Cabezal de trituradora de cono de bola

Soporte de carga axial:Soportar las cargas verticales generadas durante el aplastamiento (hasta decenas de miles de kilonewtons) y transferirlas al marco superior o anillo de ajuste, asegurando que el cono móvil mantenga su posición vertical.

Guía rotacional:Actúa como punto de pivote para la rotación excéntrica del cono móvil, lo que permite una oscilación suave (amplitud 5–20 mm) mientras minimiza el desplazamiento lateral.

Reducción del desgaste:Proporciona una superficie endurecida y de baja fricción que interactúa con el cojinete o casquillo superior, lo que reduce la abrasión causada por el movimiento continuo.

Mantenimiento de la alineación:Garantizar que el cono móvil permanezca concéntrico con el cóncavo (cono fijo), preservando la precisión del espacio de trituración y evitando un desgaste desigual en ambos componentes.

Cabeza de bolaPunta hemisférica o esférica con un radio de entre 50 mm y 300 mm, según el tamaño de la trituradora. Está fabricada en acero con alto contenido de carbono y cromo (p. ej., GCr15) o acero aleado (42CrMo) con superficie endurecida (HRC 58-62).

Cuello del ejeSección cilíndrica o cónica que conecta la rótula al cuerpo cónico móvil, con un diámetro de 1,5 a 2 veces el radio de la rótula. Suele forjarse en una sola pieza con la rótula para garantizar su integridad estructural.

Filete de transición:Una esquina redondeada (radio de 10 a 30 mm) entre la cabeza esférica y el cuello del eje, diseñada para reducir la concentración de tensión y evitar el agrietamiento por fatiga bajo cargas cíclicas.

Ranura de lubricaciónUna ranura circunferencial cerca de la base de la rótula retiene el lubricante (grasa o aceite), asegurando una película continua entre la rótula y el rodamiento superior. La ranura tiene una profundidad de 2 a 5 mm y un ancho de 5 a 10 mm.

Roscas de montaje/chavetero:Características opcionales en el cuello del eje para fijar la bola del cabezal al cono móvil, con roscas (clase 6g) o chaveteros (ISO 4156) que facilitan la transmisión del par.

Capa endurecida:Una capa endurecida de 2 a 5 mm de profundidad en la superficie de la cabeza esférica, obtenida mediante carburación o endurecimiento por inducción, para equilibrar la resistencia al desgaste (superficie HRC 58-62) con la tenacidad del núcleo (HRC 25-35).

Selección de materialesEl acero para cojinetes de cromo con alto contenido de carbono (GCr15) es el preferido por su excelente resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga. Composición química: C 0,95-1,05 %, Cr 1,3-1,65 %, Mn ≤0,4 %, Si ≤0,35 %.

Preparación de palanquillas:Las piezas de acero se cortan a peso (10–50 kg) y se calientan a 1100–1200 °C en un horno continuo, lo que garantiza una distribución uniforme de la temperatura.

Trastornando y formandoEl tocho calentado se recalienta para reducir la altura y aumentar el diámetro, y luego se forja en una preforma con una forma esférica rugosa mediante forja en matriz cerrada. Este proceso refina la estructura del grano y alinea el flujo del metal con la dirección de la tensión del componente.

Acabado de la forja:La preforma se recalienta a 1050–1100 °C y se forja hasta obtener la forma final, y la cabeza esférica y el cuello del eje se forman en una sola operación para garantizar la precisión dimensional (±1 mm).

Selección de materialesSe utiliza acero fundido aleado (ZG42CrMo), con una resistencia a la tracción ≥600 MPa y una tenacidad al impacto ≥30 J/cm².

Fundición de inversiónPara geometrías complejas, se utilizan patrones de cera para crear moldes cerámicos. Se vierte acero fundido (1520–1560 °C) en los moldes, lo que produce componentes con una forma casi final con un mecanizado mínimo.

La pieza en bruto forjada o fundida se monta en un torno CNC para mecanizar el cuello del eje, el filete de transición y la forma preliminar de la cabeza esférica, dejando un margen de acabado de 1 a 2 mm.

Temple y revenido:Para GCr15, la pieza en bruto se calienta a 830–860 °C, se enfría en aceite y luego se revene a 150–200 °C para lograr una dureza de núcleo HRC 25–35.

Endurecimiento de superficies:La cabeza esférica se endurece por inducción (frecuencia 10–50 kHz) para calentar la superficie a 850–900 °C, seguido de un enfriamiento en agua, lo que da como resultado una capa endurecida (2–5 mm de profundidad) con HRC 58–62.

Rectificado de cabezales esféricos:Una rectificadora esférica CNC mecaniza la cabeza esférica para lograr una rugosidad de superficie de Ra0,1–0,4 μm y una tolerancia esférica (≤0,01 mm), lo que garantiza un ajuste adecuado con el rodamiento superior.

Acabado del cuello del eje:El cuello del eje está rectificado según una tolerancia cilíndrica IT6, con una rugosidad superficial Ra0,8 μm, lo que facilita un montaje seguro al cono móvil.

Mecanizado de ranuras:La ranura de lubricación se fresa o tornea en el cuello del eje, con una profundidad y un ancho precisos para optimizar la retención de lubricante.

La superficie de la cabeza esférica está pulida para reducir la fricción y las áreas no endurecidas están recubiertas con aceite antioxidante o pintura para evitar la corrosión.

Pruebas de materiales:

El análisis de la composición química (espectrometría) verifica el cumplimiento de los estándares GCr15 o ZG42CrMo.

El examen metalográfico verifica el tamaño del grano (≤6 ASTM) y la distribución del carburo en la capa endurecida.

Comprobaciones de precisión dimensional:

Una máquina de medición de coordenadas (CMM) inspecciona el radio esférico de la cabeza esférica, el diámetro del cuello del eje y el filete de transición, garantizando que las tolerancias estén dentro de ±0,01 mm para las características críticas.

Un comprobador de redondez verifica la cilindricidad del cuello del eje (≤0,005 mm) y la esfericidad de la cabeza esférica (≤0,01 mm).

Pruebas de propiedades mecánicas:

La prueba de dureza (Rockwell) confirma la dureza de la superficie (HRC 58-62) y la dureza del núcleo (HRC 25-35).

Las pruebas de compresión en muestras garantizan una resistencia a la compresión ≥2000 MPa, sin deformación plástica por debajo del 150% de la carga nominal.

Ensayos no destructivos (END):

La prueba ultrasónica (UT) detecta defectos internos en la forja, y se rechazan grietas o inclusiones de >φ1 mm.

La prueba de partículas magnéticas (MPT) inspecciona el filete de transición y la superficie de la cabeza esférica para detectar microfisuras, con defectos lineales de 0,2 mm que resultan en rechazo.

Validación del rendimiento:

Prueba de desgaste:Una prueba de pasador sobre disco simula el contacto con el cojinete superior, lo que requiere una pérdida de peso ≤0,1 mg después de 10⁴ ciclos.

Prueba de fatiga:El componente se somete a una carga cíclica (10⁶ ciclos) al 80% del límite elástico, sin grietas ni deformaciones visibles.