Roulements de concasseur à mâchoires

Introduction détaillée au composant de roulement des concasseurs à mâchoires

I. Composition et structure des roulements

1. Bague intérieure
   Composant annulaire à ajustement serré sur l'arbre excentrique. Le diamètre intérieur de la bague intérieure assure un ajustement serré avec l'arbre (généralement H7/k6). Sa surface extérieure est usinée avec un chemin de roulement (sphérique ou arqué) pour guider le mouvement des rouleaux. Les deux côtés de la bague intérieure sont munis de brides limitant le déplacement axial des rouleaux ; la hauteur de la bride correspond à la longueur du rouleau (généralement 1/3 à 1/2 de son diamètre) afin d'assurer une répartition uniforme des forces.
2. Bague extérieure
   Composant annulaire avec ajustement de transition dans le logement du palier à mâchoires oscillantes ou dans l'alésage du bâti. Le diamètre extérieur de la bague extérieure forme un ajustement de tolérance avec l'alésage du logement du palier (généralement J7/h6). Sa surface intérieure présente un chemin de roulement sphérique correspondant à la bague intérieure, dont le centre de courbure coïncide avec l'axe du palier. Cela permet à la bague intérieure de se déplacer angulairement de ±2° à 3° par rapport à la bague extérieure (compensant ainsi les erreurs de montage ou la déflexion de l'arbre).
3. Éléments roulants
   Composants porteurs entre les bagues intérieure et extérieure, principalement des rouleaux sphériques. Leur nombre varie selon la taille du roulement (8 à 12 pour les roulements de petite et moyenne taille, 15 à 20 pour les roulements de grande taille). Les rouleaux sont rectifiés avec précision (rugosité de surface Ra ≤ 0,4 μm) et fabriqués en acier au chrome haute résistance (GCr15SiMn). Ils offrent une dureté élevée (60 à 65 HRC) et une résistance à l'usure permettant de supporter les charges d'impact radiales.
4. Cage
   Une structure séparant et guidant les éléments roulants est fabriquée en laiton (H62), en acier embouti (SPCC) ou en nylon renforcé (PA66+GF25). Les roulements de grande taille utilisent souvent des cages en laiton massif (pour une résistance élevée), tandis que les roulements de petite et moyenne taille utilisent des cages en acier embouti (pour une conception plus légère). Les cages sont dotées de structures à fenêtre ou à vagues pour assurer une répartition uniforme des rouleaux et éviter les frottements mutuels.
5. Dispositif d'étanchéité
   Composants résistants à la contamination aux deux extrémités du roulement, composés de bagues d'étanchéité (en caoutchouc nitrile ou en caoutchouc fluoré) et de pare-poussière. Les bagues d'étanchéité forment un ajustement serré avec la bague intérieure, tandis que les lèvres se trouvent à l'intérieur de la bague extérieure pour empêcher les fuites de lubrifiant et la pénétration de poussière/eau (critique pour les environnements de concassage poussiéreux, nécessitant une protection IP54 ou supérieure).

II. Procédé de fabrication des roulements

(1) Fabrication de bagues intérieures et extérieures

1. Préparation des matières premières

• Des barres rondes laminées à chaud en acier au chrome à haute teneur en carbone (GCr15) sont sélectionnées, dont le diamètre est déterminé par la taille du roulement (avec une surépaisseur d'usinage de 5 à 10 mm). Des contrôles par ultrasons (UT) garantissent l'absence de fissures ou d'inclusions internes.

2. Forgeage

• Les barres rondes sont chauffées à 850–900 °C et forgées en pièces forgées annulaires (bague intérieure) ou en coupelle (bague extérieure) par refoulement, poinçonnage et expansion. Les pièces forgées sont refroidies à l'air pour maintenir un flux continu de grains (améliorant ainsi la résistance à la fatigue).

3. Traitement thermique (intermédiaire)

• Recuit de sphéroïdisation : chauffage à 780–800 °C, maintien pendant 3 à 4 heures, puis refroidissement lent à 600 °C par air. Ce procédé permet de sphéroïdiser les carbures, réduisant leur dureté à 207–255 HBW et améliorant leur usinabilité.

4. Usinage grossier

• Tournage : Les tours CNC usinent les diamètres intérieurs/extérieurs, les faces d'extrémité et les brides des bagues intérieures/extérieures, en laissant une surépaisseur de finition de 1 à 2 mm. Le parallélisme des faces d'extrémité est ≤ 0,1 mm/100 mm et la coaxialité des diamètres intérieurs/extérieurs est ≤ 0,05 mm.

