La bague excentrique du concasseur à cône, élément central rotatif autour de l'arbre principal, est essentielle à la transmission du mouvement de concassage. Ses principales fonctions sont la génération d'un mouvement excentrique (conversion du mouvement de rotation en mouvement orbital de l'arbre principal et du cône en mouvement), la transmission du couple, la reprise de charges (jusqu'à des milliers de kilonewtons) et la lubrification.
Structurellement, il s'agit d'un manchon cylindrique ou conique avec un alésage intérieur décalé, composé de composants tels que le corps de la bague (acier allié à haute résistance ou acier moulé comme le 42CrMo ou le ZG42CrMo), l'alésage excentrique (avec décalage de 5 à 20 mm), les dents d'engrenage (profil en développante, module 10 à 25), les passages de lubrification, la bride/épaulement et la chemise résistante à l'usure (bronze ou métal babbitt).
Pour les bagues de grandes dimensions (diamètre extérieur > 500 mm), le processus de moulage comprend la sélection du matériau (ZG42CrMo), la réalisation du modèle (avec marges de retrait), le moulage (moule en sable lié à la résine), la fusion et la coulée (température et débit contrôlés), le refroidissement et le décochage, ainsi que le traitement thermique (normalisation et revenu). L'usinage comprend l'ébauche, l'usinage des engrenages, le traitement thermique de trempe (dents d'engrenage trempées par induction à 50–55 HRC), l'usinage de finition (rectification à une précision AGMA 6–7), la pose d'une chemise anti-usure et l'équilibrage.
Le contrôle qualité comprend les essais de matériaux (composition chimique et propriétés mécaniques), les contrôles dimensionnels (MMT et laser tracker pour l'excentricité et la concentricité), les essais de dureté et de microstructure, les essais non destructifs (UT et MPT) et les essais de performance (essais de rotation et de charge). Ces contrôles garantissent que la douille excentrique répond aux exigences de précision et de durabilité pour un fonctionnement efficace des concasseurs à cône dans les applications exigeantes.
Introduction détaillée au composant de la bague excentrique du concasseur à cône
1. Fonction et rôle de la douille excentrique
La douille excentrique du concasseur à cône (également appelée manchon excentrique ou cylindre excentrique) est un composant rotatif central situé autour de l'arbre principal et jouant un rôle essentiel dans la commande du mouvement de concassage. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Génération de mouvement excentrique: Conversion du mouvement de rotation de l'engrenage d'entraînement en mouvement excentrique (orbital) de l'arbre principal et du cône mobile, créant l'action d'écrasement en fermant et en ouvrant périodiquement l'espace entre les cônes mobiles et fixes.
Transmission de couple:Transfert du couple du pignon (via l'engrènement avec l'engrenage excentrique) à l'arbre principal, garantissant une force suffisante pour écraser des matériaux durs comme des minerais et des roches.
Porteur de charge:Supporte les charges radiales et axiales générées lors de l'écrasement (jusqu'à des milliers de kilonewtons), en les répartissant uniformément sur le châssis et les roulements.
Canal de lubrification: Logement de passages d'huile internes qui distribuent le lubrifiant à l'arbre principal et aux roulements, réduisant ainsi la friction et l'accumulation de chaleur lors de la rotation à grande vitesse (généralement 150 à 300 tr/min).
Compte tenu de son rôle dans le fonctionnement à charge élevée et à grande vitesse, la bague excentrique doit présenter une résistance exceptionnelle, une résistance à l'usure et une précision dimensionnelle pour éviter une défaillance prématurée.
2. Composition et structure de la douille excentrique
La douille excentrique est un manchon cylindrique ou conique avec un alésage intérieur décalé, comportant les composants clés et les détails structurels suivants :
Corps de bagueStructure cylindrique à parois épaisses, fabriquée en acier allié à haute résistance (par exemple, 42CrMo ou 35CrMo) ou en acier moulé de haute qualité (ZG42CrMo). La surface extérieure est souvent équipée d'un grand engrenage (engrenage excentrique) qui engrène avec le pignon, avec un module de 10 à 25 et un nombre de dents de 30 à 80.
Alésage excentriqueAlésage central présentant un décalage (excentricité) par rapport au diamètre extérieur, généralement de 5 à 20 mm selon le modèle de concasseur. Ce décalage détermine la course du cône mobile, ce qui affecte directement l'efficacité du broyage et le débit.
