Le bol du concasseur à cône, également appelé carter de cône fixe ou cadre concave, est un élément structurel essentiel qui forme l'enveloppe extérieure fixe de la chambre de concassage. Placé au-dessus de la douille excentrique et entourant le manteau, il assure principalement le support structurel du revêtement du bol, la formation de la chambre de concassage avec le manteau, la répartition des charges sur le cadre de base et le confinement des matériaux pour assurer un écoulement efficace. Il exige une résistance mécanique, une rigidité et une précision dimensionnelle élevées, et est généralement fabriqué en acier moulé haute résistance ou en tôles d'acier soudées.
Structurellement, il s'agit d'un grand composant conique ou cylindro-tronconique avec un intérieur creux, composé du corps du bol (acier moulé à haute résistance comme le ZG35CrMo), de l'interface de montage de la chemise du bol (rainures en queue d'aronde, bride de serrage), de l'interface du mécanisme de réglage (surface extérieure filetée, fentes de guidage), des nervures de renfort, de l'ouverture de décharge et des orifices de lubrification/d'inspection.
Le procédé de moulage du bol comprend le choix du matériau (ZG35CrMo), 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 refroidissement avec traitement thermique (normalisation et revenu). L'usinage comprend l'ébauche, l'usinage des filetages et des éléments de guidage, l'usinage de la surface intérieure et de l'interface de montage, l'usinage des brides et des trous de boulons, ainsi que le traitement de surface.
Les processus de contrôle qualité comprennent les tests de matériaux (composition chimique et résistance à la traction), les contrôles de précision dimensionnelle (MMT et scanner laser), les tests d'intégrité structurelle (tests par ultrasons et magnétoscopie), les tests de performance mécanique (tests de dureté et de charge) et les tests d'assemblage/fonctionnels. Ces tests garantissent que le bol possède la résistance structurelle, la précision et la fiabilité requises pour résister à des forces de concassage extrêmes, permettant ainsi un fonctionnement efficace à long terme dans les mines et le traitement des granulats.
Introduction détaillée au composant du bol du concasseur à cône
1. Fonction et rôle du bol
Le bol du concasseur à cône (également appelé carter de cône fixe ou cadre concave) est un élément structurel essentiel qui forme l'enveloppe extérieure fixe de la chambre de concassage. Placé au-dessus de la douille excentrique et entourant le manteau, il assure principalement les fonctions suivantes :
Support structurel: Logement et fixation du revêtement du bol (revêtement du cône fixe), fournissant un cadre stable pour résister aux forces d'écrasement élevées (jusqu'à des milliers de kilonewtons) générées pendant le fonctionnement.
Formation de la chambre de concassage:Fonctionne en conjonction avec le manteau pour former la cavité de concassage annulaire, où le matériau est comprimé et fracturé entre la chemise de bol stationnaire et le manteau rotatif.
Répartition de la charge:Transmission des charges axiales et radiales du processus de concassage au châssis de base du concasseur, réduisant ainsi la concentration de contraintes sur les composants critiques comme l'arbre principal et les roulements.
Confinement des matériaux: Empêcher le matériau broyé de se répandre hors de la chambre de broyage, assurant un flux de matériau efficace à travers l'ouverture de décharge.
Compte tenu de son rôle dans la portance de charges lourdes et la stabilité structurelle, le bol nécessite une résistance mécanique élevée, une rigidité et une précision dimensionnelle, souvent fabriquée à partir d'acier moulé à haute résistance ou de plaques d'acier soudées.
2. Composition et structure du bol
Le bol est généralement un grand composant conique ou cylindro-tronconique avec un intérieur creux, composé des pièces clés et des détails structurels suivants :
Corps du bol:Coque structurelle principale, d'une épaisseur de paroi de 80 à 200 mm, en acier moulé (par exemple, ZG35CrMo) ou en acier faiblement allié soudé (par exemple, Q355B). Sa surface extérieure peut comporter des nervures de renfort, tandis que sa surface intérieure est usinée pour accueillir la chemise de cuvette.
