L'écrou de l'arbre principal du concasseur à cône, élément de fixation essentiel situé en haut ou en bas de l'arbre principal, fixe des composants tels que le roulement de l'arbre principal, la bague excentrique et le cône mobile. Ses principales fonctions comprennent la fixation axiale (empêchant les déplacements dus aux vibrations et aux charges), le transfert de charge (répartition des charges axiales jusqu'à plusieurs centaines de kilonewtons), le réglage de la précharge des roulements et la prévention de la contamination.
Structurellement, il s'agit d'une grande fixation robuste avec un profil cylindrique ou hexagonal, composée du corps de l'écrou (acier allié à haute résistance 42CrMo/35CrMo ou acier moulé ZG35CrMo), des filetages internes (tolérance de classe 6H, pas grossier M30–M100), des mécanismes de verrouillage (fentes de verrouillage, interface conique, trous de vis de réglage), de la surface d'application du couple, de la rainure d'étanchéité et de l'épaulement/de la bride.
Pour les gros écrous (diamètre extérieur > 300 mm), le processus de moulage comprend la sélection du matériau (ZG35CrMo), la réalisation de modèles (avec marges de retrait), le moulage (sable vert ou sable lié à la résine), la fusion et le coulage (température et débit contrôlés), le refroidissement et le décochage, ainsi que le traitement thermique (normalisation et revenu). L'usinage comprend l'ébauche, l'usinage du filetage, l'usinage des éléments de blocage, le traitement thermique de trempe (filetages trempés par induction à 45–50 HRC), l'usinage de finition et le traitement de surface.
Le contrôle qualité comprend des tests de matériaux (composition chimique et dureté), des contrôles dimensionnels (MMT et calibres de filetage), des tests d'intégrité structurelle (MPT et UT), des tests fonctionnels (tests de couple et de vibrations) et des tests de performance des joints. Ces tests garantissent la fixation fiable de l'écrou de l'arbre principal, permettant un fonctionnement stable du concasseur à cône sous de lourdes charges et de fortes vibrations.
Présentation détaillée du composant de l'écrou de l'arbre principal du concasseur à cône
1. Fonction et rôle de l'écrou de l'arbre principal
L'écrou de l'arbre principal du concasseur à cône (également appelé écrou de broche ou écrou de retenue d'arbre) est une fixation essentielle située à l'extrémité supérieure ou inférieure de l'arbre principal. Il sert à fixer des composants clés tels que le roulement de l'arbre principal, la douille excentrique ou le cône mobile. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Fixation axiale: Verrouillage de l'arbre principal sur la bague excentrique ou le boîtier de roulement, empêchant le déplacement axial causé par les vibrations à haute fréquence et les charges alternées pendant l'écrasement.
Transfert de charge: Répartition des charges axiales (jusqu'à des centaines de kilonewtons) du cône mobile et de l'arbre principal au système de roulement, garantissant une transmission de force équilibrée.
Réglage de la précharge du roulement: Travailler avec des cales ou des rondelles pour régler la précharge optimale du roulement de l'arbre principal, réduisant ainsi le jeu et améliorant la stabilité en rotation.
Prévention de la contamination:Création d'un joint avec l'arbre principal et les composants adjacents pour empêcher la poussière, les particules de minerai et l'humidité de pénétrer dans le système de roulement, prolongeant ainsi la durée de vie.
Compte tenu de son rôle dans les environnements à forte charge et à fortes vibrations, l'écrou de l'arbre principal doit présenter une résistance à la traction élevée, une résistance aux chocs et des performances anti-desserrage.
2. Composition et structure de l'écrou de l'arbre principal
L'écrou d'arbre principal est une fixation de grande taille et robuste avec un profil cylindrique ou hexagonal, comportant les composants clés et les détails structurels suivants :
Corps de l'écrouSection structurelle principale, généralement en acier allié à haute résistance (par exemple, 42CrMo ou 35CrMo), de conception pleine ou creuse. Son diamètre extérieur varie de 150 mm à 600 mm, avec une épaisseur de paroi de 20 à 50 mm selon le modèle de concasseur.
