Die Schwingbacke ist ein tragendes Kernbauteil von Backenbrechern. Sie treibt die Schwingbackenplatte über die Verbindung mit der Exzenterwelle (oben) und der Kniehebelplatte (unten) hin und her. Strukturell besteht sie aus einem kastenförmigen Hauptkörper, einem Lagersitz, einem Kniehebelplattensitz und Verstärkungsrippen, die typischerweise aus hochfestem Gussstahl (z. B. ZG35CrMo) bestehen.
Die Herstellung erfolgt im Harzsandgussverfahren (Gießen bei 1520–1580 °C), gefolgt von Normalisieren und Anlassen (Härte 180–230 HBW). Die Bearbeitung umfasst das Präzisionsfräsen der Passflächen, das Bohren/Schleifen der Lagersitze (Toleranz IT6, Ra ≤0,8 μm) und das Anbringen verschleißfester Laufbuchsen.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (chemische Zusammensetzung, Aufprallenergie ≥30J), UT/MT auf Defekte, Maßprüfungen (Parallelität, Rechtwinkligkeit) und Montageversuche. Mit einer Lebensdauer von 5–10 Jahren gewährleistet es eine stabile Zerkleinerung unter hohen Belastungen
Detaillierte Einführung in die Schwingbackenkomponente von Backenbrechern
Die Schwingbacke ist ein zentrales tragendes Bauteil von Backenbrechern. Sie treibt die Schwingbackenplatte direkt an und führt eine Hin- und Herbewegung aus. Sie fungiert als bewegliche Backe des Geräts. Ihr oberes Ende ist über Lager mit der Exzenterwelle verbunden, ihr unteres Ende ist über die Kniehebelplatte mit dem Rahmen verbunden. Angetrieben von der Exzenterwelle schwingt sie periodisch hin und her und drückt die Schwingbackenplatte, um gemeinsam mit der festen Backenplatte das Material zu zerkleinern. Die Schwingbacke muss sowohl der Stoßbelastung des Materials als auch dem von der Exzenterwelle übertragenen Drehmoment standhalten und erfordert daher extrem hohe strukturelle Steifigkeit, Materialfestigkeit und Bearbeitungspräzision.
I. Zusammensetzung und Aufbau der Schwenkbacke
Die Konstruktion der Schwenkbacke sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kraftübertragungseffizienz und Verformungswiderstand. Die Kernkomponenten und Konstruktionsmerkmale sind wie folgt:
Schwingbackenkörper (Hauptkörper) Es hat eine insgesamt "L"- oder kastenförmige Struktur aus hochfestem Gussstahl oder Schmiedestahl und dient als Hauptrahmen der Schwenkbacke. Schwenkbacken von kleinen und mittelgroßen Brechern sind meist einteilig gegossen, während große Brecher geschweißte oder gussgeschweißte Strukturen aufweisen (zur Gewichtsreduzierung und Verbesserung der Steifigkeit). Seine Vorderseite (materialberührende Seite) ist mit einer flachen Oberfläche oder T-Nuten versehen, um die Schwenkbackenplatte mit Schrauben oder Keilblöcken zu befestigen; die Rückseite ist mit einem Kniehebelplattensitz (einer bogenförmigen Nut, die mit der Kniehebelplatte verbunden ist) versehen, dessen Krümmung genau zum Stützende der Kniehebelplatte passen muss, um eine gleichmäßige Kraftverteilung zu gewährleisten.
Lagersitz (oberes Lagerloch) Es befindet sich im oberen Teil des Schwenkbackenkörpers und ist ein zentrales Bauteil, das mit der Exzenterwelle verbunden ist und über eingebaute Wälz- oder Gleitlager verfügt. Der Lagersitz ist üblicherweise integral mit dem Schwenkbackenkörper gegossen (bei großen Schwenkbacken werden Gleitlagersitze für einen einfachen Austausch verwendet). Seine Achse steht senkrecht zur Vorderseite des Schwenkbackenkörpers. Die interne Bearbeitungsgenauigkeit muss die Güte IT6 mit einer Oberflächenrauheit von Ra ≤ 1,6 μm erreichen, um eine stabile Zusammenarbeit mit der Exzenterwelle zu gewährleisten.
