Concavul concav al concavului conic, numit și căptușeală fixă a conului sau căptușeală a bolului, este o componentă cheie rezistentă la uzură, montată pe suprafața interioară a bolului, formând partea staționară a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ concasarea materialului (cooperarea cu mantaua rotativă), protecția la uzură (protejarea bolului), ghidarea fluxului de material (prin profilul său interior) și controlul dimensiunii produsului (influențat de geometria interioară). Necesită o rezistență excepțională la uzură (duritatea suprafeței ≥HRC 60), rezistență la impact (≥12 J/cm²) și integritate structurală pentru a rezista la impactul continuu al materialului.
Din punct de vedere structural, este o componentă segmentată (3–8 bucăți pentru concasoare mari) sau conică dintr-o singură piesă. Este alcătuită din segmente concave/structură dintr-o singură piesă, un corp rezistent la uzură (fontă cu conținut ridicat de crom Cr20–Cr26 sau Ni-Hard 4), un profil interior de uzură (design conic cu unghi de 15°–30°, nervuri/caneluri, secțiuni paralele), elemente de montare (filete în coadă de rândunică, găuri de prindere, știfturi de fixare), suport exterior (în modelele bimetalice) și flanșe superioare/inferioare.
Procesul de turnare a concavelor din fontă cu conținut ridicat de crom implică selecția materialului (Cr20Mo3 cu compoziție controlată), realizarea modelelor (modele segmentate cu adaosuri de contracție), turnarea în matriță (matriță de nisip lipită cu rășină cu spălare refractară), topirea și turnarea (cuptor cu inducție, temperatură și debit controlate) și răcirea și tratamentul termic (recoacere în soluție și revenire). Procesul de prelucrare include prelucrarea brută, prelucrarea elementelor de montare, finisarea profilului interior, asamblarea segmentelor (pentru modele cu mai multe piese) și tratamentul suprafeței.
Procesele de control al calității acoperă testarea materialelor (compoziția chimică și analiza metalografică), testarea proprietăților mecanice (testarea durității și a impactului), verificări ale preciziei dimensionale (CMM și scaner laser), teste nedistructive (UT și MPT) și validarea performanței la uzură (testare accelerată și încercări pe teren). Acestea asigură că contrabătătorul atinge rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare pentru o performanță eficientă și pe termen lung de concasare în minerit, cariere și prelucrarea agregatelor.
Introducere detaliată a componentei concave a concasorului conic
1. Funcția și rolul concavului
Concavul concavului conic (cunoscut și sub denumirea de căptușeală a conului fix sau căptușeală a bolului) este o componentă critică rezistentă la uzură, montată pe suprafața interioară a bolului (carcasa conului fix), formând partea staționară a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ:
Concasare materialeCooperarea cu mantaua rotativă (căptușeala conului mobil) pentru a aplica forțe de compresie și forfecare materialelor (minereuri, roci), reducându-le la dimensiunea dorită a particulelor prin comprimare și măcinare repetate.
Protecție la uzurăProtejarea cuvei de contactul direct cu materiale abrazive, prevenind uzura prematură a cadrului structural și reducând costurile de întreținere.
Ghidare flux de materialeGhidarea materialelor prin camera de concasare prin profilul său interior conic sau în trepte, asigurând o distribuție uniformă și o reducere progresivă a dimensiunii de la deschiderea de alimentare până la descărcare.
Controlul dimensiunii produsuluiGeometria interioară a contrabătătorului (de exemplu, secțiunile paralele, raza curburii) influențează direct spațiul de concasare și distribuția dimensiunii particulelor, determinând calitatea produsului final.
Funcționând în medii cu impact și abraziune ridicată, contrabătătorul trebuie să aibă o rezistență excepțională la uzură (duritatea suprafeței ≥HRC 60), o tenacitate la impact (≥12 J/cm²) și o integritate structurală pentru a rezista la impactul continuu al materialului.
2. Compoziția și structura concavului
Concavul este de obicei o componentă conică segmentată sau dintr-o singură piesă, cu un profil de uzură interior complex, constând din următoarele părți cheie și detalii structurale:
Segmente concave (pentru concasoare mari)Segmente multiple în formă de arc (3–8 bucăți) care formează un con complet atunci când sunt asamblate, permițând înlocuirea ușoară a segmentelor individuale uzate. Fiecare segment are o grosime de 50–150 mm, în funcție de dimensiunea concasorului.