Dents d'engrenageFormée ou soudée sur la surface extérieure de la bague, avec un profil en développante (angle de pression de 20°) pour assurer un engrènement fluide avec le pignon. Conçu pour la transmission de couple élevé, cet engrenage présente une largeur de face de 150 à 400 mm.
Passages de lubrification:Trous ou rainures internes percés qui se connectent au système de lubrification principal, fournissant de l'huile à l'interface entre la bague et l'arbre principal, ainsi qu'aux roulements supérieurs et inférieurs.
Bride ou épaulement:Une projection radiale à une extrémité de la bague, agissant comme une surface de butée pour absorber les charges axiales et limiter le mouvement axial par rapport au châssis.
Doublure résistante à l'usure:Un manchon intérieur remplaçable en bronze de roulement (par exemple, ZCuSn10Pb1) ou en métal babbitt, pressé dans l'alésage intérieur pour réduire la friction entre la bague et l'arbre principal.
L'excentricité (décalage entre les axes intérieur et extérieur) est contrôlée avec précision pour garantir que la course du cône mobile est constante, influençant directement la capacité de production du concasseur et la taille du produit.
3. Procédé de moulage de la douille excentrique
Pour les grandes bagues excentriques (diamètre extérieur >500 mm), le moulage est la méthode de fabrication préférée pour obtenir des formes complexes et une formation d'engrenages intégrale :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé à haute résistance (ZG42CrMo) est choisi pour ses excellentes propriétés mécaniques : résistance à la traction ≥ 800 MPa, limite d'élasticité ≥ 600 MPa et résilience ≥ 45 J/cm². Il offre une bonne trempabilité et une bonne résistance à l'usure après traitement thermique.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature est créé en bois, en mousse ou en résine imprimée en 3D, reproduisant le diamètre extérieur de la bague, l'alésage excentrique, les dents d'engrenage (simplifiées), la bride et les positions des passages de lubrification. Des marges de retrait (2 à 2,5 %) sont ajoutées, avec des marges plus importantes pour les dents d'engrenage et les sections à parois épaisses.
Le modèle comprend des noyaux pour former l'alésage intérieur excentrique et les passages d'huile, garantissant la précision dimensionnelle du décalage.
Moulage:
Un moule en sable lié à la résine est préparé, avec des noyaux séparés pour l'alésage intérieur et les dents d'engrenage. Le moule et les noyaux sont recouverts d'un enduit réfractaire (à base d'alumine) pour empêcher la pénétration du métal et améliorer l'état de surface.
Le moule est assemblé avec un alignement précis du noyau interne pour garantir que l'excentricité (décalage) répond aux spécifications de conception (tolérance ± 0,1 mm).
Fondre et couler:
L'acier moulé est fondu dans un four à arc électrique à 1530–1570°C, avec une composition chimique contrôlée à C 0,38–0,45 %, Cr 0,9–1,2 %, Mo 0,15–0,25 % pour équilibrer la résistance et la ténacité.
La coulée est réalisée à l'aide d'une poche de coulée à fond plat, avec un débit contrôlé (100–200 kg/s) pour éviter les turbulences et assurer un remplissage complet du moule, notamment des dents d'engrenage. La température de coulée est maintenue entre 1490 et 1530 °C.
Refroidissement et secouage:
La pièce est refroidie dans le moule pendant 72 à 120 heures afin de minimiser les contraintes thermiques, puis éliminée par vibration. Les résidus de sable sont nettoyés par grenaillage (grain d'acier G18), ce qui permet d'obtenir une rugosité de surface de Ra50 à 100 μm.
Traitement thermique:
La normalisation (860–900 °C, refroidi par air) affine la structure du grain, suivie d'un revenu (600–650 °C) pour réduire la dureté à 220–260 HBW, améliorant ainsi l'usinabilité.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
L'ébauche moulée est montée sur un tour CNC équipé d'un dispositif excentrique pour usiner le diamètre extérieur, la face de la bride et la surface de référence de l'engrenage extérieur, en laissant une surépaisseur de finition de 5 à 8 mm. L'alésage intérieur est ébauché pour établir l'excentricité, avec une tolérance de ± 0,2 mm.