• Perçage (bague extérieure) : Des trous de lubrification (de 3 à 5 mm de diamètre) sont percés dans la bride de la bague extérieure, avec une tolérance de position de ± 0,5 mm pour s'aligner avec les passages d'huile du boîtier de roulement.

5. Traitement thermique (final)

• Trempe : Chauffage à 830–860 °C, trempe à l'huile (vitesse de refroidissement ≥ 50 °C/s) pour atteindre 61–65 HRC pour les bagues intérieures/extérieures.

• Revenu à basse température : Maintien à 150–180 °C pendant 2 à 3 heures pour soulager la contrainte de trempe et stabiliser la microstructure (austénite retenue ≤ 5 %).

6. Usinage de finition

• Rectification : Les rectifieuses sans centre usinent les diamètres extérieurs, les rectifieuses intérieures usinent les diamètres intérieurs (tolérance IT5), les rectifieuses de surface usinent les faces d'extrémité (parallélisme ≤ 0,01 mm/100 mm) et les rectifieuses de chemins de roulement usinent les chemins de roulement sphériques (rugosité de surface Ra ≤ 0,1 μm, écart de rayon de courbure ≤ 0,005 mm).

• Superfinition : les pistes de roulement sont superfinies (enlevant 0,005 à 0,01 mm) pour réduire la rugosité à Ra ≤ 0,025 μm, améliorant ainsi la précision du contact et la résistance à l'usure.

(2) Fabrication d'éléments roulants

1. Frappe à froid

• Le fil d'acier GCr15 est coupé et embouti à froid en ébauches en forme de tonneau avec une tolérance dimensionnelle de ± 0,1 mm et des surfaces sans fissures.

2. Traitement thermique

• Trempe : trempe à l'huile à 830–860 °C jusqu'à 62–66 HRC.

• Revenu : 150–180°C pendant 2 heures pour soulager les tensions.

3. Rectification et superfinition

• Les rectifieuses sans centre usinent les diamètres extérieurs (tolérance ± 0,002 mm). Les rectifieuses sphériques usinent les surfaces sphériques (écart de rayon de courbure ≤ 0,003 mm). La superfinition permet d'obtenir un Ra ≤ 0,02 μm.

(3) Fabrication de cages

1. cages en laiton:Usiné à partir de barres de laiton par tournage et fraisage en structures de type fenêtre, avec une tolérance dimensionnelle de fenêtre de ± 0,05 mm pour assurer un jeu de 0,1 à 0,2 mm avec les rouleaux.

2. Cages en acier estampé:Fabriqué à partir de feuilles SPCC par estampage, avec des bords de fenêtre ébavurés et des surfaces zinguées (épaisseur de 8 à 12 μm) pour une résistance à la rouille.

III. Processus de contrôle qualité des roulements

1. Inspection des matières premières

• Analyse chimique : La spectrométrie vérifie la composition du GCr15 (C : 0,95–1,05 %, Cr : 1,3–1,65 %, P ≤ 0,025 %, S ≤ 0,025 %).

• Essais d'inclusions non métalliques : Note ≤ 2,5 (selon GB/T 10561) pour éviter les grosses inclusions provoquant une défaillance prématurée.

2. Contrôle de la précision dimensionnelle

• Bagues intérieures/extérieures : Les machines de mesure tridimensionnelle vérifient les diamètres intérieurs/extérieurs et la courbure des chemins de roulement (écart ≤ 0,005 mm). Les testeurs de circularité vérifient la circularité (≤ 0,001 mm).

• Eléments roulants : Les jauges de diamètre laser vérifient le diamètre (tolérance ±0,002 mm) et la cohérence dimensionnelle (écart ≤ 0,003 mm).

3. Essais de propriétés mécaniques

• Essais de dureté : les testeurs de dureté Rockwell vérifient 61–65 HRC pour les anneaux et 62–66 HRC pour les rouleaux, avec une uniformité de dureté ≤ 3 HRC.

• Ténacité aux chocs : Échantillonnage pour essais d'impact à -40°C (énergie d'impact ≥ 20 J) pour garantir la ténacité à basse température.

4. Inspection de la qualité de surface

• Contrôle par particules magnétiques (MT) : Détecte les fissures de surface sur les anneaux/rouleaux (longueur ≤ 0,5 mm), à l'exclusion des plis ou des rayures.

