Jeu d'engrenages coniques de précision pour équipement FLSmidth | Alliage 18CrNiMo7-6 | Classe DIN 5 rectifié

Faits marquants techniques : Pureté métallurgique, génération géométrique et mécanique de la fatigue

Dans le domaine de l'industrie lourde, et plus particulièrement dans les concasseurs giratoires et les réducteurs de broyeurs à rouleaux verticaux (VRM) de FLSmidth, le jeu d'engrenages coniques est l'élément de transmission le plus critique. Il fonctionne à l'intersection d'un couple élevé, d'un impact important et d'une température élevée. Contrairement aux engrenages standard "trempés à cœur" utilisés dans des applications plus légères, ces composants doivent résister à des contraintes de contact supérieures à 1500 MPa et à des contraintes de flexion qui briseraient des matériaux de moindre qualité.

Notre philosophie de production s'articule autour de trois piliers : Propreté des matériaux, Ingénierie de la profondeur des caset Le broyage topologique. Nous ne nous contentons pas de couper des dents, nous concevons une interface tribologique résistante à la fatigue, conçue pour survivre à plus de 100 000 heures de fonctionnement.

1. Architecture métallurgique : 18CrNiMo7-6 par rapport aux alliages standard

Alors que les spécifications anciennes préconisent souvent le 20CrMnTi, les applications modernes à couple élevé exigent la trempabilité et la ténacité supérieures du 20CrMnTi. 18CrNiMo7-6 (DIN 1.6587) ou 17CrNiMo6.

• Ténacité du noyau : Le principal mode de défaillance des engrenages de grand module soumis à des chocs est la "fatigue par flexion de la dent". La teneur élevée en nickel (1,4-1,7%) et en molybdène (0,25-0,35%) de notre alliage garantit que si la surface est dure comme du verre (HRC 60), le cœur reste ductile (environ HRC 38). Cela évite que la dent entière ne se brise lorsque le concasseur heurte de la ferraille impossible à écraser.
• Dégazage sous vide : Nous utilisons des lingots d'acier forgé dégazés sous vide (VD). Cela permet de minimiser la teneur en hydrogène (< 1,5 ppm) et les inclusions non métalliques (sulfures/oxydes). Les inclusions sont des facteurs d'augmentation des contraintes ; leur élimination prolonge considérablement la durée de vie de la fatigue par contact roulant du flanc de l'engrenage.

2. Physique de la cémentation et de la trempe

La création d'une surface résistante à l'usure sur un engrenage de grand diamètre (jusqu'à 2,5 m pour les biseaux) est un processus thermodynamique complexe.

• Carburage au gaz : Les engrenages sont soumis à une atmosphère riche en carbone à 930°C. Nous contrôlons le potentiel de carbone (Cp) selon des profils précis, garantissant une teneur en carbone en surface de 0,7-0,9%. Cela crée une profondeur de carter effective (ECD), généralement conçue pour être de 15-20% du module normal. Pour un engrenage de module 25, cela signifie une couche durcie de plus de 4 mm.
• Trempe à la presse : Les grands engrenages se déforment lorsqu'ils sont trempés. Nous utilisons des presses de trempe spécialisées qui serrent mécaniquement l'engrenage pendant qu'il est immergé dans l'huile. Cela limite la distorsion thermique et garantit que l'engrenage reste plat et rond, ce qui minimise la quantité de matériau à enlever pendant la phase de rectification (en préservant la profondeur de la carcasse).

3. Rectification topologique CNC : La "finition dure"

Le traitement thermique introduit inévitablement des déformations mineures. Pour obtenir Qualité DIN 5Le "Hard Finishing" est obligatoire.

• Correction du profil : Nous ne meulons pas une développante parfaite. Nous appliquons un "barrage" (couronnement) et une "décharge de pointe" au profil de la dent. Sous une charge importante, les dents de l'engrenage se déforment et se courbent. Sans ces corrections au micron près, la charge se concentrerait sur les bords des dents (Edge Loading), ce qui entraînerait une rupture immédiate. Notre rectification compense cette déflexion, en veillant à ce que la charge soit centrée sur le flanc de la dent à plein couple.
• Intégrité de la surface : Le processus de meulage utilise des meules CBN (nitrure de bore cubique) pour obtenir un état de surface de Ra ≤ 0,6μm. Cette finition ultra-lisse permet au film d'huile de lubrification élastohydrodynamique (EHL) de se former efficacement, en séparant les surfaces métalliques et en évitant les éraflures.

