Шаровая головка конусной дробилки

Поддержка осевой нагрузки: воспринимает вертикальные нагрузки, возникающие в процессе дробления (до десятков тысяч килоньютонов), и передает их на верхнюю раму или регулировочное кольцо, обеспечивая сохранение вертикального положения подвижного конуса.

Вращательное руководство: выполняет функцию опорной точки для эксцентрикового вращения подвижного конуса, обеспечивая плавные колебания (амплитуда 5–20 мм) при минимальном боковом смещении.

Уменьшение износа: обеспечивает закаленную поверхность с низким коэффициентом трения, которая взаимодействует с верхним подшипником или гнездом, уменьшая истирание, вызванное непрерывным движением.

Техническое обслуживание: обеспечение концентричности подвижного конуса с вогнутой частью (неподвижным конусом), сохранение точности дробильной щели и предотвращение неравномерного износа обоих компонентов.

Шаровая головка: Полусферический или сферический наконечник с радиусом от 50 до 300 мм, в зависимости от размера дробилки. Изготовлен из высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали (например, GCr15) или легированной стали (42CrMo) с закаленной поверхностью (ХРК 58–62).

Шейка вала: Цилиндрическая или коническая часть, соединяющая шаровую головку с подвижным конусом, диаметром в 1,5–2 раза превышающим радиус шаровой головки. Часто отковывается как единое целое с шаровой головкой для обеспечения структурной целостности.

Переходное филе: Закругленный угол (радиус 10–30 мм) между головкой шара и шейкой вала, предназначенный для снижения концентрации напряжений и предотвращения усталостных трещин при циклических нагрузках.

Смазочная канавка: кольцевая канавка у основания шаровой головки, которая удерживает смазку (консистентную смазку или масло), обеспечивая непрерывную смазочную пленку между шаровой головкой и верхним подшипником. Глубина канавки составляет 2–5 мм, а ширина — 5–10 мм.

Монтажная резьба/шпоночный паз: Дополнительные элементы на шейке вала для крепления шаровой головки к подвижному конусу с резьбой (класс 6g) или шпоночными пазами (ИСО 4156), облегчающими передачу крутящего момента.

Закаленный слой: слой цементации глубиной 2–5 мм на поверхности шаровой головки, полученный путем цементации или индукционной закалки, для достижения баланса между износостойкостью (твердость поверхности ХРК 58–62) и прочностью сердцевины (ХРК 25–35).

Выбор материала: Высокоуглеродистая хромистая подшипниковая сталь (GCr15) предпочтительна благодаря своей превосходной износостойкости и усталостной долговечности. Химический состав: C 0,95–1,05%, Кр 1,3–1,65%, Мн ≤0,4%, Си ≤0,35%.

Подготовка заготовок: Стальные заготовки разрезаются на заготовки весом 10–50 кг и нагреваются до 1100–1200 °C в проходной печи, обеспечивая равномерное распределение температуры.

Расстройство и формирование: Нагретая заготовка подвергается осадке для уменьшения высоты и увеличения диаметра, а затем штампуется в заготовку сферической формы методом ковки в закрытых штампах. Этот процесс измельчает зернистую структуру и выравнивает направление течения металла в соответствии с направлением напряжений в детали.

Отделка ковки: Заготовку повторно нагревают до 1050–1100 °C и проковывают до получения окончательной формы, при этом шаровая головка и шейка вала формируются за одну операцию, что обеспечивает точность размеров (±1 мм).

Выбор материала: Используется легированная литая сталь (ZG42CrMo) с пределом прочности на растяжение ≥600 МПа и ударной вязкостью ≥30 Дж/см².

Литье по выплавляемым моделям: Для создания керамических форм со сложной геометрией используются восковые модели. В формы заливается расплавленная сталь (1520–1560 °C), что позволяет получать детали, близкие к заданным размерам, с минимальной механической обработкой.

Кованая или литая заготовка устанавливается на токарный станок с ЧПУ для обработки шейки вала, переходного галтеля и предварительной формы шаровой головки с припуском на чистовую обработку 1–2 мм.

Закалка и отпуск: Для GCr15 заготовку нагревают до 830–860 °C, закаливают в масле, затем отпускают при 150–200 °C для достижения твердости сердцевины ХРК 25–35.

Поверхностная закалка: Шаровая головка подвергается индукционной закалке (частота 10–50 кГц) для нагрева поверхности до 850–900 °C с последующей закалкой в воде, в результате чего образуется закаленный слой (глубиной 2–5 мм) с твердостью ХРК 58–62.

Шлифование шаровой головки: сферическая шлифовальная машина с ЧПУ обрабатывает шаровую головку, обеспечивая шероховатость поверхности Ра0,1–0,4 мкм и сферический допуск (≤0,01 мм), гарантируя надлежащую посадку с верхним подшипником.

Отделка шейки вала: Шейка вала отшлифована до цилиндрического допуска IT6, с шероховатостью поверхности Ра0,8 мкм, что облегчает надежное крепление к подвижному конусу.

Обработка канавок: Смазочная канавка фрезеруется или вытачивается в шейке вала с точной глубиной и шириной для оптимизации удержания смазки.

Поверхность шаровой головки отполирована для уменьшения трения, а незакаленные участки покрыты антикоррозийным маслом или краской для предотвращения коррозии.

Испытание материалов:

Анализ химического состава (спектрометрия) подтверждает соответствие стандартам GCr15 или ZG42CrMo.

Металлографические исследования проверяют размер зерна (≤6 ASTM) и распределение карбидов в закаленном слое.

Проверка точности размеров:

Координатно-измерительная машина (КИМ) проверяет радиус сферы шаровой головки, диаметр шейки вала и переходное галтель, гарантируя, что допуски для критических характеристик находятся в пределах ±0,01 мм.

Прибор для проверки круглости проверяет цилиндричность шейки вала (≤0,005 мм) и сферичность шаровой головки (≤0,01 мм).

Испытание механических свойств:

Испытание на твердость (по Роквеллу) подтверждает твердость поверхности (ХРК 58–62) и твердость сердцевины (ХРК 25–35).

Испытание образцов на сжатие обеспечивает прочность на сжатие ≥2000 МПа, без пластической деформации при нагрузке 150% от номинальной.

Неразрушающий контроль (НК):

Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет обнаружить внутренние дефекты в поковке, при этом любые трещины и включения размером >φ1 мм отбраковываются.

Магнитопорошковый контроль (МПК) проверяет переходную галтель и поверхность шаровой головки на наличие микротрещин, при этом линейные дефекты размером ссшшх0,2 мм приводят к отбраковке.

Проверка производительности:

Испытание на износ: Испытание «штифт-диск» имитирует контакт с верхним подшипником, требуя потери веса ≤0,1 мг после 10⁴ циклов.

Испытание на усталость: Деталь подвергается циклическому нагружению (10⁶ циклов) при 80% предела текучести без видимых трещин или деформаций.