Este artigo detalha a cabeça do britador cônico, um componente de britagem de núcleo que trabalha com o cone fixo para britar materiais por meio de movimento oscilante, com seu desempenho afetando diretamente a produtividade, a granularidade do produto e a resistência ao desgaste. Ele descreve sua composição, incluindo o corpo da cabeça (estrutura do núcleo), revestimento de desgaste (manto), furo do mancal, recursos de montagem e cavidades de ventilação/redução de peso, juntamente com suas características estruturais. O processo de fundição para o corpo da cabeça é elaborado, abrangendo o íon do material (aço fundido ou ferro dúctil), modelagem, moldagem, fusão, vazamento, tratamento térmico e inspeção. Também descreve a usinagem do corpo da cabeça e do revestimento de desgaste, bem como as etapas de montagem. Além disso, são especificadas medidas de controle de qualidade, como testes de material, verificações de precisão dimensional, testes de resistência ao desgaste, testes de montagem e desempenho e testes não destrutivos. Esses processos garantem que a cabeça tenha alta resistência, resistência ao desgaste e precisão dimensional, garantindo um desempenho confiável em operações de britagem de serviço pesado.
Introdução detalhada ao componente da cabeça do britador cônico
1. Função e papel da cabeça do britador cônico
A cabeça do britador cônico (também conhecida como cone móvel ou 破碎锥) é o componente central de britagem que entra em contato direto e brita os materiais. Ela trabalha em conjunto com o cone fixo (revestimento da cuba) para formar uma câmara de britagem, e seu movimento oscilante (impulsionado pelo eixo excêntrico) comprime e brita rochas, minérios e outros materiais a granel. O formato, a dureza da superfície e a resistência estrutural da cabeça determinam diretamente a produtividade, a granularidade do produto e a resistência ao desgaste do britador. Sob condições de trabalho de alta pressão, ela deve suportar impactos e atritos intensos, tornando-se uma das peças de desgaste mais críticas do equipamento.
2. Composição e estrutura da cabeça do britador cônico
A cabeça do britador cônico é uma estrutura composta que combina um corpo de ferro fundido ou aço com um revestimento resistente ao desgaste. Seus principais componentes e características estruturais incluem:
Corpo da cabeça (estrutura central): Uma peça fundida cônica ou tronco-cônica feita de aço fundido de alta resistência (por exemplo, ZG35CrMo) ou ferro dúctil (QT600-3). Serve como suporte estrutural para a placa de desgaste e se conecta ao eixo excêntrico por meio de um furo central. A cavidade interna do corpo é projetada para acomodar a bucha excêntrica, com rasgos ou parafusos para fixar a conexão e transmitir o torque.
Revestimento de desgaste (manto): Uma camada externa substituível feita de ferro fundido com alto teor de cromo (Cr20-Cr26) ou aço-liga de alta dureza (HRC 55-65). Ela é fixada ao corpo da cabeça por meio de parafusos, ranhuras em cauda de andorinha ou blocos de cunha, garantindo um encaixe firme para evitar movimento durante a trituração. A superfície do revestimento é frequentemente projetada com um perfil côncavo ou convexo (por exemplo, perfis de trituração padrão, grosso ou fino) para otimizar a aderência do material e a eficiência da trituração.
Furo do rolamento: Um furo central cilíndrico ou cônico no corpo da cabeça que acomoda a extremidade superior do eixo excêntrico. O furo é usinado com precisão para garantir um encaixe estável com o eixo, com canais de lubrificação perfurados para fornecer óleo à superfície de contato, reduzindo o atrito e o desgaste.
Flange de montagem ou furos para parafusos: Localizados na base do corpo da cabeça, esses recursos fixam a camisa de desgaste ao corpo. Ranhuras em cauda de andorinha na superfície interna da camisa se encaixam nas saliências correspondentes no corpo da cabeça, aumentando a resistência da conexão sob cargas de impacto.
