In dit artikel wordt de kegelbrekerkop beschreven, een kernbrekercomponent die samenwerkt met de vaste kegel om materialen te breken door middel van oscillerende bewegingen. De prestaties ervan hebben direct invloed op de doorvoer, productkorreligheid en slijtvastheid. De samenstelling ervan, inclusief de kopbehuizing (kernstructuur), slijtvoering (mantel), lagerboring, montage-elementen en ventilatie-/gewichtsbesparende holtes, worden beschreven, evenals hun structurele kenmerken. Het gietproces voor de kopbehuizing wordt uitgewerkt, waarbij materiaal (gegoten staal of nodulair gietijzer), modelleren, vormen, smelten, gieten, warmtebehandeling en inspectie aan bod komen. Ook de bewerking van de kopbehuizing en slijtvoering, evenals de assemblagestappen, worden beschreven. Daarnaast worden kwaliteitscontrolemaatregelen gespecificeerd, zoals materiaaltesten, maatnauwkeurigheidscontroles, slijtvastheidstesten, assemblage- en prestatietesten, en niet-destructief onderzoek. Deze processen garanderen een hoge sterkte, slijtvastheid en maatnauwkeurigheid van de kop, wat betrouwbare prestaties garandeert bij zware breekbewerkingen.
Gedetailleerde introductie tot het kegelbrekerkopcomponent
1. Functie en rol van de kegelbrekerkop
De kegelbrekerkop (ook bekend als de bewegende kegel of 破碎锥) is het kernonderdeel dat direct in contact komt met het materiaal en het verbrijzelt. De kop vormt samen met de vaste kegel (komvoering) een breekkamer, en de oscillerende beweging (aangedreven door de excentrische as) comprimeert en verbrijzelt gesteente, erts en andere bulkmaterialen. De vorm, oppervlaktehardheid en structurele sterkte van de kop bepalen direct de doorvoer, productkorreligheid en slijtvastheid van de breker. Onder hoge druk moet de kop bestand zijn tegen intense schokken en wrijving, waardoor het een van de meest kritische slijtdelen in de machine is.
2. Samenstelling en structuur van de kegelbrekerkop
De kegelbrekerkop is een samengestelde constructie die een gietijzeren of stalen behuizing combineert met een slijtvaste voering. De belangrijkste componenten en structurele kenmerken zijn:
Hoofdlichaam (kernstructuur): Een conisch of afgeknot kegelvormig gietstuk van hoogwaardig gietstaal (bijv. ZG35CrMo) of nodulair gietijzer (QT600-3). Het dient als structurele ondersteuning voor de slijtvoering en is via een centrale boring verbonden met de excentrische as. De binnenholte van de behuizing is ontworpen om in de excentrische bus te passen, met spiebanen of bouten om de verbinding te borgen en koppel over te brengen.
Draagvoering (mantel): Een vervangbare buitenlaag van gietijzer met een hoog chroomgehalte (Cr20-Cr26) of gelegeerd staal met een hoge hardheid (HRC 55-65). Deze is met bouten, zwaluwstaartgroeven of wigvormige blokken aan de kop bevestigd, waardoor een goede pasvorm wordt gegarandeerd en beweging tijdens het breken wordt voorkomen. Het oppervlak van de liner is vaak voorzien van een concaaf of convex profiel (bijv. standaard, grof of fijn breekprofiel) om de materiaalgrijp- en breekefficiëntie te optimaliseren.
Lagerboring: Een centraal cilindrisch of taps toelopend gat in de kopbehuizing dat het bovenste uiteinde van de excentrische as ondersteunt. De boring is nauwkeurig bewerkt voor een stabiele aansluiting op de as, met geboorde smeerkanalen om olie naar het contactoppervlak te brengen, waardoor wrijving en slijtage worden verminderd.
Montageflens of boutgaten: Deze kenmerken, die zich aan de basis van de kop bevinden, bevestigen de slijtvoering aan de behuizing. De zwaluwstaartgroeven aan de binnenkant van de voering sluiten aan op de corresponderende uitsteeksels op de kop, waardoor de verbinding bij impactbelasting sterker wordt.
Ventilatie- en gewichtsverminderende holtes: Sommige grote koppen hebben interne holle structuren om gewicht te besparen, de warmteafvoer te verbeteren en overmatige traagheid tijdens oscillatie te voorkomen. Deze holtes zijn ontworpen om de structurele integriteit van het lichaam niet in gevaar te brengen.
