Le manteau du concasseur à cône, également appelé chemise de cône mobile, est un composant essentiel et résistant à l'usure, monté sur la surface extérieure du cône mobile, formant ainsi la partie rotative de la chambre de broyage. Ses principales fonctions comprennent le broyage actif (rotation excentrique avec la chemise du bol pour réduire les matériaux), la protection contre l'usure (protection du cône mobile), le contrôle du flux de matériaux (guidage des matériaux à travers la chambre de broyage grâce à son profil conique) et la répartition uniforme de la force pour minimiser l'usure localisée. Il requiert une résistance à l'usure exceptionnelle (dureté ≥ HRC 60), une résistance aux chocs (≥ 12 J/cm²) et une stabilité dimensionnelle.
Structurellement, il s'agit d'un composant conique ou tronconique constitué du corps du manteau (fonte à haute teneur en chrome comme le Cr20–Cr26 ou la fonte dure au nickel), du profil d'usure extérieur (avec un angle de conicité de 15°–30°, des surfaces nervurées/rainurées et des zones de transition lisses), des éléments de montage (surface intérieure conique, bride de boulon, interface d'écrou de blocage, clavettes de positionnement), des nervures de renfort et des bords chanfreinés/arrondis.
Le procédé de moulage comprend la sélection du matériau (fonte à haute teneur en chrome Cr20Mo3), 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) et le traitement thermique (recuit de mise en solution et trempe austre). L'usinage comprend l'ébauche, l'usinage de précision de la surface intérieure, l'usinage des éléments de montage, la finition du profil extérieur et le traitement de surface.
Le contrôle qualité comprend les essais de matériaux (composition chimique et analyse métallographique), les essais de propriétés mécaniques (dureté et impact), les contrôles de précision dimensionnelle (par MMT et scanner laser), les essais non destructifs (ultrasons et magnétoscopie) et la validation des performances d'usure (essais accélérés et essais sur le terrain). Ces contrôles garantissent que le manteau atteint la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises pour un fonctionnement efficace des concasseurs à cône dans les mines, les carrières et le traitement des granulats.
Introduction détaillée au composant du manteau du concasseur à cône
1. Fonction et rôle du manteau
Le manteau du concasseur à cône (également appelé chemise du cône mobile) est un composant essentiel et résistant à l'usure, monté sur la surface extérieure du cône mobile, formant la partie rotative de la chambre de broyage. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Concassage actif: Rotation excentrique pour appliquer des forces de compression et de cisaillement aux matériaux (minerais, roches) en conjonction avec le revêtement du bol, les réduisant à la taille de particule cible.
Protection contre l'usure:Protection de la structure métallique du cône mobile contre l'abrasion directe et les impacts, prolongeant ainsi la durée de vie du corps du cône.
Contrôle du flux de matériaux:Guidage des matériaux concassés à travers la chambre de concassage rétrécie grâce à son profil conique, assurant une réduction progressive de la taille.
Répartition des forces: Répartir les forces d'écrasement uniformément sur sa surface pour minimiser l'usure localisée et maintenir un fonctionnement stable sous différentes duretés de matériaux.
Compte tenu de son rôle dans les environnements à fort impact et à fort frottement, le manteau doit présenter une résistance à l'usure exceptionnelle (dureté ≥ HRC 60), une résistance aux chocs (≥ 12 J/cm²) et une stabilité dimensionnelle pour résister à des cycles de charge répétés.
2. Composition et structure du manteau
Le manteau est un composant conique ou tronconique avec une structure interne creuse, comportant les éléments clés et les détails structurels suivants :
Corps du manteau: La section principale résistante à l'usure, généralement en fonte à haute teneur en chrome (Cr20–Cr26) ou en fonte dure au nickel (Ni-Hard 4), présente une épaisseur de 50 à 150 mm. Sa surface intérieure est usinée pour s'adapter au cône mobile, tandis que sa surface extérieure présente un profil d'usure de précision.
