A bucha excêntrica do britador cônico, um componente giratório central em torno do eixo principal, é crucial para impulsionar o movimento de britagem. Suas principais funções são gerar movimento excêntrico (convertendo movimento rotacional em movimento orbital do eixo principal e do cone móvel), transmitir torque, suportar cargas (até milhares de quilonewtons) e servir como canal de lubrificação.
Estruturalmente, é uma luva cilíndrica ou cônica com um furo interno deslocado, consistindo de componentes como o corpo da bucha (aço-liga de alta resistência ou aço fundido como 42CrMo ou ZG42CrMo), furo excêntrico (com deslocamento de 5–20 mm), dentes da engrenagem (perfil involuto, módulo 10–25), passagens de lubrificação, flange/ombro e revestimento resistente ao desgaste (bronze ou metal babbitt).
Para buchas grandes (diâmetro externo > 500 mm), o processo de fundição envolve a seleção do material (ZG42CrMo), a modelagem (com tolerâncias de contração), a moldagem (molde de areia aglomerado com resina), a fusão e o vazamento (temperatura e vazão controladas), o resfriamento e a desmoldagem, e o tratamento térmico (normalização e revenimento). O processo de usinagem inclui usinagem de desbaste, usinagem de engrenagens, tratamento térmico para têmpera (dentes de engrenagem temperados por indução com HRC 50–55), usinagem de acabamento (retificação com precisão AGMA 6–7), instalação de revestimento antidesgaste e balanceamento.
O controle de qualidade abrange testes de materiais (composição química e propriedades mecânicas), verificações dimensionais (CMM e rastreador a laser para excentricidade e concentricidade), testes de dureza e microestrutura, ensaios não destrutivos (UT e MPT) e testes de desempenho (testes de rotação e carga). Esses testes garantem que a bucha excêntrica atenda aos requisitos de precisão e durabilidade para a operação eficiente do britador cônico em aplicações pesadas.
Introdução detalhada ao componente de bucha excêntrica do britador cônico
1. Função e papel da bucha excêntrica
A bucha excêntrica do britador cônico (também chamada de luva excêntrica ou cilindro excêntrico) é um componente rotativo central localizado ao redor do eixo principal, desempenhando um papel fundamental na condução do movimento de britagem. Suas principais funções incluem:
Geração de movimento excêntrico: Convertendo o movimento rotacional da engrenagem motriz no movimento excêntrico (orbital) do eixo principal e do cone móvel, criando a ação de britagem ao fechar e abrir periodicamente o espaço entre os cones móveis e fixos.
Transmissão de torque:Transferir torque da engrenagem do pinhão (por meio do engate com a engrenagem excêntrica) para o eixo principal, garantindo força suficiente para esmagar materiais duros, como minérios e rochas.
Suporte de carga: Suportar as cargas radiais e axiais geradas durante o esmagamento (até milhares de quilonewtons), distribuindo-as uniformemente para a estrutura e mancais.
Canal de Lubrificação: Passagens internas de óleo do alojamento que fornecem lubrificante ao eixo principal e aos mancais, reduzindo o atrito e o acúmulo de calor durante a rotação em alta velocidade (normalmente 150–300 rpm).
Dada sua função em operações de alta carga e alta velocidade, a bucha excêntrica deve apresentar resistência excepcional, resistência ao desgaste e precisão dimensional para evitar falhas prematuras.
2. Composição e Estrutura da Bucha Excêntrica
A bucha excêntrica é uma luva cilíndrica ou cônica com um furo interno deslocado, apresentando os seguintes componentes principais e detalhes estruturais:
Corpo da bucha: Estrutura cilíndrica de parede espessa feita de aço-liga de alta resistência (por exemplo, 42CrMo ou 35CrMo) ou aço fundido de alta qualidade (ZG42CrMo). A superfície externa é frequentemente equipada com uma engrenagem grande (engrenagem excêntrica) que engrena com a engrenagem do pinhão, com uma faixa de módulo de 10 a 25 e contagem de dentes de 30 a 80.
Furo excêntrico: Um furo central com um deslocamento (excentricidade) em relação ao diâmetro externo, normalmente de 5 a 20 mm, dependendo do modelo do britador. Esse deslocamento determina o curso do cone móvel, afetando diretamente a eficiência e a produtividade da britagem.
