Cet article présente en détail le pignon du concasseur à cône, un composant essentiel de la transmission qui s'engrène avec la couronne pour transférer la puissance du moteur à l'ensemble excentrique, permettant ainsi le mouvement oscillant du cône mobile. Il détaille les fonctions du pignon, notamment la transmission de puissance, l'amplification du couple et l'engrènement de précision. Sa composition et sa structure sont détaillées : denture, corps d'arbre, tourillons, épaulements/colliers, trous de lubrification, rainure de clavette/cannelure, ainsi que leurs caractéristiques structurelles. Pour les pignons de grande taille, le procédé de moulage est décrit, couvrant le choix du matériau, la création de modèles, le moulage, la fusion et le coulage, le refroidissement et le décochage, le traitement thermique et l'inspection. Pour les pignons forgés, le procédé d'usinage et de fabrication est décrit, incluant le forgeage, l'ébauche, le traitement thermique, l'usinage de finition et l'ébavurage/polissage. De plus, des mesures de contrôle qualité sont spécifiées, telles que la validation des matériaux, les contrôles de précision dimensionnelle, les essais de dureté et de microstructure, les essais de performance dynamique, les essais non destructifs et l'inspection finale. Ces processus garantissent que le pignon atteint la résistance, la précision et la durabilité requises, garantissant une transmission de puissance fiable dans les opérations de concassage exigeantes
Introduction détaillée au composant pignon du concasseur à cône
1. Fonction et rôle du pignon
Le pignon du concasseur à cône (également appelé pignon d'entraînement ou petit engrenage) est un élément de transmission essentiel du système d'alimentation du concasseur. Il s'engrène directement avec la grande couronne dentée pour transférer l'énergie de rotation du moteur à l'ensemble excentrique. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Transmission de puissance: Conversion de la rotation à grande vitesse du moteur (généralement 1450 tr/min pour les moteurs électriques) en un mouvement à vitesse inférieure et à couple élevé requis par l'engrenage principal, entraînant le mouvement oscillant du cône mobile.
Amplification du couple: Agissant comme un réducteur de vitesse (rapport de démultiplication de 5:1 à 8:1) pour multiplier le couple, permettant au concasseur de traiter des matériaux durs comme le granit ou le basalte.
Maillage de précision: Maintenir un engagement stable avec l'engrenage principal pour assurer un fonctionnement en douceur, réduisant les vibrations et le bruit pendant l'écrasement.
En raison de son rôle dans un fonctionnement continu à forte contrainte, le pignon doit équilibrer une résistance élevée, une résistance à l'usure et une précision dimensionnelle pour éviter une défaillance prématurée.
2. Composition et structure du pignon
Le pignon est un petit engrenage cylindrique avec un arbre plein ou creux, comportant les composants et détails structurels suivants :
Dents d'engrenageDents à développante externe (module de 6 à 16, selon la taille du concasseur) avec un angle de pression de 20°, conçues pour s'engrèner avec la couronne. Le profil des dents présente un rayon de congé à la racine pour réduire la concentration des contraintes.
Corps de l'arbre: Un arbre cylindrique intégré à l'engrenage, dont une extrémité est reliée au moteur par un accouplement (flexible ou hydraulique, par exemple) et l'autre est supportée par des roulements (à rouleaux ou à billes). Le diamètre de l'arbre varie de 50 à 300 mm, avec des rainures de clavette ou des cannelures pour la transmission du couple.
Tourillons de palier:Sections cylindriques usinées avec précision sur l'arbre où les roulements sont montés, avec des tolérances serrées (IT5–IT6) pour assurer une rotation en douceur et un faux-rond minimal.
Épaules ou cols: Projections axiales sur l'arbre qui positionnent les roulements et empêchent le mouvement axial pendant le fonctionnement.
Trous de lubrification:Petits trous percés menant aux dents de l'engrenage et aux tourillons de roulement, fournissant de l'huile ou de la graisse pour réduire la friction et l'usure.
Rainure de clavette ou cannelure:Une fente ou une série de crêtes sur l'extrémité de l'arbre qui s'accouple avec l'accouplement du moteur, assurant un transfert de couple sans glissement.
3. Processus de moulage du pignon (pour les pignons de grande taille)
Alors que les petits pignons sont souvent forgés, les grands pignons (diamètre d'arbre >150 mm) peuvent utiliser le moulage pour des raisons de rentabilité, avec les étapes suivantes :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé en alliage à haute résistance (ZG40CrNiMo) est préféré, offrant une résistance à la traction ≥ 800 MPa et une ténacité aux chocs ≥ 60 J/cm² pour résister aux charges cycliques.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature en mousse ou en bois est créé, reproduisant les dents de l'engrenage, l'arbre et les tourillons. Des marges de retrait (2 à 2,5 %) sont ajoutées pour tenir compte de la contraction due au refroidissement.
Moulage:
Des moules en sable lié à la résine sont formés autour du modèle, avec un noyau en sable pour l'arbre creux (le cas échéant). La cavité du moule est recouverte d'un enduit réfractaire pour garantir une surface lisse.
Fondre et couler:
L'alliage est fondu dans un four à arc électrique à 1550–1600°C, avec une composition chimique contrôlée à C 0,38–0,45%, Cr 0,8–1,1%, Ni 1,2–1,5% et Mo 0,2–0,3%.
