سر سنگ شکن مخروطی

مقدمه‌ای مفصل بر اجزای سر سنگ‌شکن مخروطی

۱. عملکرد و نقش سر سنگ شکن مخروطی

۲. ترکیب و ساختار سر سنگ شکن مخروطی

• بدنه سر (ساختار اصلی): یک قطعه ریخته‌گری مخروطی یا فروستو-مخروطی ساخته شده از فولاد ریخته‌گری با استحکام بالا (به عنوان مثال، ZG35CrMo) یا چدن داکتیل (کیوتی۶۰۰-3). این قطعه به عنوان تکیه‌گاه ساختاری برای آستر سایش عمل می‌کند و از طریق یک سوراخ مرکزی به شفت خارج از مرکز متصل می‌شود. حفره داخلی بدنه برای قرار گرفتن در بوش خارج از مرکز طراحی شده است، که دارای شیارها یا پیچ‌هایی برای محکم کردن اتصال و انتقال گشتاور است.
• آستر لباس (مانتل): یک لایه بیرونی قابل تعویض ساخته شده از چدن پر کروم (کروم20-کروم26) یا فولاد آلیاژی با سختی بالا (اچ آر سی 55-65). این لایه از طریق پیچ، شیارهای دم چلچله‌ای یا بلوک‌های گوه‌ای به بدنه سر متصل می‌شود و از اتصال محکم برای جلوگیری از حرکت در حین خرد کردن اطمینان حاصل می‌کند. سطح آستر اغلب با یک پروفیل مقعر یا محدب (به عنوان مثال، پروفیل‌های خرد کردن استاندارد، درشت یا ریز) طراحی می‌شود تا جذب مواد و راندمان خرد کردن بهینه شود.
• سوراخ یاتاقانسوراخ مرکزی استوانه‌ای یا مخروطی در بدنه سرسیلندر که انتهای بالایی شفت خارج از مرکز را در خود جای می‌دهد. سوراخ با دقت ماشینکاری شده است تا از قرارگیری پایدار با شفت اطمینان حاصل شود و کانال‌های روانکاری برای رساندن روغن به سطح تماس و کاهش اصطکاک و سایش حفر شده‌اند.
• سوراخ‌های فلنج یا پیچ نصباین ویژگی‌ها که در پایه بدنه هد قرار دارند، آستر سایشی را به بدنه محکم می‌کنند. شیارهای دم چلچله‌ای روی سطح داخلی آستر با برآمدگی‌های مربوطه روی بدنه هد جفت می‌شوند و استحکام اتصال را تحت بارهای ضربه‌ای افزایش می‌دهند.
• تهویه و کاهش وزن حفره‌هابرخی از سرسیلندرهای بزرگ دارای ساختارهای توخالی داخلی هستند تا وزن را کاهش دهند، اتلاف گرما را بهبود بخشند و از اینرسی بیش از حد در حین نوسان جلوگیری کنند. این حفره‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به یکپارچگی ساختاری بدنه آسیبی نرساند.

۳. فرآیند ریخته‌گری برای بدنه سر

1. انتخاب مواد:

• فولاد ریخته‌گری شده (ZG35CrMo) به دلیل استحکام کششی بالا (≥785 مگاپاسکال) و چقرمگی ضربه، که برای خردایش سنگین مناسب است، برای سنگ‌شکن‌های بزرگ ترجیح داده می‌شود.

• چدن داکتیل (کیوتی۶۰۰-3) برای سرسیلندرهای با اندازه متوسط استفاده می‌شود و قابلیت ریخته‌گری خوب و مقرون‌به‌صرفه بودن را در عین حفظ استحکام کافی ارائه می‌دهد.

2. الگوسازی:

• یک الگوی در مقیاس کامل با استفاده از چوب، فوم یا مواد چاپ سه‌بعدی ایجاد می‌شود که شکل خارجی سر، حفره داخلی و ویژگی‌های نصب را تکرار می‌کند. برای ریخته‌گری فومی، الگوی فومی شامل راهگاه‌ها و پایه‌های یکپارچه است.

• مقادیر انقباض مجاز (۲-۳٪ برای فولاد ریخته‌گری) و زاویه‌های برش (۳-۵ درجه) برای جبران انقباض پس از ریخته‌گری و تسهیل حذف الگو اضافه می‌شوند.