Dentes de engrenagem: Integralmente formada ou soldada na superfície externa da bucha, com um perfil envolvente (ângulo de pressão de 20°) para garantir um engate suave com a engrenagem do pinhão. A engrenagem é projetada para transmissão de alto torque, com uma largura de face de 150 a 400 mm.
Passagens de Lubrificação: Furos ou ranhuras perfuradas internas que se conectam ao sistema de lubrificação principal, fornecendo óleo para a interface entre a bucha e o eixo principal, bem como para os mancais superiores e inferiores.
Flange ou Ombro: Uma projeção radial em uma extremidade da bucha, atuando como uma superfície de apoio axial para absorver cargas axiais e limitar o movimento axial em relação à estrutura.
Revestimento resistente ao desgaste: Uma luva interna substituível feita de bronze para rolamentos (por exemplo, ZCuSn10Pb1) ou metal babbitt, pressionada no furo interno para reduzir o atrito entre a bucha e o eixo principal.
A excentricidade (deslocamento entre os eixos interno e externo) é controlada com precisão para garantir que o curso do cone móvel seja consistente, influenciando diretamente a capacidade de produção do britador e o tamanho do produto.
3. Processo de fundição da bucha excêntrica
Para buchas excêntricas grandes (diâmetro externo >500 mm), a fundição é o método de fabricação preferido para obter formas complexas e formação de engrenagens integrais:
Seleção de materiais:
O aço fundido de alta resistência (ZG42CrMo) é escolhido por suas excelentes propriedades mecânicas: resistência à tração ≥800 MPa, limite de escoamento ≥600 MPa e tenacidade ao impacto ≥45 J/cm². Oferece boa temperabilidade e resistência ao desgaste após tratamento térmico.
Criação de padrões:
Um molde em escala real é criado usando madeira, espuma ou resina impressa em 3D, replicando o diâmetro externo da bucha, o furo excêntrico, os dentes da engrenagem (simplificados), o flange e as posições da passagem de lubrificação. São adicionadas tolerâncias de contração (2–2,5%), com tolerâncias maiores para os dentes da engrenagem e seções de paredes espessas.
O padrão inclui núcleos para formar o furo interno excêntrico e passagens de óleo, garantindo a precisão dimensional do deslocamento.
Moldagem:
Um molde de areia aglomerada com resina é preparado, com núcleos separados para o furo interno e os dentes da engrenagem. O molde e os núcleos são revestidos com uma camada refratária (à base de alumina) para evitar a penetração de metal e melhorar o acabamento da superfície.
O molde é montado com alinhamento preciso do núcleo interno para garantir que a excentricidade (deslocamento) atenda às especificações do projeto (tolerância de ±0,1 mm).
Derretendo e Derramando:
O aço fundido é derretido em um forno elétrico a arco a 1530–1570°C, com composição química controlada para C 0,38–0,45%, Cr 0,9–1,2%, Mo 0,15–0,25% para equilibrar resistência e tenacidade.
O vazamento é realizado com uma concha de vazamento inferior, com vazão controlada (100–200 kg/s) para evitar turbulências e garantir o preenchimento completo do molde, especialmente dos detalhes dos dentes da engrenagem. A temperatura de vazamento é mantida entre 1490–1530 °C.
Resfriamento e Shakeout:
A peça fundida é resfriada no molde por 72 a 120 horas para minimizar o estresse térmico e, em seguida, removida por vibração. Os resíduos de areia são limpos por jateamento (grão de aço G18), atingindo uma rugosidade superficial de Ra50 a 100 μm.
Tratamento térmico:
A normalização (860–900 °C, resfriado a ar) refina a estrutura do grão, seguida pelo revenimento (600–650 °C) para reduzir a dureza para 220–260 HBW, melhorando a usinabilidade.
4. Processo de Usinagem e Fabricação
Usinagem de desbaste:
A peça fundida é montada em um torno CNC com um dispositivo excêntrico para usinar o diâmetro externo, a face do flange e a superfície de referência da engrenagem externa, deixando uma margem de acabamento de 5 a 8 mm. O furo interno é desbastado para estabelecer a excentricidade, com uma tolerância de ± 0,2 mm.
