축 하중 지지: 분쇄 중 발생하는 수직 하중(최대 수만 킬로뉴턴)을 지지하고 이를 상부 프레임이나 조정 링으로 전달하여 이동 콘이 수직 위치를 유지하도록 보장합니다.
회전 안내: 움직이는 원뿔의 편심 회전을 위한 중심점 역할을 하여 측면 변위를 최소화하면서 원활한 진동(진폭 5~20mm)을 허용합니다.
마모 감소: 상부 베어링이나 소켓과 접촉하는 단단하고 마찰이 적은 표면을 제공하여 지속적인 움직임으로 인한 마모를 줄입니다.
정렬 유지 관리: 이동 원뿔이 오목한 부분(고정 원뿔)과 동심원을 유지하도록 하여 압착 간격의 정확도를 유지하고 두 구성 요소의 불균일한 마모를 방지합니다.
볼 헤드: 크러셔 크기에 따라 반경 50mm에서 300mm까지의 반구형 또는 구형 팁입니다. 고탄소 크롬 베어링강(예: GCr15) 또는 합금강(42CrMo)으로 제작되며, 표면은 경화 처리(HRC 58–62)되어 있습니다.
샤프트 넥: 볼 헤드와 움직이는 콘 본체를 연결하는 원통형 또는 테이퍼형 부분으로, 직경은 볼 헤드 반지름의 1.5~2배입니다. 구조적 안정성을 위해 볼 헤드와 일체형으로 제작되는 경우가 많습니다.
전환 필렛: 볼 헤드와 샤프트 넥 사이에 둥근 모서리(반경 10~30mm)를 두어 반복 하중 하에서 응력 집중을 줄이고 피로 균열을 방지하도록 설계되었습니다.
윤활 홈: 볼 헤드 바닥 근처에 있는 원주형 홈으로, 윤활유(그리스 또는 오일)를 유지하여 헤드 볼과 상부 베어링 사이에 연속적인 막을 형성합니다. 홈의 깊이는 2~5mm, 너비는 5~10mm입니다.
장착 나사산/키웨이: 헤드 볼을 움직이는 원뿔에 고정하기 위한 샤프트 넥의 옵션 기능으로, 나사산(6g 등급) 또는 키웨이(ISO 4156)를 통해 토크 전달이 용이합니다.
경화층: 탄화 또는 유도 경화를 통해 볼 헤드 표면에 2~5mm 깊이의 표면 경화층을 형성하여 내마모성(표면 HRC 58~62)과 핵심 인성(HRC 25~35)의 균형을 맞춥니다.
재료 선택: 고탄소 크롬 베어링강(GCr15)은 우수한 내마모성과 피로 수명을 가지고 있어 선호됩니다. 화학 조성: C 0.95~1.05%, 크 1.3~1.65%, 민 ≤0.4%, 시 ≤0.35%.
빌렛 준비: 강철 괴철을 무게(10~50kg)에 맞게 절단한 후 연속로에서 1100~1200°C로 가열하여 균일한 온도 분포를 보장합니다.
혼란과 형성: 가열된 빌릿을 업세팅하여 높이를 줄이고 직경을 늘린 후, 폐쇄형 단조를 통해 대략 구형의 프리폼으로 단조합니다. 이 공정을 통해 결정립 구조가 미세화되고 금속 흐름이 부품의 응력 방향에 맞춰집니다.
마무리 단조: 프리폼을 1050~1100°C로 재가열하고 최종 모양으로 단조하며, 볼 헤드와 샤프트 넥은 단일 작업으로 형성되어 치수 정확도(±1mm)를 보장합니다.
재료 선택: 인장강도 ≥600 엠파, 충격인성 ≥30 J/센티미터²의 합금주조강(ZG42CrMo)을 사용합니다.
인베스트먼트 캐스팅: 복잡한 형상의 경우, 왁스 패턴을 사용하여 세라믹 몰드를 제작합니다. 1520~1560°C의 용융강을 몰드에 주입하여 최소한의 가공으로 거의 완벽한 형상의 부품을 생산합니다.
거친 가공:
단조 또는 주조된 블랭크를 CNC 선반에 장착하여 샤프트 넥, 전환 필렛, 예비 볼 헤드 모양을 가공하여 1~2mm의 마무리 여유를 남깁니다.
열처리:
담금질 및 템퍼링: GCr15의 경우, 블랭크를 830~860°C로 가열하고, 오일로 담금질한 후 150~200°C에서 템퍼링하여 코어 경도 HRC 25~35를 달성합니다.
표면 경화: 볼 헤드는 표면을 850~900°C로 가열하기 위해 유도 경화(주파수 10~50kHz)를 거친 후 물로 담금질하여 HRC 58~62의 경화층(깊이 2~5mm)을 형성합니다.
정밀 가공:
볼 헤드 연삭: CNC 구형 연삭기로 볼 헤드를 가공하여 라0.1–0.4 μm의 표면 거칠기와 구면 허용 오차(≤0.01 mm)를 달성하여 상부 베어링과의 적절한 맞춤을 보장합니다.
샤프트 넥 마감: 샤프트 넥은 원통형 허용 오차 IT6로 연마되었으며, 표면 거칠기는 라0.8μm로 이동 원뿔에 안전하게 장착할 수 있습니다.
홈 가공: 윤활 홈은 샤프트 목에 밀링 가공되거나 가공되어 정확한 깊이와 너비로 윤활제 유지를 최적화합니다.
표면 처리:
볼 헤드 표면은 마찰을 줄이기 위해 광택 처리되었으며, 경화되지 않은 부분은 부식을 방지하기 위해 방청 오일이나 페인트로 코팅되었습니다.
재료 테스트:
화학 성분 분석(분광법)을 통해 GCr15 또는 ZG42CrMo 표준을 준수하는지 확인합니다.
금속조직 검사는 경화층의 결정립 크기(≤6 ASTM)와 탄화물 분포를 점검합니다.
치수 정확도 검사:
좌표 측정기(CMM)는 볼 헤드의 구면 반경, 샤프트 넥 직경, 전환 필렛을 검사하여 중요한 특징에 대한 허용 오차가 ±0.01mm 이내인지 확인합니다.
진원도 시험기는 샤프트 넥의 원통도(≤0.005mm)와 볼 헤드의 구형도(≤0.01mm)를 검증합니다.
기계적 성질 시험:
경도 시험(록웰 경도 시험)은 표면 경도(HRC 58~62)와 핵심 경도(HRC 25~35)를 확인합니다.
샘플에 대한 압축 시험을 통해 정격 하중의 150% 이하에서 소성 변형이 없고 압축 강도가 ≥2000 MPa임을 보장합니다.
비파괴 검사(비파괴검사):
초음파 검사(유타)는 단조품의 내부 결함을 감지하고 균열이나 이물질이 1mm 이내이면 모두 제거합니다.
자기 입자 검사(엠피티)는 전이 필렛과 볼 헤드 표면에 미세 균열이 있는지 검사하며, 선형 결함이 0.2mm 미만이면 불합격으로 처리합니다.
성능 검증:
마모 테스트: 핀-온-디스크 테스트는 상부 베어링과의 접촉을 시뮬레이션하며, 10⁴ 사이클 후 ≤0.1mg의 중량 감소가 필요합니다.
피로 시험: 해당 구성요소는 항복 강도의 80%에서 반복적 하중(10⁶ 사이클)을 받지만 눈에 띄는 균열이나 변형은 없습니다.
