Mantaua concasorului conic, cunoscută și sub numele de căptușeală mobilă a conului, este o componentă critică rezistentă la uzură, montată pe suprafața exterioară a conului mobil, formând partea rotativă a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ concasarea activă (rotația excentrică cu căptușeala bolului pentru a reduce materialele), protecția la uzură (protejarea conului mobil), controlul fluxului de material (ghidarea materialelor prin camera de concasare prin profilul său conic) și distribuția forței (asigurarea unei distribuții uniforme a forței pentru a minimiza uzura localizată). Necesită o rezistență excepțională la uzură (duritate ≥HRC 60), tenacitate la impact (≥12 J/cm²) și stabilitate dimensională.
Din punct de vedere structural, este o componentă conică sau tronconică, formată din corpul mantalei (fontă cu conținut ridicat de crom, precum Cr20-Cr26 sau fontă dură cu nichel), profilul exterior de uzură (cu unghi de conicitate de 15°-30°, suprafețe cu nervuri/cane și zone de tranziție netede), elementele de montare (suprafață interioară conică, flanșă șurub, interfață piuliță de blocare, chei de fixare), nervuri de armare și muchii teșite/rotunjite.
Procesul de turnare implică selecția materialului (fontă cu conținut ridicat de crom Cr20Mo3), realizarea tiparelor (cu toleranțe de contracție), turnarea în matriță (matrie de nisip lipită cu rășină), topirea și turnarea (temperatură și debit controlate) și tratamentul termic (recoacere în soluție și revenire). Procesul de prelucrare include prelucrarea brută, prelucrarea de precizie a suprafeței interioare, prelucrarea elementelor de montare, finisarea profilului exterior și tratamentul suprafeței.
Controlul calității acoperă testarea materialelor (compoziția chimică și analiza metalografică), testarea proprietăților mecanice (testarea durității și a impactului), verificările preciziei dimensionale (folosind CMM și scaner laser), testele nedistructive (testarea cu ultrasunete și particule magnetice) și validarea performanței la uzură (testarea accelerată și testele pe teren). Acestea asigură că mantaua atinge rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare pentru o funcționare eficientă a concasorului conic în minerit, cariere și procesarea agregatelor.
Introducere detaliată a componentei mantalei concasorului conic
1. Funcția și rolul mantalei
Mantaua concasorului conic (numită și căptușeala conului mobil) este o componentă critică rezistentă la uzură, montată pe suprafața exterioară a conului mobil, formând partea rotativă a camerei de concasare. Funcțiile sale principale includ:
Zdrobire activăRotire excentrică pentru a aplica forțe de compresie și forfecare materialelor (minereuri, roci) împreună cu căptușeala cuverturii, reducându-le la dimensiunea țintă a particulelor.
Protecție la uzurăProtejarea structurii metalice a conului în mișcare de abraziunea și impactul direct, prelungind durata de viață a corpului conului.
Controlul fluxului de materialeGhidarea materialelor concasate prin camera de concasare îngustă prin intermediul profilului său conic, asigurând reducerea progresivă a dimensiunii.
Distribuția forțeiDistribuind uniform forțele de strivire pe suprafața sa pentru a minimiza uzura localizată și a menține o funcționare stabilă în condiții de duritate variabilă a materialului.
Având în vedere rolul său în medii cu impact și frecare ridicată, mantaua trebuie să aibă o rezistență excepțională la uzură (duritate ≥HRC 60), tenacitate la impact (≥12 J/cm²) și stabilitate dimensională pentru a rezista la cicluri repetate de încărcare.
2. Compoziția și structura mantalei
Mantaua este o componentă conică sau tronconică cu o structură interioară goală la interior, prezentând următoarele părți cheie și detalii structurale:
Corpul mantaleiSecțiunea principală rezistentă la uzură, de obicei fabricată din fontă cu conținut ridicat de crom (Cr20–Cr26) sau fontă dură cu nichel (Ni-Hard 4), cu o grosime de 50–150 mm. Suprafața sa interioară este prelucrată pentru a se potrivi conului în mișcare, în timp ce suprafața exterioară are un profil de uzură proiectat cu precizie.