Profil d'usure extérieure:Conçu pour optimiser l'efficacité du concassage et la répartition de l'usure :
Géométrie conique:Un angle de cône de 15° à 30° (correspondant à la conicité du revêtement du bol) pour créer une chambre de concassage se rétrécissant progressivement, facilitant la réduction progressive du matériau.
Surfaces nervurées ou rainurées:Améliorer l'adhérence du matériau pour éviter le glissement, en particulier pour les minerais grossiers, et favoriser une usure uniforme.
Zones de transition en douceur:Réduction de la concentration des contraintes sur les bords supérieur et inférieur pour éviter l'écaillage ou la fissuration.
Caractéristiques de montage:
Surface intérieure conique:Un alésage conique qui s'accouple avec le cône extérieur du cône mobile, assurant un ajustement serré via une interférence (0,1–0,3 mm) pour empêcher la rotation relative.
Système de rétention:
Bride de boulon:Une bride radiale en haut avec des trous de boulons pour fixer le manteau au cône mobile, empêchant le déplacement axial pendant la rotation.
Interface d'écrou de blocage:Une section filetée en haut qui s'engage avec un écrou de blocage, comprimant le manteau sur le cône mobile pour plus de stabilité.
Localisation des clés:Protubérances ou rainures sur la surface intérieure qui s'alignent avec les fentes du cône mobile, assurant un positionnement radial précis.
Nervures de renfort: Nervures radiales internes (10 à 20 mm d'épaisseur) près de la bride supérieure pour renforcer le manteau, réduisant la déformation sous des charges axiales élevées.
Bords supérieur et inférieur:Bords chanfreinés ou arrondis pour minimiser la concentration de contraintes et éviter l'accumulation ou le blocage de matière.
3. Processus de moulage du manteau
La fonte à haute teneur en chrome, le matériau principal des manteaux, est fabriquée par moulage au sable pour obtenir des profils d'usure complexes :
Sélection des matériaux:
La fonte à haute teneur en chrome (Cr20Mo3) est privilégiée pour sa phase dure en carbure de chrome (M7C3), qui lui confère une résistance exceptionnelle à l'usure. Sa composition chimique est contrôlée à 2,5-3,5 % de C, 20-26 % de Cr et 0,5-1,0 % de Mo pour équilibrer dureté et ténacité.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature (mousse, bois ou résine imprimée en 3D) est créé, reproduisant le profil extérieur, l'alésage intérieur, la bride et les nervures du manteau. Des marges de retrait (1,5 à 2,5 %) sont ajoutées, avec des marges plus importantes pour les sections à parois épaisses afin de tenir compte de la contraction due au refroidissement.
Moulage:
Un moule en sable lié à la résine est formé autour du modèle, avec un noyau en sable utilisé pour créer l'alésage intérieur creux. La cavité du moule est recouverte d'un enduit réfractaire (alumine-silice) pour améliorer l'état de surface et empêcher l'inclusion de sable dans la pièce moulée.
Fondre et couler:
La fonte est fondue dans un four à induction à 1450–1500°C, avec un contrôle strict de l'équivalent carbone (CE ≤4,2%) pour éviter les défauts de retrait.
Le coulage est réalisé à 1380–1420°C à l'aide d'une louche, avec un débit constant pour remplir la cavité du moule sans turbulence, assurant ainsi une structure dense.
Traitement thermique:
Recuit de mise en solution:Chauffage à 950–1050°C pendant 2 à 4 heures pour dissoudre les carbures, suivi d'un refroidissement à l'air pour homogénéiser la structure.
Tempérage: Trempe à l'huile à 250–350°C, puis revenu à 200–250°C pour transformer la matrice en martensite, atteignant une dureté HRC 60–65 tout en maintenant la ténacité aux chocs.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
Le manteau moulé est monté sur un tour vertical CNC pour usiner la surface conique intérieure, la bride supérieure et les emplacements des trous de boulons, en laissant une surépaisseur de finition de 1 à 2 mm. Les dimensions clés (angle de conicité intérieure, épaisseur de la bride) sont contrôlées à ± 0,1 mm.