Filetages internesFiletages usinés avec précision (métriques ou en pouces) qui s'adaptent aux filetages extérieurs de l'arbre principal. Les filetages sont souvent à pas grossier (M30–M100) pour supporter des charges axiales élevées, avec une tolérance de classe 6H pour un ajustement serré.
Mécanisme de verrouillage:Caractéristiques pour éviter le desserrage sous l'effet des vibrations, telles que :
Fentes de verrouillage:Rainures circonférentielles sur la surface extérieure de l'écrou qui s'alignent avec les boulons de verrouillage sur la bague excentrique, limitant la rotation.
Interface conique:Un siège conique à une extrémité qui s'accouple avec un cône correspondant sur l'arbre principal ou le roulement, améliorant l'adhérence sous charge.
Trous de vis de réglage: Trous filetés radiaux pour vis de réglage qui appuient contre l'arbre principal, créant un verrouillage par friction.
Surface d'application du couple:Un profil extérieur hexagonal ou un entraînement carré sur la face supérieure, permettant d'appliquer un couple via une clé ou un outil hydraulique lors de l'installation et du retrait.
rainure d'étanchéité:Une rainure circonférentielle sur la surface intérieure ou extérieure qui abrite un joint torique ou un joint d'étanchéité, améliorant l'étanchéité avec les composants adjacents.
Épaule ou bride:Une projection radiale à une extrémité qui agit comme une butée, limitant la profondeur d'insertion de l'écrou et assurant un positionnement correct par rapport au roulement.
3. Processus de moulage de l'écrou de l'arbre principal
Pour les écrous d'arbre principal de grande taille (diamètre extérieur >300 mm), le moulage est une méthode de fabrication efficace pour obtenir des formes complexes :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé à haute résistance (ZG35CrMo) est privilégié pour ses excellentes propriétés mécaniques : résistance à la traction ≥ 700 MPa, limite d'élasticité ≥ 500 MPa et résilience ≥ 35 J/cm². Il offre une bonne usinabilité et une bonne trempabilité, ce qui le rend idéal pour les applications portantes.
Création de modèles:
Un modèle de précision est créé en bois, en mousse ou en résine imprimée en 3D, reproduisant le diamètre extérieur, le filetage interne (simplifié), les dispositifs de verrouillage et la bride de l'écrou. Des marges de retrait (1,5 à 2 %) sont ajoutées, avec des marges plus importantes pour les sections à parois épaisses.
Le modèle comprend un noyau pour former l'alésage interne, garantissant la précision dimensionnelle du diamètre de la racine du filetage.
Moulage:
Un moule en sable vert ou en sable lié à la résine est préparé, le modèle étant positionné pour former la forme extérieure et le noyau de l'alésage intérieur. La cavité du moule est recouverte d'un enduit réfractaire pour améliorer l'état de surface et prévenir l'inclusion de sable.
Fondre et couler:
L'acier moulé est fondu dans un four à arc électrique à 1520–1560 °C, avec une composition chimique contrôlée à C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 % et Mo 0,15–0,25 % pour équilibrer la résistance et la ténacité.
Le coulage est effectué à 1480–1520°C à l'aide d'une louche, avec un débit constant pour éviter les turbulences et assurer un remplissage complet du moule, en particulier dans les éléments de verrouillage complexes.
Refroidissement et secouage:
La pièce est refroidie dans le moule pendant 48 à 72 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis éliminée par vibration. Les résidus de sable sont nettoyés par grenaillage (grain d'acier G25), ce qui permet d'obtenir une rugosité de surface de Ra25–50 μm.
Traitement thermique:
La normalisation (850–900 °C, refroidi par air) affine la structure du grain, suivie d'un revenu (600–650 °C) pour réduire la dureté à 180–230 HBW, améliorant ainsi l'usinabilité.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
L'ébauche moulée est montée sur un tour CNC pour usiner le diamètre extérieur, la face de la bride et les surfaces supérieure et inférieure, en laissant une surépaisseur de finition de 2 à 3 mm. Les dimensions clés (par exemple, hauteur de l'écrou, épaisseur de la bride) sont contrôlées à ± 0,2 mm.