Interface de montage de la doublure de cuvette:
Rainures en queue d'aronde:Rainures longitudinales ou circonférentielles sur la surface intérieure qui s'accouplent avec les saillies correspondantes sur la doublure du bol, la fixant contre les forces de rotation pendant l'écrasement.
Bride de serrage:Une bride radiale au sommet du bol avec des trous de boulons pour fixer la chemise du bol, garantissant qu'elle reste en place sous les charges d'impact.
Interface du mécanisme de réglage:
Surface extérieure filetée:De nombreux bols sont dotés de filetages trapézoïdaux externes qui s'engagent avec la bague de réglage, permettant un réglage vertical du bol pour modifier l'espace de broyage (et donc la taille du produit).
Emplacements de guidage:Rainures linéaires sur la surface extérieure qui s'alignent avec les broches de guidage sur le cadre supérieur, empêchant la rotation du bol pendant le réglage de l'espace.
Nervures de renforcement: Nervures radiales ou axiales (20 à 50 mm d'épaisseur) réparties sur la surface extérieure pour améliorer la rigidité, réduisant la déflexion sous charge à ≤ 0,5 mm à la pression de fonctionnement maximale.
Ouverture de décharge:Une sortie circulaire ou rectangulaire au fond du bol, dimensionnée pour contrôler la taille maximale du produit et faciliter le flux de matière vers le convoyeur de décharge.
Ports de lubrification et d'inspection:Petites ouvertures ou canaux pour l'acheminement du lubrifiant vers l'interface du filetage de réglage et pour l'inspection visuelle de l'état d'usure de la chemise de cuvette.
3. Processus de moulage du bol
Pour les conceptions de bols grands et complexes, le moulage au sable est la principale méthode de fabrication, garantissant l'intégrité structurelle et la précision dimensionnelle :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé à haute résistance (ZG35CrMo) est préféré pour son excellente résistance à la traction (≥ 700 MPa), sa ténacité aux chocs (≥ 35 J/cm²) et sa soudabilité, ce qui le rend adapté aux applications à charges lourdes.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature est créé en mousse de polyuréthane ou en bois, reproduisant la forme extérieure du bol, la cavité intérieure, les nervures, les filetages (simplifiés) et les détails des brides. Des marges de retrait (1,5 à 2,5 %) sont ajoutées, avec des marges plus importantes pour les sections à parois épaisses.
Le modèle comprend des noyaux internes pour former la cavité creuse et les rainures de montage, garantissant des relations dimensionnelles précises entre les éléments.
Moulage:
Un moule en sable lié à la résine est préparé. Le modèle est positionné dans la partie inférieure du moule et la partie supérieure du moule est formée par-dessus. Des noyaux de sable sont insérés pour créer la cavité intérieure et les nervures, avec un alignement précis pour garantir l'uniformité de l'épaisseur des parois (tolérance ± 3 mm).
Fondre et couler:
L'acier moulé est fondu dans un four à arc électrique à 1520–1560 °C, avec une composition chimique contrôlée à C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 % et Mo 0,15–0,25 % pour équilibrer la résistance et la ténacité.
Le coulage est réalisé à l'aide d'une poche à fond creux, avec un débit contrôlé (50–100 kg/s) pour remplir la cavité du moule sans turbulence, minimisant la porosité et assurant un remplissage complet des fines nervures.
Refroidissement et traitement thermique:
La pièce est refroidie dans le moule pendant 72 à 120 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis retirée par décochage. Le grenaillage (grenaille d'acier G18) élimine les résidus de sable, obtenant ainsi une rugosité de surface de Ra50 à 100 μm.
Normalisation:Chauffage à 850–900 °C pendant 4 à 6 heures, suivi d'un refroidissement à l'air pour affiner la structure du grain.
Trempe:Chauffage à 600–650 °C pendant 3 à 5 heures pour réduire la dureté à 180–230 HBW, améliorant l'usinabilité tout en maintenant la résistance.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
Le bol moulé est monté sur un tour vertical CNC pour usiner la surface extérieure, la bride supérieure et l'ouverture de décharge inférieure, laissant une surépaisseur de finition de 5 à 8 mm. Les dimensions clés (diamètre extérieur, hauteur) sont contrôlées à ± 1 mm près.
