Die Kegelbrecherbuchse, eine Schlüsselkomponente am Boden des beweglichen Kegels, fungiert als Drehpunkt für die Hauptwelle, überträgt Lasten auf den Rahmen, erleichtert die Schmierung und sorgt für die Ausrichtung. Sie arbeitet unter hohen Belastungen und erfordert Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Präzision.
Strukturell umfasst es einen Körper aus hochfestem legiertem Stahl (42CrMo), eine Präzisionslagerhöhle, eine Schnittstelle für exzentrische Buchsen, Schmierkanäle, einen Montageflansch und Positionierungsstifte mit optionalen verschleißfesten Einsätzen.
Die Herstellung umfasst Sandguss (Modellherstellung, Formen, Schmelzen/Gießen), Wärmebehandlung (Abschrecken/Anlassen, lokales Härten) und Bearbeitung (Präzisionsbohren, Flanschbearbeitung, Kanalbohren).
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (Zusammensetzung, Mechanik), Maßprüfungen (CMM, Rundheitsprüfung), zerstörungsfreie Prüfungen (UT, MPT), mechanische Prüfungen (Härte, Kompression) und Funktionstests. Diese gewährleisten einen stabilen Brecherbetrieb im Bergbau und in der Zuschlagstoffverarbeitung.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Sockelkomponente
1. Funktion und Rolle des Sockels
Die Kegelbrecherbuchse (auch Hauptwellenbuchse oder Exzenterbuchse genannt) ist ein wichtiges Verbindungselement am unteren Ende des beweglichen Kegels und dient als Drehpunkt für die Hauptwelle. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
Pivot-Unterstützung: Bietet einen stabilen Drehpunkt für die Hauptwelle und ermöglicht ihr, unter dem Antrieb der Exzenterbuchse exzentrisch zu schwingen, was für die Erzeugung der Brechbewegung unerlässlich ist.
Kraftübertragung: Übertragen von axialen und radialen Lasten vom beweglichen Kegel und Brechvorgang auf das untere Lager des Rahmens, wodurch die Kraftverteilung über das Fundament des Brechers gewährleistet wird.
Schmierschnittstelle: Gehäuseschmierkanäle, die Öl zum unteren Lager der Hauptwelle leiten und so die Reibung zwischen der rotierenden Welle und der stationären Buchse verringern.
Ausrichtungswartung: Aufrechterhaltung der Konzentrizität zwischen Hauptwelle und Exzenterbuchse, wodurch übermäßige Vibrationen und ungleichmäßiger Verschleiß der Gegenstücke verhindert werden.
Da die Buchse hohen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt ist, muss sie über eine hohe Druckfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Maßgenauigkeit verfügen, um einen stabilen Brecherbetrieb zu gewährleisten.
2. Zusammensetzung und Struktur des Sockels
Die Fassung ist typischerweise ein zylindrisches oder konisches Bauteil mit einem hohlen Zentrum und weist die folgenden Hauptteile und Strukturdetails auf:
Sockelkörper: Einteiliges Guss- oder Schmiedeteil aus hochfestem legiertem Stahl (z. B. 42CrMo) oder hochchromhaltigem Gusseisen mit einem Durchmesser von 150 mm bis 600 mm, abhängig von der Brechergröße. Die Gehäusedicke beträgt 30–80 mm, um hohen Belastungen standzuhalten.
Lagerhohlraum: Eine präzisionsgefertigte zentrale Bohrung, die das untere Lager der Hauptwelle (oft ein Pendelrollenlager oder Gleitlager) mit einer Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm und einer Maßtoleranz IT6 aufnimmt.
Exzentrische Buchsenschnittstelle: Eine äußere zylindrische oder sphärische Oberfläche, die mit der Exzenterbuchse zusammenpasst und eine polierte Oberfläche (Ra1,6 μm) aufweist, um die Reibung während der Exzenterrotation zu verringern.
Schmierkanäle: Radiale und axiale Bohrlöcher (φ4–φ10 mm), die mit dem Schmiersystem des Rahmens verbunden sind und Öl an den Lagerhohlraum und die äußere Schnittstelle liefern.
Montageflansch: Ein radialer Flansch an der Basis mit Bolzenlöchern befestigt die Buchse am Rahmen und stellt sicher, dass sie während des Brecherbetriebs stationär bleibt. Der Flansch hat eine Ebenheitstoleranz von ≤0,05 mm/m, um Lastkonzentrationen zu vermeiden.
Positionierstifte: Kleine zylindrische Vorsprünge am Flansch, die in entsprechende Löcher im Rahmen passen und so eine präzise radiale Positionierung der Buchse gewährleisten.
Verschleißfester Einsatz (optional): Eine austauschbare Hülse aus Bronze oder Weißmetall, die in die Lagerhöhle gepresst wird, wodurch die Verschleißfestigkeit erhöht wird und ein einfacher Austausch ohne Austausch der gesamten Buchse möglich ist.
3. Gussprozess für die Fassung
Aufgrund der komplexen Geometrie der Komponente ist Sandguss für die meisten Sockelkonstruktionen das primäre Herstellungsverfahren:
Materialauswahl:
Hochfester legierter Stahl (42CrMo) wird aufgrund seiner hervorragenden Zugfestigkeit (≥1080 MPa), Streckgrenze (≥930 MPa) und Schlagzähigkeit (≥60 J/cm²) bevorzugt. Die chemische Zusammensetzung wird auf 0,38–0,45 % C, 0,9–1,2 % Cr und 0,15–0,25 % Mo begrenzt.
