El volante de inercia es un componente clave para el almacenamiento y transmisión de energía en las trituradoras de mandíbulas. Se monta sobre el eje excéntrico para equilibrar las fluctuaciones de carga, almacenar energía y garantizar un funcionamiento estable gracias a su inercia rotacional. Generalmente, tiene forma de disco, con un orificio para el eje (que coincide con el eje excéntrico) y ranuras para poleas, y está fabricado en fundición gris (HT250/HT300) o fundición dúctil (QT450-10/QT500-7), según los requisitos de carga.
Su fabricación implica fundición (fundición en arena con preparación del molde, fusión/vertido a 1380–1450 °C, tratamiento térmico para aliviar la tensión), mecanizado (desbaste/semiacabado de círculos externos, orificios internos y ranuras de polea, seguido de rectificado de precisión para lograr una tolerancia H7 y una rugosidad superficial Ra ≤1,6 μm) y equilibrado dinámico (grado G6.3 para garantizar un desequilibrio residual ≤10 g·cm).
El control de calidad incluye la inspección del material (composición química y propiedades mecánicas), la detección de defectos de fundición (MT/UT para grietas/porosidad), la comprobación de la precisión del mecanizado (tolerancias dimensionales y geométricas) y la verificación del equilibrio dinámico final. Estas medidas garantizan la fiabilidad del volante de inercia en rotación a alta velocidad, con una vida útil de 8 a 10 años, crucial para la estabilidad de la trituradora.
Introducción detallada al componente del volante de inercia de las trituradoras de mandíbula
El volante es un componente crítico de transmisión y almacenamiento de energía en las trituradoras de mandíbulas, generalmente montado en ambos extremos del eje excéntrico. Funciona junto con la polea del motor para impulsar el equipo. Su función principal es almacenar energía aprovechando su gran inercia rotacional, equilibrar las fluctuaciones periódicas de carga generadas por el eje excéntrico durante la rotación, reducir el impacto en la carga del motor y garantizar el funcionamiento estable de la trituradora (especialmente al amortiguar la energía entre la carrera de trabajo cuando la mandíbula móvil tritura materiales y la carrera de inactividad durante el retorno). Además, el volante transmite potencia, transfiriendo el par motor al eje excéntrico mediante una correa de transmisión para permitir el movimiento de trituración alternativo de la mandíbula móvil.
Los volantes de inercia suelen tener forma de disco, con ranuras para poleas en el borde exterior (algunos modelos integran volante y polea). El centro presenta un orificio para el eje que coincide con el eje excéntrico, y se pueden añadir orificios para reducir el peso o nervaduras de refuerzo a ambos lados (para equilibrar la ligereza y la rigidez). Su peso varía según el tamaño de la trituradora: 50-200 kg para máquinas pequeñas y 500-2000 kg para máquinas grandes. El material debe ofrecer alta resistencia y tenacidad para soportar torques frecuentes y fuerzas centrífugas.
I. Proceso de fundición del volante de inercia
Los volantes de inercia de las trituradoras de mandíbulas se fabrican principalmente mediante fundición, utilizando fundición gris (HT250, HT300) o fundición dúctil (QT450-10, QT500-7). La fundición gris, de bajo costo, buena amortiguación y fácil mecanizado, es adecuada para volantes de inercia pequeños y medianos. La fundición dúctil, con mayor resistencia (resistencia a la tracción ≥450 MPa) y excelente tenacidad, se utiliza para volantes de inercia grandes o sometidos a cargas elevadas. El proceso de fundición específico es el siguiente:
Preparación del molde
Se utiliza la fundición en arena (arena de resina o arena de silicato de sodio). Los patrones de madera o metal (incluyendo detalles como orificios para ejes, ranuras para poleas y orificios para aligerar) se fabrican según los planos del volante, con un margen de mecanizado de 3 a 5 mm (considerando la tasa de contracción de la fundición gris de aproximadamente el 1%).
El molde de arena se compacta a una densidad ≥85% para garantizar una superficie lisa de la cavidad, evitando la formación de agujeros de arena en la pieza fundida. Se añaden ranuras de ventilación en la superficie de separación para evitar la acumulación de gas y la porosidad durante el vertido.
Derretimiento y vertido
Fundición de fundición gris: El arrabio, la chatarra de acero y la chatarra de retorno se dosifican y se funden en un cubilote o horno de media frecuencia a 1400-1450 °C. La composición química se controla (C: 3,2-3,6 %, Si: 1,8-2,2 %, Mn: 0,6-0,9 %, S ≤ 0,12 %, P ≤ 0,15 %) para equilibrar la fluidez y la resistencia.
El hierro dúctil requiere la adición de agentes esferoidizantes (p. ej., aleaciones de magnesio y cerio) e inóculos (ferrosilicio) antes del colado. El colado se realiza rápidamente después de la esferoidización (para evitar su decaimiento) a 1380–1420 °C.
Un sistema de vertido inferior garantiza un flujo constante de metal, evitando el arrastre de escoria. Se utilizan elevadores para volantes de inercia grandes que alimentan secciones gruesas (p. ej., llantas), evitando cavidades por contracción y porosidad.
Sacudida y limpieza
Tras enfriarse por debajo de 200 °C, la pieza fundida se desmolda. Se retiran las mazarotas (con soplete para volantes grandes y golpeteo manual para volantes pequeños) y se rectifican las marcas de las compuertas.
Se limpian la arena superficial y las rebabas. Se realiza una inspección visual para detectar grietas o cierres fríos. Se realiza una limpieza preliminar de los orificios de reducción de peso y de los orificios de los ejes.
