Cet article détaille le joint annulaire du concasseur à cône, un composant d'étanchéité essentiel installé entre la bague de réglage et le châssis, ou entre les cônes mobiles et fixes. Il prévient la contamination, retient les lubrifiants et maintient l'équilibre de pression. Il décrit sa composition, notamment le corps du joint (caoutchouc avec anneau de renfort métallique intégré), les lèvres/bords d'étanchéité, l'anneau de renfort métallique, les dispositifs de montage et les orifices d'aération (sur certains modèles), ainsi que ses caractéristiques structurelles. Le procédé de fabrication est détaillé, couvrant la préparation du matériau, le moulage (compression ou injection), la vulcanisation et le détourage. Il décrit également l'usinage de l'anneau de renfort métallique, la préparation de l'ensemble du joint et les étapes d'installation. De plus, des mesures de contrôle qualité sont spécifiées, telles que les essais de matériaux, les contrôles de précision dimensionnelle, les tests de performance d'étanchéité, les tests environnementaux et de durabilité, et l'inspection visuelle et des défauts. Ces processus garantissent une étanchéité fiable du joint annulaire, protégeant ainsi les composants internes et prolongeant la durée de vie du concasseur dans des environnements difficiles.
Présentation détaillée du composant d'étanchéité annulaire du concasseur à cône
1. Fonction et rôle du joint annulaire
Le joint annulaire (également appelé joint anti-poussière ou joint d'huile) est un élément d'étanchéité essentiel des concasseurs à cône. Il est principalement installé entre la bague de réglage et le châssis, ou entre le cône mobile et le cône fixe. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Prévenir la contamination:Empêcher la poussière, les particules de roche et l'humidité de pénétrer dans le système de transmission interne (par exemple, l'arbre excentrique, les roulements et les canaux de lubrification) pour éviter l'usure abrasive et la corrosion.
Lubrifiants de rétention: Sceller l'huile ou la graisse lubrifiante dans les chambres de roulement et les composants de transmission, assurant une lubrification continue et réduisant les dommages induits par la friction.
Maintenir l'équilibre de la pression:Aide à réguler les différences de pression interne entre la chambre de concassage et le système de transmission, évitant ainsi les fuites d'huile causées par les fluctuations de pression.
2. Composition et structure du joint annulaire
Le joint annulaire est un composant annulaire composite conçu pour une résistance à l'usure et une flexibilité élevées, composé des éléments clés suivants :
Corps du jointStructure annulaire principale, généralement en caoutchouc nitrile (NBR), polyuréthane (PU) ou caoutchouc fluoré (FKM), avec un anneau de renfort métallique (acier au carbone ou acier inoxydable) intégré pour renforcer la rigidité structurelle. Le matériau en caoutchouc est choisi en fonction de la température de fonctionnement (NBR pour -40 °C à 120 °C ; FKM pour les environnements à haute température supérieurs à 150 °C).
Lèvres ou bords d'étanchéitéUne ou plusieurs lèvres flexibles sur les diamètres intérieur et extérieur du corps du joint assurent un contact étroit avec les surfaces de contact (par exemple, la paroi extérieure de la bague de réglage ou la paroi intérieure du cadre). Ces lèvres sont souvent conçues avec une structure à ressort (ressort jarretière) pour maintenir une pression constante contre la surface de contact, garantissant ainsi une étanchéité fiable même en cas d'usure légère.
Anneau de renfort métallique: Une fine bague annulaire en acier (SPCC ou acier inoxydable 304) intégrée au corps en caoutchouc lors du moulage. Elle assure la stabilité dimensionnelle, prévient la déformation sous pression radiale et garantit le maintien de la forme du joint pendant le montage et le fonctionnement.
Rainure ou bride de montage:Une structure en retrait ou en saillie sur le bord extérieur du joint qui s'insère dans une rainure correspondante sur le châssis du concasseur ou la bague de réglage, fixant le joint en place et empêchant le déplacement axial pendant les vibrations.
Trous d'aération (dans certains modèles):De petits trous percés dans la bague de renfort métallique permettent d'égaliser la pression entre les côtés intérieur et extérieur du joint, réduisant ainsi le risque de déformation des lèvres en raison des différences de pression.
3. Procédé de fabrication du joint annulaire
Contrairement aux composants métalliques, les joints annulaires sont principalement fabriqués par moulage en caoutchouc plutôt que par coulée, en raison de leur nature flexible et composite. Les étapes clés sont les suivantes :
Préparation du matériel:
Composé de caoutchouc: Du caoutchouc brut (par exemple, du NBR) est mélangé à des additifs (noir de carbone pour le renforcement, soufre pour la vulcanisation, antioxydants et lubrifiants) dans un malaxeur Banbury. Le mélange est malaxé à une température de 80 à 100 °C pour former un composé de caoutchouc homogène d'une viscosité Mooney de 60 à 80 (ML 1+4 à 100 °C).
Anneau de renfort métallique:Les bandes d'acier au carbone sont coupées en anneaux, ébavurées et traitées avec un agent de liaison (par exemple, Chemlok 205) pour assurer une forte adhérence entre le métal et le caoutchouc.
Moulage (moulage par compression ou par injection):
Moulage par compressionLe composé de caoutchouc est préformé en forme d'anneau et placé dans un moule chauffé (160–180 °C) à côté de l'anneau de renfort métallique. Le moule est fermé et une pression (10–20 MPa) est appliquée pendant 5 à 15 minutes pour vulcaniser le caoutchouc, qui se lie à l'anneau métallique et forme le joint (y compris les lèvres et les rainures).
