Cet article détaille la tête du concasseur à cône, un composant central qui fonctionne avec le cône fixe pour broyer les matériaux par mouvement oscillant. Ses performances influencent directement le débit, la granulométrie et la résistance à l'usure du produit. Il décrit sa composition, notamment le corps de la tête (structure centrale), la chemise d'usure (manteau), l'alésage du palier, les dispositifs de montage, les cavités de ventilation et d'allègement, ainsi que leurs caractéristiques structurelles. Le procédé de moulage du corps de la tête est détaillé, couvrant le choix du matériau (acier moulé ou fonte ductile), la fabrication de modèles, le moulage, la fusion, le coulage, le traitement thermique et l'inspection. Il décrit également l'usinage du corps de la tête et de la chemise d'usure, ainsi que les étapes d'assemblage. De plus, des mesures de contrôle qualité sont spécifiées, telles que les essais de matériaux, les contrôles de précision dimensionnelle, les essais de résistance à l'usure, les essais d'assemblage et de performance, et les essais non destructifs. Ces procédés garantissent à la tête une résistance mécanique élevée, une résistance à l'usure et une précision dimensionnelle optimales, garantissant des performances fiables lors des opérations de concassage intensives.
Introduction détaillée au composant de la tête du concasseur à cône
1. Fonction et rôle de la tête du concasseur à cône
La tête du concasseur à cône (également appelée cône mobile ou 破碎锥) est l'élément central du concassage, qui entre en contact direct avec les matériaux et les écrase. Elle travaille en conjonction avec le cône fixe (revêtement de bol) pour former une chambre de concassage. Son mouvement oscillant (entraîné par l'arbre excentrique) comprime et écrase les roches, les minerais et autres matériaux en vrac. La forme, la dureté de la surface et la résistance structurelle de la tête déterminent directement le débit du concasseur, la granulométrie du produit et sa résistance à l'usure. Dans des conditions de travail à haute pression, elle doit résister aux chocs et aux frottements intenses, ce qui en fait l'une des pièces d'usure les plus critiques de l'équipement.
2. Composition et structure de la tête du concasseur à cône
La tête du concasseur à cône est une structure composite associant un corps en fonte ou en acier à un revêtement résistant à l'usure. Ses principaux composants et caractéristiques structurelles sont les suivants :
Corps de la tête (structure centrale):Pièce moulée conique ou tronconique en acier moulé à haute résistance (par exemple, ZG35CrMo) ou en fonte ductile (QT600-3). Elle sert de support structurel à la chemise d'usure et se connecte à l'arbre excentrique par un alésage central. La cavité intérieure du corps est conçue pour accueillir la douille excentrique, avec des rainures de clavette ou des boulons pour sécuriser la connexion et transmettre le couple.
Doublure d'usure (manteau): Une couche extérieure remplaçable en fonte à haute teneur en chrome (Cr20-Cr26) ou en acier allié de dureté élevée (HRC 55-65). Elle est fixée au corps de la tête par des boulons, des rainures en queue d'aronde ou des cales, assurant un ajustement serré et empêchant tout mouvement lors de l'écrasement. La surface de la chemise présente souvent un profil concave ou convexe (par exemple, profils de concassage standard, grossier ou fin) afin d'optimiser la préhension du matériau et l'efficacité de l'écrasement.
Alésage du roulement: Un trou central cylindrique ou conique dans le corps de la tête accueille l'extrémité supérieure de l'arbre excentrique. L'alésage est usiné avec précision pour assurer un ajustement stable avec l'arbre, et des canaux de lubrification sont percés pour acheminer l'huile vers la surface de contact, réduisant ainsi les frottements et l'usure.
Bride de montage ou trous de boulons: Situées à la base du corps de la tête, ces caractéristiques fixent la chemise d'usure au corps. Les rainures en queue d'aronde de la surface intérieure de la chemise s'adaptent aux saillies correspondantes du corps de la tête, améliorant ainsi la résistance de la connexion sous les charges d'impact.