Kippplattensitz (unteres Stützteil) Am unteren Teil des Schwenkbackenkörpers befindet sich eine bogenförmige Nutstruktur zur Aufnahme eines Endes der Kniehebelplatte. Die Nut ist üblicherweise mit einer verschleißfesten Auskleidung (z. B. ZGMn13) versehen, um den Verschleiß beim Schwenken der Kniehebelplatte zu reduzieren. Der Krümmungsradius des Kniehebelplattensitzes muss mit dem der Kniehebelplatte übereinstimmen. Der Spalt muss zwischen 0,1 und 0,3 mm liegen, um ungewöhnliche Geräusche oder Stöße während des Betriebs zu vermeiden.
Verstärkungsrippen Kreuzförmige Verstärkungsrippen sind innerhalb und außerhalb des Schwenkbackenkörpers verteilt, insbesondere in Spannungskonzentrationsbereichen zwischen Lagersitz und Kniehebelplattensitz. Die Dicke der Rippen beträgt üblicherweise 10–30 mm (angepasst an die Schwenkbackengröße), um die allgemeine Biegefestigkeit und Verformungsbeständigkeit zu verbessern.
Löcher zur Gewichtsreduzierung (große Schwenkbacken) In den nicht kraftbelasteten Bereichen der extragroßen Schwenkbackenkörper sind runde oder rechteckige Löcher zur Gewichtsreduzierung vorgesehen, um das Gewicht zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu verringern, wodurch die Belastung der Exzenterwelle verringert wird.
II. Gießprozess der Schwenkbacke
Die Schwenkbacke muss hochfrequenten Stößen und hohen Belastungen standhalten und besteht daher üblicherweise aus hochfestem Stahlguss (z. B. ZG270-500, ZG35CrMo) oder niedriglegiertem Schmiedestahl. Der Gussprozess muss eine dichte innere Struktur und Fehlerfreiheit gewährleisten. Der konkrete Prozess läuft wie folgt ab:
Formvorbereitung
Es wird Harzsandguss (für kleine und mittlere Schwenkbacken) oder Natriumsilikatsandguss (für große Schwenkbacken) verwendet. Holz- oder Schaumstoffmodelle werden nach 3D-Zeichnungen hergestellt, wobei der Schwenkbackenkörper, Verstärkungsrippen, Lagersitze usw. genau nachgebildet werden, wobei eine Bearbeitungszugabe von 6–10 mm einbehalten wird (Gussstahl weist eine Schrumpfrate von etwa 1,5 % auf).
Die Oberfläche der Kavität muss glatt sein. Wichtige Teile wie der Lagersitz und der Kniehebelsitz erfordern eine präzise Formgebung, um übermäßige Maßabweichungen nach dem Gießen zu vermeiden. Mehrere Steigrohre (insbesondere in dicken Teilen des Lagersitzes) sorgen für eine ausreichende Zufuhr von geschmolzenem Metall und reduzieren Lunker.
Schmelzen und Gießen
Stahlschrott und Roheisen mit niedrigem Phosphor- (P ≤ 0,04 %) und Schwefelgehalt (S ≤ 0,04 %) werden dosiert und in einem Lichtbogenofen oder Mittelfrequenzofen auf 1520–1580 °C geschmolzen. Die chemische Zusammensetzung wird kontrolliert (z. B. ZG35CrMo: C 0,32–0,40 %, Cr 0,8–1,1 %, Mo 0,15–0,25 %).
Vor dem Gießen wird eine Desoxidationsbehandlung (Zugabe einer Kalzium-Silizium-Legierung) durchgeführt, um die Reinheit des geschmolzenen Stahls zu gewährleisten. Es wird ein schrittweises Gießsystem verwendet, bei dem das geschmolzene Metall den Hohlraum langsam von unten füllt, um Schlackeneintrag oder Porosität zu vermeiden. Die Gießzeit beträgt je nach Gewicht der Schwenkbacke 5–15 Minuten.