• Test de rugosité : les interféromètres laser vérifient la rugosité des pistes (Ra ≤ 0,1 μm) et la rugosité superfinie Ra ≤ 0,025 μm.

5. Contrôle de la qualité de l'assemblage

• Essai de jeu : des instruments spécialisés mesurent le jeu radial (conformément à la norme GB/T 4604, écart ± 5 μm).

• Précision de rotation : les testeurs de roulements vérifient le faux-rond radial (≤ 0,01 mm) et le mouvement axial (≤ 0,02 mm) à la vitesse nominale.

6. Vérification de la vie

• Essais de durée de vie accélérés : l'échantillonnage fonctionne sous une charge nominale de 1,2 fois pendant 1 000 heures, sans vibration anormale (amplitude ≤ 0,01 mm) ni élévation de température excessive (≤ 40 °C). Le démontage confirme l'absence d'écaillage des chemins de roulement ni d'usure importante.

Le roulement est un élément important du concasseur à mâchoires. On utilise généralement des roulements à rouleaux coniques. Le modèle spécifique du roulement peut être déterminé à partir de trois critères : la taille, la précision et le jeu interne.

Une taille de roulement

La taille de l'arbre excentrique est calculée à partir de la force d'écrasement. Après avoir déterminé les tourillons de l'arbre excentrique au niveau du palier du cadre et du palier de la mâchoire mobile, les spécifications du palier sont déterminées en conséquence. Les spécifications de la série de largeur moyenne sont généralement sélectionnées autant que possible afin de vérifier la durée de vie théorique du palier et de respecter les normes en vigueur.

B Précision du roulement

La précision du roulement comprend deux aspects : la tolérance dimensionnelle et la précision de rotation, qu'il s'agisse de la tolérance géométrique de chaque composant du roulement ou des erreurs de faux-rond radial et axial pendant la rotation, car le concasseur à mâchoires se déplace à une vitesse de broche inférieure à 300 tr/min. Les roulements de précision ordinaires peuvent donc répondre aux exigences.

C Jeu interne du roulement

Les roulements à rouleaux-fusées ne présentent qu'un jeu radial. Conformément à la norme, ce jeu est divisé en cinq groupes, sélectionnés et ajustés par le fabricant avant la sortie d'usine. Ce jeu est alors appelé jeu d'origine. Une fois le roulement assemblé, ce jeu d'origine est réduit. Pour le roulement à mâchoires mobiles, l'arbre excentrique est assemblé par ajustement serré. Après chauffage du roulement à mâchoires mobiles, la bague intérieure est expansée et montée sur l'arbre excentrique. L'expansion de la bague intérieure réduit le jeu d'origine du roulement.

2. Usure des roulements du concasseur à mâchoires

Si l'arbre est très peu usé, il peut être tourné sur un tour pour rectifier la forme géométrique du tourillon et ainsi corriger sa forme. Le diamètre intérieur du roulement doit ensuite être réduit en conséquence. Cependant, si la taille du tourillon diminue de 5 % par rapport à l'original après plusieurs opérations de tournage, le tournage est interdit et un arbre neuf doit être remplacé.

3. Installation du roulement du concasseur à mâchoires

a. Vérifiez l'absence de rouille avant l'installation. Vous pouvez le nettoyer avec du diesel ou du kérosène. Vérifiez ensuite si le jeu radial du roulement, la taille et la précision du trou intérieur, ainsi que la taille du tourillon de l'arbre excentrique sont conformes aux exigences.

b. En raison de l'important excédent de tourillon (jusqu'à la limite maximale supportable) du roulement équipé, celui-ci est généralement installé par fixation à chaud. Le roulement est chauffé à une température d'environ 100 °C, puis l'alésage de l'arbre s'agrandit pour dépasser la taille du tourillon. L'assemblage peut alors être réalisé. La méthode de chargement à chaud utilise un bain d'huile pour le chauffage, ce qui garantit un chauffage uniforme de toutes les pièces du roulement sans déformation ni réduction de sa dureté.

c. Une fois le roulement assemblé, vérifiez le jeu radial à l'aide d'une jauge d'épaisseur après refroidissement complet. Si le jeu est insuffisant ou nul, identifiez-en la cause à temps. Si la cause est indéterminée, démontez et remontez le roulement. Si le jeu est correct, appliquez de la graisse, puis assemblez les autres pièces.