|
ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО КАМНЯ.
Эффективность применения природного камня в строительстве достигается при всестороннем учете условий его эксплуатации в зданиях и сооружениях. Природный облицовочный камень применяется для наружной и внутренней облицовки.
Наружная облицовка. В наиболее сложных условиях эксплуатации находится камень, применяемый для наружной облицовки. Поэтому при выборе камня для наружной отделки определяющим требованием является его долговечность.
Для отделки цоколя, стилобата, колонн, пилонов, порталов, лестниц, подпорных стенок, ограждений, фонтанов и декоративных бассейнов, набережных, мостовых устоев применяются архитектурно-строительные изделия и облицовочные плиты из прочных пород – гранита, сиенита, габбро, лабрадорита, диорита, базальта и кварцита и других. Отделка стен и пилястров фасадов производится в основном облицовочными плитами известняка и туфа. На ряде уникальных зданий и сооружении для этих целей применяются прочные горные породы, мрамор, травертин. Однако следует отметить, что мрамор и травертин в наружной отделке в районах с минусовой температурой и в связи с относительной загазованностью атмосферы довольно неустойчивы – через 10-15 лет полировка на лицевой поверхности исчезает, на изделиях из мрамора образуются каверны и трещины, травертин в зонах раковин разрушается.
Внутренняя облицовка. Условия эксплуатации камня во внутренней отделке в связи с относительно постоянным температурным и влажностным режимом благоприятны. Поэтому для внутренней отделки зданий и сооружений применяются все виды природного облицовочного камня. Основным изделием для внутренней отделки являются облицовочные плиты.
Монументы и памятники. Для сооружения монументов и памятников применяются архитектурно-строительные изделия: крупные обработанные блоки, цокольные плиты, парапетные камни, карнизы, ступени, проступи, другие изделия и облицовочные плиты из прочных горных пород, обладающих высокими декоративными качествами. Мемориальные доски изготовляются из облицовочных плит прочных пород и мрамора.
Детали машин из природного камня. Камнеобрабатывающими предприятиями детали машин (технические изделия) из природного камня выпускаются в виде заготовок установленных размеров и формы. Основной номенклатурой заготовок деталей машин из природного камня являются: валы для бумажной промышленности, катки и поды для бегунов керамической, цементной, фарфоро-фаянсовой, электротехнической промышленности, заготовки станин прецезионных станков и установок, детали травиальных ванн металлургической промышленности, вальцы пищевой и лакокрасочной промышленности, жернова для пищевой промышленности.
Заготовки гранитных рубашек валов и вальцев, работающих при скорости до 700 м/мин должны изготовляться из свежего невыветрелого мелкозернистого и среднезернистого гранита для валов, и только мелкозернистого — при скорости свыше 700 м/мин. К камню предъявляется ряд требований геолого-структурного порядка. Так, в граните не допускается вкрапление крупных зерен полевого шпата в виде пятен диаметром более 15 мм, наличие кварцевых и других жил, секущих гранит шириной более 5 мм на расстоянии ближе 0,5 м от торцов вала, а также темные полоски, сложенные другими минералами, шириной более 20 мм любого направления, даже если они не нарушают структуру и прочность камня, но отличаются от цвета рубашки вала. К граниту предъявляется ряд требований по физико-механическим свойствам, которые в зависимости от типоразмеров заготовок рубашек делятся на две группы. К первой группе относятся заготовки диаметром свыше 300 мм и длиной бочки более 1500 мм, а также заготовки всех типоразмеров, поставляемых на экспорт. К второй группе относятся все остальные заготовки гранитных рубашек.
По своим прочностным свойствам камень, идущий на заготовки валов первой группы, должен иметь средние пределы прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии не ниже 145 МПа, а водонасыщенном состоянии – не менее 100 МПа, причем расхождения отдельных результатов испытаний не должны быть более 20%. Средний предел прочности при изгибе должен быть не менее 27,5 МПа, а расхождение отдельных результатов испытаний не должно превышать 5%.
Гранит, используемый для изготовления заготовок рубашек, относящихся ко второй группе, должен иметь предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии не менее 120 МПа, а в водонасыщенном состоянии – не ниже 90 МПа с расхождением отдельных результатов испытаний не превышающим 20 %.
Заготовки валов, вальцев, станин в дальнейшем обрабатываются на машиностроительных заводах, на которых деталям придается высокая чистота обработки и точность плоскостей поверхности.
Поверхность всех заготовок, изготовляемых из гранитов, должна соответствовать термоструйной фактуре обработки.
СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНОГО КАМНЯ.
Технологический процесс, в результате которого камню придают требуемую форму, размер и фактуру лицевой поверхности, состоит из ряда операций, которые на предприятиях в настоящее время выполняются почти полностью механизированным способом.
Современный технический прогресс позволил камнеобрабатывающей промышленности применять для обработки камня различные методы разрушения горных пород, которые подразделяются на два вида: механические и физико-технические.
Механические методы обработки камня, такие, как скалывание, резание и ударное разрушение, до настоящего времени являются наиболее распространенными. Скалывание применяется для получения строительных изделий с фактурой «Скалы» и производится, как правило, вручную с помощью набора клиньев. При этом используются анизотропные и хрупкие свойства камня. В последнее время в практику все шире внедряются колочные станки относительно простой конструкции, имеющие два стальных ножа, армированных твердосплавным инструментом, приводимых в движение гидравлическими цилиндрами.
При обработке камня методом скалывания достигается несколько видов фактурной обработки, которые подразделяются на следующие группы:
фактура рельефной и плоской «Скалы»; первая получается путем скалывания по периметру лицевой поверхности камня закольником и молотком. В процессе обкалывания камню можно придать рельеф различной глубины. При расколе камня на колочном станке может быть получена менее рельефная фактура «плоской скалы». Рельеф фактуры «Скала» имеет высоту от 50 мм и более;
бугристая фактура, характеризующаяся наличием на лицевой поверхности равномерно распределенных бугров и впадин, получаемых от обработки скалывающими инструментами. Эта фактура подразделяется на мелкобугристую с высотой рельефа 3 - 7 мм и крупнобугристую с высотой рельефа 7 - 15мм. Бугристую фактуру получают путем раскалывания камня на колочных станках или обработкой камня шпунтом и узкой скарпелью;
рифленая фактура характеризуется наличием параллельных борозд с высотой рельефа от 0,5 до 3 мм и достигается путем обработки распила пород средней твердости троянкой. Рифленая фактура может быть достигнута путем обработки камня на строгальных станках с помощью гребенчатого резца.
Резание – это наиболее современный способ обработки камня. Самое широкое распространение в настоящее время получила обработка камня штрипсовой распиловкой, которая подразделяется на:
штрипсовую распиловку с применением стальной и чугунной
дроби;
алмазно-штрипсовую распиловку.
Дисковая распиловка сейчас приобретает все более широкое распространение, применяется для распиловки пород любой прочности и подразделяется на два вида: алмазно-дисковая распиловка и дисковая распиловка резцами.
Для отрезания плит используются дисковые фрезы, армированные алмазом или твердым сплавом ВК8, а для получения чистотесанной декоративной поверхности широко применяются торцевые фрезы.
Камни шлифуются на станках портального, рукавного, планетарного и других типов. При этом процесс шлифовки состоит из нескольких этапов, как правило, из пяти. Это грубое шлифование, черновое шлифование, первое и второе шлифование и лощение. Шлифование производится шлифовальными шарошками на карборундовом зерне либо шлифовальным инструментом на синтетических алмазах.
Камень полируется войлочными и матерчатыми кругами с применением пасты ГОИ (оксида хрома), либо азотнокислого олова. В последнее время в практике камнеобрабатывающих предприятий все чаще внедряется полирование алмазными инструментами.
При резании камня вышеизложенными методами достигается ряд фактур обработки. В практике такой фактурной обработки чаще всего встречаются три вида: шлифованная, имеющая следы инструмента; лощеная, в которой следы инструмента отсутствуют, а поверхность камня имеет слабый блеск; полированная, характеризующаяся зеркальным блеском.
ФАКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПРИРОДНОГО КАМНЯ.
Фактурная обработка облицовочных изделий из природного камня представляет собой процесс точной обработки их лицевой поверхности, в результате которой форма и линейные размеры изделий не меняются, а лицевая поверхность приобретает внешний вид, определяющийся характером и высотой рельефа поверхности, полученной после обработки. Правильно выбранная фактура задерживает начало разрушения камня, вызываемое температурным воздействием и действием окружающей среды.
В зависимости от способа обработки поверхности камня подразделяются на фактуры скалывания (точечная, «Скала», термообработанная) и абразивная (пиленая, шлифованная,, лощеная, полированная).
Фактуры, получаемые скалыванием, разрушают поверхностный слой камня, делают его более шероховатым, что снижает его долговечность и поэтому применяются только для твердых пород природного камня.
