La mâchoire pivotante est un élément porteur essentiel des concasseurs à mâchoires. Elle entraîne la plaque de la mâchoire pivotante en mouvement alternatif via l'arbre excentrique (supérieur) et la plaque de bascule (inférieure). Sa structure est composée d'un corps principal en forme de boîte, d'un siège de palier, d'un siège de plaque de bascule et de nervures de renfort, généralement en acier moulé à haute résistance (par exemple, ZG35CrMo).
Sa fabrication comprend un moulage au sable de résine (coulée entre 1 520 et 1 580 °C), suivi d'une normalisation et d'un revenu (dureté 180-230 HBW). L'usinage comprend le fraisage de précision des faces de clavette, l'alésage/rectification des portées de roulement (tolérance IT6, Ra ≤ 0,8 μm) et la pose de chemises anti-usure.
Le contrôle qualité comprend les tests des matériaux (composition chimique, énergie d'impact ≥ 30 J), les tests UT/MT pour détecter les défauts, les contrôles dimensionnels (parallélisme, perpendicularité) et les essais d'assemblage. Avec une durée de vie de 5 à 10 ans, il garantit un écrasement stable sous fortes charges.
Introduction détaillée au composant à mâchoires pivotantes des concasseurs à mâchoires
La mâchoire pivotante est un élément porteur essentiel des concasseurs à mâchoires. Elle entraîne directement la plaque de la mâchoire pivotante pour effectuer un mouvement alternatif, faisant office de mâchoire mobile. Son extrémité supérieure est reliée à l'arbre excentrique par des roulements, et son extrémité inférieure au châssis par la plaque à genouillère. Entraînée par l'arbre excentrique, elle oscille périodiquement d'avant en arrière, poussant la plaque de la mâchoire pivotante à coopérer avec la plaque de la mâchoire fixe pour broyer les matériaux. La mâchoire pivotante doit résister à la fois aux impacts des matériaux et au couple transmis par l'arbre excentrique, ce qui exige une rigidité structurelle, une résistance des matériaux et une précision d'usinage extrêmement élevées.
I. Composition et structure de la mâchoire oscillante
La conception structurelle du mors oscillant équilibre l'efficacité de la transmission de force et la résistance à la déformation. Ses principaux composants et caractéristiques structurelles sont les suivants :
Corps de mâchoire pivotante (corps principal) Sa structure générale, en forme de boîte, est en acier moulé haute résistance ou en acier forgé, formant le cadre principal de la mâchoire pivotante. Les mâchoires pivotantes des concasseurs de petite et moyenne taille sont généralement moulées intégralement, tandis que les plus grands adoptent des structures soudées ou coulées-soudées (pour réduire le poids et améliorer la rigidité). Sa face avant (côté en contact avec le matériau) est usinée avec une surface plane ou des rainures en T pour la fixation de la plaque de la mâchoire pivotante par boulons ou cales ; sa face arrière est conçue avec un siège de plaque à genouillère (une rainure en arc reliée à la plaque à genouillère), dont la courbure doit correspondre précisément à l'extrémité de support de la plaque à genouillère pour assurer une répartition uniforme de la force.
Siège de roulement (trou de roulement supérieur) Située en haut du corps du mors oscillant, elle constitue un élément clé relié à l'arbre excentrique et est équipée de roulements à rouleaux ou de paliers lisses. Le logement du roulement est généralement moulé d'un seul tenant avec le corps du mors oscillant (les mors oscillants de grande taille utilisent des logements de roulements à manchon pour faciliter le remplacement). Son axe est perpendiculaire à la face avant du corps du mors oscillant, et la précision d'usinage interne doit atteindre la nuance IT6 avec une rugosité de surface Ra ≤ 1,6 μm pour assurer une coopération stable avec l'arbre excentrique.
Siège à plaque basculante (partie de support inférieure) Située dans la partie inférieure du corps de la mâchoire pivotante, cette rainure en forme d'arc permet d'installer une extrémité de la plaque à genouillère. Cette rainure est généralement recouverte d'un revêtement résistant à l'usure (par exemple, ZGMn13) afin de réduire l'usure lors du pivotement de la plaque. Le rayon de courbure du siège de la plaque à genouillère doit correspondre à celui-ci, avec un jeu contrôlé entre 0,1 et 0,3 mm afin d'éviter tout bruit anormal ou impact pendant le fonctionnement.
Nervures de renforcement Des nervures de renfort croisées sont réparties à l'intérieur ou à l'extérieur du corps du mors oscillant, notamment dans les zones de concentration de contraintes entre le siège du palier et celui de la plaque de genouillère. L'épaisseur des nervures est généralement de 10 à 30 mm (adaptée à la taille du mors oscillant) afin d'améliorer la résistance globale à la flexion et à la déformation.
