La chemise de douille du concasseur à cône, un composant résistant à l'usure remplaçable situé dans la cavité du palier, sert d'interface entre l'arbre principal rotatif et la douille fixe. Elle protège contre l'usure, réduit les frottements (≤ 0,15 avec lubrification), répartit les charges et compense les légers désalignements, nécessitant une bonne résistance à l'usure et une bonne compatibilité avec les lubrifiants.
Structurellement, il s'agit d'un manchon cylindrique/à bride avec un corps de chemise (bronze, babbitt ou matériaux bimétalliques), une surface d'appui intérieure (Ra0,8–1,6 μm avec rainures d'huile), une surface extérieure (ajustement serré), une bride en option, des dispositifs de lubrification et des chanfreins, avec une épaisseur de paroi de 5 à 15 mm.
La fabrication comprend le moulage (centrifuge/sable) pour les chemises en bronze, ainsi que le traitement thermique et l'usinage, ou la préparation de la coque en acier, l'application de la couche de roulement (frittage/collage au rouleau) et l'usinage pour les chemises bimétalliques.
Le contrôle qualité comprend des tests de matériaux (composition, dureté), des contrôles dimensionnels (CMM, tests de circularité), des analyses microstructurales, des tests de performance (frottement, usure) et des contrôles d'ajustement, garantissant ainsi la protection des composants pour un fonctionnement efficace du concasseur.
Présentation détaillée du composant de revêtement de douille de concasseur à cône
1. Fonction et rôle de la doublure de l'emboîture
La chemise de douille de concasseur à cône (également appelée douille d'arbre principal ou chemise de pivot) est un composant remplaçable et résistant à l'usure, installé dans la cavité du palier de la douille, servant d'interface entre l'arbre principal rotatif et la douille fixe. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Protection contre l'usure:Protection de la cavité du palier de la douille et de l'arbre principal contre le contact direct métal sur métal, réduisant l'abrasion causée par la rotation à grande vitesse (500 à 1 500 tr/min) et les charges axiales (jusqu'à des milliers de kilonewtons).
Réduction de la friction:Fournir une surface à faible frottement (coefficient de frottement ≤ 0,15 sous lubrification) pour minimiser les pertes d'énergie et la génération de chaleur entre l'arbre principal et la douille.
Répartition de la charge:Répartition uniforme des charges axiales et radiales de l'arbre principal à la douille, évitant ainsi la concentration de contraintes localisées et prolongeant la durée de vie des deux composants.
Compensation d'alignement:Permettant un léger désalignement entre l'arbre principal et la douille grâce à sa légère élasticité, réduisant les vibrations et le bruit pendant le fonctionnement.
Fonctionnant dans un environnement lubrifié mais soumis à de fortes contraintes, la chemise de douille nécessite une excellente résistance à l'usure, une résistance à la compression et une compatibilité avec les lubrifiants (par exemple, l'huile minérale ou la graisse).
2. Composition et structure de la cavité alvéolaire
La chemise de douille est généralement un manchon cylindrique ou à bride avec des dimensions internes et externes précises, comportant les pièces clés et les détails structurels suivants :
Corps de doublure:Manchon cylindrique creux en bronze de palier (par exemple, ZCuSn10Pb1), en métal antifriction (à base d'étain : Sn 83–85 %, Sb 11–13 %) ou en matériau bimétallique à support en acier (enveloppe en acier avec une couche de bronze fritté). L'épaisseur de la paroi varie de 5 à 15 mm, selon la taille du concasseur.
Surface d'appui intérieureSurface usinée avec précision, présentant une faible rugosité (Ra 0,8–1,6 μm), en contact direct avec l'arbre principal. Elle présente souvent des rainures d'huile circonférentielles (de 0,5 à 2 mm de profondeur) pour retenir le lubrifiant et réduire les frottements.
Surface extérieure:Une surface cylindrique ou légèrement conique qui s'insère dans la cavité du palier de la douille avec un ajustement serré (0,01 à 0,05 mm) pour empêcher la rotation par rapport à la douille.
Bride (en option):Une bride radiale à une extrémité pour limiter le mouvement axial dans la douille, garantissant que la chemise reste en place sous de lourdes charges axiales.
Caractéristiques de lubrification:
Rainures d'huile:Rainures axiales ou en spirale sur la surface intérieure qui répartissent le lubrifiant uniformément le long de la zone de contact, évitant ainsi le frottement à sec.
Trous d'huile:Petits trous (φ3–φ6 mm) reliant la surface extérieure aux rainures intérieures, s'alignant avec les canaux de lubrification de la douille pour assurer le flux d'huile.
Chanfreins:Bords arrondis (rayon de 0,5 à 2 mm) aux deux extrémités pour faciliter l'installation et éviter la concentration de contraintes à l'interface chemise-arbre.
