ШЛИФОВАЛЬНО-ПОЛИРОВАЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО КАМНЮ

Источник: Современные технологии в машиностроении: Сб. научных статей. Харьков- НТУ, 2006. Том 2.

ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КАМНЯ
     Блоки камня, полученные на карьере, поступают на камнеобрабатывающие предприятия для переработки на облицовочные изделия. Процесс, в результате которого камню придают требуемую форму, размер и фактуру лицевой поверхности, включает ряд олериций, выполняемых в строгой последовательности разнообразными камнеобрабатывающими станками. На современных предриятиях камень обрабатывают почти исключительно механизированным способом. В зависимости от характера используемого инструмента различают два вида обработки: резанием и скалыванием. Каждый из этих видов в свою очередь делится на две стадии: обработку, задачей которой является придание камню формы выпускаемого изделия, и обработку фактурную, имеющую целью выявить декоративные качества самого камня. Для этого лицевой поверхности изделия придают заданную степень шероховатости или зеркальный блеск.Форма изделия при этом остаётся неизменной.Обработка резанием- наиболее современный процесс обработки камня. Этот способ позволяет получить высокую производительность, даёт меньше отходов и в наибольшей степени допускает автоматизацию. В зависимости от твёрдости камня используют стальные и твёрдосплавные резцы или алмазный и карборундовый инструменты специальной конструкции. Станки, на которых используют эти инструменты, обычно массивные, предназначенные для точной работы современным инструментом, весьма чувствительным к отклонению от заданного резания.Обработка скалыванием - также широко используемый способ, однако в большинстве случаев он сопряжен с постоянным участием оператора и поэтому более трудоёмок.Операции обработки камня скалыванием до последнего времени не полностью механизированы и автоматизированы.Придание камню требуемой формы независимо от принятого способа выполняют в две стадии:во время первой изделию придают форму грубо приближающуюся к заданной; в течение второй изделие получает окончательную форму в соответствии с проектом.Такое разделение операций позволяет резко повысить производительность оборудования, дифференцируя его работу: каждую операцию выполняют специализироваными станками.Парк камнеобрабатывающих станков отличается большим разнообразием, которое вызвано, с одной стороны, широкой номенклатурой изделий, выпускаемых предприятием, а с другой - спецификой приёмов обработки камня различной степени трудности и структуры.Значительно реже вносят коренные изменения в тахнологию обработки, радикально меняющие установившиеся представления.Так, например, введение в камнеобработку алмазного инструмента оказало большое влияние на конструкцию распиловочных станков, потребовав изменить скорости резания, подачи, траекторию движения, систему охлаждения инструмента и т.д.Внедрение конвеера в процесс шлифования и полированиявызвало необходимость тщательной обработки последовательности смены инструмента и введения твйрдых полировальников,использование термогазоструйного способа обработки твёрдых пород, сохранив принцип скалывания (на современно новой основе), привело к радикальному изменмнию применяемого инструмента и поставило вопрос о необходимости снижения уровня шума.Процесс обработки камня резанием полностью автоматизирован. Станки снабжены сложной следящей аппаратурой, реагирующей на отклонение от установленного режима обработки. Обработка камня резанием включает три последовательно выполняемые функции: приближенную, точную, фактурную обработки.

ФАКТУРНАЯ ОБРАБОТКА ОБЛИЦОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КАМНЯ
     Выбор фактуры камня, т.е. характера обработки его лицевой поверхности, имеет большое значение с декоративной точки зрения. Правильный выбор фактуры камня способствует повышению эстетической ценности отделки и в то же время выбор фактуры во многом определяет сопротивление облицовки воздействующим на неё агрессивным факторам. Применение той или иной фактуры позволяет в известной степени влиять на цветовые параметры камня: приглушать его основной цвет или гасить его рисунок. Камни, лишенные цвета, могут приобрести высокие декоративные качества путём создания на их поверхности глубокого рельефа, подчеркиваемого светотенью. К фактурной обработке камня предъявляют следующие основные требования:1) предельно полное раскрытие декоративных возможностей камня;2) возможность применения индустриальных способов обработки;3) наибольшая экономичность.
     Цвет камня характеризуется его цветовым тоном и насыщенностью. С этой точки зрения камень может быть разделен на одноцветные (песчаники, белый мрамор и др.) и многоцветные разновидности. Как одноцветные, так и многоцветные камни дополнительно разделяются на хромотические (цветные) и ахромотические (чёрно-белые). Другим параметром цвета камня является светлота, изменяемая процентами содержания белого цвета.