3. قالب‌گیری:

• برای ریخته‌گری ماسه‌ای: ماسه‌ی پیوند یافته با رزین در اطراف الگو فشرده می‌شود تا حفره‌ی قالب را تشکیل دهد، و یک هسته‌ی ماسه‌ای برای ایجاد سوراخ مرکزی و حفره‌های داخلی وارد می‌شود. قالب برای اطمینان از سختی و پایداری ابعادی، عمل‌آوری می‌شود.

• برای ریخته‌گری با فوم فشرده: الگوی فوم با یک دوغاب نسوز (بر پایه سرامیک یا زیرکونیوم) پوشانده می‌شود تا یک پوسته به ضخامت ۳-۵ میلی‌متر تشکیل شود، سپس در ماسه خشک جاسازی می‌شود.

4. ذوب و ریختن:

• فولاد ریخته‌گری شده در کوره قوس الکتریکی در دمای ۱۵۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود و عناصر آلیاژی (کروم، مو) برای دستیابی به ترکیب شیمیایی مورد نیاز اضافه می‌شوند. فلز مذاب برای کاهش ناخالصی‌ها، اکسیدزدایی و گوگردزدایی می‌شود.

• ریختن با سرعت کنترل‌شده‌ای (۵۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم بر ثانیه برای سرهای بزرگ) انجام می‌شود تا از تلاطم جلوگیری شود و پر شدن کامل قالب تضمین شود. در ریخته‌گری با فوم از دست رفته، فلز مذاب الگوی فوم را تبخیر می‌کند و جایگزین آن در حفره قالب می‌شود.

5. خنک‌سازی و تمیز کردن:

• برای جلوگیری از ترک خوردگی حرارتی، اجازه داده می‌شود که قطعه ریخته‌گری شده به آرامی (طی ۲۴ تا ۴۸ ساعت) خنک شود، سپس از قالب خارج می‌شود. ماسه یا مواد نسوز از طریق شات بلاست یا واترجت تمیز می‌شوند.

• رایزرها و سیستم‌های گیتینگ بریده می‌شوند و لبه‌های ناهموار برای آماده‌سازی برای ماشینکاری، سنگ‌زنی می‌شوند.

6. عملیات حرارتی:

• سرسیلندرهای فولادی ریخته‌گری شده برای اصلاح ساختار دانه‌بندی، تحت عملیات نرمالیزاسیون (850-900 درجه سانتیگراد، خنک‌کاری با هوا) قرار می‌گیرند و پس از آن عملیات کوئنچ و تمپر (600-650 درجه سانتیگراد) برای رسیدن به سختی 220-260 اچ بی دبلیو انجام می‌شود که تعادل بین استحکام و قابلیت ماشینکاری را برقرار می‌کند.

• سرهای چدن داکتیل برای حذف کاربیدها و بهبود چقرمگی، تحت عملیات حرارتی آنیل (900-950 درجه سانتیگراد) قرار می‌گیرند.

7. بازرسی ریخته گری:

• عیوب سطحی (ترک‌ها، منافذ، انقباض) از طریق بازرسی چشمی و آزمایش نفوذ رنگ (دی پی تی) بررسی می‌شوند.

• عیوب داخلی با استفاده از آزمایش اولتراسونیک (دانشگاه یو تی) و آزمایش ذرات مغناطیسی (ام پی تی) با استانداردهای سختگیرانه (بدون عیوب بزرگتر از φ3 میلی‌متر در نواحی حساس تحت بار) شناسایی می‌شوند.

۴. فرآیند ماشینکاری و تولید

1. ماشینکاری بدنه سر:

• ماشینکاری خشنماشین‌های تراش سی ان سی یا دستگاه‌های بورینگ برای تراشکاری خشن سطح بیرونی، فلنج پایه و سوراخ مرکزی استفاده می‌شوند و 2-3 میلی‌متر جای خالی برای پرداخت نهایی باقی می‌گذارند. جای پیچ‌ها و سوراخ‌های پیچ از قبل سوراخ‌کاری و قلاویز می‌شوند.

• عملیات حرارتیآنیل تنش‌زدایی (550-600 درجه سانتیگراد) پس از ماشینکاری خشن برای از بین بردن تنش‌های باقیمانده از ریخته‌گری و برش اولیه انجام می‌شود.

• ماشینکاری نهاییسوراخ مرکزی با دقت و مطابق با تلرانس آی تی۷ سنگ‌زنی شده است و زبری سطح آن را1.6-3.2 μm است تا از اتصال محکم آن با شفت خارج از مرکز اطمینان حاصل شود. فلنج پایه و سطوح نصب برای دستیابی به صافی (≤0.1 میلی‌متر/m) برای اتصال ایمن بوش، فرزکاری شده‌اند.

