2. Traitement thermique (Processus clé déterminant les propriétés mécaniques)

• NormalisationChauffer à 860-880℃, maintenir pendant 3 heures, puis refroidir à l'air pour affiner les grains, éliminer les contraintes de forgeage et réduire la dureté à 220-250 HBW ;

• Trempe et revenu:

• Trempe : Chauffer à 840-860℃, maintenir, puis refroidir à l'huile (vitesse de refroidissement ≥ 50℃/s) pour assurer le durcissement du noyau ;

• Revenu à haute température : Maintenir à 580-620℃ pendant 4 heures, puis refroidir à l'air pour atteindre une dureté finale de 280-320 HBW, équilibrant résistance et ténacité ;

• Détection des défauts: Effectuer un contrôle par ultrasons à 100 % après trempe et revenu (conforme à la norme JB/T 4730.3 niveau I), sans fissures ni écaillages autorisés.

3. Ébauche et semi-finition

• Ébauche d'usinage:

• Tournage : Tournez le cercle extérieur et la face d'extrémité sur un tour à plancher ou un tour CNC, en laissant une surépaisseur d'usinage de 8 à 10 mm ;

• Perçage et alésage : Aléser le trou intérieur creux (diamètre 1/3-1/2 du diamètre de l'arbre) pour éliminer les zones de concentration de contraintes internes ;

• Semi-finition:

• Tournage de finition : Continuer à tourner la face d’extrémité du tourillon et de la bride, en laissant une surépaisseur de rectification de 2 à 3 mm, et usiner une table de processus au niveau du tourillon (pour un positionnement ultérieur) ;

• Fraisage : Fraiser les trous de raccordement de la bride (répartis uniformément sur la circonférence, 8 à 32 trous, diamètre φ20 à φ60 mm).

4. Usinage de précision (garantissant la précision d'assemblage)

• Affûtage:

• Rectification du tourillon : Rectifier le tourillon correspondant au palier sur une rectifieuse cylindrique universelle (tolérance IT6, rugosité de surface Ra ≤ 0,8 μm), en assurant une cylindricité ≤ 0,005 mm/m ;

• Rectification de la face d'extrémité : Rectifier la face d'extrémité de la bride (planéité ≤ 0,02 mm/m) pour assurer une perpendicularité à l'axe ≤ 0,01 mm/100 mm ;

• Inspection de précision: Utiliser une machine à mesurer tridimensionnelle pour vérifier les dimensions clés (par exemple, le diamètre du tourillon, l'épaisseur de la bride) avec un écart contrôlé à ±0,02 mm ;

• Traitement de surface: Traitement de phosphatation sur la surface du tourillon (pour la prévention de la rouille), et apprêt + couche de finition sur les surfaces non accouplées (épaisseur totale ≥ 80 μm).

5. Inspection finale et assemblage d'essai

• Nettoyage : Nettoyer la surface avec du diesel pour enlever l'huile et les limaille de fer ;

• Assemblage d'essai : Préassembler avec le siège de palier et la bride du cylindre, vérifier l'ajustement entre le tourillon et la bague intérieure du palier (interférence 0,01-0,03 mm) et le degré de position des trous de connexion de la bride (≤ 0,1 mm).

III. Processus d'inspection de l'arbre du broyeur à boulets

1. Inspection des matières premières et des pièces forgées

• analyse de la composition chimique: Utilisez un spectromètre à lecture directe pour détecter la composition 42CrMo, en veillant à ce que les teneurs en Cr et Mo soient dans les plages standard ;

• contrôle de la qualité du forgeage:

• Macrostructure : Test de gravure (solution alcoolique d'acide nitrique à 10 %), sans retrait, croûte ni fissures autorisés ;

• Propriétés mécaniques : Prélever des échantillons forgés pour un essai de traction (résistance à la traction ≥ 800 MPa, limite d'élasticité ≥ 600 MPa) et un essai d'impact (énergie d'impact à -20℃ ≥ 40 J).

2. Inspection du traitement thermique

• Tests de dureté: Mesurer la dureté en plusieurs points sur le tourillon et la bride avec un testeur de dureté Brinell, en assurant une dureté de 280-320 HBW (écart d'uniformité ≤ 20 HBW) ;

• structure métallographique: Inspecter la structure trempée et revenue (sorbite revenue, grade ≤ 3) sans carbures de réseau ni ferrite libre.

3. Contrôle de la précision d'usinage

• Précision dimensionnelle:

• Diamètre du tourillon : mesuré avec un micromètre (tolérance IT6, par exemple, un tourillon de φ500 mm autorise +0,03-+0,05 mm) ;

• Diamètre du trou intérieur : mesuré avec un comparateur à cadran interne, tolérance H8 (garantissant un jeu d'ajustement avec le tuyau d'alimentation) ;

• Tolérance géométrique:

• Faux-rond radial : mesuré sur un tour de précision ou un instrument de mesure de déflexion, ≤ 0,02 mm/m au niveau du tourillon ;

• Rectitude : Détectée avec un niveau, écart sur toute la longueur ≤ 0,05 mm/m.

4. Inspection finale du produit

• Qualité de surface: Visuellement ou par contrôle par ressuage (PT) pour vérifier la surface, sans rayures ni bosses (profondeur ≤ 0,5 mm) ;

• Test d'équilibre dynamique: Pour les arbres avec une vitesse de rotation ≥ 30 tr/min, effectuer un test d'équilibrage dynamique (balourd ≤ 50 g·mm/kg) ;

• essai hydrostatique: Effectuer un test hydrostatique de 0,5 MPa sur l'alésage intérieur de l'arbre creux, sans fuite pendant 30 minutes (pour garantir l'étanchéité).

IV. Résumé