Profilul de uzură exterioarăConceput pentru a optimiza eficiența de concasare și distribuția uzurii:
Geometrie conicăUn unghi al conului de 15°–30° (care corespunde conicității căptușelii bolului) pentru a crea o cameră de concasare care se îngustează treptat, facilitând reducerea progresivă a materialului.
Suprafețe cu nervuri sau caneluriÎmbunătățirea aderenței materialului pentru a preveni alunecarea, în special în cazul minereurilor grosiere, și promovarea unei uzuri uniforme.
Zone de tranziție linăReducerea concentrării stresului la marginile superioare și inferioare pentru a preveni ciobirea sau crăparea.
Caracteristici de montare:
Suprafață interioară conicăUn alezaj conic care se potrivește cu conicitatea exterioară a conului mobil, asigurând o fixare strânsă prin interferență (0,1–0,3 mm) pentru a preveni rotația relativă.
Sistem de retenție:
Flanșă de șurubO flanșă radială în partea superioară cu găuri pentru șuruburi pentru a fixa mantaua pe conul în mișcare, prevenind deplasarea axială în timpul rotației.
Interfață cu piuliță de blocareO secțiune filetată în partea superioară care se angrenează cu o piuliță de blocare, comprimând mantaua pe conul mobil pentru o stabilitate sporită.
Localizarea cheilorProeminențe sau caneluri pe suprafața interioară care se aliniază cu fantele conului mobil, asigurând o poziționare radială precisă.
nervuri de armareNervuri radiale interne (grosime 10-20 mm) în apropierea flanșei superioare pentru a întări mantaua, reducând deformarea sub sarcini axiale mari.
Marginile superioare și inferioareMuchii teșite sau rotunjite pentru a minimiza concentrarea stresului și a preveni acumularea sau blocarea materialului.
3. Procesul de turnare a mantalei
Fonta cu conținut ridicat de crom, materialul principal pentru mantele de ventilație, 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 faza sa dură de carbură de crom (M7C3), care oferă o rezistență excepțională la uzură. Compoziția chimică este controlată la C 2,5–3,5%, Cr 20–26%, Mo 0,5–1,0% pentru a echilibra duritatea și tenacitatea.
Crearea de modele:
Se creează un model la scară reală (spumă, lemn sau rășină imprimată 3D), replicând profilul exterior al mantalei, alezajul interior, flanșa și nervurile. Se adaugă toleranțe de contracție (1,5–2,5%), cu toleranțe mai mari pentru secțiunile cu pereți groși, pentru a ține cont de contracția prin răcire.
Turnare:
O matriță de nisip lipită cu rășină este formată în jurul modelului, cu un miez de nisip utilizat pentru a crea alezajul interior gol. Cavitatea matriței este acoperită cu o soluție refractară (alumină-silice) pentru a îmbunătăți finisajul suprafeței și a preveni includerea nisipului în turnare.
Topire și turnare:
Fonta este topită într-un cuptor cu inducție la 1450–1500°C, cu un control strict al echivalentului de carbon (CE ≤4,2%) pentru a evita defectele de contracție.
Turnarea se efectuează la 1380–1420°C folosind un polonic, cu un debit constant pentru a umple cavitatea matriței fără turbulențe, asigurând o structură densă.
Tratament termic:
Recoacere în soluțieÎncălzire la 950–1050°C timp de 2–4 ore pentru dizolvarea carburilor, urmată de răcire cu aer pentru 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 la impact.
4. Prelucrare și proces de fabricație
Prelucrare brută:
Mantaua turnată este montată pe un strung vertical CNC pentru a prelucra suprafața conică interioară, flanșa superioară și locațiile găurilor pentru șuruburi, lăsând o adaos de finisare de 1-2 mm. Dimensiunile cheie (unghiul conicității interioare, grosimea flanșei) sunt controlate la ±0,1 mm.
