Die Vorderwand ist ein Schlüsselelement der Brechkammern von Backenbrechern. Sie trägt die feste Backenplatte und hält dem anfänglichen Materialaufprall stand. Sie besteht aus einer Hauptplatte (ZG30Mn/Q355B), Befestigungsstrukturen für die festen Backen (T-Nuten/Schrauben), Verbindungsflanschen und Verstärkungsrippen, optional mit Verschleißauskleidungen und Auslaufschutzlippen.
Die Herstellung erfolgt im Stahlgussverfahren (Gießen bei 1460–1500 °C) mit Spannungsarmglühen, gefolgt von Präzisionsbearbeitung (Ebenheit ≤ 0,1 mm/m für Montageflächen) und Oberflächenbeschichtung. Die Qualitätskontrolle umfasst MT/UT auf Defekte, Härteprüfungen (≥ 200 HBW) und Belastungstests (1,2-fache Nennkraft), um eine Verformung von ≤ 0,2 mm sicherzustellen.
Mit einer Lebensdauer von 3–5 Jahren gewährleistet es durch strukturelle Steifigkeit und präzise Montage eine stabile Zerkleinerung, die für die Zufuhreffizienz und Materialeindämmung entscheidend ist.
Detaillierte Einführung in die Vorderwandkomponente von Backenbrechern
Die Vorderwand ist ein kritischer Teil der Brechkammer von Backenbrechern und befindet sich am vorderen Ende der Anlage. Sie ist direkt mit der festen Backenplatte verbunden und bildet die feste Begrenzung der Brechkammer. Ihre Hauptfunktionen umfassen die Unterstützung der festen Backenplatte, die Aufnahme der anfänglichen Aufpralllast des in die Brechkammer eintretenden Materials und die Gewährleistung der geometrischen Genauigkeit der Brechkammer (wie Größe der Einfüllöffnung und Brechwinkel) durch die Zusammenarbeit mit der Schwenkbacke. Ihre strukturelle Stabilität wirkt sich direkt auf die Brechleistung, das Risiko von Materialaustritt und die Lebensdauer der festen Backenplatte aus und macht sie zu einer Schlüsselkomponente für eine reibungslose Zuführung und einen stabilen Brechbetrieb.
I. Aufbau und Struktur der Vorderwand
Die Gestaltung der Vorderwand muss zum Profil der Brechkammer passen (z. B. tiefe Kammer für feinkörniges Material, flache Kammer für grobkörniges Material). Je nach Brecherspezifikation wird zwischen integralen (kleinen/mittelgroßen) und geteilten (großen) Typen unterschieden. Die Kernkomponenten und Strukturmerkmale sind wie folgt:
Hauptplatte Die tragende Kernstruktur hat die Form einer geneigten flachen Platte mit einem Winkel von 25°–35° zur Horizontalen (optimiert die Fallbahn des Materials und verringert das Verstopfungsrisiko). Die Dicke reicht von 30–50 mm für kleine Brecher bis 80–120 mm für große. Sie besteht aus hochfestem Stahlguss (z. B. ZG30Mn) oder niedriglegiertem Baustahl (Q355B) mit einer Oberflächenhärte von ≥200 HBW, um Materialstößen und Verschleiß standzuhalten. Der obere Teil der Hauptplatte ist mit der oberen Rahmenplatte verbunden, und der untere Teil erstreckt sich bis zum mittleren unteren Abschnitt der Brechkammer und bietet so vollständigen Halt für die feste Backenplatte.
Montagestruktur für feste Backenplatte
T-Nuten und Bolzenlöcher: Die Innenseite der Hauptplatte (zur Brechkammer hin) ist mit horizontalen T-Nuten (Breite 20–50 mm) oder angeordneten Bolzenlöchern (Abstand 150–300 mm) versehen, um die feste Backenplatte mit T-Schrauben oder Senkschrauben zu befestigen. T-Nuten ermöglichen eine seitliche Einstellung der festen Backenplatte (±5 mm), während in den Bolzenlöchern hochfeste Schrauben (Stahl 8.8) verwendet werden, um feste Verbindungen zu gewährleisten und ein Lösen bei Stoßbelastungen zu verhindern.
