A porca do eixo principal do britador cônico, um fixador essencial na parte superior ou inferior do eixo principal, fixa componentes como o rolamento do eixo principal, a bucha excêntrica e o cone móvel. Suas funções principais incluem fixação axial (evitando deslocamentos por vibração e cargas), transferência de carga (distribuindo cargas axiais de até centenas de quilonewtons), ajuste de pré-carga do rolamento e prevenção de contaminação.
Estruturalmente, é um fixador grande e resistente com perfil cilíndrico ou hexagonal, constituído pelo corpo da porca (aço-liga de alta resistência 42CrMo/35CrMo ou aço fundido ZG35CrMo), roscas internas (tolerância classe 6H, passo grosso M30–M100), mecanismos de travamento (ranhuras de travamento, interface cônica, furos para parafusos de fixação), superfície de aplicação de torque, ranhura de vedação e ressalto/flange.
Para porcas grandes (diâmetro externo > 300 mm), o processo de fundição envolve a seleção do material (ZG35CrMo), a modelagem (com tolerâncias de contração), a moldagem (areia verde ou areia aglomerada com resina), a fusão e o vazamento (temperatura e fluxo controlados), o resfriamento e a desmoldagem, e o tratamento térmico (normalização e revenimento). O processo de usinagem inclui usinagem de desbaste, usinagem de roscas, usinagem de elementos de travamento, tratamento térmico para têmpera (roscas temperadas por indução até HRC 45–50), usinagem de acabamento e tratamento superficial.
O controle de qualidade abrange testes de materiais (composição química e dureza), verificações dimensionais (CMM e medidores de rosca), testes de integridade estrutural (MPT e UT), testes funcionais (testes de torque e vibração) e testes de desempenho da vedação. Esses testes garantem que a porca do eixo principal forneça uma fixação confiável, permitindo uma operação estável do britador cônico sob cargas pesadas e altas vibrações.
Introdução detalhada ao componente da porca do eixo principal do britador cônico
1. Função e papel da porca do eixo principal
A porca do eixo principal do britador cônico (também conhecida como porca do fuso ou porca de retenção do eixo) é um fixador essencial localizado na extremidade superior ou inferior do eixo principal, servindo para fixar componentes-chave, como o rolamento do eixo principal, a bucha excêntrica ou o cone móvel. Suas principais funções incluem:
Fixação Axial: Travamento do eixo principal na bucha excêntrica ou na caixa do mancal, evitando o deslocamento axial causado por vibração de alta frequência e cargas alternadas durante o esmagamento.
Transferência de carga: Distribuir cargas axiais (até centenas de quilonewtons) do cone móvel e do eixo principal para o sistema de mancais, garantindo transmissão de força equilibrada.
Ajuste de pré-carga do rolamento: Trabalhar com calços ou arruelas para definir a pré-carga ideal para o rolamento do eixo principal, reduzindo a folga e melhorando a estabilidade rotacional.
Prevenção de Contaminação:Criação de uma vedação com o eixo principal e componentes adjacentes para bloquear a entrada de poeira, partículas de minério e umidade no sistema de rolamentos, prolongando a vida útil.
Dada sua função em ambientes de alta carga e alta vibração, a porca do eixo principal deve apresentar alta resistência à tração, resistência ao impacto e desempenho antiafrouxamento.
2. Composição e estrutura da porca do eixo principal
A porca do eixo principal é um fixador grande e resistente com perfil cilíndrico ou hexagonal, apresentando os seguintes componentes principais e detalhes estruturais:
Corpo de porca: A seção estrutural principal, normalmente feita de aço-liga de alta resistência (por exemplo, 42CrMo ou 35CrMo), com design sólido ou oco. Seu diâmetro externo varia de 150 mm a 600 mm, com espessura de parede de 20 a 50 mm, dependendo do modelo do britador.
Roscas internas: Roscas usinadas com precisão (métricas ou em polegadas) que se encaixam nas roscas externas do eixo principal. As roscas geralmente têm passo grosso (M30–M100) para suportar altas cargas axiais, com tolerância de classe 6H para encaixe firme.