Moulage par injectionPour la production en grande série, le composé de caoutchouc fondu est injecté dans un moule chauffé contenant l'anneau métallique. Cette méthode garantit un contrôle dimensionnel plus précis et une répartition uniforme du matériau, avec des temps de cycle réduits à 2 à 5 minutes.
Vulcanisation:
Le moule est maintenu à 160–180 °C pour compléter la réaction de vulcanisation, réticulant les molécules de caoutchouc pour obtenir élasticité et résistance mécanique. Une post-vulcanisation (2 à 4 heures à 100–120 °C) peut être réalisée pour les joints FKM afin d'améliorer leur résistance chimique.
Découpe et finition:
Les bavures (excès de caoutchouc) sont éliminées des bords du joint à l'aide de machines de coupe (couteaux rotatifs ou coupe cryogénique à l'azote liquide) pour garantir des lèvres d'étanchéité lisses et sans bavures.
Les lèvres d'étanchéité sont polies avec des tampons abrasifs pour obtenir une rugosité de surface de Ra0,8–1,6 μm, améliorant ainsi le contact avec les surfaces d'accouplement.
4. Procédés d'usinage et d'assemblage
Alors que les composants en caoutchouc nécessitent un usinage minimal, la bague de renfort métallique et les pièces d'accouplement subissent un traitement de précision :
Usinage d'anneaux de renfort métalliques:
L'anneau en acier est découpé à partir de bandes à l'aide d'une presse à emboutir, avec des diamètres extérieurs et intérieurs ébauchés à ± 0,1 mm près.
La surface de l'anneau est nettoyée et enduite d'un agent de liaison, séchée à 80–100°C pendant 30 minutes pour activer l'adhérence.
Préparation de l'assemblage des joints:
Les rainures d'accouplement sur le châssis du concasseur ou la bague de réglage sont usinées à des dimensions précises (largeur ± 0,05 mm, profondeur ± 0,02 mm) à l'aide de tours CNC, garantissant que le joint s'adapte parfaitement sans distorsion.
Les surfaces de contact (en contact avec les lèvres du joint) sont meulées jusqu'à une rugosité de surface de Ra0,8–1,6 μm et polies pour éliminer les bavures ou les rayures qui pourraient endommager le joint.
Caractéristiques d'installation:
Le joint annulaire est monté par pression dans la rainure de montage à l'aide d'une presse hydraulique, avec un outil de guidage pour éviter la déformation des lèvres lors de l'installation.
Les ressorts de jarretière (le cas échéant) sont étirés et positionnés dans la rainure du ressort de la lèvre d'étanchéité pour maintenir la pression radiale contre la surface d'accouplement.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
Essais de composés de caoutchouc : la résistance à la traction (≥ 15 MPa pour le NBR), l'allongement à la rupture (≥ 300 %) et la dureté (60–70 Shore A) sont vérifiés à l'aide des normes ASTM D412.
Test de l'anneau métallique : la force d'adhérence entre le caoutchouc et le métal est testée via un test de pelage (≥ 5 N/mm) pour garantir l'absence de délaminage.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Les diamètres extérieurs et intérieurs du joint sont mesurés à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) pour garantir le respect des tolérances (± 0,1 mm pour les dimensions critiques).
L'épaisseur et l'angle des lèvres sont inspectés à l'aide d'un projecteur de profil, avec des écarts ≤ 0,05 mm pour garantir un contact correct avec les surfaces de contact.
Test de performance d'étanchéité:
Essai de pression : Le joint est installé dans un dispositif d'essai et soumis à une pression interne (0,5 à 1 MPa) avec de l'huile ou de l'air. Aucune fuite n'est tolérée pendant 30 minutes, ce qui est vérifié par inspection visuelle ou par contrôle de la perte de charge.
Essai de résistance à la poussière : le joint est exposé à la poussière fine ISO 12103-1 A2 dans des conditions de fonctionnement simulées pendant 100 heures. L’inspection post-test confirme l’absence de pénétration de poussière dans la cavité scellée.
Tests environnementaux et de durabilité:
Résistance à la température : Les joints sont vieillis dans un four à 120°C (NBR) ou 200°C (FKM) pendant 168 heures, avec des tests post-vieillissement confirmant des changements minimes de dureté (≤5 Shore A) et de résistance à la traction (≤20% de réduction).
Essai de fatigue en flexion : le joint subit 100 000 cycles de compression radiale (± 0,5 mm) pour simuler les vibrations, sans aucune fissure ni déformation des lèvres autorisée.
Inspection visuelle et des défauts:
Contrôles de surface : les surfaces en caoutchouc sont inspectées à l'aide d'une loupe (10x) pour détecter la présence de bulles, de fissures ou d'un durcissement irrégulier. Les anneaux métalliques sont également vérifiés pour détecter la présence de rouille ou de bavures.
Contrôle d'adhérence : Un test au couteau est effectué pour garantir l'absence de séparation entre le caoutchouc et le métal, toute délamination entraînant un rejet.
En adhérant à ces processus de fabrication et de contrôle de qualité, le joint annulaire atteint des performances d'étanchéité fiables, protégeant efficacement les composants internes du concasseur à cône contre la contamination et la perte de lubrifiant, prolongeant ainsi la durée de vie de l'équipement dans les environnements miniers et d'agrégats difficiles.