Tratamiento térmico
Volantes de fundición gris: el recocido de alivio de tensión (calentado a 550–600 °C, mantenido durante 2–4 horas, enfriado en horno a 200 °C) elimina la tensión de fundición, lo que evita la deformación durante el mecanizado.
Volantes de inercia de hierro dúctil: la normalización (850–900 °C durante 1–2 horas, enfriado por aire) refina los granos, garantizando un contenido de perlita ≥80 % y una dureza de 180–230 HBW.
II. Proceso de fabricación del volante de inercia
La precisión del mecanizado afecta directamente el equilibrio dinámico del volante y la estabilidad de la transmisión. Múltiples pasos de mecanizado garantizan dimensiones críticas y tolerancias geométricas:
Mecanizado en bruto
Utilizando el círculo exterior y la cara final de la pieza fundida como referencias, un torno (o torno CNC) desbasta el círculo exterior de la llanta, el orificio interior (que coincide con el eje excéntrico) y ambas caras finales, dejando un margen de acabado de 2 a 3 mm.
Los agujeros para reducción de peso (si están diseñados) se perforan utilizando una broca radial, con una tolerancia de diámetro de agujero de ±0,5 mm y una rugosidad de superficie Ra ≤12,5 μm.
Semiacabado
Torneado de precisión del orificio interior: Tomando como referencia el círculo exterior desbastado, un mandril de tres mordazas sujeta el volante. El orificio interior se tornea hasta alcanzar un tamaño cercano al de diseño (con una tolerancia de 0,5 a 1 mm), garantizando una redondez ≤ 0,1 mm y una holgura de ajuste con el eje excéntrico según la tolerancia H7/js6.
Torneado de ranuras de polea: Para diseños integrados de volante y polea, se mecanizan ranuras en V en la llanta con una tolerancia de profundidad/ancho de ±0,2 mm, una rugosidad de superficie Ra ≤6,3 μm y una desviación del ángulo de la ranura ≤1°.
Refinamiento
Mecanizado final de agujeros interiores: Escariado o rectificado (rectificadora interior para volantes grandes) consigue una tolerancia H7, una rugosidad superficial Ra ≤1,6 μm y una rectitud del eje ≤0,05 mm/m.
Torneado de precisión de caras frontales: Utilizando el orificio interior como referencia, un reloj comparador alinea el volante. Ambas caras frontales se tornean para garantizar una perpendicularidad al eje del orificio interior ≤ 0,05 mm/100 mm y una planitud ≤ 0,1 mm/m.
Equilibrado dinámico preliminar: Un soporte de equilibrio verifica el equilibrio. Se marcan las zonas más pesadas y se realiza un equilibrado aproximado fresando el lateral de la llanta (eliminando pequeñas cantidades de metal), limitando el desequilibrio residual a ≤50 g·cm.
Tratamiento de superficies
Se eliminan las rebabas. La superficie interior del orificio se fosfata (lo que mejora la estabilidad del ajuste con el eje excéntrico). La superficie exterior se pinta (imprimación + capa de acabado) con una película de 60-80 μm, logrando una adhesión de Grado 1 según GB/T 9286 (sin desprendimiento en pruebas de corte transversal).
III. Proceso de control de calidad del volante de inercia
Como componente giratorio de alta velocidad, el control de calidad abarca el material, la precisión del mecanizado y el equilibrio dinámico:
Control de calidad de materia prima y fundición
Inspección de la composición química: Un espectrómetro verifica el contenido de C, Si y Mn. Se realizan pruebas de tracción (hierro dúctil: resistencia a la tracción ≥450 MPa, elongación ≥10 %) en muestras.
Detección de defectos: Pruebas de partículas magnéticas (MT) al 100 % en áreas críticas (borde, orificio interior) para detectar grietas o porosidad. Las pruebas ultrasónicas (UT) garantizan la ausencia de defectos internos ≥φ3 mm.
Inspección de precisión de mecanizado
Tolerancia dimensional: Los calibradores y micrómetros verifican el diámetro interior del orificio, el círculo exterior de la llanta y las dimensiones de la ranura de la polea. Un comparador de carátula mide la redondez/cilindricidad del orificio interior (error ≤ 0,03 mm).
Tolerancia geométrica: Una escuadra y una galga de espesores verifican la perpendicularidad de la cara del extremo. Un interferómetro láser verifica la rectitud del eje.
Inspección del equilibrio dinámico
Una máquina equilibradora con cojinetes duros realiza un equilibrado de precisión al 50–100 % de la velocidad de operación (300–600 r/min), requiriendo un grado de equilibrado G6.3 (desequilibrio residual ≤10 g·cm en función del peso).
Después del equilibrio, se perforan agujeros (o se agregan pesos de equilibrio) en posiciones pesadas, con marcas de equilibrio para la alineación con el eje excéntrico durante el ensamblaje.
Inspección final antes del montaje
Inspección visual: Sin rayones, pintura uniforme y orificio interior limpio (sin aceite ni residuos). La alineación con la polea del motor se verifica con una cuerda, con un error ≤ 0,5 mm.
Prueba de ajuste: La prueba de ajuste en frío con el eje excéntrico garantiza un área de contacto ≥80 %. El volante debe girar libremente sin atascarse.
Estos procesos garantizan que el volante cumpla con los requisitos de estabilidad durante el funcionamiento a alta velocidad, con una vida útil de 8 a 10 años (compatible con la trituradora). El desgaste o las fallas de equilibrado requieren un reemplazo o reequilibrio oportuno para evitar vibraciones excesivas o el sobrecalentamiento de los rodamientos.