Trous de réduction de poids (grandes mâchoires pivotantes) Des trous de réduction de poids circulaires ou rectangulaires sont conçus dans les zones non porteuses de force des corps de mâchoires pivotantes extra-larges pour réduire le poids sans réduire la résistance, réduisant ainsi la charge sur l'arbre excentrique.
II. Procédé de moulage de la mâchoire pivotante
La mâchoire pivotante doit résister aux impacts à haute fréquence et aux charges lourdes. Elle est donc généralement fabriquée en acier moulé à haute résistance (par exemple, ZG270-500, ZG35CrMo) ou en acier forgé faiblement allié. Le procédé de moulage doit garantir une structure interne dense et exempte de défauts. Le procédé spécifique est le suivant :
Préparation du moule
Le moulage au sable de résine (pour les mors oscillants de petite et moyenne taille) ou au sable de silicate de sodium (pour les mors oscillants de grande taille) est utilisé. Des modèles en bois ou en mousse sont réalisés selon des plans 3D, reproduisant fidèlement le corps du mors oscillant, les nervures de renfort, les logements de palier, etc., avec une surépaisseur d'usinage de 6 à 10 mm (le retrait de l'acier moulé est d'environ 1,5 %).
La surface de la cavité doit être lisse, et les pièces clés telles que le siège du palier et le siège de la plaque de genouillère nécessitent un formage précis afin d'éviter des écarts dimensionnels excessifs après la coulée. Plusieurs rehausses sont installées (en particulier dans les parties épaisses du siège du palier) pour assurer une alimentation suffisante en métal fondu et réduire les cavités de retrait.
Fondre et couler
Les ferrailles d'acier et de fonte à faible teneur en phosphore (P ≤ 0,04 %) et en soufre (S ≤ 0,04 %) sont dosées et fondues dans un four à arc électrique ou un four à moyenne fréquence à une température de 1 520 à 1 580 °C. La composition chimique est contrôlée (par exemple, ZG35CrMo : C 0,32 à 0,40 %, Cr 0,8 à 1,1 %, Mo 0,15 à 0,25 %).
Un traitement de désoxydation (ajout d'alliage calcium-silicium) est effectué avant la coulée afin de garantir la pureté de l'acier en fusion. Un système de coulée par paliers est utilisé : le métal en fusion remplit lentement la cavité par le bas afin d'éviter l'entraînement de scories ou la porosité. Le temps de coulée est contrôlé entre 5 et 15 minutes, selon le poids de la mâchoire mobile.
Séchage et traitement thermique
La pièce moulée est décochée après refroidissement à moins de 300 °C. Les masselottes sont retirées (oxycoupage pour les grands mors pivotants, découpe mécanique pour les petits) et les marques de coulée sont meulées.
Un traitement de normalisation + revenu est effectué : chauffage à 880-920°C et maintien pendant 2 à 4 heures (chauffage au four pour éviter les fissures dues à une différence de température excessive), suivi d'un refroidissement à l'air et d'un revenu à 550-600°C pour éliminer les contraintes de coulée, ce qui donne une dureté de 180-230 HBW et une énergie d'impact ≥ 30 J.
III. Procédé de fabrication de la mâchoire pivotante
La précision d'usinage de la mâchoire pivotante affecte directement la stabilité de la coopération avec l'arbre excentrique et la plaque à genouillère, nécessitant plusieurs processus pour garantir les dimensions clés et les tolérances géométriques :
Usinage grossier
En utilisant les faces d'extrémité supérieure et inférieure du corps de la mâchoire pivotante comme références, la face avant (où la plaque de la mâchoire pivotante est installée) et la face arrière (zone d'assise de la plaque à genouillère) sont ébauchées sur une fraiseuse à portique CNC ou une aléseuse, laissant une surépaisseur de finition de 2 à 3 mm, avec une erreur de planéité contrôlée à ≤ 0,5 mm/m.
Alésage grossier du trou du siège de roulement : Le trou du roulement supérieur est usiné sur une aléseuse horizontale, avec une surépaisseur de meulage de 3 à 5 mm réservée au diamètre, garantissant que la perpendicularité de l'axe du trou par rapport à la face avant est ≤ 0,1 mm/100 mm.
Semi-finition
Fraisage de finition des faces avant et arrière : La fraise est utilisée pour usiner à la taille prévue, avec une rugosité de surface Ra ≤ 6,3 μm, une planéité ≤ 0,1 mm/m et une perpendicularité de la face avant à l'axe du trou du siège de roulement ≤ 0,05 mm/100 mm.
