Este documento ofrece una descripción detallada del piñón de la trituradora de cono, un componente crítico de la transmisión que engrana con el engranaje principal para transferir la potencia del motor al conjunto excéntrico, lo que permite el movimiento oscilante del cono móvil. Se detallan las funciones del piñón, incluyendo la transmisión de potencia, la amplificación del par y el engrane de precisión. Se detallan su composición y estructura, que incluye los dientes del engranaje, el cuerpo del eje, los muñones de los cojinetes, los resaltes/collarines, los orificios de lubricación y el chavetero/estriado, junto con sus características estructurales. Para piñones de gran tamaño, se describe el proceso de fundición, que abarca la aplicación de materiales, la creación de patrones, el moldeo, la fusión y el vertido, el enfriamiento y el desmoldeo, el tratamiento térmico y la inspección. Para piñones forjados, se describe el proceso de mecanizado y fabricación, incluyendo la forja, el mecanizado de desbaste, el tratamiento térmico, el mecanizado de acabado y el desbarbado/pulido. Además, se especifican las medidas de control de calidad, como la validación de materiales, las comprobaciones de precisión dimensional, las pruebas de dureza y microestructura, las pruebas de rendimiento dinámico, las pruebas no destructivas y la inspección final. Estos procesos garantizan que el piñón alcance la resistencia, precisión y durabilidad requeridas, garantizando una transmisión de potencia confiable en operaciones de trituración exigentes.
Introducción detallada al componente de piñón de la trituradora de cono
1. Función y papel del piñón
El piñón de la trituradora cónica (también llamado piñón de accionamiento o engranaje pequeño) es un componente de transmisión esencial en el sistema de potencia de la trituradora, que engrana directamente con el engranaje principal para transferir la energía rotacional del motor al conjunto excéntrico. Sus funciones principales incluyen:
Transmisión de potencia:Conversión de la rotación de alta velocidad del motor (normalmente 1450 rpm para motores eléctricos) en el movimiento de menor velocidad y alto torque requerido por el engranaje principal, impulsando el movimiento oscilante del cono móvil.
Amplificación de par:Actúa como reductor de velocidad (relación de engranajes de 5:1 a 8:1) para multiplicar el torque, permitiendo que la trituradora manipule materiales duros como granito o basalto.
Mallado de precisión:Mantener un acoplamiento estable con el engranaje principal para garantizar un funcionamiento suave, reduciendo la vibración y el ruido durante el aplastamiento.
Debido a su función en el funcionamiento continuo y de alto estrés, el piñón debe equilibrar alta resistencia, resistencia al desgaste y precisión dimensional para evitar fallas prematuras.
2. Composición y estructura del piñón
El piñón es un pequeño engranaje cilíndrico con eje macizo o hueco, que presenta los siguientes componentes y detalles estructurales:
Dientes de engranajeDientes evolventes externos (módulo 6-16, según el tamaño de la trituradora) con un ángulo de presión de 20°, diseñados para engranar con el engranaje principal. El perfil del diente incluye un radio de filete en la base para reducir la concentración de tensiones.
Cuerpo del ejeUn eje cilíndrico integrado en el engranaje, con un extremo conectado al motor mediante un acoplamiento (p. ej., flexible o hidráulico) y el otro soportado por rodamientos (de rodillos o de bolas). Los diámetros de los ejes varían de 50 mm a 300 mm, con chaveteros o estrías para la transmisión del par.
Cojinetes de cojinetesSecciones cilíndricas mecanizadas con precisión en el eje donde se montan los cojinetes, con tolerancias estrictas (IT5–IT6) para garantizar una rotación suave y un descentramiento mínimo.
Hombros o cuellos:Proyecciones axiales en el eje que posicionan los cojinetes y evitan el movimiento axial durante el funcionamiento.
Orificios de lubricación:Pequeños orificios perforados que conducen a los dientes del engranaje y a los muñones de los cojinetes, y que suministran aceite o grasa para reducir la fricción y el desgaste.
Chavetero o estría:Una ranura o serie de crestas en el extremo del eje que se acopla con el acoplamiento del motor, lo que garantiza la transferencia de torque sin deslizamiento.
3. Proceso de fundición del piñón (para piñones de gran tamaño)
Si bien los piñones pequeños a menudo están forjados, los piñones grandes (diámetro del eje de 150 mm) pueden fabricarse mediante fundición para lograr una mayor rentabilidad, con los siguientes pasos:
Selección de materiales:
Se prefiere el acero fundido de aleación de alta resistencia (ZG40CrNiMo), que ofrece una resistencia a la tracción ≥800 MPa y una tenacidad al impacto ≥60 J/cm² para soportar cargas cíclicas.
Fabricación de patrones:
Se crea un modelo a escala real de espuma o madera, que reproduce los dientes del engranaje, el eje y los muñones. Se añaden márgenes de contracción (2-2,5%) para compensar la contracción por enfriamiento.
Moldura:
Se forman moldes de arena aglomerados con resina alrededor del modelo, con un núcleo de arena para el eje hueco (si corresponde). La cavidad del molde se recubre con un revestimiento refractario para asegurar una superficie lisa.
Derretimiento y vertido:
La aleación se funde en un horno de arco eléctrico a 1550–1600 °C, con una composición química controlada a C 0,38–0,45%, Cr 0,8–1,1%, Ni 1,2–1,5% y Mo 0,2–0,3%.