Concav dintr-o singură piesă (pentru concasoare mici)O singură structură conică fără cusături, oferind o rigiditate structurală mai mare pentru aplicații ușoare.
Corp rezistent la uzurăFabricate din fontă cu conținut ridicat de crom (Cr20–Cr26) sau fontă dură cu nichel (Ni-Hard 4), cu o matrice martensitică ranforsată cu carburi dure de crom (M7C3) pentru a rezista la abraziune.
Profilul de uzură interioară:
Design conicUn unghi al conului de 15°–30° (corespunzător conicității mantalei) pentru a crea o cameră de concasare care se îngustează treptat, asigurând reducerea progresivă a materialului.
Coaste sau caneluriNervuri transversale sau longitudinale (înălțime de 5–15 mm) pe suprafața interioară pentru a îmbunătăți aderența materialului, a preveni alunecarea și a promova o uzură uniformă.
Secțiuni paraleleSegmente plate în apropierea capătului de descărcare pentru a produce particule mai fine și mai uniforme, menținând un spațiu de concasare constant.
Caracteristici de montare:
Filete în coadă de rândunicăProeminențe de pe suprafața exterioară care se potrivesc în canelurile corespunzătoare în coadă de rândunică din cuvă, asigurând contrabătătorul împotriva forțelor de rotație în timpul zdrobirii.
Găuri de prindereGăuri pentru șuruburi pe flanșa exterioară sau pe margine pentru fixarea pe cuvă, prevenind deplasarea axială sub sarcini de impact.
Pini de localizareMici proeminențe sau găuri care aliniază segmentele în timpul asamblării, asigurând un profil interior continuu cu goluri minime (≤0,5 mm între segmente).
Suport exteriorUn strat de armare din fontă sau oțel (în modelele bimetalice) care îmbunătățește rezistența la impact prin absorbția șocurilor, cu stratul rezistent la uzură (fier cu conținut ridicat de crom) turnat pe suport.
Flanșe superioare și inferioareMargini radiale la capetele de alimentare și descărcare care se suprapun cu flanșele bolului, prevenind scurgerile de material între contrabătător și bol.
3. Procesul de turnare pentru concav
Fonta cu conținut ridicat de crom, materialul principal pentru contrabătători, este fabricată prin turnare în nisip pentru a obține profiluri complexe de uzură:
Selecția materialelor:
Fonta cu conținut ridicat de crom (Cr20Mo3) este preferată pentru rezistența sa excelentă la uzură, cu o compoziție chimică controlată la C 2,5–3,5%, Cr 20–26%, Mo 0,5–1,0%. Aceasta formează o rețea de carburi dure (fracție volumică 30–40%) într-o matrice martensitică, asigurând o duritate ≥HRC 60.
Crearea de modele:
Pentru fiecare segment concav sunt create modele segmentate (spumă, lemn sau rășină imprimată 3D), replicând profilul interior de uzură, caracteristicile de montare exterioare și nervurile. Se adaugă toleranțe de contracție (1,5–2,5%) pentru a ține cont de contracția la răcire.
Turnare:
Pentru fiecare segment se prepară o matriță de nisip lipită cu rășină, cu un miez de nisip formând profilul interior de uzură. Cavitatea matriței este acoperită cu o spălare refractară (pe bază de alumină) pentru a preveni includerea nisipului și a îmbunătăți finisajul suprafeței.
Topire și turnare:
Fonta este topită într-un cuptor cu inducție la 1450–1500°C, cu un control strict al echivalentului de carbon (CE = C + 0,3(Si + P) ≤4,2%) pentru a evita defectele de contracție.
Turnarea se efectuează la 1380–1420°C folosind un polonic, cu un debit lent și constant pentru a umple cavitatea matriței fără turbulențe, asigurând o structură densă în nervuri subțiri.
Răcire și tratament termic:
Matrița este răcită timp de 24–48 de ore pentru a reduce stresul termic, apoi piesa turnată este îndepărtată prin scuturare. Sablarea (piesă de oțel G25) îndepărtează reziduurile de nisip, obținând o rugozitate a suprafeței de Ra50–100 μm.
Recoacere în soluțieÎncălzire la 950–1050°C timp de 2–4 ore, urmată de răcire cu aer pentru dizolvarea carburilor și omogenizarea structurii.
AustemperingCălire în ulei la 250–350°C, apoi revenire la 200–250°C pentru a transforma matricea în martensită, atingând o duritate HRC 60–65, menținând în același timp tenacitatea.