Bosse lokalisieren: An den Kanten der Hauptplatte befinden sich 5–10 mm hohe Vorsprünge, die mit den Nuten an den Kanten der festen Backenplatte korrespondieren, um seitliche Verschiebungen zu verhindern. Die Positioniergenauigkeit muss ≤0,5 mm betragen, um Materialstaus durch zu große Lücken zu vermeiden.
Anschlussflansch Eine Flanschkonstruktion an beiden Seiten und der Oberseite der Hauptplatte, 10–20 mm dicker als die Hauptplatte, dient zur festen Verbindung mit dem Rahmen (geschweißt oder verschraubt). Die Flanschoberfläche ist mit Bohrungen für Passstifte (Durchmesser 16–30 mm) und Verbindungsbolzen (M20–M48) mit einer Positionstoleranz von ±0,5 mm versehen, um die Koaxialität bei der Rahmenmontage zu gewährleisten. Die Flansche großer Stirnwände sind integral mit der Hauptplatte gegossen, während die Flansche kleiner/mittlerer Stirnwände durch Nutschweißen (Schenkelhöhe ≥10 mm) verbunden sind. Die Schweißnähte werden mittels zerstörungsfreier Prüfung auf Defekte geprüft.
Verstärkungsstrukturen
Längsversteifungen: Längsrippen (L-förmiger oder rechteckiger Querschnitt) sind im Abstand von 200–400 mm auf die Außenseite der Hauptplatte (nicht zur Brechkammerseite) geschweißt oder gegossen. Ihre Höhe beträgt das 1,5–2-fache der Hauptplattendicke, um die Biegefestigkeit zu erhöhen.
Eckverstärkungsplatten: Dreieckige Verstärkungsplatten (10–20 mm dick) werden an den Ecken der Flansche und der Hauptplatte angeschweißt, um Spannungskonzentrationen zu verteilen und so Risse in den Verbindungsbereichen bei Stoßbelastungen zu verhindern.
Zusätzliche Schutzstrukturen
Auslaufschutzlippe: Die Unterkante der Hauptplatte ist 5–10 mm nach innen gebogen, mit einem Abstand von 3–5 mm zur Kante der Schwingbacke, um zu verhindern, dass feine Materialien von beiden Seiten der Brechkammer austreten.
Verschleißfeste Auskleidungen (optional): Zum Zerkleinern von Materialien mit hoher Härte können verschleißfeste Auskleidungen aus Manganstahl (ZGMn13) (10–15 mm dick) an der Innenseite der Hauptplatte (Bereiche, die nicht von der festen Backenplatte abgedeckt sind) angeschraubt werden, um die Lebensdauer zu verlängern.
II. Gussprozess der Vorderwand (Beispiel Stahlguss)
Stirnwände werden meist aus Stahlguss (z. B. ZG30Mn, ZG35CrMo) hergestellt. Der Gussprozess gewährleistet innere Kompaktheit und mechanische Eigenschaften:
Vorbereitung von Formen und Sandformen
Es wird Harzsandguss (klein/mittel) oder Natriumsilikatsandguss (groß) verwendet. Holz- oder Schaumstoffmodelle werden aus 3D-Modellen hergestellt, wobei eine Gussschrumpfungstoleranz von 2,0 %–2,5 % (lineare Schrumpfung bei Stahlguss) eingehalten wird. Kritische Abmessungen (z. B. Flanschdicke, T-Nut-Position) dürfen 3–5 mm Bearbeitungstoleranz aufweisen.
Die Oberflächen der Sandformen werden mit Zirkonpulverfarbe (0,8–1,2 mm dick) beschichtet und 2 Stunden bei 200 °C getrocknet, um eine glatte Oberfläche zu bilden und die Metallanhaftung beim Gießen zu verhindern. Die Ecken der Sandformen an den Versteifungen und der Hauptplatte sind abgerundet (R≥10 mm), um die Spannungskonzentration im Guss zu reduzieren.