Usinage d'engrenages:
Les dents extérieures de l'engrenage sont ébauchées à l'aide d'une fraise-mère CNC, avec une surépaisseur de finition de 0,5 à 1 mm. Les paramètres de l'engrenage (module, angle de pression, nombre de dents) sont contrôlés avec précision pour correspondre au pignon.
Traitement thermique pour le durcissement:
Les dents et la surface extérieure de l'engrenage sont trempées par induction sur une profondeur de 2 à 5 mm, atteignant une dureté superficielle de 50 à 55 HRC pour une meilleure résistance à l'usure. L'alésage intérieur et les surfaces de roulement sont maintenus à une dureté inférieure (25 à 35 HRC) pour une meilleure ténacité.
Le revenu à 200–250 °C soulage les contraintes résiduelles dues au durcissement, évitant ainsi les fissures lors de l'usinage ultérieur.
Usinage de finition:
Diamètre extérieur et dents d'engrenage:La surface extérieure et les dents de l'engrenage sont rectifiées à l'aide d'une rectifieuse d'engrenages CNC pour obtenir une précision AGMA 6-7, avec un écart de profil de dent ≤ 0,02 mm et une rugosité de surface Ra 0,8 μm.
Alésage intérieur:L'alésage intérieur excentrique est fini et rodé selon une tolérance dimensionnelle de IT6, avec une rugosité de surface de Ra0,4 μm pour assurer un ajustement correct avec la chemise résistante à l'usure.
Passages de lubrification:Les trous et rainures d'huile sont percés et taraudés, avec un positionnement précis (±0,2 mm) pour s'aligner avec le système de lubrification de l'arbre principal.
Installation de revêtement résistant à l'usure:
La chemise en bronze ou en régule est pressée dans l'alésage intérieur à l'aide d'une presse hydraulique, avec un ajustement serré (0,05–0,1 mm) pour assurer une liaison solide. La surface intérieure de la chemise est tournée pour correspondre au diamètre de l'arbre principal.
Équilibrage:
La bague excentrique assemblée est équilibrée dynamiquement sur une machine d'équilibrage pour corriger l'excentricité de la masse, garantissant des niveaux de vibration ≤ 0,1 mm/s à la vitesse de fonctionnement pour éviter une usure excessive des roulements.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (par spectrométrie d'émission optique) vérifie que la teneur en alliage est conforme aux normes (par exemple, 42CrMo : C 0,38–0,45 %, Cr 0,9–1,2 %).
Les essais de traction sur échantillons moulés confirment les propriétés mécaniques : résistance à la traction ≥ 800 MPa, allongement ≥ 12 %.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les dimensions clés : excentricité (décalage entre les axes intérieur et extérieur, tolérance ± 0,05 mm), paramètres d'engrenage et tolérances de diamètre intérieur/extérieur.
Un laser tracker vérifie la concentricité de l'engrenage extérieur et de l'alésage intérieur, garantissant ainsi l'alignement avec l'arbre principal.
Essais de dureté et de microstructure:
La dureté de surface des dents de l'engrenage est mesurée à l'aide d'un testeur de dureté Rockwell (HRC 50–55 requis).
L'analyse métallographique vérifie la profondeur et l'uniformité de la couche durcie, garantissant l'absence de martensite excessive ou de fissures.
Essais non destructifs (END):
Le contrôle par ultrasons (UT) inspecte le corps de la bague à la recherche de défauts internes (par exemple, pores de retrait, fissures) avec une limite de taille de φ2 mm.
Le test par particules magnétiques (MPT) détecte les fissures de surface dans les dents des engrenages et les zones concentrées en contraintes (par exemple, les racines des brides).
Tests de performance:
Essais de rotation : la bague est montée sur un banc d'essai et tournée à vitesse de fonctionnement pendant 2 heures, avec surveillance des vibrations et de la température pour garantir la stabilité.
Essai de charge : une charge axiale simulée (120 % de la charge nominale) est appliquée pendant 1 heure, avec une inspection post-test ne montrant aucune déformation ni défaillance du roulement.
Grâce à ces processus rigoureux de fabrication et de contrôle de qualité, la bague excentrique atteint la précision et la durabilité requises pour générer le mouvement excentrique essentiel au fonctionnement efficace du concasseur à cône, garantissant des performances fiables dans les applications minières et de traitement des agrégats à usage intensif.
