L'arbre principal du concasseur à cône, élément rotatif essentiel reliant la bague excentrique au cône mobile, assure des fonctions clés telles que la transmission de puissance (entrainant la rotation excentrique du cône mobile), la portance (supportant des charges axiales et radiales pouvant atteindre des milliers de kilonewtons), le guidage du mouvement excentrique (maintenant la trajectoire orbitale du cône mobile) et l'alignement structurel (garantissant la concentricité entre les cônes mobile et fixe). Il requiert une résistance à la traction et à la fatigue exceptionnelle et une précision dimensionnelle exceptionnelle pour un fonctionnement à 500–1 500 tr/min.
Structurellement, il s'agit d'un composant forgé étagé, cylindrique ou conique, constitué du corps de l'arbre (acier allié à haute résistance 42CrMo ou 35CrNiMo avec un diamètre de 100 à 500 mm et une longueur de 500 à 2000 mm), d'un support de cône supérieur, d'une interface de bague excentrique, de tourillons de palier, d'épaulements et de rainures de clavette, ainsi que de canaux de lubrification.
Le procédé de fabrication comprend le forgeage (chauffage des billettes à 1 100–1 200 °C, forgeage libre, forgeage de précision) et le traitement thermique (trempe et revenu, durcissement superficiel local). Le procédé d'usinage et de fabrication comprend l'ébauche, l'usinage de précision des éléments critiques, le perçage des canaux de lubrification, l'équilibrage et le traitement de surface.
Les processus de contrôle qualité couvrent les tests des matériaux et des pièces forgées (analyse de la composition chimique, contrôle par ultrasons), les contrôles de précision dimensionnelle (à l'aide d'une MMT et d'un outil d'alignement laser), les tests des propriétés mécaniques (dureté et traction), les essais non destructifs (MPT et courants de Foucault) et les tests fonctionnels (rotation et charge). Ces processus garantissent que l'arbre principal atteint la précision, la résistance et la fiabilité requises pour entraîner le mouvement de concassage du concasseur à cône dans les applications minières et de traitement des granulats.
Introduction détaillée au composant de l'arbre principal du concasseur à cône
1. Fonction et rôle de l'arbre principal
L'arbre principal du concasseur à cône (également appelé broche) est un composant rotatif essentiel au cœur du concasseur. Il relie la douille excentrique au cône mobile. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Transmission de puissance:Transmission du couple de la douille excentrique au cône mobile, entraînant sa rotation excentrique pour générer des forces d'écrasement.
Porteur de charge:Supporter les charges axiales et radiales du cône en mouvement et du processus d'écrasement (jusqu'à des milliers de kilonewtons), en transférant ces forces aux roulements du châssis.
Guidage de mouvement excentrique:Travailler avec la bague excentrique pour maintenir la trajectoire orbitale du cône mobile, assurant un contrôle stable de l'espace de concassage et un traitement uniforme du matériau.
Alignement structurel:Maintien de la concentricité entre le cône mobile et le cône fixe, essentiel pour une taille de produit constante et une usure réduite des chemises.
Compte tenu de son rôle dans la rotation à grande vitesse (500 à 1 500 tr/min) et des charges lourdes, l'arbre principal nécessite une résistance à la traction, une résistance à la fatigue et une précision dimensionnelle exceptionnelles.
2. Composition et structure de l'arbre principal
L'arbre principal est un composant forgé étagé, cylindrique ou conique, présentant les caractéristiques clés suivantes :
Corps de l'arbreStructure forgée monobloc en acier allié à haute résistance (par exemple, 42CrMo ou 35CrNiMo) d'un diamètre compris entre 100 et 500 mm. Sa longueur varie selon la taille du concasseur, généralement entre 500 et 2 000 mm.
Monture de cône supérieure:Une section conique ou filetée en haut pour la fixation du cône mobile, avec une surface usinée avec précision (tolérance IT6) pour assurer la concentricité.
Interface de douille excentrique:Une section centrale cylindrique avec une surface polie (Ra0,8 μm) qui s'insère dans la bague excentrique, souvent avec des rainures d'huile pour la lubrification.
Tourillons de palier:Deux sections cylindriques ou plus (supérieure et inférieure) qui s'accouplent aux roulements du cadre, présentant des tolérances dimensionnelles serrées (IT5–IT6) et une rugosité de surface (Ra0,4 μm) pour minimiser le frottement.
Épaulements et rainures de clavette:Épaulements radiaux qui limitent le mouvement axial des roulements ou des bagues, et rainures de clavette pour la transmission du couple entre l'arbre et le cône mobile.
Canaux de lubrification: Trous percés axiaux et radiaux qui fournissent du lubrifiant aux tourillons de roulement et à l'interface de la bague excentrique, empêchant la surchauffe et l'usure.
3. Processus de forgeage et de traitement thermique
En raison de ses exigences de charge élevées, l'arbre principal est fabriqué par forgeage plutôt que par moulage pour améliorer l'intégrité structurelle :
Sélection des matériaux:
L'acier allié à haute résistance (42CrMo) est préféré pour son excellente résistance à la traction (≥ 1080 MPa), sa limite d'élasticité (≥ 930 MPa) et sa ténacité aux chocs (≥ 60 J/cm²), adaptée aux applications de charge dynamique.