Musterherstellung:
Es wird ein maßstabsgetreues Muster (aus Schaumstoff, Holz oder Harz) erstellt, das die äußere Form der Fassung, die Lagerhöhle, den Flansch und die Positionen der Schmierkanäle nachbildet. Schrumpfungszugaben (1,5–2,0 %) werden hinzugefügt, um die Abkühlungskontraktion zu berücksichtigen.
Formen:
Es wird eine harzgebundene Sandform hergestellt, wobei ein Sandkern zur Bildung des zentralen Lagerhohlraums verwendet wird. Die Form wird mit einer feuerfesten Schlichte beschichtet, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern und Sandeinschlüsse zu verhindern.
Schmelzen und Gießen:
Der legierte Stahl wird in einem Induktionsofen bei 1520–1560 °C geschmolzen, wobei der Schwefel- und Phosphorgehalt (jeweils ≤0,035 %) streng kontrolliert wird, um Sprödigkeit zu vermeiden.
Das Gießen erfolgt bei 1480–1520 °C mit einer kontrollierten Durchflussrate, um eine vollständige Füllung des Formhohlraums sicherzustellen und die Porosität in kritischen Bereichen wie dem Lagerhohlraum zu minimieren.
Wärmebehandlung:
Abschrecken und Anlassen: Das Gussteil wird auf 850–880 °C erhitzt, 2–3 Stunden lang gehalten und anschließend in Öl abgeschreckt. Durch Anlassen bei 550–600 °C für 4–5 Stunden wird eine Härte von HRC 28–35 erreicht, wodurch Festigkeit und Bearbeitbarkeit in Einklang gebracht werden.
Lokale Härtung: Die Oberfläche der Lagerhöhle wird durch Induktion auf eine Tiefe von 2–4 mm gehärtet und erreicht so HRC 50–55, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Der Gussrohling wird auf einer CNC-Drehmaschine montiert, um die Außenfläche, den Flansch und die vorläufige Lagerhöhle zu bearbeiten. Dabei wird eine Nachbearbeitungstoleranz von 2–3 mm eingehalten. Wichtige Abmessungen (z. B. Flanschdurchmesser) werden auf ±0,5 mm kontrolliert.
Präzisionsbearbeitung von Lagerhohlräumen:
Die zentrale Bohrung wird fertig gebohrt und gehont, um die Maßtoleranz IT6 (z. B. φ200H6) und eine Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm zu erreichen und so einen korrekten Lagersitz zu gewährleisten. Die Rundheit wird auf ≤0,005 mm kontrolliert.
Bearbeitung von Flanschen und Montagemerkmalen:
Der Montageflansch wird mit einer CNC-Schleifmaschine plan (≤0,05 mm/m) endbearbeitet. Die Bolzenlöcher werden mit einer Toleranzklasse 6H gebohrt und mit Gewinden versehen, mit einer Positionsgenauigkeit (±0,1 mm) relativ zur Sockelachse.
Schmierkanalbohrung:
Axiale und radiale Ölbohrungen werden mit CNC-Tieflochbohrmaschinen gebohrt. Dabei wird eine strenge Positionstoleranz (±0,2 mm) eingehalten, um einen ungehinderten Ölfluss zu gewährleisten. Die Bohrungskreuzungen werden entgratet, um Störungen des Ölflusses zu vermeiden.
Oberflächenbehandlung:
Der Lagerhohlraum ist auf Ra0,4 μm poliert, um die Reibung zu verringern und die Lagerlebensdauer zu verbessern.
Die Außenfläche und der Flansch sind mit Rostschutzfarbe beschichtet, während die Montagefläche zur einfachen Installation mit einem Festfressen verhindernden Mittel behandelt ist.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird die Einhaltung der 42CrMo-Standards bestätigt.
Zugversuche an Gussproben bestätigen die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit ≥1080 MPa, Dehnung ≥12 %).
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft kritische Abmessungen: Lagerhohlraumdurchmesser, Flanschebenheit und Bolzenlochpositionen.
Ein Rundheitsprüfer misst die Rundheit und Zylindrizität der Lagerhöhle und stellt Werte ≤0,005 mm sicher.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte im Fassungskörper erkannt. Risse oder Poren von >φ2 mm führen zur Ablehnung.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird auf Oberflächenrisse im Flansch, in den Bolzenlöchern und in der Lagerhöhle geprüft. Lineare Defekte bis 0,2 mm werden abgelehnt.
Prüfung mechanischer Eigenschaften:
Durch Härteprüfungen (Rockwell) wird sichergestellt, dass die Lagerhöhle einen HRC-Wert von 50–55 und der Kern einen HRC-Wert von 28–35 aufweist.
Durch Druckfestigkeitsprüfungen an Proben wird bestätigt, dass die Muffe axialen Belastungen von ≥200 MPa standhalten kann.
Funktionstests:
Eine Probemontage der Hauptwelle und des Lagers bestätigt die ordnungsgemäße Montage: Die Welle dreht sich reibungslos ohne zu klemmen und das Schmiermittel fließt ungehindert durch die Kanäle.
Bei der Belastungsprüfung wird 1 Stunde lang 120 % der axialen Nennlast angewendet. Die Kontrolle nach der Prüfung zeigt keine Verformung (Änderung des Lagerhohlraumdurchmessers ≤ 0,01 mm).
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht die Kegelbrecherbuchse die Festigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit, die zur Unterstützung der Hauptwelle und zur Ermöglichung einer stabilen Brechbewegung erforderlich sind, wodurch ein effizienter Betrieb im Bergbau und bei der Verarbeitung von Zuschlagstoffen gewährleistet wird.