4. Prelucrare și proces de fabricație
Prelucrare brută:
Fiecare segment concav este montat pe un strung vertical CNC pentru a prelucra suprafața exterioară, urechile de montare și marginile flanșelor, lăsând o adaos de finisare de 1-2 mm. Dimensiunile cheie (de exemplu, lungimea arcului segmentului, grosimea) sunt controlate la ±0,5 mm.
Prelucrarea elementelor de montare:
Urechile în coadă de rândunică sunt frezate în suprafața exterioară folosind o mașină de frezat CNC, cu o toleranță dimensională (±0,1 mm) pentru a asigura o potrivire strânsă cu canelurile cuvei.
Găurile de prindere sunt găurite și filetate la toleranța clasei 6H, cu o precizie de poziționare (±0,2 mm) pentru a se alinia cu găurile șuruburilor cuvei.
Finisarea profilului interior:
Suprafața interioară de uzură este inspectată pentru defecte de turnare (de exemplu, pori, fisuri) și ușor șlefuită pentru a îndepărta neregularitățile suprafeței, păstrând profilul proiectat. Rugozitatea suprafeței este controlată la Ra3,2 μm pentru a optimiza curgerea materialului.
Pentru contrabătătorii segmentați, muchiile de îmbinare ale segmentelor adiacente sunt prelucrate pentru a asigura un spațiu ≤0,5 mm la asamblare, prevenind scurgerile de material și uzura neuniformă.
Ansamblu de segmente (pentru modele cu mai multe piese):
Segmentele sunt montate de probă într-un dispozitiv de fixare pentru a verifica continuitatea profilului interior, cu ajustări efectuate pentru a asigura o suprafață conică netedă și continuă.
Știfturile de aliniere sunt instalate pentru a menține pozițiile segmentelor în timpul asamblării finale în concasor.
Tratament de suprafață:
Suprafața exterioară (care se îmbină cu vasul) este acoperită cu un compus antigripant pentru a facilita instalarea și a preveni coroziunea.
Suprafața interioară de uzură poate fi supusă unor operațiuni de jet de alice pentru a induce solicitări de compresiune, reducând propagarea fisurilor sub impact.
5. Procese de control al calității
Testarea materialelor:
Analiza compoziției chimice (spectrometrie) confirmă că fonta respectă standardele (de exemplu, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
Analiza metalografică verifică distribuția carburilor (uniformitate ≥90%) și structura matricei (martensită cu ≤5% perlită).
Testarea proprietăților mecanice:
Testarea durității (Rockwell C) asigură o duritate a suprafeței interioare ≥HRC 60; duritatea miezului este ≤HRC 55 pentru a menține tenacitatea.
Testarea la impact (crestătura Charpy în V) măsoară rezistența la temperatura camerei, necesitând ≥12 J/cm² pentru a rezista la fractură sub impact puternic.
Verificări ale preciziei dimensionale:
O mașină de măsurat în coordonate (CMM) inspectează dimensiunile cheie: lungimea arcului segmentului, unghiul conicității (±0,1°) și dimensiunea plăcuței în coadă de rândunică.
Un scaner laser verifică dacă profilul interior corespunde cu modelul CAD, asigurând o aliniere corectă cu mantaua pentru a menține spațiul de strivire proiectat.
Testare nedistructivă (NDT):
Testarea cu ultrasunete (UT) detectează defectele interne (de exemplu, porii de contracție >φ3 mm) în corpul concav, cu zonele critice (rădăcinile nervurilor, urechile de montare) inspectate temeinic.
Testarea cu particule magnetice (MPT) verifică existența fisurilor de suprafață în urechile în coadă de rândunică și în marginile flanșelor, orice defect cu o lungime de 0,2 mm rezultând în respingere.
Validarea performanței la uzură:
Testarea accelerată a uzurii (ASTM G65) utilizează un aparat cu roată uscată cu nisip/cauciuc pentru a măsura pierderea în greutate, iar concavele cu conținut ridicat de crom necesită ≤0,5 g/1000 cicluri.
Testele pe teren implică instalarea contrabătătorului într-un concasor de testare, monitorizarea ratelor de uzură pe o perioadă de 500 de ore de funcționare, asigurând o uzură uniformă și fără defecțiuni premature.
Prin aceste procese de fabricație și control al calității, concavul concav atinge rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare pentru a asigura performanțe de concasare eficiente și pe termen lung, fiind potrivit pentru aplicații în minerit, cariere și prelucrarea agregatelor.
