Технология и механизация обработки камня

Обработка камня заключается в разделении добытых блоков на архитектурно- строительные детали или придании им заданной формы и размеров, а лицевым поверхностям – необходимой фактуры. Наиболее распространена следующая технология обработки: распиливание блоков на плиты или заготовки требуемой толщины; окантовка полуфабриката по заданной длине и ширине; фактурная обработка лицевой поверхности (при прочных горных породах этот процесс является вторым).

По характеру приложения нагрузки обработки камня может осуществляться скалыванием или резанием (абразивная обработка).

Технология обработки камня скалыванием включает следующие операции: раскалывание блоков на бруски и заготовки заданных размеров, окалывание полуфабрикатов, точную и фактурную обработку лицевой поверхности.

Раскалывание блоков, выполняемое с учетом текстуры, структуры и трещиноватости камня, производится буроклиновым способом. Расстояние между шпурами 100 – 150 мм.

Окалывание, точная и фактурная обработка полуфабрикатов осуществляется с помощью твердосплавных инструментов: скарпелей, шпунтов, закольников, буфард, киянок, пазовок, троянок, термоотбойников, фрез.

Приближенная абразивная обработка камня производится на распиловочных рамных, дисковых, канатных или ленточных станках.

Наиболее распространены рамные станки. Распиливание камня осуществляется с помощью штрипсов – полос на мягкой стали и непрерывно подаваемых в пропил абразива (кварцевого песка или стальной дроби) или штрипсов, армированных алмазными сегментами. По характеру траектории движения рамы станки могут быть: с криволинейным движением рамы (рис. 30.9), с прямолинейным горизонтальным движением рамы, с вертикально расположенной рамой и подачей блока на рабочий орган.

Рисунок 30.9 Схема камнераспиловочного станка с криволинейным движением рамы:

1 – блок; 2 – рама; 3 – винтовые стойки; 4 – коническая шестерня; 5 – механизм подачи; 6 – вал; 7 – опора; 8 – подвеска; 9 – тележка; 10 – электродвигатель; 11 – дышло; 12 – кривошипно-шатунный механизм

На станках с маятниковым движением рамы может устанавливаться до 100 штрипсов. Эксплуатационная производительность их 4 – 6 м²/ч на мраморе и 1 – 1.5 м²/ч на граните. Основной недостаток станков этого типа – ограниченная длина контакта между пилой и камнем, достоинства – простота конструкции и обслуживания.

У станков с прямолинейным горизонтальным движением рамы рабочая часть штрипсов находится в постоянном контакте с горной породой. Недостаток этого типа станков является уменьшенное число рабочих штрипсов (не более 50). Эксплуатационная производительность их на мраморе достигает 15 – 20 м²/ч, а на граните – 4 – 6 м²/ч.

Станки с прямолинейным вертикальным движением рамы имеют небольшое число штрипсов (10 – 12). Применяют эти станки в основном для распиловки мраморных блоков объемом до 2 м³ при подаче штрипсов на блок со скоростью 150 – 200 см/ч. максимальная производительность станков достигает 15 м²/ч.

Достоинства всех типов рамных станков: возможность распиловки блоков больших объемов и установки большого числа штрипсов, высокая жесткость и надежность работы рабочего органа, возможность получения крупногабаритных изделий, относительно высокий коэффициент использования во времени, малая энергоемкость резания. Недостатки: возвратно-поступательный характер движения рабочего органа и поэтому невысокая скорость резания, повышенная металлоемкость, относительная сложность конструкции, большие габариты.

В качестве рабочего органа дисковых распиловочных станков (рис. 30.10) используются отрезные алмазные круги диаметром 800 – 3000 мм, эти станки просты по конструкции, имеют малую металлоемкость (в 4 – 5 раз меньше, чем у рамных распиловочных станков). Недостатками являются неполное использование диаметра диска и значительные удельные энергозатраты. Поэтому дисковые станки чаще всего применяют для опиливания – пассировки блоков мрамора, известняка, туфа; для разделки блоков из тех же горных пород на крупные архитектурно- строительные детали или на первичные бруски – заготовки, которые затем режут на тонкие плиты на многодисковых распиловочных станках.

Рисунок 30.10 Распиловочный станок с алмазным отрезным кругом

На канатных станках резание осуществляется абразивом – кварцевым песком или канатом, армированным алмазными режущими элементами (коническими втулками, ромбиками). Производительность станков на мраморе составляет 0.5 – 5 м³/ч, на известняке и туфе – до 2.5 м³/ч.

Ленточные пилы имеют рабочий орган в виде бесконечной стальной ленты толщиной 1.5 – 3 мм. Достоинствами с гибким рабочим органом являются простота конструкции, возможность резки блоков большого объема, относительно высокая скорость и малая энергоемкость резания. Недостатки: малая жесткость рабочего органа, невысокая стойкость инструмента, невозможность одновременной установки большого числа пил.

Точная абразивная обработка изделий – обрезка плит по заданным размерам, прорезка пазов, выборка профиля в деталях, снятие фасок и выполнение ряда других операций – осуществляется на многопозиционных фрезерно-окантовочных станках. По конструкционным особенностям и расположению рабочего органа фрезерно-оконтовочные станки разделяются на портальные, мостовые и консольные. Наиболее универсальны портальные станки, с помощью которых можно создать архитектурно- строительные изделия различного профиля. Эксплуатационная производительность станков на граните 1 – 1.5 м²/ч, на мраморе 4 – 6 м²/ч на известняке до 10 м²/ч.

Портальные и мостовые станки используют только для обрезки плит толщиной до 100 мм. Для обрезки плит толщиной до 30 – 50 мм применяют наиболее простые малогабаритные консольные фрезерно-оконтовочные станки.

Рабочим органом дисковых распиловочных и фрезерно-окантовочных станков являются алмазные отрезные сегментные круги. В настоящее время при камнеобработке для резания камня применяют в основном синтетические алмазы: высокопрочные АСК, высокой абразивной способности АСВ, повышенной абразивной способности АСП, которые рекомендуется использовать соответственно на горных породах прочных, средней прочности и мягких. Применение вместо карборундовых кругов алмазного инструмента позволяет в десятки раз повысить стойкость рабочих органов станков и увеличить производительность труда рабочих в 2 – 3 раза.

Шлифование и полирование изделий производится на станках цикличного действия (портальных, мостовых, консольных, роторных) и на конвейерных линиях при непосредственном перемещении плит по рольгангам или ленточным конвейерам.