Cavités de ventilation et de réduction de poidsCertaines têtes de grande taille sont dotées de cavités internes pour réduire le poids, améliorer la dissipation thermique et éviter une inertie excessive lors des oscillations. Ces cavités sont conçues pour préserver l'intégrité structurelle du corps.
3. Processus de moulage du corps de la tête
Le corps de la tête est principalement fabriqué par moulage au sable ou par moulage à la mousse perdue en raison de sa grande taille et de sa forme complexe. Les étapes du procédé sont les suivantes :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé (ZG35CrMo) est préféré pour les grands concasseurs en raison de sa résistance à la traction élevée (≥ 785 MPa) et de sa résistance aux chocs, adaptée au concassage intensif.
La fonte ductile (QT600-3) est utilisée pour les têtes de taille moyenne, offrant une bonne coulabilité et une bonne rentabilité tout en conservant une résistance suffisante.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature est créé à partir de bois, de mousse ou de matériaux imprimés en 3D, reproduisant la forme extérieure, la cavité interne et les éléments de montage de la tête. Pour le moulage en mousse perdue, le modèle comprend des patins et des rehausses intégrés.
Des marges de retrait (2 à 3 % pour l'acier moulé) et des angles de dépouille (3 à 5°) sont ajoutés pour compenser la contraction après coulée et faciliter le retrait du modèle.
Moulage:
Pour la coulée au sable : du sable lié à la résine est compacté autour du modèle pour former la cavité du moule, avec un noyau de sable inséré pour créer l'alésage central et les cavités internes. Le moule est durci pour garantir sa dureté et sa stabilité dimensionnelle.
Pour le moulage en mousse perdue : Le modèle en mousse est enduit d'une barbotine réfractaire (à base de céramique ou de zirconium) pour former une coque de 3 à 5 mm d'épaisseur, puis noyé dans du sable sec.
Fondre et couler:
L'acier moulé est fondu dans un four à arc électrique à 1 500-1 600 °C, auquel sont ajoutés des éléments d'alliage (Cr, Mo) pour obtenir la composition chimique souhaitée. Le métal fondu est ensuite désoxydé et désulfuré pour réduire les impuretés.
La coulée est effectuée à vitesse contrôlée (50-100 kg/s pour les grosses têtes) afin d'éviter les turbulences et d'assurer un remplissage complet du moule. Pour la coulée à mousse perdue, le métal en fusion vaporise le modèle en mousse et le remplace dans la cavité du moule.
Refroidissement et nettoyage:
La pièce est laissée refroidir lentement (24 à 48 heures) pour éviter les fissures thermiques, puis démoulé. Le sable ou le matériau réfractaire est nettoyé par grenaillage ou jet d'eau.
Les colonnes montantes et les systèmes de portes sont coupés et les bords rugueux sont meulés pour préparer l'usinage.
Traitement thermique:
Les têtes en acier moulé subissent une normalisation (850-900°C, refroidies par air) pour affiner la structure du grain, suivie d'une trempe et d'un revenu (600-650°C) pour atteindre une dureté de 220-260 HBW, équilibrant la résistance et l'usinabilité.
Les têtes en fonte ductile sont soumises à un recuit (900-950°C) pour éliminer les carbures et améliorer la ténacité.
Inspection de moulage:
Les défauts de surface (fissures, pores, retrait) sont contrôlés par inspection visuelle et par contrôle par ressuage (DPT).
Les défauts internes sont détectés à l'aide de tests par ultrasons (UT) et de tests par particules magnétiques (MPT), avec des normes strictes (aucun défaut supérieur à φ3 mm dans les zones porteuses critiques).
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage du corps de la tête:
Usinage grossierDes tours ou aléseuses CNC sont utilisés pour ébaucher la surface extérieure, la bride de base et l'alésage central, en laissant une surépaisseur de finition de 2 à 3 mm. Les rainures de clavette et les trous de boulon sont pré-percés et taraudés.