Ausschütteln und Wärmebehandlung
Nach dem Abkühlen auf unter 300 °C wird das Gussstück ausgeschlagen. Die Speiser werden entfernt (Brennschneiden bei großen Schwenkbacken, mechanisches Schneiden bei kleinen) und die Angussstellen werden glatt geschliffen.
Es wird eine Normalisierungs- und Anlassbehandlung durchgeführt: Erhitzen auf 880–920 °C und Halten für 2–4 Stunden (Erhitzen mit dem Ofen, um Risse aufgrund übermäßiger Temperaturunterschiede zu vermeiden), anschließendes Abkühlen an der Luft und Anlassen bei 550–600 °C, um Gussspannungen zu beseitigen, was zu einer Härte von 180–230 HBW und einer Schlagenergie von ≥ 30 J führt.
III. Herstellungsprozess der Schwenkbacke
Die Bearbeitungsgenauigkeit der Schwenkbacke wirkt sich direkt auf die Stabilität der Zusammenarbeit mit der Exzenterwelle und der Kniehebelplatte aus und erfordert mehrere Prozesse, um wichtige Abmessungen und geometrische Toleranzen sicherzustellen:
Schruppbearbeitung
Unter Verwendung der oberen und unteren Endflächen des Schwenkbackenkörpers als Referenz werden die Vorderseite (wo die Schwenkbackenplatte installiert ist) und die Rückseite (Sitzbereich der Kniehebelplatte) auf einer CNC-Portalfräsmaschine oder Bohrmaschine grob gefräst, wobei eine Endbearbeitungszugabe von 2–3 mm verbleibt und der Ebenheitsfehler auf ≤ 0,5 mm/m kontrolliert wird.
Vorbohren der Lagersitzbohrung: Die obere Lagerbohrung wird auf einer Horizontalbohrmaschine bearbeitet, wobei für den Durchmesser eine Schleifzugabe von 3–5 mm einbehalten wird, wobei die Rechtwinkligkeit der Bohrungsachse zur Stirnfläche ≤ 0,1 mm/100 mm beträgt.
Vorschlichten
Fertigfräsen der Vorder- und Rückseite: Mit dem Schaftfräser wird auf das Konstruktionsmaß gearbeitet, mit einer Oberflächenrauheit Ra ≤ 6,3 μm, einer Ebenheit ≤ 0,1 mm/m und einer Rechtwinkligkeit der Vorderseite zur Achse der Lagersitzbohrung ≤ 0,05 mm/100 mm.
Bearbeitung des Kniehebelplattensitzes: Mit einem speziellen Formfräser wird die Bogennut gefräst, wobei die Abweichung des Krümmungsradius ≤ 0,1 mm und die Rauheit der Nutoberfläche Ra ≤ 12,5 μm sichergestellt werden. In die Nut wird eine verschleißfeste Auskleidung eingelegt (mit Bolzen befestigt, mit einem Spalt zwischen Auskleidung und Nut ≤ 0,1 mm).
Fertigstellung
Feinbohren und Schleifen der Lagersitzbohrung: Für die Bearbeitung wird eine Feinbohrmaschine oder eine Innenschleifmaschine verwendet, wobei darauf zu achten ist, dass die Bohrungsdurchmessertoleranz IT6, die Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,8 μm, die Rundheit ≤ 0,005 mm und die Achsengeradheit ≤ 0,01 mm/m beträgt.
Bohren und Gewindeschneiden: An der Vorderseite werden Bolzenlöcher (oder T-Nuten) zur Befestigung der Schwenkbackenplatte mit einer Lochpositionstoleranz von ± 0,2 mm und einer Gewindegenauigkeit von 6H eingearbeitet; in der Nähe des Kniehebelplattensitzes werden Schmierlöcher gebohrt, um reibungslose Öldurchgänge zu gewährleisten.
Oberflächenbehandlung der Baugruppe
Alle Bearbeitungsgrate werden entfernt. Die Lagersitzbohrung wird phosphatiert (zur Verbesserung der Stabilität beim Zusammenwirken mit dem Lager) und unbearbeitete Oberflächen werden zum Rostschutz lackiert (Grundierung + Decklack, Schichtdicke 60–80 μm), um sicherzustellen, dass keine Beschichtung fehlt oder sich ablöst.