Plongée en profondeur : Modes de défaillance et diagnostics avancés

Comprendre pourquoi La clé pour prolonger la durée de vie de votre équipement FLSmidth réside dans l'élimination des défaillances des engrenages coniques. Il ne s'agit pas de simples défaillances mécaniques, mais d'événements complexes liés à la science des matériaux.

1. Brûlures de meulage (brûlures de trempe / brûlures de rétreint)

Il s'agit d'un tueur invisible dans les engrenages du marché secondaire.

• Le mécanisme : Si la meule est poussée trop fort ou si le flux de liquide de refroidissement est insuffisant pendant la fabrication, la chaleur de friction augmente momentanément la température de la surface au-dessus du point de trempe (ou même du point d'austénitisation).
• Les conséquences : Cela crée des zones molles localisées (brûlures de revenu) ou de la martensite non trempée cassante (brûlures de durcissement). Ces points s'écaillent ou se creusent au bout de quelques semaines d'utilisation.
• Notre garantie : Chaque matériel que nous expédions subit Essai de gravure au Nital (ISO 14104). Ce processus chimique révèle tout dommage thermique. Nous rejetons 100% d'engrenages présentant des brûlures de meulage.

2. Macropitting et écaillage

Souvent confondues avec l'usure, les piqûres sont une défaillance de fatigue sous la surface.

• Le mécanisme : Sous l'effet d'une contrainte de contact hertzienne cyclique, des microfissures apparaissent au niveau des inclusions situées sous le boîtier trempé. Ces fissures se propagent jusqu'à la surface, provoquant le détachement de morceaux de métal.
• La prévention : Notre utilisation du 18CrNiMo7-6 combiné avec le Grenaillage de précontrainte des racines dentaires soumet la surface à une contrainte de compression résiduelle. Cette couche de compression agit comme une barrière, empêchant l'apparition et la propagation des fissures.

3. Broyage de caisses

Une défaillance où la "coquille" durcie de la dent se fissure et s'effondre dans le noyau plus mou.

• La cause : Généralement causée par une profondeur de caisson insuffisante par rapport à la charge. Si le boîtier est trop mince, la contrainte de cisaillement maximale se produit à l'interface boîtier/noyau, ce qui entraîne une délamination.
• Solution d'ingénierie : Nous calculons l'ECD nécessaire en fonction du couple de sortie spécifique de votre entraînement FLSmidth, en veillant à ce que le pic de contrainte de cisaillement soit contenu en toute sécurité dans la zone trempée.

Conseils d'ingénieur : Installation, jeu et formes de contact

L'installation d'un jeu d'engrenages coniques en spirale est une procédure d'alignement de précision. Il s'agit de la tâche la plus exigeante sur le plan technique dans le cadre de la maintenance d'un concasseur.

Protocole 1 : L'impératif de la "distance de montage" (DM)

Les engrenages coniques sont fabriqués selon une distance de montage spécifique.

• La définition : La distance entre la face arrière du pignon (ou de l'engrenage) et l'axe central de l'arbre de croisement. Ce chiffre est gravé en permanence sur nos engrenages.
• La procédure : Vous ne pouvez pas simplement réutiliser les anciennes cales. Vous devez mesurer le carter et calculer l'épaisseur du nouveau paquet de cales pour qu'il corresponde exactement à la gravure du nouveau jeu d'engrenages. Une erreur de 0,1 mm à ce niveau modifiera le modèle de contact et ruinera l'engrenage.

Protocole 2 : Interprétation du schéma de contact

Les contrôles statiques au bleu de Prusse sont obligatoires avant l'exécution.