Cavidades de Ventilação e Redução de Peso: Algumas cabeças de grande porte possuem estruturas internas ocas para reduzir o peso, melhorar a dissipação de calor e evitar inércia excessiva durante a oscilação. Essas cavidades são projetadas para não comprometer a integridade estrutural do corpo.
3. Processo de fundição do corpo da cabeça
O corpo da cabeça é fabricado principalmente por fundição em areia ou fundição com espuma perdida devido ao seu grande tamanho e formato complexo. As etapas do processo são as seguintes:
Seleção de materiais:
O aço fundido (ZG35CrMo) é preferido para grandes britadores devido à sua alta resistência à tração (≥785 MPa) e tenacidade ao impacto, adequado para britagem pesada.
Ferro dúctil (QT600-3) é usado para cabeças de tamanho médio, oferecendo boa fundibilidade e custo-benefício, mantendo resistência suficiente.
Criação de padrões:
Um molde em escala real é criado usando madeira, espuma ou materiais impressos em 3D, replicando o formato externo da cabeça, a cavidade interna e os recursos de montagem. Para fundição com espuma perdida, o molde de espuma inclui corredores e elevadores integrados.
Tolerâncias de contração (2-3% para aço fundido) e ângulos de inclinação (3-5°) são adicionados para compensar a contração pós-fundição e facilitar a remoção do padrão.
Moldagem:
Para fundição em areia: Areia aglomerada com resina é compactada ao redor do molde para formar a cavidade do molde, com um núcleo de areia inserido para criar o furo central e as cavidades internas. O molde é curado para garantir dureza e estabilidade dimensional.
Para fundição de espuma perdida: O padrão de espuma é revestido com uma pasta refratária (à base de cerâmica ou zircônio) para formar uma casca de 3 a 5 mm de espessura e, em seguida, embutido em areia seca.
Derretendo e Derramando:
O aço fundido é fundido em um forno elétrico a arco a 1500-1600 °C, com a adição de elementos de liga (Cr, Mo) para atingir a composição química necessária. O metal fundido é desoxidado e dessulfurado para reduzir as impurezas.
O vazamento é realizado a uma taxa controlada (50-100 kg/s para cabeças grandes) para evitar turbulência e garantir o preenchimento completo do molde. Na fundição com espuma perdida, o metal fundido vaporiza o padrão de espuma, recolocando-o na cavidade do molde.
Resfriamento e Limpeza:
A peça fundida é resfriada lentamente (ao longo de 24 a 48 horas) para evitar rachaduras térmicas e, em seguida, removida do molde. Areia ou material refratário são limpos por jateamento de granalha ou hidrojateamento.
Os risers e sistemas de canais são cortados, e as bordas ásperas são retificadas para prepará-los para usinagem.
Tratamento térmico:
Cabeças de aço fundido passam por normalização (850-900 °C, resfriado a ar) para refinar a estrutura do grão, seguido de têmpera e revenimento (600-650 °C) para atingir dureza de 220-260 HBW, equilibrando resistência e usinabilidade.
Cabeças de ferro dúctil são submetidas a recozimento (900-950°C) para eliminar carbonetos e melhorar a tenacidade.
Inspeção de Fundição:
Defeitos superficiais (rachaduras, poros, encolhimento) são verificados por meio de inspeção visual e teste de penetração de tinta (DPT).
Falhas internas são detectadas por meio de testes ultrassônicos (UT) e testes de partículas magnéticas (MPT), com padrões rigorosos (sem defeitos maiores que φ3 mm em áreas críticas de suporte de carga).
4. Processo de Usinagem e Fabricação
Usinagem de corpo de cabeça:
Usinagem de desbaste: Tornos CNC ou mandriladoras são usados para tornear a superfície externa, o flange de base e o furo central, deixando uma margem de acabamento de 2 a 3 mm. Rasgos de chaveta e furos de parafusos são pré-perfurados e rosqueados.