Usinagem de engrenagens:
Os dentes externos da engrenagem são desbastados em uma fresadora CNC, com uma folga de 0,5 a 1 mm para acabamento. Os parâmetros da engrenagem (módulo, ângulo de pressão, número de dentes) são controlados com precisão para corresponder à engrenagem do pinhão.
Tratamento térmico para endurecimento:
Os dentes da engrenagem e a superfície externa são temperados por indução a uma profundidade de 2 a 5 mm, atingindo uma dureza superficial de HRC 50 a 55 para aumentar a resistência ao desgaste. O furo interno e as superfícies de apoio são mantidos em uma dureza mais baixa (HRC 25 a 35) para maior tenacidade.
O revenimento a 200–250 °C alivia a tensão residual do endurecimento, evitando rachaduras durante a usinagem subsequente.
Usinagem de Acabamento:
Diâmetro externo e dentes da engrenagem: A superfície externa e os dentes da engrenagem são retificados com uma retificadora CNC para atingir precisão AGMA 6–7, com desvio do perfil do dente ≤0,02 mm e rugosidade da superfície Ra0,8 μm.
Furo interno: O furo interno excêntrico é acabado e afiado para uma tolerância dimensional de IT6, com uma rugosidade de superfície de Ra0,4 μm para garantir um encaixe adequado com o revestimento resistente ao desgaste.
Passagens de Lubrificação: Furos e ranhuras de óleo são perfurados e rosqueados, com posicionamento preciso (±0,2 mm) para alinhamento com o sistema de lubrificação do eixo principal.
Instalação de revestimento resistente ao desgaste:
O revestimento de bronze ou babbitt é pressionado no furo interno usando uma prensa hidráulica, com um ajuste de interferência (0,05–0,1 mm) para garantir uma união segura. A superfície interna do revestimento é torneada para corresponder ao diâmetro do eixo principal.
Balanceamento:
A bucha excêntrica montada é balanceada dinamicamente em uma máquina de balanceamento para corrigir a excentricidade da massa, garantindo níveis de vibração ≤0,1 mm/s na velocidade de operação para evitar desgaste excessivo nos rolamentos.
5. Processos de Controle de Qualidade
Teste de materiais:
A análise da composição química (por espectrometria de emissão óptica) verifica se o conteúdo da liga atende aos padrões (por exemplo, 42CrMo: C 0,38–0,45%, Cr 0,9–1,2%).
Testes de tração em amostras fundidas confirmam propriedades mecânicas: resistência à tração ≥800 MPa, alongamento ≥12%.
Verificações de precisão dimensional:
Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona dimensões principais: excentricidade (deslocamento entre os eixos interno e externo, tolerância de ±0,05 mm), parâmetros de engrenagem e tolerâncias de diâmetro interno/externo.
Um rastreador a laser verifica a concentricidade da engrenagem externa e do furo interno, garantindo o alinhamento com o eixo principal.
Teste de Dureza e Microestrutura:
A dureza da superfície dos dentes da engrenagem é medida usando um testador de dureza Rockwell (HRC 50–55 necessário).
A análise metalográfica verifica a profundidade e a uniformidade da camada endurecida, garantindo que não haja excesso de martensita ou rachaduras.
Ensaios Não Destrutivos (END):
O teste ultrassônico (UT) inspeciona o corpo da bucha em busca de defeitos internos (por exemplo, poros de contração, rachaduras) com um limite de tamanho de φ2 mm.
O teste de partículas magnéticas (MPT) detecta rachaduras superficiais nos dentes da engrenagem e áreas com concentração de tensão (por exemplo, raízes de flange).
Teste de desempenho:
Teste rotacional: A bucha é montada em um equipamento de teste e girada na velocidade operacional por 2 horas, com vibração e temperatura monitoradas para garantir estabilidade.
Teste de carga: Uma carga axial simulada (120% da carga nominal) é aplicada por 1 hora, com inspeção pós-teste não mostrando deformação ou falha do rolamento.
Por meio desses rigorosos processos de fabricação e controle de qualidade, a bucha excêntrica atinge a precisão e a durabilidade necessárias para gerar o movimento excêntrico essencial para a operação eficiente do britador cônico, garantindo desempenho confiável em aplicações pesadas de mineração e processamento de agregados.
