Cabeça de esfera do britador cônico

Suporte de carga axial: Suportar as cargas verticais geradas durante a britagem (até dezenas de milhares de quilonewtons) e transferi-las para a estrutura superior ou anel de ajuste, garantindo que o cone móvel mantenha sua posição vertical.

Orientação Rotacional: Atuando como um ponto de pivô para a rotação excêntrica do cone em movimento, permitindo oscilação suave (amplitude de 5 a 20 mm) enquanto minimiza o deslocamento lateral.

Redução de desgaste: Fornece uma superfície endurecida e de baixo atrito que faz interface com o rolamento superior ou soquete, reduzindo a abrasão causada pelo movimento contínuo.

Manutenção de Alinhamento: Garantir que o cone móvel permaneça concêntrico com o côncavo (cone fixo), preservando a precisão da folga de britagem e evitando desgaste irregular em ambos os componentes.

Cabeça de Bola: Ponta hemisférica ou esférica com raio variando de 50 mm a 300 mm, dependendo do tamanho do britador. É feita de aço de cromo com alto teor de carbono (p. ex., GCr15) ou aço de liga (42CrMo) com superfície temperada (HRC 58–62).

Pescoço do eixo: Uma seção cilíndrica ou cônica que conecta a cabeça esférica ao corpo do cone móvel, com um diâmetro de 1,5 a 2 vezes o raio da cabeça esférica. Frequentemente, é forjada como uma única peça com a cabeça esférica para garantir a integridade estrutural.

Filé de Transição: Um canto arredondado (raio de 10–30 mm) entre a cabeça da esfera e o pescoço do eixo, projetado para reduzir a concentração de tensões e evitar rachaduras por fadiga sob cargas cíclicas.

Ranhura de lubrificação: Uma ranhura circunferencial próxima à base da cabeça esférica que retém o lubrificante (graxa ou óleo), garantindo uma película contínua entre a cabeça esférica e o rolamento superior. A ranhura tem 2 a 5 mm de profundidade e 5 a 10 mm de largura.

Roscas de montagem/Rampa de chaveta: Recursos opcionais no pescoço do eixo para fixar a esfera da cabeça ao cone móvel, com roscas (classe 6g) ou rasgos de chaveta (ISO 4156) facilitando a transmissão de torque.

Camada endurecida: Uma camada endurecida de 2–5 mm de profundidade na superfície da cabeça esférica, obtida por meio de cementação ou têmpera por indução, para equilibrar a resistência ao desgaste (HRC de superfície 58–62) com a tenacidade do núcleo (HRC 25–35).

Seleção de materiais: O aço cromo com alto teor de carbono (GCr15) é o preferido por sua excelente resistência ao desgaste e resistência à fadiga. Composição química: C 0,95–1,05%, Cr 1,3–1,65%, Mn ≤0,4%, Si ≤0,35%.

Preparação de tarugos:Tarubos de aço são cortados no peso desejado (10–50 kg) e aquecidos a 1100–1200°C em um forno contínuo, garantindo uma distribuição uniforme da temperatura.

Perturbador e Formador: A tarugo aquecida é recalcada para reduzir a altura e aumentar o diâmetro, sendo então forjada em uma pré-forma com formato esférico bruto usando forjamento em matriz fechada. Esse processo refina a estrutura dos grãos e alinha o fluxo do metal com a direção da tensão do componente.

Acabamento de Forjamento:A pré-forma é reaquecida a 1050–1100°C e forjada até o formato final, com a cabeça da esfera e o pescoço do eixo formados em uma única operação para garantir a precisão dimensional (±1 mm).

Seleção de materiais: É utilizado aço fundido de liga (ZG42CrMo), com resistência à tração ≥600 MPa e tenacidade ao impacto ≥30 J/cm².

Fundição de investimento: Para geometrias complexas, padrões de cera são usados para criar moldes de cerâmica. Aço fundido (1520–1560 °C) é derramado nos moldes, produzindo componentes com formato quase final, com usinagem mínima necessária.

A peça forjada ou fundida é montada em um torno CNC para usinar o pescoço do eixo, o filete de transição e o formato preliminar da cabeça esférica, deixando uma margem de acabamento de 1–2 mm.

Têmpera e revenimento:Para GCr15, o blank é aquecido a 830–860°C, temperado em óleo e então revenido a 150–200°C para atingir dureza do núcleo HRC 25–35.

Endurecimento de superfície:A cabeça esférica é temperada por indução (frequência de 10–50 kHz) para aquecer a superfície a 850–900 °C, seguido de têmpera em água, resultando em uma camada endurecida (2–5 mm de profundidade) com HRC 58–62.

Retificação de cabeça esférica: Uma retificadora esférica CNC usina a cabeça esférica para atingir uma rugosidade de superfície de Ra0,1–0,4 μm e tolerância esférica (≤0,01 mm), garantindo um encaixe adequado com o rolamento superior.

Acabamento do pescoço do eixo: O pescoço do eixo é retificado com tolerância cilíndrica IT6, com rugosidade de superfície Ra0,8 μm, facilitando a montagem segura no cone móvel.

Usinagem de ranhuras:A ranhura de lubrificação é fresada ou torneada no pescoço do eixo, com profundidade e largura precisas para otimizar a retenção do lubrificante.

A superfície da cabeça esférica é polida para reduzir o atrito, e as áreas não endurecidas são revestidas com óleo ou tinta antiferrugem para evitar corrosão.

Teste de materiais:

A análise da composição química (espectrometria) verifica a conformidade com os padrões GCr15 ou ZG42CrMo.

O exame metalográfico verifica o tamanho do grão (≤6 ASTM) e a distribuição de carboneto na camada endurecida.

Verificações de precisão dimensional:

Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona o raio esférico da cabeça esférica, o diâmetro do pescoço do eixo e o filete de transição, garantindo que as tolerâncias estejam dentro de ±0,01 mm para características críticas.

Um testador de circularidade verifica a cilindricidade do pescoço do eixo (≤0,005 mm) e a esfericidade da cabeça esférica (≤0,01 mm).

Teste de Propriedades Mecânicas:

Os testes de dureza (Rockwell) confirmam a dureza da superfície (HRC 58–62) e a dureza do núcleo (HRC 25–35).

Testes de compressão em amostras garantem uma resistência à compressão ≥2000 MPa, sem deformação plástica abaixo de 150% da carga nominal.

Ensaios Não Destrutivos (END):

O teste ultrassônico (UT) detecta defeitos internos na forja, rejeitando quaisquer rachaduras ou inclusões >φ1 mm.

O teste de partículas magnéticas (MPT) inspeciona o filete de transição e a superfície da cabeça esférica em busca de microfissuras, com defeitos lineares de 0,2 mm, resultando em rejeição.

Validação de Desempenho:

Teste de desgaste: Um teste de pino no disco simula o contato com o rolamento superior, exigindo perda de peso ≤0,1 mg após 10⁴ ciclos.

Teste de fadiga: O componente sofre carga cíclica (10⁶ ciclos) a 80% do limite de escoamento, sem rachaduras ou deformações visíveis.