Usinage de précision de la surface intérieure:
L'alésage conique intérieur est fini au tour et rectifié pour obtenir une rugosité de surface de Ra0,8 μm, assurant un ajustement serré avec le cône mobile. L'angle de conicité est adapté au cône mobile (tolérance ±0,05°) afin d'éviter toute charge inégale.
Usinage des caractéristiques de montage:
Les trous de boulons dans la bride supérieure sont percés et taraudés selon une tolérance de classe 6H, avec une précision de positionnement (± 0,2 mm) par rapport à l'axe du manteau pour assurer une force de serrage uniforme.
Les rainures de clavette de positionnement (le cas échéant) sont fraisées dans la surface intérieure, avec des tolérances de profondeur et de largeur (± 0,05 mm) pour s'aligner avec les clavettes du cône mobile.
Finition du profil extérieur:
La surface d'usure extérieure est inspectée pour déceler tout défaut de moulage, puis légèrement meulée afin d'éliminer les irrégularités de surface tout en préservant le profil d'usure prévu. Aucun excès de matière n'est retiré afin de maintenir un espace de broyage optimal avec le revêtement du bol.
Traitement de surface:
La surface intérieure (en contact avec le cône mobile) est recouverte d'un composé anti-grippage (bisulfure de molybdène) pour faciliter l'installation par thermorétraction.
La surface extérieure peut subir un grenaillage pour induire une contrainte de compression, améliorant ainsi la résistance à la fatigue et réduisant la propagation des fissures.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (par spectrométrie d'émission optique) confirme que l'alliage répond aux spécifications (par exemple, Cr20Mo3 : Cr 20–23 %, C 2,8–3,2 %).
L'analyse métallographique vérifie la répartition des carbures durs (fraction volumique ≥ 30%) dans une matrice martensitique, garantissant la résistance à l'usure.
Essais de propriétés mécaniques:
Les tests de dureté (Rockwell C) garantissent que la surface extérieure a une dureté de HRC 60–65 ; la dureté du noyau est vérifiée pour confirmer un traitement thermique uniforme (≤ HRC 55 pour la ténacité).
Les essais d'impact (Charpy V-notch) mesurent la ténacité à température ambiante, nécessitant ≥ 12 J/cm² pour résister à la fracture sous un impact violent.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les dimensions clés : angle de conicité intérieur, diamètre extérieur à plusieurs hauteurs et planéité des brides, avec des tolérances de ± 0,1 mm.
Un scanner laser vérifie que le profil d'usure extérieur correspond au modèle CAO, garantissant un alignement correct avec la chemise du bol pour maintenir l'espace de concassage conçu.
Contrôles non destructifs (CND):
Les tests par ultrasons (UT) détectent les défauts internes (par exemple, les pores de retrait, les fissures) dans le corps du manteau, tout défaut >φ3 mm entraînant un rejet.
Le test par particules magnétiques (MPT) vérifie les fissures de surface dans la bride, les trous de boulons et les bords, avec des défauts linéaires >0,2 mm rejetés.
Validation des performances d'usure:
Les tests d'usure accélérée (ASTM G65) utilisent un appareil à roue en sable sec/caoutchouc pour mesurer la perte de poids, les manteaux à haute teneur en chrome nécessitant ≤ 0,5 g/1 000 cycles.
Les essais sur le terrain impliquent l'installation du manteau dans un concasseur d'essai et la surveillance des taux d'usure sur 500 heures de fonctionnement, garantissant une usure uniforme et aucune défaillance prématurée.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle de la qualité, le manteau atteint la résistance à l'usure, la précision et la durabilité requises pour garantir des performances de concassage efficaces et à long terme dans les concasseurs à cône, ce qui le rend adapté aux applications d'exploitation minière, d'exploitation de carrières et de traitement des agrégats.