El vertido se realiza a 1500–1530 °C utilizando una cuchara de vertido inferior para minimizar la turbulencia y garantizar el llenado completo del molde.
Enfriamiento y agitación:
La pieza fundida se enfría en el molde durante 48 a 72 horas para reducir la tensión térmica y luego se elimina mediante vibración. Los residuos de arena se limpian mediante granallado.
Tratamiento térmico:
La normalización (880–920 °C, enfriado por aire) refina la estructura del grano, seguida de un revenido (600–650 °C) para lograr una dureza de 220–250 HBW, mejorando la maquinabilidad.
Inspección de fundición:
La inspección visual y las pruebas con líquidos penetrantes (DPT) verifican si hay grietas o agujeros en la superficie.
La prueba ultrasónica (UT) detecta defectos internos, con límites estrictos (sin defectos de >φ2 mm en los dientes del engranaje o en el núcleo del eje).
4. Proceso de mecanizado y fabricación (piñones forjados)
La mayoría de los piñones están forjados para una mayor resistencia, con los siguientes pasos de fabricación:
Forja:
Un tocho de acero (40CrNiMoA) se calienta a 1100–1200 °C y se forja en una forma rugosa de eje-engranaje utilizando una prensa hidráulica, lo que mejora el flujo de grano y las propiedades mecánicas.
Mecanizado en bruto:
La pieza forjada se gira en un torno CNC para mecanizar el diámetro exterior del eje, los hombros y los muñones de los cojinetes, dejando un margen de acabado de 2 a 3 mm.
Los dientes del engranaje se cortan de manera tosca utilizando una fresadora de engranajes, con un margen de 0,5 mm para el acabado.
Tratamiento térmico:
Carburación: Los dientes del engranaje y la superficie del eje se carburan a 900–930 °C durante 6 a 10 horas para crear una capa dura (0,8–1,2 mm de espesor) que mejora la resistencia al desgaste.
Temple y revenido: Enfriado en aceite a 850–880 °C, luego revenido a 180–200 °C para lograr una dureza superficial HRC 58–62 (dientes) y una dureza del núcleo HRC 30–35 (eje).
Mecanizado de acabado:
Los dientes de engranaje se rectifican utilizando una rectificadora de engranajes con una precisión AGMA 7-8, con una desviación del perfil del diente ≤0,015 mm y una rugosidad de la superficie Ra0,8 μm.
Los muñones de los cojinetes están rectificados con precisión según una tolerancia IT5, con una redondez de ≤0,005 mm y una rugosidad de superficie de Ra0,4 μm para garantizar un funcionamiento suave del cojinete.
Las chaveteros o estrías se brochan con tolerancias estrictas (ancho ±0,01 mm) para lograr un acoplamiento seguro.
Desbarbado y pulido:
Los bordes de los dientes se desbarban utilizando un cepillo o una rueda abrasiva para evitar la concentración de tensión.
Los orificios de lubricación están avellanados y pulidos para evitar la obstrucción del flujo de aceite.
5. Procesos de control de calidad
Validación de materiales:
El análisis químico (espectrometría) confirma la composición de la aleación (por ejemplo, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44 %, Ni 1,25–1,65 %, Mo 0,15–0,25 %).
Las pruebas de tracción en muestras forjadas verifican el límite elástico (≥835 MPa) y el alargamiento (≥12%).
Comprobaciones de precisión dimensional:
Una máquina de medición de coordenadas (CMM) inspecciona los parámetros del engranaje: error de paso (≤0,02 mm), espesor del diente (±0,01 mm) y descentramiento del eje (≤0,02 mm).
Se comprueba la concentricidad de los muñones de cojinetes con el eje del engranaje (≤0,01 mm) mediante un indicador de cuadrante.
Pruebas de dureza y microestructura:
La dureza superficial de los dientes se mide utilizando un comprobador Rockwell (se requiere HRC 58-62).
El análisis metalográfico garantiza una profundidad de capa carburizada uniforme y que no haya un exceso de austenita retenida.
Pruebas de rendimiento dinámico:
Prueba de engranaje: el piñón se empareja con un engranaje giratorio en un banco de pruebas para medir el ruido (≤80 dB a velocidad nominal) y la vibración (≤0,05 mm/s).
Prueba de sobrecarga: se operó al 120 % del torque nominal durante 2 horas para verificar si hay deformación de los dientes o sobrecalentamiento del cojinete.
Ensayos no destructivos (END):
La prueba de partículas magnéticas (MPT) detecta grietas superficiales en dientes, hombros de ejes y chaveteros.
La prueba ultrasónica (UT) inspecciona el núcleo del eje para detectar defectos internos (sin defectos >φ2 mm).
Inspección final:
Antes de la aprobación se realiza una auditoría completa de los informes de pruebas, incluidos los certificados de materiales y los registros dimensionales.
El piñón está marcado con el número de pieza, la dureza y la fecha de inspección para su trazabilidad.
A través de estos rigurosos procesos, el piñón de la trituradora de cono logra la resistencia, precisión y durabilidad requeridas, lo que garantiza una transmisión de potencia confiable y una larga vida útil en entornos de trituración exigentes.