Tratamento térmico: O recozimento de alívio de tensões (550-600°C) é realizado após a usinagem grosseira para eliminar tensões residuais da fundição e do corte inicial.
Usinagem de Acabamento: O furo central é retificado com precisão, com tolerância IT7, e possui rugosidade superficial de Ra1,6-3,2 μm para garantir um encaixe perfeito com o eixo excêntrico. O flange da base e as superfícies de montagem são fresados para obter planicidade (≤ 0,1 mm/m) para fixação segura do revestimento.
Fabricação de revestimentos de desgaste:
Elenco: Os revestimentos de ferro fundido com alto teor de cromo são fundidos em areia, com elementos de liga (Cr, Mo, Ni) adicionados para aumentar a dureza e a resistência ao desgaste. A fundição é submetida a têmpera e revenimento para atingir HRC 55-65.
Usinagem: A superfície interna do revestimento (em contato com o corpo da cabeça) é usinada para se encaixar nas ranhuras em cauda de andorinha ou nos furos dos parafusos, garantindo uma conexão firme. A superfície externa de britagem é retificada ou polida para remover rebarbas de fundição e obter o perfil projetado.
Conjunto:
O revestimento de desgaste é montado no corpo do cabeçote usando parafusos de alta resistência (grau 8.8 ou 10.9) ou blocos de cunha, com torque aplicado uniformemente (200-500 N·m, dependendo do tamanho) para evitar afrouxamento.
Juntas ou selantes são aplicados entre o revestimento e o corpo para evitar a entrada de material, o que pode causar abrasão entre os dois componentes.
5. Processos de Controle de Qualidade
Teste de materiais:
A análise da composição química (por espectrometria) garante que o aço/ferro fundido atenda aos padrões de liga (por exemplo, ZG35CrMo: C 0,32-0,40%, Cr 0,8-1,1%, Mo 0,15-0,25%).
Testes de propriedades mecânicas (resistência à tração, tenacidade ao impacto, dureza) são conduzidos em corpos de prova de cada lote de fundição.
Verificações de precisão dimensional:
Máquinas de Medição por Coordenadas (CMM) verificam o diâmetro externo do corpo da cabeça, o tamanho do furo e o perfil do revestimento, garantindo a conformidade com os desenhos de projeto (tolerância de ±0,5 mm para dimensões críticas).
A concentricidade entre a superfície externa do corpo da cabeça e o furo central é medida, exigindo ≤0,05 mm/m para evitar desequilíbrio durante a oscilação.
Teste de resistência ao desgaste:
Amostras de revestimento de desgaste passam por testes de desgaste abrasivo (por exemplo, ASTM G65) para medir a perda de peso sob condições padronizadas, garantindo uma taxa de desgaste ≤0,1 g/h sob carga nominal.
Testes de dureza (escala Rockwell C) são realizados em superfícies de revestimento para confirmar HRC 55-65, sem pontos moles (≤HRC 50) permitidos.
Testes de montagem e desempenho:
Os testes de encaixe do revestimento garantem que não haja folgas entre o revestimento e o corpo da cabeça (verificados por meio de calibradores de folga, com folga máxima ≤ 0,1 mm).
Testes de equilíbrio dinâmico são realizados na cabeça montada para garantir amplitude de vibração ≤0,1 mm/s na velocidade de operação, reduzindo o estresse no eixo excêntrico.
Ensaios Não Destrutivos (END):
O corpo da cabeça é reinspecionado via UT e MPT após a usinagem para detectar quaisquer rachaduras introduzidas durante o processamento.
As superfícies dos revestimentos são verificadas quanto a defeitos de fundição (porosidade, rachaduras) por meio de inspeção visual e DPT, com os revestimentos defeituosos rejeitados ou reparados.
Ao aderir a esses processos de fundição, usinagem e controle de qualidade, a cabeça do britador cônico atinge alta resistência, resistência ao desgaste e precisão dimensional, garantindo desempenho confiável em operações de britagem contínuas e pesadas.