Usinage de filetages et de guides:
Les filetages trapézoïdaux extérieurs (de réglage) sont ébauchés à l'aide d'une fraiseuse à fileter CNC, avec une surépaisseur de finition de 0,5 à 1 mm. Les paramètres du filetage (pas, pas, profil) sont vérifiés pour garantir la compatibilité avec la bague de réglage.
Les fentes de guidage sont fraisées dans la surface extérieure à l'aide d'une fraiseuse CNC, avec des tolérances de profondeur (10 à 20 mm) et de largeur (15 à 30 mm) de ± 0,1 mm pour s'aligner avec les broches de guidage du cadre supérieur.
Usinage de surfaces intérieures et d'interfaces de montage:
La surface intérieure (en contact avec la chemise du bol) est tournée pour obtenir une rugosité de surface de Ra3,2 μm et une tolérance d'angle de conicité de ±0,1°, garantissant un ajustement correct avec la chemise du bol.
Les rainures en queue d'aronde sont usinées avec précision dans la surface intérieure à l'aide d'une machine à brocher CNC, avec des dimensions (profondeur, largeur) contrôlées à ± 0,05 mm pour une rétention sûre de la chemise.
Usinage de brides et de trous de boulons:
La bride de serrage supérieure est usinée jusqu'à la planéité (≤ 0,05 mm/m) et la perpendicularité par rapport à l'axe du bol (≤ 0,1 mm/100 mm) à l'aide d'une meuleuse CNC.
Les trous de boulons sont percés et taraudés selon une tolérance de classe 6H, avec une précision de positionnement (± 0,2 mm) par rapport à l'axe central de la bride pour assurer une force de serrage uniforme sur la chemise du bol.
Traitement de surface:
La surface extérieure est recouverte d'un apprêt époxy et d'une couche de finition en polyuréthane (épaisseur totale de 100 à 150 μm) pour résister à la corrosion dans les environnements miniers difficiles.
Les surfaces filetées sont traitées avec un composé anti-grippage pour faciliter un réglage en douceur et éviter le grippage.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (par spectrométrie d'émission optique) vérifie que l'acier moulé répond aux spécifications (par exemple, ZG35CrMo : C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 %).
Les essais de traction sur des échantillons moulés confirment une résistance à la traction ≥ 700 MPa et un allongement ≥ 15 %.
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les dimensions critiques : diamètre extérieur (± 0,5 mm), angle de conicité intérieur (± 0,1°), paramètres de filetage et planéité de la bride.
Un scanner laser vérifie le profil global, garantissant la conformité avec le modèle CAO 3D.
Essais d'intégrité structurelle:
Des tests par ultrasons (UT) sont effectués sur le corps du bol et les nervures pour détecter les défauts internes (par exemple, les pores de retrait >φ5 mm sont rejetés).
Le contrôle par particules magnétiques (MPT) vérifie les fissures de surface dans les zones à forte contrainte (fonds de filet, bords de bride), tout défaut linéaire >1 mm entraînant un rejet.
Essais de performance mécanique:
Les tests de dureté (Brinell) garantissent que le bol a une dureté de 180 à 230 HBW, équilibrant résistance et usinabilité.
Les essais de charge consistent à appliquer 120 % de la force d'écrasement nominale via des presses hydrauliques, avec une inspection post-test ne montrant aucune déformation permanente (déflexion ≤ 0,3 mm).
Assemblage et tests fonctionnels:
Un essai d'ajustement avec la chemise de cuvette et la bague de réglage confirme l'alignement correct : la chemise repose solidement dans les rainures en queue d'aronde et la bague de réglage tourne en douceur sans se bloquer.
L'ouverture de décharge est mesurée pour s'assurer qu'elle correspond à la taille de conception (tolérance ± 2 mm), vérifiant ainsi le bon écoulement du matériau.
Grâce à ces processus de fabrication et de contrôle de qualité, le bol du concasseur à cône atteint la résistance structurelle, la précision dimensionnelle et la fiabilité requises pour résister à des forces de concassage extrêmes, garantissant un fonctionnement efficace et à long terme dans les applications d'exploitation minière, d'exploitation de carrières et de traitement d'agrégats.