Абразивные фактуры изготавливаются шлифованием лицевой поверхности и применяются для всех пород природного камня. Исходной поверхностью для получения абразивных фактур, как правило, служит пиленая поверхность, плит-заготовок, получаемых после распиловки.
В настоящее время подавляющее большинство облицовочных изделий из природного камня изготавливается с абразивными фактурами обработки благодаря их высокой декоративности, возможности механизации и автоматизации процесса обработки.
АБРАЗИВНАЯ ФАКТУРНАЯ ОБРАБОТКА.
Среди абразивных фактур лицевой поверхности изделий из природного камня, как правило, первичной является пиленая фактура, которая получается в результате распиловки блоков природного камня на плиты-заготовки.
Механическая очистка осуществляется на шлифовальных станках, где вместо абразивного инструмента устанавливается металлическая щетка. Химическая очистка осуществляется промывкой лицевой поверхности изделий 5 %-ным раствором соляной кислоты (НС1) или растворами других кислот.
Пескоструйная очистка осуществляется на пескоструйных установках с применением среднего или крупного кварцевого песка. В качестве абразива также может использоваться карбид кремния.
Шлифованная и лощеная фактуры обработки производятся последовательным шлифованием пиленой фактуры на шлифовальных станках.
Основная часть шлифовального процесса заключается в грубом шлифовании (обдире), в результате которого лицевой поверхности придается форма с допусками неплоскостности в пределах, установленных стандартом. Эта операция, как правило, составляет 50-60 % от общего времени шлифовки-полировки.
Процесс шлифования состоит из ряда последовательных операций и выполняется с целью создания поверхности с минимальной шероховатостью. После каждой операции достигается повышение класса чистоты поверхности.
В зависимости от применяемого инструмента различают шлифование свободным и связанным абразивом. В качестве связанного абразива используются абразивные круги из карбида кремния на магнезиальной или бакелитовой связках, а также алмазные бруски или чашечки.
Шлифование, как и любой другой процесс обработки, заключается в направленном разрушении камня. Сущность шлифования свободным абразивом в общем случае сводится к следующему. Вследствие нормальных усилий, являющихся результатом давления на шлифовальный круг, и больших тангенциальных усилий, возникающих в результате движения круга, абразивные зерна своими вершинами внедряются в камень и наносят множество трещин на его поверхности. При этом вследствие значительной твердости абразивных зерен по отношению к камню в точках воздействия зерен абразива происходит разрушение камня. В результате многократного воздействия зерен по тем же местам разрушенные частицы выкалываются и удаляются с поверхности камня водой, подаваемой на плоскость контакта круга и камня.
Система множества рядом расположенных выколок образует шероховатую поверхность, характерную для шлифованной поверхности камня. Максимальная глубина неровностей при прочих равных условиях зависит от прочности и крупности зерен абразива, а также от физико-механических и петрографических характеристик камня.
В настоящее время, преобладающее распространение получил наиболее производительный процесс шлифования связанным абразивом. Сущность механизма разрушения камня при этом аналогична механизму разрушения при работе алмазного круга при дисковой распиловке лишь с той разницей, что угол контакта равен 180°. Различное воздействие свободного и связанного абразивов отражается и на микроструктуре шлифованной поверхности. Поверхность, обработанная свободным абразивом, отличается равномерной шероховатостью, тогда как камень, шлифованный кругом связанного абразива, имеет направленные следы обработки.
Шлифовальная эффективность связанного абразива не всегда одинакова. Лучше всего связанный абразив шлифует тогда, когда его поверхность шероховата. В этом случае преобладает режущее действие острых зерен и производительность высока.
Важную роль в процессе шлифования играет вода. Она вымывает продукты разрушения и отводит тепло, образованное трением. Кроме того, она оказывает физико-химическое воздействие на механическую прочность камня и ускоряет процесс шлифования.
В камнеобработке в основном применяется плоское шлифование торцом круга и изредка – плоское шлифование периферией круга. В последнее время проводятся работы по применению ленточного шлифования, где элементы режимов резания и сечение среза аналогичны дисковой распиловке.
При шлифовании используется также планетарное движение шлифовального круга, которое благодаря большим скоростям вращения и сложной траектории движения инструмента, слагаемого из вращения феррасы с одновременным поступательным ее движением, а также вращения инструмента вокруг оси обеспечивает более высокую производительность и качество обрабатываемой поверхности в сравнении с обычным инструментом для торцевого шлифования
РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ФАКТУРНОЙ ОБРАБОТКИ.