3. Gietproces voor het hoofdlichaam
De kop wordt voornamelijk vervaardigd met behulp van zandgieten of verloren schuimgieten vanwege de grote omvang en complexe vorm. De processtappen zijn als volgt:
Materiaalkeuze:
Gegoten staal (ZG35CrMo) heeft de voorkeur voor grote brekers vanwege de hoge treksterkte (≥785 MPa) en slagvastheid, waardoor het geschikt is voor zware brekingswerkzaamheden.
Voor middelgrote koppen wordt nodulair gietijzer (QT600-3) gebruikt, dat goed gietbaar en kosteneffectief is en toch voldoende sterkte behoudt.
Patroon maken:
Een model op ware grootte wordt gemaakt met hout, schuim of 3D-geprinte materialen, waarbij de externe vorm, de interne holte en de bevestigingselementen van het hoofd worden nagebootst. Bij verloren schuimgieten bevat het schuimpatroon geïntegreerde geleiders en stijgers.
Krimptoeslagen (2-3% voor gegoten staal) en lossingshoeken (3-5°) worden toegevoegd om krimp na het gieten te compenseren en het verwijderen van het patroon te vergemakkelijken.
Vormgeving:
Voor zandgieten: Harsgebonden zand wordt rond het model gepakt om de malholte te vormen, met een zandkern om de centrale boring en de interne holtes te creëren. De mal wordt uitgehard om hardheid en maatvastheid te garanderen.
Voor verloren schuimgieten: het schuimpatroon wordt bedekt met een vuurvaste pasta (op basis van keramiek of zirkonium) om een 3-5 mm dikke schaal te vormen. Vervolgens wordt de schaal in droog zand ingebed.
Smelten en gieten:
Gietstaal wordt gesmolten in een elektrische vlamboogoven bij 1500-1600 °C, waaraan legeringselementen (Cr, Mo) worden toegevoegd om de gewenste chemische samenstelling te bereiken. Het gesmolten metaal wordt gedeoxideerd en ontzwaveld om onzuiverheden te verminderen.
Het gieten gebeurt met een gecontroleerde snelheid (50-100 kg/s voor grote koppen) om turbulentie te voorkomen en een volledige vulling van de mal te garanderen. Bij verloren schuimgieten verdampt het gesmolten metaal het schuimpatroon en vervangt het dit in de malholte.
Koelen en reinigen:
Het gietstuk koelt langzaam af (gedurende 24-48 uur) om thermische scheurvorming te voorkomen en wordt vervolgens uit de mal gehaald. Zand of vuurvast materiaal wordt gereinigd door middel van stralen of waterstralen.
Stijgers en poortsystemen worden afgesneden en ruwe randen worden geslepen ter voorbereiding op de bewerking.
Warmtebehandeling:
Gegoten stalen koppen ondergaan normalisatie (850-900°C, luchtgekoeld) om de korrelstructuur te verfijnen, gevolgd door afschrikken en ontlaten (600-650°C) om een hardheid van 220-260 HBW te bereiken, waarmee sterkte en bewerkbaarheid in evenwicht worden gebracht.
De koppen van nodulair gietijzer worden gegloeid (900-950°C) om carbiden te verwijderen en de taaiheid te verbeteren.
Gietinspectie:
Oppervlaktedefecten (scheuren, poriën, krimp) worden gecontroleerd via visuele inspectie en kleurstofpenetrantonderzoek (DPT).
Interne gebreken worden opgespoord met behulp van ultrasoon onderzoek (UT) en magnetisch onderzoek (MPT), waarbij strenge normen worden gehanteerd (geen gebreken groter dan φ3 mm in kritische dragende gebieden).
4. Bewerkings- en fabricageproces
Bewerking van koplichaam:
Ruwe bewerking: CNC-draaibanken of boormachines worden gebruikt om het buitenoppervlak, de basisflens en de centrale boring ruw te draaien, waarbij een nabewerkingsmarge van 2-3 mm wordt aangehouden. Spiebanen en boutgaten worden voorgeboord en getapt.
Warmtebehandeling: Spanningsarm gloeien (550-600°C) wordt uitgevoerd na de voorbewerking om restspanningen van het gieten en de eerste snijbewerking te elimineren.
