Este artigo fornece uma visão geral detalhada do pinhão do britador cônico, um componente crítico de transmissão que se engata à engrenagem principal para transferir a potência do motor para o conjunto excêntrico, permitindo o movimento oscilante do cone móvel. Ele detalha as funções do pinhão, incluindo transmissão de potência, amplificação de torque e engrenamento de precisão. A composição e a estrutura são detalhadas, consistindo em dentes da engrenagem, corpo do eixo, mancais, ressaltos/colares, furos de lubrificação e rasgo de chaveta/estria, juntamente com suas características estruturais. Para pinhões de grande porte, o processo de fundição é descrito, abrangendo a formação do material, modelagem, moldagem, fusão e vazamento, resfriamento e desmoldagem, tratamento térmico e inspeção. Para pinhões forjados, o processo de usinagem e fabricação é descrito, incluindo forjamento, usinagem de desbaste, tratamento térmico, usinagem de acabamento e rebarbação/polimento. Além disso, medidas de controle de qualidade são especificadas, como validação de material, verificações de precisão dimensional, testes de dureza e microestrutura, testes de desempenho dinâmico, testes não destrutivos e inspeção final. Esses processos garantem que o pinhão atinja a resistência, precisão e durabilidade necessárias, garantindo transmissão de potência confiável em operações de britagem exigentes.
Introdução detalhada ao componente do pinhão do britador cônico
1. Função e papel do pinhão
O pinhão do britador cônico (também chamado de pinhão de acionamento ou engrenagem pequena) é um componente crítico de transmissão no sistema de energia do britador, interagindo diretamente com a engrenagem principal grande para transferir energia rotacional do motor para o conjunto excêntrico. Suas principais funções incluem:
Transmissão de energia: Convertendo a rotação de alta velocidade do motor (normalmente 1450 rpm para motores elétricos) no movimento de baixa velocidade e alto torque exigido pela engrenagem principal, acionando o movimento oscilatório do cone móvel.
Amplificação de torque: Atuando como um redutor de velocidade (relação de engrenagem de 5:1 a 8:1) para multiplicar o torque, permitindo que o britador manuseie materiais duros como granito ou basalto.
Malha de precisão: Manter o engate estável com a engrenagem principal para garantir uma operação suave, reduzindo a vibração e o ruído durante a britagem.
Devido ao seu papel em operações contínuas e de alto estresse, o pinhão deve equilibrar alta resistência, resistência ao desgaste e precisão dimensional para evitar falhas prematuras.
2. Composição e Estrutura do Pinhão
O pinhão é uma pequena engrenagem cilíndrica com eixo sólido ou oco, apresentando os seguintes componentes e detalhes estruturais:
Dentes de engrenagem: Dentes externos envolventes (módulo 6–16, dependendo do tamanho do britador) com ângulo de pressão de 20°, projetados para engrenar na engrenagem principal. O perfil do dente inclui um raio de filete na raiz para reduzir a concentração de tensões.
Corpo do eixo: Um eixo cilíndrico integrado à engrenagem, com uma extremidade conectada ao motor por meio de um acoplamento (por exemplo, acoplamento flexível ou fluido) e a outra apoiada por rolamentos (de rolos ou esferas). Os diâmetros dos eixos variam de 50 mm a 300 mm, com rasgos de chaveta ou estrias para transmissão de torque.
Diários de rolamento: Seções cilíndricas usinadas com precisão no eixo onde os rolamentos são montados, com tolerâncias rigorosas (IT5–IT6) para garantir rotação suave e desvio mínimo.
Ombros ou golas: Projeções axiais no eixo que posicionam os rolamentos e impedem o movimento axial durante a operação.
Furos de lubrificação:Pequenos furos perfurados que levam aos dentes da engrenagem e aos mancais, fornecendo óleo ou graxa para reduzir o atrito e o desgaste.
Rasgo de chaveta ou spline: Uma ranhura ou série de sulcos na extremidade do eixo que se encaixam no acoplamento do motor, garantindo transferência de torque sem deslizamento.
3. Processo de fundição do pinhão (para pinhões de grande porte)
Embora pinhões pequenos sejam frequentemente forjados, pinhões grandes (diâmetro do eixo >150 mm) podem usar fundição para melhor custo-benefício, com as seguintes etapas:
Seleção de materiais:
Aço fundido de liga de alta resistência (ZG40CrNiMo) é o preferido, oferecendo resistência à tração ≥800 MPa e tenacidade ao impacto ≥60 J/cm² para suportar cargas cíclicas.
Criação de padrões:
Um padrão de espuma ou madeira em escala real é criado, replicando os dentes da engrenagem, o eixo e os mancais. Adicionam-se tolerâncias de contração (2–2,5%) para compensar a contração por resfriamento.
Moldagem:
Moldes de areia aglomerada com resina são moldados ao redor do molde, com um núcleo de areia para o eixo oco (se aplicável). A cavidade do molde é revestida com uma camada refratária para garantir uma superfície lisa.