• L'objectif : À "vide" (contrôle statique), la zone de contact doit être légèrement orientée vers le "pied" (diamètre intérieur) et centrée verticalement sur le flanc. Elle doit couvrir environ 50% de la longueur de la dent.
• La physique : Pourquoi le pied ? Parce que sous charge, l'arbre du pignon se plie et les dents de l'engrenage se déforment, déplaçant le modèle de contact vers le "talon" (diamètre extérieur) et le centre. Si vous le réglez centré à vide, il roulera sur le talon à pleine charge, ce qui entraînera la rupture des coins.
• Documentation : Photographiez toujours le modèle avec une bande de référence pour la validation de la garantie.

Protocole 3 : La procédure de rodage

Vous ne pouvez pas passer immédiatement à la puissance 100%.

• L'effraction : Les engrenages nouvellement rectifiés présentent encore des aspérités microscopiques. Une période de rodage permet de les lisser (polir) plutôt que de les érafler.
• Le calendrier : Faire fonctionner à une charge de 50% pendant les 8 premières heures, puis à 75% pendant 24 heures. Surveiller la pression différentielle du filtre à huile. Une augmentation rapide de la pression du filtre indique la présence d'éraflures - arrêtez immédiatement. Vidangez l'huile après les 200 premières heures pour éliminer les particules de rodage.

Applications et compatibilité avec FLSmidth

Nos trains d'engrenages coniques sont conçus pour remplacer directement les trains d'entraînement critiques des équipements de traitement des minéraux de FLSmidth.

1. Concasseurs giratoires (coque supérieure et coque inférieure)

L'étage de réduction primaire. Nos engrenages sont conçus pour résister aux chocs provoqués par le déversement de camions de 300 tonnes.

• Modèles compatibles : FLSmidth (Fuller-Traylor) Série KB, Série TSU.
• Focus : Grande résistance aux chocs et à la racine.

2. Broyeurs à cylindres verticaux (VRM)

L'étage conique du réducteur principal (boîte de vitesses).

• Modèles compatibles : Broyeurs à charbon ATOX, broyeurs à ciment OK.
• Focus : Extrême précision (DIN 5) pour un fonctionnement à grande vitesse et à faibles vibrations afin de protéger les étages planétaires en aval.

Assurance qualité : Au-delà des contrôles dimensionnels

Nous fournissons un "certificat de naissance" complet pour chaque jeu d'engrenages, ce qui garantit Pièces détachées FLSmidth l'équivalence ou la supériorité.

• Certificat de matériau (EN 10204 3.1) : Vérification de la composition chimique et de la trempabilité.
• Tableaux de traitement thermique : Graphiques temps-température des cycles de cémentation et de revenu.
• Rapport sur les engrenages CMM : Graphiques détaillés des écarts de profil (Fα), d'hélice (Fβ) et de pas (Fp) démontrant la conformité à la classe de qualité DIN.
• Rapport sur la gravure Nital : Preuve photographique que le processus de broyage n'a pas brûlé la surface.
• Ruban à motif de contact : Une levée de bande physique du motif d'accouplement sur le banc d'essai.

Pourquoi choisir nos engrenages carburés ?

Dans l'industrie lourde, le coût de l'engrenage est insignifiant par rapport au coût du temps d'arrêt pour le remplacer. Un engrenage bon marché, trempé par induction, peut durer deux ans. Notre Carburé et rectifié 18CrNiMo7-6 est conçu pour durer plus de 10 ans.

• Densité de puissance : Nos engrenages peuvent transmettre 30% de couple en plus que les engrenages standard en 20CrMnTi de la même taille.
• Réduction du bruit : La rectification de précision réduit le bruit de fonctionnement de 4 à 6 dB(A), ce qui est un indicateur clair d'un bon engrènement.
• Efficacité : La micro-géométrie optimisée réduit les pertes par frottement, ce qui contribue à abaisser la température de l'huile et à augmenter l'efficacité du système.

Ne compromettez pas la disponibilité de votre usine. Contactez dès aujourd'hui notre équipe d'ingénierie de transmission pour discuter de vos besoins spécifiques en matière de modèles et examiner nos dessins techniques.