Was sind Brecherschmiedestücke?

Brecher-Schmiedeteile sind hochfeste, verschleißfeste Metallkomponenten, die durch Schmiedeverfahren speziell für den Einsatz in Zerkleinerungs-, Aushub- und Zerkleinerungsmaschinen hergestellt werden im Bergbau, in Steinbrüchen, in der Metallurgie und in der Zuschlagstoffproduktion. Dazu gehören die strukturellen und schlagtragenden Teile von Backenbrechern, Kegelbrechern, Prallbrechern, Hammerbrechern und Kreiselbrechern – Komponenten wie Exzenterwellen, Hauptwellen, Kniehebelplatten, Lenkstockhebel, Brecherbacken und Lagergehäuse. Da diese Teile ständig starker Stoßbelastung, extremen Druckkräften und abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, ist der Schmiedeprozess – der den Kornfluss an die Teilegeometrie anpasst und die innere Porosität von Gussteilen beseitigt – die Herstellungsmethode, die die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bietet, die diese Anwendungen erfordern.

Schlüsselkomponenten werden als Brecherschmiedeteile hergestellt

Mehrere kritische Teile in Brechanlagen werden routinemäßig als Schmiedeteile hergestellt, um die erforderliche Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zu erreichen:

Exzentrische Wellen und Hauptwellen

Die Exzenterwelle ist das Herzstück eines Backen- oder Kegelbrechers – sie wandelt die Drehbewegung in eine hin- und hergehende Brechwirkung um. Diese Komponente erlebt kombinierte Biege-, Torsions- und Stoßbelastungen bei jedem Zerkleinerungszyklus, der sich im Laufe der Lebensdauer der Maschine millionenfach wiederholt. Eine geschmiedete Exzenterwelle aus legiertem Stahl bietet die Ermüdungsfestigkeit und Schlagzähigkeit, die eine Gusswelle unter diesen anhaltenden zyklischen Belastungen nicht zuverlässig bieten kann. Hauptwellen in Kegelbrechern tragen die volle Brechkraft, die vom Mantel über die Welle auf den Rahmen übertragen wird – was ein Schmieden ohne innere Mängel erfordert, die Ermüdungsrisse an den stark beanspruchten Querschnittsänderungen auslösen könnten.

Lenkstockhebel und Kipphebelplatten

Der Lenkstockhebel in einem Backenbrecher überträgt die Bewegung der Exzenterwelle auf die bewegliche Backe. Es handelt sich um ein großes Schmiedestück mit komplexer Geometrie, das in großen Primärbrechern dynamischen Belastungen von mehreren hundert Tonnen standhalten muss. Geschmiedete Lenkstockhebel sind deutlich stärker als geschweißte Konstruktionen gleicher Größe, da durch das Schmieden wärmebeeinflusste Schweißzonen vermieden werden und ein kontinuierlicher Kornfluss um Spannungskonzentrationspunkte wie Gleitlagerbohrungen und Abschnittsübergänge gewährleistet wird. Kniehebelplatten dienen als Opfersicherheitselement – ​​sie sind so konzipiert, dass sie vor dem Rahmen nachgeben – und müssen nach präzisen mechanischen Eigenschaften geschmiedet werden, damit sie bei der richtigen Belastung brechen und nicht zu früh oder zu spät.

Lagergehäuse und Rahmenkomponenten

Lagergehäuse in Primärbrechern stützen die Exzenterwelle durch kontinuierliche Stoßbelastung. Geschmiedete Gehäuse bieten im Vergleich zu Gussteilen eine überlegene Dimensionsstabilität – sie behalten ihre Bohrungsgeometrie unter anhaltender Belastung zuverlässiger bei, was für die Aufrechterhaltung des korrekten Lagersitzes und die Verhinderung eines vorzeitigen Lagerausfalls aufgrund von Bohrungsverformung von entscheidender Bedeutung ist.

Rotorscheiben und Schlagleisten für Hammerbrecher

Bei Hammer- und Prallbrechern werden die Rotorscheiben, die die Hammerstifte tragen, und die Hammerkörper selbst als Schmiedeteile hergestellt, bei denen höchste Schlagfestigkeit erforderlich ist. Durch den Schmiedeprozess entsteht eine verfeinerte Kornstruktur, die die Aufprallenergie ohne Sprödbruch absorbiert – entscheidend bei Anwendungen, bei denen einzelne Hammerschläge Energie von mehreren tausend Joule liefern können.

Warum Schmiedeteile in Brecheranwendungen Gussteile übertreffen

Die Wahl zwischen Schmieden und Gießen für Brecherkomponenten hängt von den spezifischen Belastungsbedingungen ab, denen diese Teile standhalten müssen. Brecher legen Belastungsprofile fest, die die grundlegenden Schwächen von Gussteilen aufdecken:

Materialien, die in Brecherschmiedeteilen verwendet werden

Brecher-Schmiedeteile sind produced from wear-resistant alloy steels specifically selected to provide the correct balance of hardness, toughness, and thermal stability for each application:

