O volante é um componente essencial para armazenamento e transmissão de energia em britadores de mandíbulas, montado no eixo excêntrico para equilibrar as flutuações de carga, armazenar energia e garantir uma operação estável por meio de sua inércia rotacional. Geralmente, possui formato de disco, com furo no eixo (correspondente ao eixo excêntrico) e ranhuras para polias, sendo feito de ferro fundido cinzento (HT250/HT300) ou ferro dúctil (QT450-10/QT500-7), dependendo da carga necessária.
Sua fabricação envolve fundição (fundição em areia com preparação do molde, fusão/vazamento a 1380–1450 °C, tratamento térmico para alívio de tensões), usinagem (acabamento bruto/semiacabamento de círculos externos, furos internos e ranhuras de polias, seguido por retificação de precisão para atingir tolerância H7 e rugosidade de superfície Ra ≤1,6 μm) e balanceamento dinâmico (grau G6.3 para garantir desequilíbrio residual ≤10 g·cm).
O controle de qualidade inclui inspeção de materiais (composição química e propriedades mecânicas), detecção de defeitos de fundição (MT/UT para trincas/porosidade), verificações de precisão de usinagem (tolerâncias dimensionais/geométricas) e verificação do balanceamento dinâmico final. Essas medidas garantem a confiabilidade do volante em alta rotação, com uma vida útil de 8 a 10 anos, essencial para a estabilidade do britador.
Introdução detalhada ao componente do volante dos britadores de mandíbulas
O volante é um componente crítico de transmissão e armazenamento de energia dos britadores de mandíbulas, normalmente montado em ambas as extremidades do eixo excêntrico. Ele funciona em conjunto com a polia do motor para acionar o equipamento. Sua principal função é armazenar energia usando sua grande inércia rotacional, equilibrar as flutuações periódicas de carga geradas pelo eixo excêntrico durante a rotação, reduzir o impacto na carga do motor e garantir a operação estável do britador (especialmente armazenando energia entre o curso de trabalho quando a mandíbula móvel brita materiais e o curso de retorno durante o retorno). Além disso, o volante transmite potência, transferindo o torque do motor para o eixo excêntrico por meio de acionamento por correia para permitir o movimento de britagem reciprocante da mandíbula móvel.
Os volantes geralmente têm formato de disco, com ranhuras para polias na borda externa (alguns modelos integram o volante e a polia). O centro apresenta um furo para o eixo que corresponde ao eixo excêntrico, e furos para redução de peso ou nervuras de reforço podem ser adicionados em ambos os lados (para equilibrar leveza e rigidez). Seu peso varia de acordo com o tamanho do britador: 50 a 200 kg para máquinas pequenas e 500 a 2.000 kg para máquinas grandes. O material deve oferecer alta resistência e tenacidade para suportar torques e forças centrífugas frequentes.
I. Processo de Fundição do Volante
Volantes de britadores de mandíbulas são produzidos principalmente por fundição, utilizando ferro fundido cinzento (HT250, HT300) ou ferro dúctil (QT450-10, QT500-7). O ferro fundido cinzento, de baixo custo, boa absorção de choque e fácil usinagem, é adequado para volantes de pequeno a médio porte. O ferro dúctil, com maior resistência (resistência à tração ≥450 MPa) e excelente tenacidade, é utilizado para volantes de grande porte ou para cargas elevadas. O processo específico de fundição é o seguinte:
Preparação do molde
A fundição em areia (areia de resina ou areia de silicato de sódio) é adotada. Os moldes de madeira ou metal (incluindo detalhes como furos para eixos, ranhuras para polias e furos para redução de peso) são feitos com base em desenhos de volantes, com uma margem de usinagem de 3 a 5 mm (considerando a taxa de retração de ~1% do ferro fundido cinzento).
O molde de areia é compactado a uma densidade ≥85% para garantir uma superfície de cavidade lisa, evitando furos de areia na peça fundida. Ranhuras de ventilação são adicionadas na superfície de separação para evitar o aprisionamento de gás e a porosidade durante o vazamento.
Derretendo e Derramando
Fusão de ferro fundido cinzento: ferro-gusa, sucata de aço e sucata de retorno são proporcionados e fundidos em um forno de cúpula ou de média frequência a 1400–1450 °C. A composição química é controlada (C: 3,2–3,6%, Si: 1,8–2,2%, Mn: 0,6–0,9%, S ≤ 0,12%, P ≤ 0,15%) para equilibrar fluidez e resistência.
O ferro dúctil requer a adição de agentes esferoidizantes (por exemplo, ligas de magnésio, ligas de cério) e inoculantes (ferrossilício) antes da vazamento. O vazamento é feito rapidamente após a esferoidização (para evitar a degradação da esferoidização) a 1380–1420 °C.
Um sistema de vazamento pelo fundo garante um fluxo constante de metal, evitando o arraste de escória. Os risers são usados em volantes grandes para alimentar seções espessas (por exemplo, aros), evitando cavidades de retração e porosidade.
Shakeout e Limpeza
A peça fundida é desmoldada após o resfriamento a menos de 200 °C. Os risers são removidos (corte por maçarico para volantes grandes, batida manual para os pequenos) e as marcas de entrada são retificadas até ficarem lisas.
A areia e as rebarbas da superfície são limpas. A inspeção visual verifica se há rachaduras ou fechamentos a frio. Os furos para redução de peso e os furos do eixo são limpos preliminarmente.