Mecanismo de travamento: Características para evitar afrouxamento sob vibração, como:
Slots de travamento: Ranhuras circunferenciais na superfície externa da porca que se alinham com os parafusos de travamento na bucha excêntrica, restringindo a rotação.
Interface cônica: Um assento cônico em uma extremidade que se encaixa em um cone correspondente no eixo principal ou rolamento, melhorando a aderência sob carga.
Furos para parafusos de fixação: Furos roscados radiais para parafusos de fixação que pressionam o eixo principal, criando um travamento baseado em fricção.
Superfície de aplicação de torque: Um perfil externo hexagonal ou um encaixe quadrado na face superior, permitindo que o torque seja aplicado por meio de uma chave inglesa ou ferramenta hidráulica durante a instalação e a remoção.
Ranhura de vedação: Ranhura circunferencial na superfície interna ou externa que abriga um anel de vedação ou junta, melhorando a vedação com componentes adjacentes.
Ombro ou Flange: Uma projeção radial em uma extremidade que atua como um batente, limitando a profundidade de inserção da porca e garantindo o posicionamento adequado em relação ao rolamento.
3. Processo de fundição da porca do eixo principal
Para porcas de eixo principal de grande porte (diâmetro externo >300 mm), a fundição é um método de fabricação eficiente para obter formas complexas:
Seleção de materiais:
O aço fundido de alta resistência (ZG35CrMo) é preferido por suas excelentes propriedades mecânicas: resistência à tração ≥700 MPa, limite de escoamento ≥500 MPa e tenacidade ao impacto ≥35 J/cm². Oferece boa usinabilidade e temperabilidade, sendo adequado para aplicações de suporte de carga.
Criação de padrões:
Um padrão de precisão é criado usando madeira, espuma ou resina impressa em 3D, replicando o diâmetro externo da porca, as roscas internas (simplificadas), os recursos de travamento e o flange. São adicionadas margens de contração (1,5–2%), com margens maiores para seções de paredes espessas.
O padrão inclui um núcleo para formar o furo interno, garantindo a precisão dimensional do diâmetro da raiz da rosca.
Moldagem:
Um molde de areia verde ou areia aglomerada com resina é preparado, com o padrão posicionado para formar a forma externa e o núcleo para o furo interno. A cavidade do molde é revestida com uma camada refratária para melhorar o acabamento da superfície e evitar a inclusão de areia.
Derretendo e Derramando:
O aço fundido é derretido em um forno elétrico a arco a 1520–1560°C, com composição química controlada para C 0,32–0,40%, Cr 0,8–1,1% e Mo 0,15–0,25% para equilibrar resistência e tenacidade.
O vazamento é realizado a 1480–1520°C usando uma concha, com uma vazão constante para evitar turbulência e garantir o preenchimento completo do molde, especialmente em recursos de travamento complexos.
Resfriamento e Shakeout:
A peça fundida é resfriada no molde por 48 a 72 horas para reduzir o estresse térmico e, em seguida, removida por vibração. Os resíduos de areia são limpos por jateamento (grão de aço G25), atingindo uma rugosidade superficial de Ra25 a 50 μm.
Tratamento térmico:
A normalização (850–900 °C, resfriado a ar) refina a estrutura do grão, seguida pelo revenimento (600–650 °C) para reduzir a dureza para 180–230 HBW, melhorando a usinabilidade.
4. Processo de Usinagem e Fabricação
Usinagem de desbaste:
A peça bruta fundida é montada em um torno CNC para usinar o diâmetro externo, a face do flange e as superfícies superior/inferior, deixando uma margem de acabamento de 2 a 3 mm. As dimensões principais (por exemplo, altura da porca, espessura do flange) são controladas para ±0,2 mm.
Usinagem de Roscas:
As roscas internas são desbastadas com um macho de rosca ou fresadora CNC, garantindo que o diâmetro primitivo esteja dentro de 0,5 mm do tamanho final. Para porcas grandes, uma ferramenta de rosqueamento de ponta única é usada para criar o perfil da rosca.