Traitement thermique:Un recuit de détente (550-600°C) est réalisé après l'usinage d'ébauche pour éliminer les contraintes résiduelles de la coulée et de la découpe initiale.
Usinage de finitionL'alésage central est rectifié avec précision selon la tolérance IT7, avec une rugosité de surface de Ra1,6-3,2 μm pour assurer un ajustement parfait avec l'arbre excentrique. La bride de base et les surfaces de montage sont fraisées pour obtenir une planéité (≤ 0,1 mm/m) assurant une fixation sûre du manchon.
Fabrication de doublures d'usure:
FonderieLes chemises en fonte à haute teneur en chrome sont coulées au sable, avec ajout d'éléments d'alliage (Cr, Mo, Ni) pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure. La pièce moulée est ensuite trempée et revenue pour atteindre un HRC de 55-65.
UsinageLa surface intérieure de la chemise (en contact avec le corps de la tête) est usinée pour s'adapter aux rainures en queue d'aronde ou aux trous de boulons, assurant ainsi une connexion parfaite. La surface extérieure de broyage est rectifiée ou polie pour éliminer les bavures de moulage et obtenir le profil souhaité.
Assemblée:
La chemise d'usure est montée sur le corps de la tête à l'aide de boulons à haute résistance (grade 8,8 ou 10,9) ou de cales, avec un couple appliqué uniformément (200-500 N·m, selon la taille) pour éviter le desserrage.
Des joints ou des produits d'étanchéité sont appliqués entre la chemise et le corps pour empêcher la pénétration de matière, ce qui pourrait provoquer une abrasion entre les deux composants.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (par spectrométrie) garantit que l'acier/fer moulé répond aux normes d'alliage (par exemple, ZG35CrMo : C 0,32-0,40 %, Cr 0,8-1,1 %, Mo 0,15-0,25 %).
Des essais de propriétés mécaniques (résistance à la traction, ténacité aux chocs, dureté) sont réalisés sur des coupons d'essai de chaque lot de coulée.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Les machines de mesure tridimensionnelles (MMT) vérifient le diamètre extérieur du corps de la tête, la taille de l'alésage et le profil de la chemise, garantissant ainsi la conformité avec les dessins de conception (tolérance ± 0,5 mm pour les dimensions critiques).
La concentricité entre la surface extérieure du corps de la tête et l'alésage central est mesurée, nécessitant ≤ 0,05 mm/m pour éviter tout déséquilibre lors de l'oscillation.
Test de résistance à l'usure:
Les échantillons de revêtement d'usure subissent des tests d'usure par abrasion (par exemple, ASTM G65) pour mesurer la perte de poids dans des conditions standardisées, garantissant un taux d'usure ≤ 0,1 g/h sous charge nominale.
Des tests de dureté (échelle Rockwell C) sont effectués sur les surfaces de revêtement pour confirmer HRC 55-65, sans points mous (≤ HRC 50) autorisés.
Assemblage et tests de performance:
Les tests d'ajustement de la chemise garantissent l'absence d'espace entre la chemise et le corps de la tête (vérifié via des jauges d'épaisseur, avec un espace maximal ≤ 0,1 mm).
Des tests d'équilibre dynamique sont effectués sur la tête assemblée pour garantir une amplitude de vibration ≤ 0,1 mm/s à la vitesse de fonctionnement, réduisant ainsi la contrainte sur l'arbre excentrique.
Essais non destructifs (END):
Le corps de la tête est réinspecté via UT et MPT après l'usinage pour détecter d'éventuelles fissures introduites pendant le traitement.
Les surfaces des chemises sont contrôlées pour détecter les défauts de moulage (porosité, fissures) par inspection visuelle et DPT, les chemises défectueuses étant rejetées ou réparées.
En adhérant à ces processus de moulage, d'usinage et de contrôle de qualité, la tête du concasseur à cône atteint une résistance élevée, une résistance à l'usure et une précision dimensionnelle, garantissant des performances fiables dans les opérations de concassage continues et intensives.