Processus de forgeage:
Chauffage des billettes:La billette d'acier est chauffée à 1100–1200°C dans un four à gaz, assurant une répartition uniforme de la température pour améliorer la plasticité.
Forgeage à matrice ouverteLa billette est forgée en une forme brute étagée à l'aide de presses hydrauliques (1 000 à 5 000 tonnes), avec plusieurs passes pour affiner la structure du grain et éliminer les défauts internes. Les étapes clés comprennent le refoulement (pour augmenter le diamètre) et l'étirage (pour allonger la longueur).
Forgeage de précision:La pièce forgée brute est façonnée selon le profil final étagé avec des dimensions proches du net, réduisant les surépaisseurs d'usinage à 5–10 mm.
Traitement thermique:
Trempe et revenuL'arbre forgé est chauffé à 850–880 °C, maintenu à cette température pendant 2 à 4 heures, puis trempé à l'huile pour obtenir une structure martensitique. Un revenu à 550–600 °C pendant 4 à 6 heures réduit la fragilité, ce qui permet d'obtenir une dureté de 28–35 HRC et une ténacité optimisée.
Durcissement superficiel local:Les tourillons et les rainures de clavette sont trempés par induction sur une profondeur de 2 à 5 mm, atteignant un HRC de 50 à 55 pour améliorer la résistance à l'usure tout en maintenant la ténacité du noyau.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
L'ébauche forgée est montée sur un tour CNC pour usiner toutes les surfaces extérieures (diamètres, épaulements, conicités), en laissant une surépaisseur de finition de 1 à 2 mm. Les dimensions clés (par exemple, le diamètre des tourillons) sont contrôlées à ± 0,1 mm près.
Usinage de précision des caractéristiques critiques:
Tourillons de palier:Finition tournée et rectifiée pour obtenir une tolérance dimensionnelle de IT5 (par exemple, φ200H5) et une rugosité de surface Ra0,4 μm, garantissant un ajustement correct avec les roulements et un frottement minimal.
Monture conique:Le support du cône supérieur est usiné avec une tolérance d'angle de cône de ± 0,05° et une rugosité de surface Ra 0,8 μm, garantissant la concentricité avec le cône mobile.
Rainures de clavette et rainures d'huile:Fraisé à l'aide de machines CNC avec tolérance de positionnement (±0,05 mm) et finition de surface Ra3,2 μm, évitant la concentration de contraintes.
Forage du canal de lubrification:
Les orifices de lubrification axiaux et radiaux (φ5–φ15 mm) sont percés à l'aide de perceuses CNC pour trous profonds, avec une précision de positionnement (± 0,2 mm) pour garantir un écoulement fluide du lubrifiant. Les extrémités des orifices sont ébavurées pour éviter toute interruption de l'écoulement de l'huile.
Équilibrage:
L'arbre subit un équilibrage dynamique sur une machine d'équilibrage à 500–1000 tr/min, avec un déséquilibre résiduel limité à ≤ 5 g·mm/kg pour réduire les vibrations et l'usure des roulements.
Traitement de surface:
Les tourillons de roulement sont polis à Ra0,2 μm pour réduire la friction et améliorer la durée de vie du roulement.
Les surfaces non portantes sont recouvertes d'une peinture antirouille ou d'un zingage (5–8 μm) pour résister à la corrosion pendant le stockage et le fonctionnement.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux et de forgeage:
L'analyse de la composition chimique (spectrométrie) confirme la conformité aux normes 42CrMo (C 0,38–0,45 %, Cr 0,9–1,2 %, Mo 0,15–0,25 %).
La qualité du forgeage est inspectée par contrôle par ultrasons (UT) pour détecter les défauts internes (par exemple, fissures, inclusions) avec des limites de taille ≤φ2 mm.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) vérifie toutes les dimensions critiques : diamètres des tourillons, angles de conicité, positions des rainures de clavette et emplacements des trous d'huile.
La rondeur et la rectitude de l'arbre sont mesurées à l'aide d'un outil d'alignement laser, avec une tolérance ≤ 0,01 mm/m.
Essais de propriétés mécaniques:
Les tests de dureté (Rockwell) garantissent que les tourillons de roulement ont un HRC de 50 à 55 et que le noyau a un HRC de 28 à 35.
Les essais de traction sur des échantillons forgés confirment une résistance à la traction ≥ 1080 MPa et un allongement ≥ 12 %.
Contrôles non destructifs (CND):
Le test de particules magnétiques (MPT) détecte les fissures de surface dans les rainures de clavette, les épaulements et les tourillons, tout défaut de 0,2 mm de longueur étant rejeté.
Les tests par courants de Foucault vérifient les défauts souterrains dans les surfaces de tourillons durcies.
Tests fonctionnels:
Essais de rotation : L'arbre est monté dans un dispositif d'essai et tourné à vitesse maximale (1 500 tr/min) pendant 2 heures, avec des vibrations surveillées pour garantir des niveaux ≤ 0,1 mm/s.
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 (par exemple, changement de rondeur du tourillon ≤ 0,005 mm).
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle de la qualité, l'arbre principal atteint la précision, la résistance et la fiabilité requises pour entraîner le mouvement de concassage du concasseur à cône, garantissant un fonctionnement efficace et à long terme dans les applications d'exploitation minière et de traitement des agrégats.