Prelucrarea de precizie a suprafeței interioare:
Alezajul conic interior este strunjit și rectificat pentru a obține o rugozitate a suprafeței de Ra0,8 μm, asigurând o fixare strânsă cu conul în mișcare. Unghiul conicității este adaptat la conul în mișcare (toleranță ±0,05°) pentru a preveni încărcarea neuniformă.
Prelucrarea elementelor de montare:
Găurile pentru șuruburi din flanșa superioară sunt găurite și filetate la toleranța clasei 6H, cu o precizie de poziționare (±0,2 mm) față de axa mantalei pentru a asigura o forță de strângere uniformă.
Canalele de fixare (dacă este cazul) sunt frezate în suprafața interioară, cu toleranțe de adâncime și lățime (±0,05 mm) pentru a se alinia cu cheile conului mobil.
Finisarea profilului exterior:
Suprafața de uzură exterioară este inspectată pentru defecte de turnare, apoi șlefuită ușor pentru a îndepărta neregularitățile suprafeței, păstrând în același timp profilul de uzură proiectat. Nu se îndepărtează material în exces pentru a menține spațiul optim de comprimare cu căptușeala cuvei.
Tratament de suprafață:
Suprafața interioară (care se îmbină cu conul în mișcare) este acoperită cu un compus antigripant (disulfură de molibden) pentru a facilita instalarea prin contracție termică.
Suprafața exterioară poate fi supusă unor proceduri de jet de alice pentru a induce solicitări de compresiune, sporind rezistența la oboseală și reducând propagarea fisurilor.
5. Procese de control al calității
Testarea materialelor:
Analiza compoziției chimice (prin spectrometrie de emisie optică) confirmă că aliajul îndeplinește specificațiile (de exemplu, Cr20Mo3: Cr 20–23%, C 2,8–3,2%).
Analiza metalografică verifică distribuția carburilor dure (fracție volumică ≥30%) într-o matrice martensitică, asigurând rezistența la uzură.
Testarea proprietăților mecanice:
Testarea durității (Rockwell C) asigură o duritate a suprafeței exterioare de 60–65 HRC; duritatea miezului este verificată pentru a confirma un tratament termic uniform (≤HRC 55 pentru tenacitate).
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: unghiul conicității interioare, diametrul exterior la înălțimi multiple și planeitatea flanșei, cu toleranțe de ±0,1 mm.
Un scaner laser verifică dacă profilul de uzură exterior corespunde cu modelul CAD, asigurând o aliniere corectă cu căptușeala bolului pentru a menține spațiul de concasare proiectat.
Testare nedistructivă (NDT):
Testarea cu ultrasunete (UT) detectează defecte interne (de exemplu, pori de contracție, fisuri) în corpul mantalei, orice defect de ≤φ3 mm rezultând în respingere.
Testarea cu particule magnetice (MPT) verifică existența fisurilor de suprafață în flanșă, găuri de șuruburi și margini, respingând defectele liniare de 0,2 mm.
Validarea performanței la uzură:
Testarea accelerată a uzurii (ASTM G65) utilizează un aparat cu roată de nisip uscat/cauciuc pentru a măsura pierderea în greutate, mantalele cu conținut ridicat de crom necesitând ≤0,5 g/1000 cicluri.
Testele pe teren implică instalarea mantalei într-un concasor de testare și monitorizarea ratelor de uzură pe o perioadă de peste 500 de ore de funcționare, asigurând o uzură uniformă și nicio defecțiune prematură.
Prin aceste procese de fabricație și control al calității, mantaua atinge rezistența la uzură, precizia și durabilitatea necesare pentru a asigura performanțe eficiente și pe termen lung de concasare în concasoarele conice, ceea ce o face potrivită pentru aplicații în minerit, cariere și prelucrarea agregatelor.