Traitement du siège de la plaque à genouillère : Une fraise de formage spéciale est utilisée pour fraiser la rainure en arc, garantissant l'écart du rayon de courbure ≤ 0,1 mm, la rugosité de la surface de la rainure Ra ≤ 12,5 μm et l'insertion d'une doublure résistante à l'usure (fixée par des boulons, avec un espace entre la doublure et la rainure ≤ 0,1 mm).
Finition
Alésage et meulage de précision du trou du siège du roulement : une aléseuse de précision ou une rectifieuse interne est utilisée pour le traitement, garantissant que la tolérance du diamètre du trou est IT6, la rugosité de surface Ra ≤ 0,8 μm, la rondeur ≤ 0,005 mm et la rectitude de l'axe ≤ 0,01 mm/m.
Perçage et taraudage : Des trous de boulons (ou rainures en T) pour la fixation de la plaque de mâchoire pivotante sont usinés sur la face avant, avec une tolérance de position de trou de ± 0,2 mm et une précision de filetage de 6H ; des trous de lubrification sont percés près du siège de la plaque à genouillère pour assurer des passages d'huile fluides.
Traitement de surface d'assemblage
Toutes les bavures d'usinage sont éliminées. Le logement du roulement est phosphaté (pour améliorer la stabilité de la coopération avec le roulement) et les surfaces non usinées sont peintes pour éviter la rouille (apprêt + couche de finition, épaisseur de film 60-80 μm) afin d'éviter tout manque de revêtement ou affaissement.
IV. Processus de contrôle qualité de la mâchoire pivotante
En tant que composant porteur de charge essentiel, le contrôle qualité de la mâchoire pivotante couvre des indicateurs clés tels que le matériau, la précision d'usinage et la résistance structurelle :
Contrôle de la qualité des matériaux et des pièces moulées
Contrôle de la composition chimique : un spectromètre est utilisé pour analyser la teneur en C, Cr, Mo, etc., garantissant la conformité aux normes de l'acier moulé (par exemple, la teneur en Cr du ZG35CrMo est de 0,8 à 1,1 %).
Détection des défauts internes : des tests 100 % par ultrasons (UT) sont effectués sur des pièces clés telles que le siège du roulement et les nervures de renfort, interdisant les pores ou inclusions d'une taille équivalente ≥ φ3 mm ; le test par particules magnétiques (MT) est utilisé pour l'inspection de surface, interdisant les fissures ou les défauts de pliage.
Contrôle de la précision de l'usinage
Tolérance dimensionnelle : Des pieds à coulisse et des micromètres sont utilisés pour détecter la planéité de la face avant et le diamètre du trou du siège du roulement, avec des écarts dans la plage admissible des dessins ; une machine à mesurer tridimensionnelle est utilisée pour détecter la précision de positionnement du trou du siège du roulement et du siège de la plaque à bascule, garantissant le parallélisme de l'axe ≤ 0,1 mm/m.
Tolérance géométrique : Un interféromètre laser est utilisé pour mesurer la rectitude du trou du siège du roulement, et un comparateur à cadran est utilisé pour vérifier le parallélisme entre la face avant et la face arrière (erreur ≤ 0,1 mm/m).
Vérification des performances mécaniques
Échantillonnage pour essais de traction (résistance à la traction ≥ 500 MPa, limite d'élasticité ≥ 270 MPa) et essais d'impact (énergie d'impact à -20°C ≥ 27 J) pour garantir que la ténacité du matériau répond aux normes.
Essai de résistance à la charge statique : 1,2 fois la charge nominale est appliquée dans des conditions de travail simulées pendant 1 heure, détectant si le corps de la mâchoire pivotante est déformé (déflexion ≤ 0,2 mm/m) ou fissuré.
Inspection de l'assemblage et des essais
Un assemblage d'essai avec l'arbre excentrique et la plaque à bascule est effectué pour vérifier l'écart de coopération entre le siège du roulement et l'arbre excentrique (conforme à la tolérance H7/js6) et le degré d'ajustement entre la plaque à bascule et le siège de la plaque à bascule (zone de contact ≥ 80 %).
Essai de mise en service : fonctionnement à la vitesse nominale du concasseur pendant 2 heures, en surveillant si la mâchoire pivotante oscille de manière stable sans vibration anormale (amplitude ≤ 0,1 mm) ni bruit.
Grâce à un moulage, un usinage et un contrôle qualité rigoureux, la mâchoire pivotante maintient sa stabilité structurelle sous des charges élevées et prolongées, avec une durée de vie de 5 à 10 ans (selon la dureté du matériau et la fréquence d'entretien). En utilisation réelle, il est nécessaire de vérifier régulièrement l'usure du siège de roulement et l'absence de fissures dans les nervures de renfort, et d'effectuer un entretien régulier pour éviter toute défaillance soudaine.