Le coulage est effectué à 1500–1530°C à l'aide d'une louche de coulée inférieure pour minimiser les turbulences, assurant ainsi un remplissage complet du moule.
Refroidissement et secouage:
La pièce est refroidie dans le moule pendant 48 à 72 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis retirée par vibration. Les résidus de sable sont nettoyés par grenaillage.
Traitement thermique:
La normalisation (880–920 °C, refroidie par air) affine la structure du grain, suivie d'un revenu (600–650 °C) pour obtenir une dureté de 220–250 HBW, améliorant ainsi l'usinabilité.
Inspection de moulage:
L'inspection visuelle et le test de ressuage (DPT) vérifient la présence de fissures ou de soufflures de surface.
Le contrôle par ultrasons (UT) détecte les défauts internes, avec des limites strictes (aucun défaut >φ2 mm dans les dents de l'engrenage ou le noyau de l'arbre).
4. Processus d'usinage et de fabrication (pignons forgés)
La plupart des pignons sont forgés pour une résistance accrue, avec les étapes de fabrication suivantes :
Forgeage:
Une billette d'acier (40CrNiMoA) est chauffée à 1100–1200°C et forgée en une forme d'arbre-engrenage brut à l'aide d'une presse hydraulique, améliorant ainsi le flux de grain et les propriétés mécaniques.
Usinage grossier:
L'ébauche forgée est tournée sur un tour CNC pour usiner le diamètre extérieur de l'arbre, les épaulements et les tourillons de palier, laissant une marge de finition de 2 à 3 mm.
Les dents d'engrenage sont grossièrement taillées à l'aide d'une machine à tailler les engrenages, avec une marge de 0,5 mm pour la finition.
Traitement thermique:
Cémentation : les dents de l'engrenage et la surface de l'arbre sont cémentées à 900–930 °C pendant 6 à 10 heures pour créer une couche dure (0,8–1,2 mm d'épaisseur), améliorant la résistance à l'usure.
Trempe et revenu : Trempé à l'huile à 850–880 °C, puis revenu à 180–200 °C pour obtenir une dureté de surface HRC 58–62 (dents) et une dureté de noyau HRC 30–35 (arbre).
Usinage de finition:
Les dents d'engrenage sont rectifiées à l'aide d'une rectifieuse d'engrenages avec une précision AGMA 7–8, avec un écart de profil de dent ≤ 0,015 mm et une rugosité de surface Ra 0,8 μm.
Les tourillons de roulement sont rectifiés avec précision selon la tolérance IT5, avec une rondeur ≤ 0,005 mm et une rugosité de surface Ra 0,4 μm pour assurer un fonctionnement fluide du roulement.
Les rainures de clavette ou cannelures sont brochées selon des tolérances serrées (largeur ± 0,01 mm) pour un engagement sécurisé de l'accouplement.
Ébavurage et polissage:
Les bords des dents sont ébavurés à l'aide d'une brosse ou d'une meule abrasive pour éviter la concentration des contraintes.
Les trous de lubrification sont fraisés et polis pour éviter toute obstruction du flux d'huile.
5. Processus de contrôle qualité
Validation des matériaux:
L'analyse chimique (spectrométrie) confirme la composition de l'alliage (par exemple, 40CrNiMoA : C 0,37–0,44 %, Ni 1,25–1,65 %, Mo 0,15–0,25 %).
Les essais de traction sur des échantillons forgés vérifient la limite d'élasticité (≥ 835 MPa) et l'allongement (≥ 12 %).
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les paramètres des engrenages : erreur de pas (≤ 0,02 mm), épaisseur des dents (± 0,01 mm) et faux-rond de l'arbre (≤ 0,02 mm).
La concentricité des tourillons avec l'axe de l'engrenage (≤ 0,01 mm) est vérifiée à l'aide d'un comparateur à cadran.
Essais de dureté et de microstructure:
La dureté de surface des dents est mesurée à l'aide d'un testeur Rockwell (HRC 58–62 requis).
L'analyse métallographique garantit une profondeur de couche carburée uniforme et aucune austénite retenue excessive.
Tests de performance dynamiques:
Essai d'engrènement : Le pignon est associé à un engrenage cylindrique sur un banc d'essai pour mesurer le bruit (≤ 80 dB à vitesse nominale) et les vibrations (≤ 0,05 mm/s).
Test de surcharge : Fonctionnement à 120 % du couple nominal pendant 2 heures pour vérifier la déformation des dents ou la surchauffe des roulements.
Contrôles non destructifs (CND):
Le test par particules magnétiques (MPT) détecte les fissures de surface dans les dents, les épaulements des arbres et les rainures de clavette.
Le contrôle par ultrasons (UT) inspecte le noyau de l'arbre pour détecter les défauts internes (aucun défaut >φ2 mm).
Inspection finale:
Un audit complet des rapports de test, y compris les certificats de matériaux et les enregistrements dimensionnels, est effectué avant l'approbation.
Le pignon est marqué avec le numéro de pièce, la dureté et la date d'inspection pour la traçabilité.
Grâce à ces processus rigoureux, le pignon du concasseur à cône atteint la résistance, la précision et la durabilité requises, garantissant une transmission de puissance fiable et une longue durée de vie dans des environnements de concassage exigeants.