Afwerking: De centrale boring is precisiegeslepen met een IT7-tolerantie, met een oppervlakteruwheid van Ra1,6-3,2 μm voor een goede aansluiting op de excentrische as. De basisflens en montagevlakken zijn gefreesd om vlakheid (≤0,1 mm/m) te bereiken voor een veilige bevestiging van de liner.
Fabricage van slijtvoeringen:
Gieten: Gietijzeren voeringen met een hoog chroomgehalte worden zandgegoten, met toevoeging van legeringselementen (Cr, Mo, Ni) om de hardheid en slijtvastheid te verbeteren. Het gietstuk wordt afgeschrikt en getemperd om een HRC van 55-65 te bereiken.
Bewerking: Het binnenoppervlak van de liner (dat aansluit op de kop) is bewerkt om te passen in de zwaluwstaartgroeven of boutgaten, wat zorgt voor een goede verbinding. Het buitenste, verbrijzelende oppervlak is geslepen of gepolijst om gietbramen te verwijderen en het gewenste profiel te verkrijgen.
Montage:
De slijtvoering wordt met behulp van bouten met hoge sterkte (klasse 8.8 of 10.9) of wiggenblokken op de kopbehuizing gemonteerd, waarbij het koppel gelijkmatig wordt toegepast (200-500 N·m, afhankelijk van de maat) om losraken te voorkomen.
Tussen de voering en de carrosserie worden pakkingen of afdichtmiddelen aangebracht om te voorkomen dat er materiaal binnendringt, wat slijtage tussen de twee componenten zou kunnen veroorzaken.
5. Kwaliteitscontroleprocessen
Materiaaltesten:
Chemische samenstellingsanalyse (via spectrometrie) zorgt ervoor dat gegoten staal/ijzer voldoet aan de legeringsnormen (bijv. ZG35CrMo: C 0,32-0,40%, Cr 0,8-1,1%, Mo 0,15-0,25%).
Op teststukken van elke gietpartij worden mechanische eigenschappen getest (treksterkte, slagvastheid, hardheid).
Controles op dimensionale nauwkeurigheid:
Coördinatenmeetmachines (CMM's) controleren de buitendiameter, de boring en het voeringprofiel van de kopbehuizing en zorgen ervoor dat deze voldoen aan de ontwerptekeningen (tolerantie ±0,5 mm voor kritische afmetingen).
De concentriciteit tussen het buitenoppervlak van het koplichaam en de centrale boring wordt gemeten. Hierbij is een concentriciteit van ≤0,05 mm/m vereist om onbalans tijdens oscillatie te voorkomen.
Slijtvastheidstesten:
Slijtagevoeringmonsters worden onderworpen aan abrasieve slijtagetests (bijv. ASTM G65) om gewichtsverlies onder gestandaardiseerde omstandigheden te meten en te garanderen dat de slijtagesnelheid ≤0,1 g/u bedraagt bij nominale belasting.
Er worden hardheidstesten (Rockwell C-schaal) uitgevoerd op voeringoppervlakken om HRC 55-65 te bevestigen, waarbij geen zachte plekken (≤HRC 50) zijn toegestaan.
Montage- en prestatietesten:
Bij tests voor de pasvorm van de voering wordt gecontroleerd of er geen openingen zijn tussen de voering en de kop (gecontroleerd via voelermaten, met een maximale opening ≤0,1 mm).
Er worden dynamische balanstesten uitgevoerd op de gemonteerde kop om te garanderen dat de trillingsamplitude ≤0,1 mm/s is bij bedrijfssnelheid, waardoor de spanning op de excentrische as wordt verminderd.
Niet-destructief onderzoek (NDO):
Na het bewerken wordt de kopbehuizing opnieuw geïnspecteerd via UT en MPT om eventuele scheuren op te sporen die tijdens de bewerking zijn ontstaan.
Via visuele inspectie en DPT worden de oppervlakken van de voeringen gecontroleerd op gietfouten (porositeit, scheuren). Defecte voeringen worden afgekeurd of gerepareerd.
Door zich te houden aan deze giet-, bewerkings- en kwaliteitscontroleprocessen bereikt de kegelbrekerkop een hoge sterkte, slijtvastheid en maatnauwkeurigheid, waardoor betrouwbare prestaties worden gegarandeerd bij continue, zware breekbewerkingen.