• Legierte Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (z. B. 42CrMo4, 4140): das Arbeitsmaterial für Brecherwellen, Lenkstockhebel und Kniehebelplatten – nach der Abschreck- und Anlasswärmebehandlung beträgt die Zugfestigkeit 900–1.100 MPa Mit Charpy-Schlagzähigkeit sind Werte über 60 J erreichbar, was die für dynamische Belastung erforderliche Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit bietet
• Chromstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt: Für Anwendungen, bei denen Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit die Hauptanforderungen sind, bieten auf 55–62 HRC wärmebehandelte Chromstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt die erforderliche Abriebfestigkeit an den Kontaktflächen von Lagerzapfen und Nockenflächen
• Stähle aus Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen: Für die größten und am höchsten belasteten Komponenten in Primärbrechern – sehr große Exzenterwellen und Hauptwellen, bei denen die Querschnittsdicke die Eindringtiefe der Wärmebehandlung begrenzt – bieten Ni-Cr-Mo-Sorten Härtbarkeit über dicke Abschnitte hinweg und gewährleisten so konsistente mechanische Eigenschaften über den gesamten Querschnitt des Schmiedestücks
• Verschleißfeste legierte Stähle mit erhöhtem Mn-Si-Gehalt: für Hammerkörper und Schlagleisten von Prallbrechern, bei denen sowohl Anfangshärte als auch Kaltverfestigungsvermögen unter Schlag erforderlich sind

Herstellungsprozess: Vom Billet bis zum fertigen Schmiedestück

Die Herstellung von Brechschmiedestücken erfolgt nach einem kontrollierten Ablauf, der die innere Kornstruktur und die mechanischen Eigenschaften optimiert:

1. Stahlauswahl und Barrenvorbereitung: Legierte Stahlsorten werden gemäß der Komponentenspezifikation ausgewählt. Bei kritischen großen Schmiedestücken minimieren vakuumlichtbogenumgeschmolzene (VAR) oder elektroschlackeumgeschmolzene (ESR) Barren nichtmetallische Einschlüsse und Entmischungen, die zu Ermüdungsrissen führen würden
2. Knüppelerwärmung: Der Stahlbarren wird in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre auf den Schmiedetemperaturbereich (typischerweise 1.100–1.250 °C für legierten Stahl) erhitzt, um eine übermäßige Zunderbildung zu verhindern und eine gleichmäßige Plastizität im gesamten Abschnitt sicherzustellen
3. Warmschmieden: Der Barren wird unter einer hydraulischen Presse oder einem Hammer mit kontrollierten Reduzierungen in jeder Phase geformt – jede Reduzierung verfeinert die Korngröße und richtet den Kornfluss an der Teilegeometrie aus, wodurch jegliche verbleibende Porosität des ursprünglichen Barrens geschlossen wird
4. Kontrolliertes Abkühlen und Normalisieren: Das Schmiedestück wird unter kontrollierten Bedingungen abgekühlt, um Schmiedespannungen abzubauen und vor der abschließenden Wärmebehandlung eine gleichmäßige Mikrostruktur zu schaffen
5. Wärmebehandlung durch Abschrecken und Anlassen: Das Schmiedestück wird austenitisiert, abgeschreckt (je nach Abschnittsgröße und Legierung in Öl, Wasser oder Polymerabschreckmittel) und dann bei der Temperatur angelassen, die zum Erreichen des angegebenen Härte- und Zähigkeitsgleichgewichts erforderlich ist. Dieser Schritt ist entscheidend und wird unter präziser Zeit-Temperatur-Kontrolle durchgeführt
6. Zerstörungsfreie Prüfung (NDT): Ultraschallprüfung (UT) überprüft die Freiheit von inneren Mängeln; Die Magnetpulverinspektion (MPI) bestätigt die Oberflächen- und oberflächennahe Integrität; Die Härteprüfung an mehreren Punkten überprüft die Gleichmäßigkeit der Wärmebehandlung
7. Grob- und Fertigbearbeitung: CNC-Bearbeitung mit endgültigen Maßtoleranzen, wobei die Oberflächengüte wie angegeben erreicht wird – Lagerzapfen erfordern typischerweise Ra 0,8 µm oder besser

Leistungsvorteile im Brecherbetrieb

Die spezifischen Vorteile, die Brechschmiedeteile im Betrieb bieten, führen direkt zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten für den Anlagenbetreiber:

• Erweiterte Serviceintervalle: Geschmiedete Wellen und Strukturbauteile in Primärbrechern erreichen regelmäßig Standzeiten von 5 bis 15 Jahre vor dem Austausch – im Vergleich zu 1 bis 3 Jahren für gleichwertige Gusskomponenten in derselben Anwendung
• Reduzierte ungeplante Ausfallzeiten: Das Fehlen interner Fehler bei hochwertigen Schmiedestücken bedeutet, dass der Ausfall eher schleichend und vorhersehbar als plötzlich erfolgt – die Rissausbreitung erfolgt in verfeinerten Mikrostrukturen langsamer, sodass Wartungsprogramme Zeit haben, sich entwickelnde Ermüdungserscheinungen zu erkennen, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt
• Leistungsstabilität bei hohen Temperaturen: Schmiedestücke behalten ihre mechanischen Eigenschaften auch bei den erhöhten Temperaturen, die beim Zerkleinern und der metallurgischen Verarbeitung mit hohem Durchsatz entstehen – die Legierungszusammensetzungen und Wärmebehandlungsparameter werden speziell ausgewählt, um Härte und Festigkeit bei Betriebstemperaturen beizubehalten, die minderwertige Materialien erweichen
• Gleichbleibende Maßhaltigkeit: Geschmiedete Komponenten behalten ihre Form unter Dauerlast zuverlässiger als Gussteile und behalten während der gesamten Lebensdauer das korrekte Lagerspiel und die korrekte Ausrichtung bei – wodurch die Gesamteffizienz der Maschine erhalten bleibt und der Verschleiß sekundärer Komponenten reduziert wird