Schmelzen und Gießen
Phosphor- und schwefelarmer Stahlschrott (P ≤ 0,03 %, S ≤ 0,02 %) wird in einem Lichtbogenofen bei 1520–1560 °C geschmolzen. Zur Anpassung der Zusammensetzung werden Ferromangan (Mn 1,2–1,5 %) und Ferrosilizium (Si 0,5–0,8 %) zugegeben. Nach der Desoxidation (Aluminiumdesoxidation) erreicht die Stahlschmelze eine Reinheit von über 99,9 % (nichtmetallische Einschlüsse ≤ Grad 2).
Es wird ein Bodengießsystem verwendet, bei dem die Angussöffnungen an den dicken Flanschbereichen positioniert sind. Die Gießtemperatur beträgt 1460–1500 °C und die Gießzeit 5–20 Minuten (je nach Gewicht der Vorderwand: 500 kg–5000 kg), um Schlackeneinschlüsse oder Kaltverklebungen durch schnelles Füllen zu vermeiden.
Ausschütteln und Wärmebehandlung
Nach dem Abkühlen auf unter 250 °C werden die Gussteile ausgeschlagen. Steiger werden durch Brennschneiden entfernt und oberflächenbündig geschliffen. Außerdem werden Grate, Schürfwunden und Sandanhaftungen entfernt.
Spannungsarmglühen: Gussteile werden auf 620–660 °C erhitzt, 4–6 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, dann im Ofen auf 300 °C abgekühlt und luftgekühlt, um Restspannungen (≤ 120 MPa) zu beseitigen und Verformungen bei der nachfolgenden Verarbeitung oder Verwendung zu verhindern.
III. Bearbeitungsprozess der Vorderwand
Schruppbearbeitung
Ausgehend von der Außenseite der Hauptplatte werden die Innenseite (Montagefläche der festen Backe) und die Flanschanschlussfläche auf einer Portalfräse vorgefräst, wobei 3–5 mm Feinzugabe verbleiben. Die Ebenheit der Innenseite beträgt ≤ 1 mm/m, und die Rechtwinkligkeit zwischen Flanschfläche und Hauptplatte beträgt ≤ 0,5 mm/100 mm.
T-Nuten oder Bolzenlöcher werden grob bearbeitet: T-Nutenrohlinge (2–3 mm breiter als vorgesehen) werden auf einer Vertikalfräse gefräst oder Bolzenlöcher (1–2 mm größer als vorgesehen) werden auf einer Radialbohrmaschine gebohrt.
Halbfertigbearbeitung und Alterung
Die Oberflächen sind halbfertig (1–2 mm Toleranz) und die T-Nuten halbgefräst (0,5 mm Toleranz). Durch Vibrationsalterung (50–100 Hz für 2 Stunden) werden die Bearbeitungsspannungen weiter reduziert, um Verformungen nach der Endbearbeitung zu vermeiden.
Fertigbearbeitung
Montagefläche der festen Backe: Auf einer CNC-Fräse fertig bearbeitet auf Ebenheit ≤0,1 mm/m, Oberflächenrauheit Ra ≤6,3 μm und Neigungswinkelfehler ≤0,1° (um einen gleichmäßigen Abstand mit der Schwenkbackenplatte zu gewährleisten).
T-Nuten und Gewinde: T-Nuten werden mit einem speziellen Fräser fertig bearbeitet (Breitentoleranz ±0,1 mm), wobei die Rechtwinkligkeit des Nutbodens zur Montagefläche ≤0,05 mm/100 mm beträgt. Die Schraubenlöcher werden mit Gewinden mit einer Genauigkeit von 6H versehen, um eine feste Verbindung mit Festbackenschrauben zu gewährleisten.
Positionierung der Stiftlöcher: Gebohrt und gerieben in Zusammenarbeit mit dem Rahmen, mit H7/m6-Übergangspassung. Die Positionstoleranz zwischen Stiftlöchern und Schraubenlöchern beträgt ≤0,3 mm, um eine genaue Ausrichtung zwischen Vorderwand und Rahmen zu gewährleisten.
Oberflächenbehandlung und Montagehilfsbearbeitung
Unbearbeitete Oberflächen werden sandgestrahlt (Sa2,5) und zum Schutz vor Korrosion mit einer zinkhaltigen Epoxidgrundierung (50–70 μm) und einer Deckschicht aus Chlorkautschuk (40–60 μm) beschichtet. Bearbeitete Oberflächen erhalten eine Rostschutzbehandlung mit Öl (groß) oder Phosphatierung (klein/mittel, 5–8 μm Film).