На шлифовально-полировальных станках для шлифовки применяется инструмент со связанным абразивом, подразделяющийся на абразивный инструмент на магнезиальной или бакелитовой связках и алмазный инструмент из природных или синтетических алмазов на металлических связках.
Абразивный шлифовальный инструмент изготавливается из зерен абразива карбида кремния (карборунд) или электрокорунда. В зависимости от назначения инструмент содержит абразив различной зернистости. Для осуществления полного цикла обработки плит-заготовок от пиленой фактуры обработки до лощеной применяется шесть номеров абразивного инструмента, различающихся зернистостью.
Абразивный инструмент изготавливается самых различных форм и конструкций.
Наиболее распространенной формой шлифовального инструмента являются абразивные круги (шарошки) и трапециевидные бруски
В настоящее время большинство применяемого абразивного инструмента, благодаря его высоким эксплуатационным показателям и условиям массового производства (простота и технологичность изготовления), приходится на абразивный инструмент на магнезиальной связке. Инструмент на бакелитовой связке в основном применяется при фактурной обработке шлифмашинками.
Рис. 1 - Шлифовальный инструмент: а – абразивный круг; 6 – алмазный круг АПС-2
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ КЕРАМИКИ.
Для интенсификации алмазного шлифования керамических заготовок кругами формы АПП и АЧК в настоящее время в отечественной и зарубежной практике сформировались некоторые общие тенденции — многоместная обработка, скоростное и силовое шлифование эксплуатация алмазного инструмента в условиях, когда вскрываются его наибольшие технологические возможности, применение адаптивных систем, максимизирующих производительность по предельно допустимой силе резания. Наблюдается также стремление к предпочтительному применению торцового шлифования кругами формы АЧК, АТ и др. как более производительному виду обработки. Ниже рассматриваются пре имущественно вопросы повышения производительности торцового алмазного шлифования керамики.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПРОЦЕССА
В существующем и вновь проектируемом оборудовании реализуются обычно два принципа работы: многоместная параллельная и последовательная поштучная обработка деталей. При первом методе в зависимости от габаритов на столе станка одно временно обрабатывается до 1000 заготовок. Вспомогательное и штучное время обработки одной заготовки получаются малыми. При последовательном методе требуется за один проход при напряженных режимах снимать весь припуск, однако получить более высокую производительность при этом не всегда удается. Многоместная обработка керамических деталей — один из важнейших методов повышения производительности их обработки.
Вторым методом повышения производительности является применение взамен периферийного торцового алмазного шлифования. При периферийном шлифовании поверхность контакта круга с обрабатываемой деталью небольшая. За каждый оборот круга алмазное зерно оставляет царапину на материале заготовки длиной на несколько порядков меньше, чем длина окружности круга. Следовательно, зерна круга большую часть времени работают вхолостую, не совершая полезной работы. Сущность работы торцового круга иная. Простая замена периферийного торцовым шлифованием уже интенсифицирует процесс обработки керамических деталей. Большая площадь контакта круга с заготовкой, и следовательно, большая производительность, равномерное распределение давления круга на поверхности заготовки, уменьшение тепловыделения, меньший процент брака по сколам кромок заготовки, меньшая глубина дефектного слоя обеспечивают постепенную замену периферийного шлифования торцовым. При торцовом шлифовании номинальные давления в зоне контакта на один-два порядка меньше, чем при периферийном. В резании принимает участие большое число зерен, причем путь резания каждого зерна за оборот круга значительно длиннее. Снижение давления круга на заготовку повышает качество поверхностного слоя керамической детали при одновременном повышении производительности шлифования. Шлифование керамики характеризуется резанием — царапанием закрепленными в связке зернами в микроукалыванием поверхности заготовки и круга выпавшими зернами. При этом хрупкий материал заготовок от микроукалываний покрывается микротрещинами и микровыколами, облегчающими основной процесс резания, а на поверхности круга выпавшими алмазными зернами и сколотыми крупными частицами керамики формируются борозды, образующие межзеренное пространство. Борозды являются каналами, по которым СОЖ поступает в зону резания. Кроме того, в них скапливаются отходы шлифования, не выброшенные из зоны резания центробежной силой. Исходя из вышеизложенного целесообразно шире применять многоместное шлифование плоских керамических деталей торцом круга.
Рисунок 2 (анимированный при подводе курсора) - Схема торцевого многоинструментального шлифования камня.
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
. 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.
|