Usinagem de recursos de bloqueio:
Ranhuras de travamento são fresadas na superfície externa usando uma fresadora CNC, com tolerância de profundidade (±0,1 mm) e espaçamento uniforme (±0,5 mm) ao redor da circunferência da porca.
Os furos dos parafusos de fixação são perfurados e rosqueados conforme tolerância de classe 6H, com perpendicularidade (±0,1 mm/100 mm) em relação ao eixo da porca para garantir o encaixe adequado com o eixo principal.
Tratamento térmico para endurecimento:
As superfícies roscadas e áreas de suporte de carga da porca são temperadas por indução a uma profundidade de 1–3 mm, alcançando uma dureza superficial de HRC 45–50 para aumentar a resistência ao desgaste e a resistência da rosca.
O revenimento a 200–250 °C alivia o estresse residual, evitando rachaduras durante a usinagem de acabamento.
Usinagem de Acabamento:
As roscas internas são usinadas com acabamento de acordo com a tolerância de classe 6H usando um macho de rosca de precisão ou retificadora, garantindo flancos de rosca suaves e diâmetro de passo correto para acoplamento adequado com o eixo principal.
A interface cônica (se aplicável) é retificada com uma tolerância de ângulo (±0,1°) e rugosidade de superfície Ra1,6 μm, garantindo uma vedação firme com o eixo principal.
A superfície de aplicação de torque (perfil hexagonal) é usinada para atingir planura (≤0,05 mm/m) e tolerância dimensional (±0,1 mm) para engate seguro da chave.
Tratamento de superfície:
A superfície externa da porca é revestida com tinta antiferrugem ou zincagem (5–8 μm de espessura) para resistir à corrosão. As roscas são tratadas com um composto antigripante à base de dissulfeto de molibdênio para facilitar a instalação e evitar escoriações.
5. Processos de Controle de Qualidade
Teste de materiais:
A análise da composição química (espectrometria) confirma que a liga atende aos padrões (por exemplo, ZG35CrMo: C 0,32–0,40%, Cr 0,8–1,1%).
Os testes de dureza (Rockwell) garantem que as superfícies das roscas tenham dureza HRC 45–50, enquanto a dureza do núcleo é HRC 25–35 para tenacidade.
Verificações de precisão dimensional:
Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona parâmetros-chave: diâmetro do passo da rosca (±0,03 mm), diâmetro externo (±0,1 mm) e posições do slot de travamento.
Os calibradores de rosca (calibres de anel) verificam o encaixe com as roscas do eixo principal, garantindo um engate suave sem folga excessiva ou emperramento.
Teste de Integridade Estrutural:
O teste de partículas magnéticas (MPT) detecta rachaduras superficiais em roscas, ranhuras de travamento e raízes de flange, com quaisquer defeitos de 0,5 mm de comprimento resultando em rejeição.
Testes ultrassônicos (UT) são realizados em porcas grandes para verificar defeitos internos (por exemplo, poros de contração) em regiões de suporte de carga.
Teste Funcional:
Teste de torque: A porca é instalada em um eixo principal de teste e apertada a 120% do torque nominal, com inspeção pós-teste não mostrando deformação ou descascamento da rosca.
Teste de vibração: a porca é submetida a vibração de 10–500 Hz por 2 horas, sem que se detecte afrouxamento mensurável (rotação ≤0,01 mm) usando uma chave de torque.
Teste de desempenho de vedação:
Para porcas com ranhuras de vedação, um anel de vedação é instalado, e o conjunto é testado sob pressão com ar (0,2 MPa) para garantir que não haja vazamento, verificando a prevenção eficaz da contaminação.
Por meio desses processos de fabricação e controle de qualidade, a porca do eixo principal atinge a resistência, a precisão e a confiabilidade necessárias para proteger componentes críticos do britador cônico, garantindo uma operação estável sob cargas pesadas e condições de alta vibração em aplicações de mineração e processamento de agregados.