Kantenfasen: Alle scharfen Kanten sind abgerundet (R2–R3) und T-Nut-Öffnungen sind angefast (1×45°), um eine Beschädigung der festen Backenplatte oder des Bedieners bei der Montage zu vermeiden.
IV. Qualitätskontrollprozess der Vorderwand
Gussqualitätskontrolle
Sichtprüfung: 100 % Prüfung auf Risse, Schrumpfung oder Fehlläufe. Spannungskonzentrationsbereiche (z. B. Verbindungen zwischen Versteifung und Hauptplatte, Flanschwurzeln) werden einer Magnetpulverprüfung (MT) unterzogen, um sicherzustellen, dass keine oberflächlichen oder unterirdischen Risse (Länge ≤ 0,5 mm) vorhanden sind.
Innere Qualität: Große Vorderwände (Gewicht 2000 kg) erfordern eine Ultraschallprüfung (UT). Der Kernbereich der Hauptplatte (1/2 Dicke) muss frei von Poren, Einschlüssen oder Schrumpfungen von ≥ φ 3 mm sein und eine Prüfabdeckung von ≥ 80 % aufweisen.
Prüfung der Maßgenauigkeit
Eine Koordinatenmessmaschine prüft die Ebenheit (≤0,1 mm/m), den Neigungswinkel (Abweichung ≤0,1°), die T-Nut-Position (Toleranz ±0,3 mm) und die Bolzenlochposition (Abweichung ≤0,5 mm) der festen Backenmontagefläche.
Durchbiegungstest: Auf die Mitte der Hauptplatte wird eine 1,5-fache Nennstoßlast (simuliert Materialeinwirkung) ausgeübt. Die verbleibende Verformung wird nach der Entlastung mit einer Messuhr gemessen. Zur Gewährleistung der strukturellen Steifigkeit ist eine Verformung von ≤0,2 mm erforderlich.
Prüfung mechanischer Eigenschaften
Zugversuch: Stichprobenprüfungen für Gussstahleigenschaften. ZG30Mn muss eine Zugfestigkeit von ≥600 MPa und eine Dehnung von ≥15 % aufweisen; Q355B muss eine Zugfestigkeit von ≥500 MPa und eine Dehnung von ≥20 % aufweisen.
Härteprüfung: Die Brinellhärte der Hauptplattenoberfläche (≥200 HBW) wird gemessen, mit einem Härteunterschied von ≤30 HBW auf derselben Oberfläche, um die Materialgleichmäßigkeit sicherzustellen.
Überprüfung der Baugruppenleistung
Probemontage mit Festbackenplatte und Rahmen: Die Passung zwischen Festbackenplatte und Montagefläche wird geprüft (mit Fühlerlehre 0,1 mm, bei ≤20 mm Einstecktiefe in ≥80% der Bereiche). Der Flanschpassungsspalt zwischen Vorderwand und Rahmen beträgt ≤0,1 mm (Fühlerlehrenprüfung).
Belastungsprüfung: 30 Minuten lang wird eine 1,2-fache Nenndruckkraft angewendet. Die Verbindungsschrauben zwischen Vorderwand und Rahmen dürfen sich nicht lösen (Drehmomentverlust ≤ 5 %) und die Hauptplatte darf keine sichtbaren Verformungen oder ungewöhnlichen Geräusche aufweisen.
Durch strenge Konstruktion, Fertigungsprozesse und Qualitätskontrollen bleibt die Vorderwand auch bei langfristiger Materialbelastung stabil und hat eine Lebensdauer von 3–5 Jahren (je nach Materialhärte und Wartungshäufigkeit). Die routinemäßige Wartung umfasst regelmäßige Kontrollen der Schraubenfestigkeit, des Sitzes der festen Backenplatte und der Dichtlippen. Rechtzeitige Reparaturen bei Verschleiß oder Verformung gewährleisten die Integrität der Brechkammer und die Effizienz der Anlage.