2. تولید آستر سایشی:

• ریخته‌گریآسترهای چدنی پر کروم به روش ماسه‌ریزی ریخته‌گری می‌شوند و عناصر آلیاژی (کروم، مو، نیکل) برای افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش به آنها اضافه می‌شود. ریخته‌گری برای رسیدن به اچ آر سی 55-65 تحت عملیات کوئنچ و تمپر قرار می‌گیرد.

• ماشینکاریسطح داخلی بوش (در محل اتصال با بدنه سرسیلندر) برای قرار گرفتن در شیارهای دم چلچله‌ای یا سوراخ‌های پیچ، ماشینکاری می‌شود و اتصال محکمی را تضمین می‌کند. سطح خردکننده بیرونی، سنگ‌زنی یا صیقل داده می‌شود تا پلیسه‌های ریخته‌گری از بین رفته و به پروفیل طراحی شده دست یابد.

3. مونتاژ:

• آستر سایشی با استفاده از پیچ‌های با استحکام بالا (درجه ۸.۸ یا ۱۰.۹) یا بلوک‌های گوه‌ای، با گشتاور یکنواخت (۲۰۰ تا ۵۰۰ نیوتن متر، بسته به اندازه) برای جلوگیری از شل شدن، روی بدنه سر نصب می‌شود.

• واشرها یا درزگیرها بین آستر و بدنه اعمال می‌شوند تا از ورود موادی که می‌توانند باعث سایش بین دو جزء شوند، جلوگیری شود.

۵. فرآیندهای کنترل کیفیت

1. آزمایش مواد:

• تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی (از طریق طیف‌سنجی) تضمین می‌کند که فولاد/آهن ریخته‌گری شده مطابق با استانداردهای آلیاژی است (به عنوان مثال، ZG35CrMo: کربن 0.32-0.40٪، کروم 0.8-1.1٪، مولیبدن 0.15-0.25٪).

• آزمایش‌های خواص مکانیکی (استحکام کششی، چقرمگی ضربه، سختی) بر روی کوپن‌های آزمایشی از هر دسته ریخته‌گری انجام می‌شود.

2. بررسی دقت ابعادی:

• دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات (سی ام ام) قطر بیرونی بدنه سرسیلندر، اندازه سوراخ و پروفیل بوش را تأیید می‌کنند و از مطابقت با نقشه‌های طراحی اطمینان حاصل می‌کنند (تحمل ±0.5 میلی‌متر برای ابعاد بحرانی).

• هم‌مرکزی بین سطح بیرونی بدنه‌ی هد و سوراخ مرکزی اندازه‌گیری می‌شود و برای جلوگیری از عدم تعادل در حین نوسان، به ≤0.05 میلی‌متر بر متر نیاز است.

3. آزمایش مقاومت در برابر سایش:

• نمونه‌های آستر سایشی تحت آزمایش سایش سایشی (به عنوان مثال، ASTM G65) قرار می‌گیرند تا میزان کاهش وزن در شرایط استاندارد اندازه‌گیری شود و نرخ سایش ≤0.1 گرم در ساعت تحت بار نامی تضمین شود.

• آزمایش سختی (مقیاس راکول C) روی سطوح آستر انجام می‌شود تا اچ آر سی 55-65 تأیید شود، بدون اینکه هیچ نقطه نرمی (≤اچ آر سی 50) مجاز باشد.

4. تست مونتاژ و عملکرد:

• آزمایش‌های نصب لاینر، عدم وجود شکاف بین لاینر و بدنه سر را تضمین می‌کند (از طریق گیج‌های فیلر بررسی می‌شود، با حداکثر شکاف ≤0.1 میلی‌متر).

• آزمایش تعادل دینامیکی روی سر مونتاژ شده انجام می‌شود تا دامنه ارتعاش در سرعت عملیاتی ≤0.1 میلی‌متر بر ثانیه باشد و تنش روی شفت خارج از مرکز کاهش یابد.

5. آزمایش غیر مخرب (آزمایش غیر مخرب (NDT)):

• بدنه هد پس از ماشینکاری، مجدداً از طریق دانشگاه یو تی و ام پی تی بازرسی می‌شود تا هرگونه ترک ایجاد شده در حین پردازش شناسایی شود.

• سطوح آستر از نظر عیوب ریخته‌گری (تخلخل، ترک) از طریق بازرسی چشمی و دی پی تی بررسی می‌شوند و آسترهای معیوب رد یا تعمیر می‌شوند.