Usinage de filetage:
Les filetages internes sont ébauchés à l'aide d'un taraud ou d'une fraiseuse à fileter CNC, garantissant un diamètre primitif de 0,5 mm environ par rapport à la taille finale. Pour les gros écrous, un outil de filetage monopointe est utilisé pour créer le profil du filetage.
Usinage de fonctions de verrouillage:
Les fentes de verrouillage sont fraisées dans la surface extérieure à l'aide d'une fraiseuse CNC, avec une tolérance de profondeur (± 0,1 mm) et un espacement uniforme (± 0,5 mm) autour de la circonférence de l'écrou.
Les trous des vis de réglage sont percés et taraudés selon une tolérance de classe 6H, avec une perpendicularité (± 0,1 mm/100 mm) par rapport à l'axe de l'écrou pour assurer un engagement correct avec l'arbre principal.
Traitement thermique pour le durcissement:
Les surfaces filetées et les zones porteuses de l'écrou sont trempées par induction sur une profondeur de 1 à 3 mm, atteignant une dureté de surface de HRC 45 à 50 pour améliorer la résistance à l'usure et la résistance du filetage.
Le revenu à 200–250 °C soulage les contraintes résiduelles, évitant ainsi les fissures lors de l'usinage de finition.
Usinage de finition:
Les filetages internes sont usinés en finition selon une tolérance de classe 6H à l'aide d'un taraud ou d'une meuleuse de précision, garantissant des flancs de filetage lisses et un diamètre de pas correct pour un accouplement correct avec l'arbre principal.
L'interface conique (le cas échéant) est rectifiée avec une tolérance d'angle (±0,1°) et une rugosité de surface Ra1,6 μm, assurant une étanchéité parfaite avec l'arbre principal.
La surface d'application du couple (profil hexagonal) est usinée en finition pour obtenir une planéité (≤ 0,05 mm/m) et une tolérance dimensionnelle (± 0,1 mm) pour un engagement sécurisé de la clé.
Traitement de surface:
La surface extérieure de l'écrou est recouverte d'une peinture antirouille ou d'un zingage (5 à 8 μm d'épaisseur) pour résister à la corrosion. Les filetages sont traités avec un composé antigrippant à base de bisulfure de molybdène pour faciliter l'installation et prévenir le grippage.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (spectrométrie) confirme que l'alliage est conforme aux normes (par exemple, ZG35CrMo : C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 %).
Les tests de dureté (Rockwell) garantissent que les surfaces du filetage ont une dureté HRC 45–50, tandis que la dureté du noyau est HRC 25–35 pour la ténacité.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les paramètres clés : diamètre du pas du filetage (± 0,03 mm), diamètre extérieur (± 0,1 mm) et positions des fentes de verrouillage.
Les jauges de filetage (jauges annulaires) vérifient l'ajustement avec les filetages de l'arbre principal, garantissant un engagement en douceur sans jeu excessif ni grippage.
Essais d'intégrité structurelle:
Le test par particules magnétiques (MPT) détecte les fissures de surface dans les filetages, les fentes de verrouillage et les racines des brides, tout défaut de 0,5 mm de longueur entraînant un rejet.
Des tests par ultrasons (UT) sont effectués sur de gros écrous pour vérifier les défauts internes (par exemple, les pores de retrait) dans les régions porteuses.
Tests fonctionnels:
Essai de couple : l'écrou est installé sur un arbre principal d'essai et serré à 120 % du couple nominal, avec une inspection post-test ne montrant aucune déformation ni dénudage du filetage.
Essai de vibration : l'écrou est soumis à des vibrations de 10 à 500 Hz pendant 2 heures, sans desserrage mesurable (rotation ≤ 0,01 mm) détecté à l'aide d'une clé dynamométrique.
Test de performance des joints:
Pour les écrous avec rainures d'étanchéité, un joint torique est installé et l'assemblage est testé sous pression avec de l'air (0,2 MPa) pour garantir l'absence de fuite, vérifiant ainsi l'efficacité de la prévention de la contamination.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle qualité, l'écrou de l'arbre principal atteint la résistance, la précision et la fiabilité requises pour sécuriser les composants critiques du concasseur à cône, garantissant un fonctionnement stable sous de lourdes charges et des conditions de fortes vibrations dans les applications d'exploitation minière et de traitement des agrégats.