Derretendo e Derramando:
A liga é derretida em um forno elétrico a arco a 1550–1600°C, com composição química controlada para C 0,38–0,45%, Cr 0,8–1,1%, Ni 1,2–1,5% e Mo 0,2–0,3%.
O vazamento é realizado a 1500–1530°C usando uma concha de vazamento inferior para minimizar a turbulência, garantindo o enchimento completo do molde.
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 de granalha.
Tratamento térmico:
A normalização (880–920°C, resfriado a ar) refina a estrutura do grão, seguida de revenimento (600–650°C) para atingir uma dureza de 220–250 HBW, melhorando a usinabilidade.
Inspeção de Fundição:
Inspeção visual e teste de penetração de tinta (DPT) verificam se há rachaduras ou bolhas na superfície.
O teste ultrassônico (UT) detecta defeitos internos, com limites rígidos (sem defeitos >φ2 mm nos dentes da engrenagem ou no núcleo do eixo).
4. Processo de Usinagem e Fabricação (Pinhões Forjados)
A maioria dos pinhões são forjados para maior resistência, com as seguintes etapas de fabricação:
Forjamento:
Uma tarugo de aço (40CrNiMoA) é aquecida a 1100–1200°C e forjada em um formato de eixo-engrenagem bruto usando uma prensa hidráulica, melhorando o fluxo de grãos e as propriedades mecânicas.
Usinagem de desbaste:
A peça forjada é torneada em um torno CNC para usinar o diâmetro externo do eixo, os ombros e os mancais, deixando uma margem de acabamento de 2–3 mm.
Os dentes das engrenagens são cortados grosseiramente usando uma fresadora de engrenagens, com uma margem de 0,5 mm para acabamento.
Tratamento térmico:
Cementação: Os dentes da engrenagem e a superfície do eixo são cementados a 900–930°C por 6–10 horas para criar uma camada dura (0,8–1,2 mm de espessura), aumentando a resistência ao desgaste.
Têmpera e revenimento: temperado em óleo a 850–880 °C e depois revenido a 180–200 °C para atingir dureza superficial HRC 58–62 (dentes) e dureza do núcleo HRC 30–35 (eixo).
Usinagem de Acabamento:
Os dentes das engrenagens são retificados usando uma retificadora de engrenagens com precisão AGMA 7–8, com desvio do perfil do dente ≤0,015 mm e rugosidade da superfície Ra0,8 μm.
Os munhões dos rolamentos são retificados com precisão de acordo com a tolerância IT5, com circularidade ≤0,005 mm e rugosidade da superfície Ra0,4 μm para garantir uma operação suave do rolamento.
Rasgos ou estrias são escareados com tolerâncias apertadas (largura ±0,01 mm) para encaixe seguro do acoplamento.
Rebarbação e polimento:
As bordas dos dentes são rebarbadas usando uma escova ou roda abrasiva para evitar concentração de tensões.
Os furos de lubrificação são escareados e polidos para evitar obstrução do fluxo de óleo.
5. Processos de Controle de Qualidade
Validação de materiais:
A análise química (espectrometria) confirma a composição da liga (por exemplo, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%, Ni 1,25–1,65%, Mo 0,15–0,25%).
Testes de tração em amostras forjadas verificam a resistência ao escoamento (≥835 MPa) e o alongamento (≥12%).
Verificações de precisão dimensional:
Uma máquina de medição de coordenadas (CMM) inspeciona os parâmetros da engrenagem: erro de passo (≤0,02 mm), espessura do dente (±0,01 mm) e desvio do eixo (≤0,02 mm).
Os mancais dos mancais são verificados quanto à concentricidade com o eixo da engrenagem (≤0,01 mm) usando um indicador de mostrador.
Teste de Dureza e Microestrutura:
A dureza da superfície dos dentes é medida usando um testador Rockwell (HRC 58–62 necessário).
A análise metalográfica garante uma profundidade uniforme da camada cementada e nenhuma retenção excessiva de austenita.
Teste de Desempenho Dinâmico:
Teste de engrenamento: o pinhão é pareado com uma engrenagem principal em um equipamento de teste para medir ruído (≤80 dB na velocidade nominal) e vibração (≤0,05 mm/s).
Teste de sobrecarga: operado com torque nominal de 120% por 2 horas para verificar se há deformação dos dentes ou superaquecimento do rolamento.
Ensaios Não Destrutivos (END):
O teste de partículas magnéticas (MPT) detecta rachaduras superficiais em dentes, ressaltos de eixos e rasgos de chaveta.
O teste ultrassônico (UT) inspeciona o núcleo do eixo em busca de defeitos internos (sem defeitos >φ2 mm).
Inspeção Final:
Uma auditoria completa dos relatórios de teste, incluindo certificados de materiais e registros dimensionais, é realizada antes da aprovação.
O pinhão é marcado com o número da peça, dureza e data de inspeção para rastreabilidade.
Por meio desses processos rigorosos, o pinhão do britador cônico atinge a resistência, a precisão e a durabilidade necessárias, garantindo transmissão de energia confiável e longa vida útil em ambientes de britagem exigentes.