Tratamento térmico
Volantes de ferro fundido cinzento: o recozimento para alívio de tensões (aquecido a 550–600 °C, mantido por 2–4 horas, resfriado no forno a 200 °C) elimina a tensão de fundição, evitando a deformação durante a usinagem.
Volantes de ferro dúctil: a normalização (850–900 °C por 1–2 horas, resfriado a ar) refina os grãos, garantindo um teor de perlita ≥80% e dureza 180–230 HBW.
II. Processo de Fabricação do Volante
A precisão da usinagem afeta diretamente o balanceamento dinâmico do volante e a estabilidade da transmissão. Múltiplas etapas de usinagem garantem dimensões críticas e tolerâncias geométricas:
Usinagem de desbaste
Usando o círculo externo e a face final da peça fundida como referências, um torno (ou torno CNC) faz o torneamento bruto do círculo externo do aro, do furo interno (correspondendo ao eixo excêntrico) e de ambas as faces finais, deixando uma margem de acabamento de 2–3 mm.
Os furos para redução de peso (se projetados) são perfurados usando uma broca radial, com tolerância de diâmetro do furo de ±0,5 mm e rugosidade da superfície Ra ≤12,5 μm.
Semi-Acabamento
Torneamento de precisão do furo interno: Usando o círculo externo torneado como referência, um mandril de três castanhas segura o volante. O furo interno é torneado próximo ao tamanho de projeto (sobremetal de 0,5 a 1 mm), garantindo circularidade ≤ 0,1 mm e folga de ajuste com o eixo excêntrico conforme tolerância H7/JS6.
Torneamento de ranhuras de polias: para projetos de polia e volante integrados, ranhuras em V são usinadas no aro com tolerância de profundidade/largura de ±0,2 mm, rugosidade da superfície Ra ≤6,3 μm e desvio do ângulo da ranhura ≤1°.
Acabamento
Usinagem final do furo interno: alargamento ou retificação (retificadora interna para volantes grandes) atinge tolerância H7, rugosidade da superfície Ra ≤1,6 μm e retidão do eixo ≤0,05 mm/m.
Torneamento de precisão da face final: usando o furo interno como referência, um relógio comparador alinha o volante. Ambas as faces finais são torneadas para garantir perpendicularidade ao eixo do furo interno ≤ 0,05 mm/100 mm e planicidade ≤ 0,1 mm/m.
Balanceamento dinâmico preliminar: Um suporte de balanceamento verifica o balanceamento. As áreas mais pesadas são marcadas e o balanceamento grosseiro é feito fresando a lateral do aro (removendo pequenas quantidades de metal), limitando o desbalanceamento residual a ≤ 50 g·cm.
Tratamento de superfície
As rebarbas são removidas. A superfície interna do furo é fosfatada (aumentando a estabilidade do encaixe com o eixo excêntrico). A superfície externa é pintada (primer + acabamento) com uma película de 60–80 μm, alcançando adesão de Grau 1 conforme GB/T 9286 (sem descamação em testes de corte transversal).
III. Processo de Controle de Qualidade do Volante
Como um componente rotativo de alta velocidade, o controle de qualidade abrange material, precisão de usinagem e equilíbrio dinâmico:
Controle de Qualidade de Matéria-Prima e Fundição
Inspeção da composição química: um espectrômetro verifica o teor de C, Si e Mn. Ensaios de tração (ferro dúctil: resistência à tração ≥450 MPa, alongamento ≥10%) são realizados nas amostras.
Detecção de defeitos: Teste de partículas magnéticas (MT) 100% em áreas críticas (borda, furo interno) para verificar se há rachaduras ou porosidade. Teste ultrassônico (UT) garante a ausência de defeitos internos ≥φ3 mm.
Inspeção de Precisão de Usinagem
Tolerância dimensional: paquímetros e micrômetros verificam o diâmetro interno do furo, o círculo externo do aro e as dimensões da ranhura da polia. Um relógio comparador mede a circularidade/cilindricidade do furo interno (erro ≤ 0,03 mm).
Tolerância geométrica: um esquadro e um calibrador de folga verificam a perpendicularidade da face final. Um interferômetro a laser verifica a retidão do eixo.
Inspeção de equilíbrio dinâmico
Uma máquina de balanceamento de rolamento rígido realiza balanceamento de precisão a 50–100% da velocidade operacional (300–600 r/min), exigindo grau de balanceamento G6.3 (desbalanceamento residual ≤10 g·cm com base no peso).
Após o balanceamento, são feitos furos (ou pesos de balanceamento são adicionados) em posições pesadas, com marcas de balanceamento para alinhamento com o eixo excêntrico durante a montagem.
Inspeção final antes da montagem
Inspeção visual: Sem arranhões, pintura uniforme e furo interno limpo (sem óleo ou resíduos). O alinhamento com a polia do motor é verificado por meio de linha de medição, com erro ≤ 0,5 mm.
Encaixe de teste: O teste de encaixe a frio com o eixo excêntrico garante uma área de contato ≥80%. O volante deve girar livremente sem travar.
Esses processos garantem que o volante atenda aos requisitos de estabilidade durante a operação em alta velocidade, com uma vida útil de 8 a 10 anos (correspondente à do britador). Desgaste ou falha no balanceamento exigem substituição ou rebalanceamento em tempo hábil para evitar vibração excessiva ou superaquecimento do rolamento.