3. Procédé de fabrication de la chemise de douille
Selon le matériau, les chemises d'emboîture sont produites par moulage, frittage ou usinage. Pour les chemises en bronze, le procédé principal est :
Sélection des matériaux:
Le bronze pour roulements (ZCuSn10Pb1) est privilégié pour sa résistance élevée à la compression (≥ 300 MPa), sa bonne conductivité thermique et sa compatibilité avec les arbres en acier. Sa composition est contrôlée : Sn (9 à 11 %, Pb (0,5 à 1,0 %, le reste étant en Cu), avec une dureté de HB (80 à 100).
Fonderie:
Coulée centrifugeLe bronze en fusion est coulé dans un moule rotatif (1 000 à 3 000 tr/min) pour former un manchon cylindrique à structure dense et uniforme. Cette méthode garantit la concentricité et minimise la porosité (≤ 5 % en volume).
moulage au sablePour les chemises à brides, des moules en sable avec noyaux sont utilisés pour former des rainures ou des trous d'huile. La température de coulée est de 1 000 à 1 100 °C pour assurer un remplissage complet des sections minces.
Traitement thermique:
Les chemises en bronze subissent un recuit à 500–600 °C pendant 1 à 2 heures, suivi d'un refroidissement lent, pour soulager les contraintes de coulée et améliorer l'usinabilité.
Usinage et finition:
Usinage grossier:L'ébauche moulée est tournée sur un tour pour usiner le diamètre extérieur, l'alésage intérieur et la bride (le cas échéant), en laissant une surépaisseur de finition de 0,5 à 1 mm.
Usinage de finition:Les surfaces intérieures et extérieures sont tournées avec précision pour atteindre des tolérances dimensionnelles (IT6–IT7) et une rugosité de surface Ra0,8 μm. L'alésage intérieur est rodé pour une circularité supérieure (≤ 0,005 mm).
Usinage de rainures d'huile:Les rainures sont fraisées ou brochées dans la surface intérieure avec une profondeur et un espacement précis pour optimiser la rétention du lubrifiant.
4. Procédé de fabrication des chemises bimétalliques
Pour les applications à forte charge, les chemises bimétalliques à support en acier sont produites à l'aide de :
Préparation de la coque en acier:Un manchon en acier à faible teneur en carbone (Q235) est étiré ou usiné aux dimensions extérieures souhaitées, puis nettoyé et rendu rugueux (par exemple, par sablage) pour améliorer la liaison avec la couche de roulement.
Application de la couche portante:
Frittage:Une poudre de bronze (par exemple, CuSn10) est frittée sur la coque en acier à 800–900 °C dans une atmosphère protectrice (azote), formant une couche poreuse de 0,5 à 2 mm d'épaisseur.
Collage au rouleau:Une fine feuille de bronze (0,3 à 1 mm d'épaisseur) est laminée à froid sur la coque en acier sous haute pression (100 à 200 MPa), créant une liaison métallurgique.
Usinage final:La surface intérieure est usinée selon les dimensions et la rugosité requises, avec des rainures d'huile ajoutées selon les besoins.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (spectrométrie) vérifie la conformité aux normes des matériaux (par exemple, ZCuSn10Pb1 : Sn 9–11 %, Pb 0,5–1,0 %).
Les tests de dureté (Brinell) garantissent que les chemises en bronze ont une dureté de HB 70–90, équilibrant la résistance à l'usure et la ductilité.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les diamètres intérieurs/extérieurs, l'uniformité de l'épaisseur de la paroi et l'épaisseur de la bride, avec des tolérances contrôlées à ± 0,01 mm pour les dimensions critiques.
La rondeur et la cylindricité de la surface intérieure sont mesurées à l'aide d'un testeur de rondeur, garantissant des valeurs ≤ 0,005 mm pour éviter une usure inégale.
Analyse microstructurale:
L'examen métallographique vérifie la porosité (≤5% dans le bronze) et la qualité de liaison dans les revêtements bimétalliques (pas de délaminage entre l'acier et les couches d'appui).
Tests de performance:
Essais de coefficient de frottement:Un tribomètre mesure le frottement sous une charge simulée (10–50 MPa) et une vitesse (500–1500 tr/min), nécessitant des valeurs ≤ 0,15 avec lubrification.
Test d'usure:Un test de broche sur disque soumet le matériau de revêtement à 10⁶ cycles, avec une perte de poids limitée à ≤ 5 mg pour garantir une longue durée de vie.
Vérifications d'ajustement et d'assemblage:
La chemise est montée à titre d'essai dans une douille d'essai pour vérifier l'ajustement serré : elle doit nécessiter une force de pression légère (5 à 20 kN) sans distorsion.
L'alésage intérieur est vérifié pour sa compatibilité avec un échantillon d'arbre principal standard, garantissant une rotation en douceur sans blocage sous charge.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle qualité, la chemise de douille atteint la précision, la résistance à l'usure et le faible frottement requis pour protéger la douille et l'arbre principal, garantissant un fonctionnement efficace et fiable des concasseurs à cône dans les applications d'exploitation minière et de traitement des agrégats.