АБРАЗИВНЫЕ ФАКТУРЫ
     Шлифование поверхности камня, в процессе которого зернистость используемого шлифующего инструмента постепенно уменьшается, позволяет получить высокую степень её гладкости, вплоть до зеркального состояния. В зависимости от этапа, на котором остановлен процесс шлифования, может быть получена поверхность с заданной степенью шероховатости. В практике фактурной обработки камня приняты наиболее часто используемые в строительстве три ступени чистоты абразивной обработки:
а) шлифованная, характеризующаяся повышенным светорассеянием, имеющая следы инструмента;
б) лощёная, представляющая собой последнюю грань шлиования. Следы инструмента на ней отсутствуют.Поверхность имеет слабый блеск;
в) полированная, являющаяся конечной операцией обработки и характеризующаяся зеркальным блеском.
     Все три вида абразивных фактур могут быть получены на одном и том же оборудовании - шлифовально-полировальных станках. Исключением является шлифовальная фактура с рельефом 0,2-0,5 мм, т.к. её можно получить при распиловке камня ленточными или дисковыми алмазными инструментами.

МЕТОДЫ ШЛИФОВАНИЯ КАМНЯ
     В камнеобработке большое распространение получил принцип упругого шлифования и это не случайно, так как этот принцип даёт возможность при шлифовании поверхностей с неравномерными припусками получить лучшие условия резания, поддерживать постоянными условия работы абразивных зёрен и т.д.
     Для получения лицевой поверхности камня заданной фактуры (шероховатости) шлифовку выполняют в несколько стадий, используя инструмент с последовательно уменьшающейся крупностью зерен. При этом задачей каждой стадии шлифовки является преобразование прежнего (более грубого) микрорельефа поверхности в новый путём использования соответствующего инструмента. В результате воздействия шлифующих зерен на обрабатываемую поверхность наносится огромное число микроцарапин, формирующих микропрофиль. Переход от исходной к установившейся шероховатости можно условно представить смещением в одну плоскость зерен контура шлифовального круга, проходящего через определенный участок обрабатываемой поверхности за время её контакта с кругом.Установившаяся шероховатость шлифованной поверхности камня, зависищая от характеристики инструмента, режимов обработки, физико-механических свойств камня и жёсткости системы СПИД, обычно формируется после многократных проходов инструмента по обрабатываемой поверхности.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
     В настоящее время нет единой терминологии, применяемой в камнеобработке, поэтому мы воспользуемся основными обозначениями, применяемыми в области резания металлов.
     В процессе резания камень и инструмент взаимно перемещаются. При этом различают главные и вспомагательные рабочие движения. Первое из них определяет скорость отделения материала , а второе обеспечивает непрерывность врезания режущего инструмента в новые слои камня. Главные и вспомагательные рабочие движения определяют траекторию относительного рабочего движения.
     В понятие режима резания входят следующие элементы:
- скорость резания (главное движение) - v;
-подача (вспомагательное движение) - s;
- глубина резания - t.
     Скорость резания - путь перемещения в единицу времени режущей кромки инструмента относительно поверхности обрабатываемого камня.
     Подача - величина перемещения режущей кромки инструмента и направления вспомагательного движения. Различают следующие виды подач:
-подача на один зуб Sz - величина относительного перемещения камня при повороте инструмента на один угловой шаг;
- подача на один оборот инструмента So=Sz*Z;
-минутная подача, характеризующая производительность процесса, Sм=So*n=Sz*z*n, мм/мин; где n - число оборотов инструмента, об/мин;
z - число зубьев инструмента.
      Глубина резания t - величина срезаемого слоя камня, измеренная перпендикулярно к обрабатываемой поверхности.
     При расчётах часто встречаются следующие элементы:
- ширина среза в=t/sin g - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания;
- толщина среза а=s*sing - расстояние, измеренное в направлении, перпендикулярном к ширине среза, где g - главный угол резца в плане;
- поперечное сечение среза f=a*b=s*t.
     Для практических расчетов очень удобно пользоваться приведенными средними значениями сечения среза, которые определяются следующим образом. Объём снятого камня в единицу времени: Q=Sм*t*b=60000*v*aпр*b, откуда fср=апр*b=Sм*t*b/60000*v; fср=fср/z.

ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ КАМНЯ
     В камнеобработке в основном применяется плоское шлифование торцем круга и изредка -плоское шлифование переферией круга. В последнее время проводятся работы по применению ленточного шлифования, где элементы режимов резания и сечение среза аналогичны дисковой распиловке.
     В этом случае работа шлифовального круга также аналогична работе алмазного круга при дисковой распиловке лишь с той разницей, что угол контакта = 180 градусов, при этом резание против подачи происходит при g, равном до 90 градусов,а при g от 90 градусов до 180 градусов происходит резание по подаче.
     Для получения нужной чистоты поверзности шлифовальный круг помимо главного v и вспомагательного Sм движений получает различные добавочные колебательные движения. При шлифовании используется также планетарное движение шлифовального круга (рис. 2 в). Сложная траектория единичного зерна при планетарном шлифовании слагается из вращения феррасы с одновременным поступательным движением, при этом шлифовальные круги вращаются вокруг своих осей. Это сложное движение по своему характеру приближается к эпициклоиде (эпитрахоид). В параметрическом виде уравнение траектории зерна будет иметь вид:
x=l*cosg-ro*cos(i+1)*g,
y=l*sing-ro*sin(i-1)*g,где
l=R+r,ro=j*r, j>1, i=R/r.

Литература