IV. Qualitätskontrollprozess der Schwenkbacke
Als tragende Kernkomponente umfasst die Qualitätskontrolle der Schwenkbacke Schlüsselindikatoren wie Material, Bearbeitungsgenauigkeit und strukturelle Festigkeit:
Material- und Gussqualitätskontrolle
Prüfung der chemischen Zusammensetzung: Mit einem Spektrometer wird der Gehalt an C, Cr, Mo usw. analysiert, um die Einhaltung der Gussstahlnormen sicherzustellen (z. B. beträgt der Cr-Gehalt von ZG35CrMo 0,8–1,1 %).
Erkennung interner Defekte: An wichtigen Teilen wie dem Lagersitz und den Verstärkungsrippen wird eine 100-prozentige Ultraschallprüfung (UT) durchgeführt, um Poren oder Einschlüsse mit einer entsprechenden Größe ≥ φ3 mm zu verhindern; zur Oberflächenprüfung wird eine Magnetpulverprüfung (MT) verwendet, um Risse oder Faltfehler zu verhindern.
Prüfung der Bearbeitungsgenauigkeit
Maßtoleranz: Messschieber und Mikrometer werden verwendet, um die Ebenheit der Vorderseite und den Durchmesser der Lagersitzbohrung zu ermitteln, wobei die Abweichungen innerhalb des zulässigen Bereichs der Zeichnungen liegen müssen. Eine Koordinatenmessmaschine wird verwendet, um die Positionsgenauigkeit der Lagersitzbohrung und des Kniehebelplattensitzes zu ermitteln und die Achsenparallelität ≤ 0,1 mm/m sicherzustellen.
Geometrische Toleranz: Die Geradheit der Lagersitzbohrung wird mit einem Laserinterferometer gemessen, die Parallelität zwischen Vorder- und Rückseite wird mit einer Messuhr überprüft (Fehler ≤ 0,1 mm/m).
Überprüfung der mechanischen Leistung
Probenahme für Zugversuche (Zugfestigkeit ≥ 500 MPa, Streckgrenze ≥ 270 MPa) und Schlagversuche (-20 °C Schlagenergie ≥ 27 J), um sicherzustellen, dass die Materialzähigkeit den Normen entspricht.
Prüfung der statischen Belastungsfestigkeit: Unter simulierten Arbeitsbedingungen wird 1 Stunde lang die 1,2-fache Nennlast aufgebracht, um festzustellen, ob der Schwingbackenkörper verformt (Durchbiegung ≤ 0,2 mm/m) oder gerissen ist.
Montage- und Probelaufprüfung
Es wird eine Probemontage mit der Exzenterwelle und der Kniehebelplatte durchgeführt, um den Kooperationsspalt zwischen dem Lagersitz und der Exzenterwelle (unter Einhaltung der Toleranz H7/js6) und den Passungsgrad zwischen der Kniehebelplatte und dem Kniehebelplattensitz (Kontaktfläche ≥ 80 %) zu überprüfen.
Inbetriebnahmetest: 2 Stunden lang mit Nenndrehzahl am Brecher laufen lassen und dabei überwachen, ob die Schwingbacke stabil schwingt, ohne dass es zu abnormalen Vibrationen (Amplitude ≤ 0,1 mm) oder Geräuschen kommt.
Durch strenge Guss-, Bearbeitungs- und Qualitätskontrollen kann die Schwenkbacke ihre strukturelle Stabilität auch bei langfristig hohen Belastungen aufrechterhalten und hat eine Lebensdauer von 5–10 Jahren (abhängig von der Materialhärte und der Wartungshäufigkeit). Im praktischen Einsatz ist es notwendig, den Verschleiß des Lagersitzes und das Vorhandensein von Rissen in den Verstärkungsrippen regelmäßig zu überprüfen und rechtzeitig Wartungsarbeiten durchzuführen, um plötzliche Ausfälle zu vermeiden.
