Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Физическая сущность процесса распиловки камня

06.02.2019

Для более полного и правильного понимания особенностей процесса распиловки природного камня и характера взаимосвязей режимных параметров и прочих технологических показателей необходимо иметь представление о физической сущности явлений, сопутствующих этому процессу и протекающих на контакте рабочего инструмента с камнем. Поскольку существенное влияние на указанные явления оказывает конструктивный вид используемого инструмента, выделим три основных способа распиловки, принципиально различные по характеру воздействия инструмента на камень: штрипсовыми неармированными пилами со свободным абразивом (дробью); штрипсовыми армированными (алмазными) пилами; дисковыми армированными (алмазными) пилами.

Распиловка камня штрипсовыми неармированными пилами представляет собой микропроцесс проникания частичек дроби и горную породу, сопровождающийся явлениями смятия и скалывания. Штрипсовая пила, совершающая движение, например по маятниковой траектории, в крайних положениях поднимается на некоторую высоту над блоком, а в среднем положении прижимается к дну пропила (при этом из-за недостаточной жесткости пила несколько прогибается, увеличивая тем самым продолжительность контакта инструмента с камнем).

При такой схеме движения инструмента абразивная пульпа, насыщенная дробью, проникает в пропил (через щелевые зазоры между пилой и стенками пропила) и в момент подъема пилы новая порция дроби попадает под инструмент. При опускании пилы находящаяся под ее рабочей кромкой дробь прижимается к камню. Под действием усилия подачи каждая частичка дроби, передающая давление от штрипсовой пилы на камень, вызывает первичное разрушение, образуя на дне пропила небольшую вмятину, так называемое гнездо пластической деформации и раздавливания камня. По контуру площади смятия развивается кольцевая трещина, направленная в глубь камня, происходит выдавливание разрушенной его части и скалывание небольших элементов горной породы (рис. 56).

Возвратно-поступательное движение штрипсовой пилы вызывает перекатывание по дну пропила прижатых к нему дробинок. Из-за незначительного диаметра дроби частота ее перекатывания под штрипсовой пилой может быть весьма значительной (до 20—30 тыс. об/мни). При использовании в качестве свободного абразива литой дроби (наиболее распространенный случай), имеющей отклонения от правильной сферической формы, перекатывание дробинок с различными размерами сечений приводит к появлению динамических нагрузок. Так, если перекатывающаяся дробинка станет между инструментом и дном пропила по длинной оси, она как бы расклинится между пилой и камнем. При этом увеличивается контактное давление и напряженное состояние под дробинкой, и будет происходить более интенсивное разрушение камня. Такая же картина наблюдается и при накатывании дробинки на возвышении — «бугорки» на поверхности дна пропила.

Помимо указанных динамических воздействий дробинок на камень необходимо учитывать также и динамический характер приложения усилий резания (штрипсовая пила в момент касания с камнем наносит удар по частичкам дроби). Таким образом, по характеру действующих сил процесс дробовой распиловки можно рассматривать как ударно- или вибрационно-абразивный. При работе расколовшейся на части дроби неправильной формы или колотой динамические нагрузки имеют тем большие значения, чем крупнее частицы дроби и больше разница размеров этих частиц. Вместе с тем при включении в работу частиц дроби плоской (лещадной) формы, а также колотой дроби или сечки с острыми гранями такой абразив не перекатывается по дну пропила, а волочится по нему, вонзившись в тело пилы. В этом случае участие абразива в непосредственном процессе разрушения камня крайне незначительно, так как его воздействие па камень имеет характер истирания. В то же время присутствие такой дроби в абразивной пульпе в определенной пропорции (обычно 20—30 % количества литой дроби) желательно, поскольку частички ее, безусловно, положительно влияют на эффективность процесса распиловки. Во-первых, они служат как бы сепараторами, разделяющими крупную литую дробь, и способствуют более равномерному ее распределению но дну пропила; во-вторых, играют роль скребка, своевременно выносящего переизмельченные частицы шлама из пропила. В конечном счете это приводит к сокращению расхода дроби при распиловке, а также повышению качества поверхности распяла.

Таким образом, каждое качание пильной рамы вызывает последовательное внедрение частичек дроби в камень (оказывает на него дробящее воздействие), выкалывание мелких элементов, сдвиг их к возникновение мелких трещин в направлении подачи, ведущих к дальнейшему разрушению камня.

Так как подача инструмента в процессе распиловки происходит непрерывно, каждая пила должна разрушать за рабочий ход слой камня, толщина (высота) которого соответствует рабочей подаче за это время. Если это условие не соблюдается и величина подачи превышает толщину снимаемого слоя камня, нагрузка на пилы чрезмерно увеличивается и происходит увод пил.

Следует иметь в виду, что размер дроби в процессе распиловки постоянно уменьшается, так как она циклично возвращается в пропил для повторного использования, подвергаясь при этом износу (рис. 57).

Установлено, что максимальная производительность станка достигается при использовании дроби диаметром 0,8—2,5 мм. Учитывая, однако, что чрезмерное увеличение размеров дроби приводит к снижению качества поверхности распила, рациональными обычно считают диметр дроби 0,8—1,5 мм. Дробь, измельченная до 0,3—0,4 мм, считается полностью изношенной и подлежащей удалению из пульпы. Для поддержания постоянной работоспособности абразивной пульпы, т. е. стабильного содержания работоспособных фракций дроби в ее общей массе, в пульпу с помощью дозаторов периодически вводят новые порции дроби.

Распиловка камня штрипсовыми армированными (алмазными) пилами — микропроцесс последовательного скалывания частиц камня путем массового царапания дна пропила (забоя) зернами алмаза, беспорядочно выступающими из связки инструмента. Каждое работающее зерно алмаза ведет себя аналогично породоразрушающему резцу. Перемещаясь в результате движений резания (возвратно-поступательного) и подачи, оно прочерчивает по дну пропила камня царапину-борозду, глубина которой зависит от размера зерна, режимов распиловки и физико-механических свойств камня. В результате с обрабатываемой поверхности за каждое воздействие алмазного зерна (т. е. за каждый ход пилы) снимается некоторый слон разрушенного камня, иногда называемый микростружкой. В итоге суммарных многократных воздействий на обрабатываемую поверхность многочисленных алмазных зерен рабочего инструмента происходит снятие слоя камня.

Изучение механизма образования царапин па поверхности камня единичными зернами алмаза и структуры царапин показывает, что при незначительных нагрузках возникают гладкие неглубокие выдавленные царапины, образовавшиеся в результате пластической деформации камня. При увеличении нагрузки появляются царапины, структуру которых составляют периодически повторяющиеся трещины, проникающие в глубь камня, и выколы, образующие углубления на его поверхности. Это обусловлено циклическим характером процесса формирования царапины, состоящим из четырех последовательных стадии.

Первая стадия цикла (рис. 58, а) заключается в контактировании с поверхностью камня рабочих граней зерна алмаза и его начальном заглублении в камень с образованием тонкодисперсных продуктов разрушения. В этот момент камень подвергается упругой деформации, а на контакте рабочих граней зерна с камнем создастся объемно-напряженная зона. На второй стадии (рис. 58, б) под действием усилий резания и подачи (прижима) впереди рабочей грани движущегося зерна формируется уплотненное ядро из тонкодисперсных продуктов разрушения, излишки которых эвакуируются в свободное пространство между поверхностью камня и уровнем связки инструмента. На третьей стадии (рис. 58, в) ядро воздействует на нижележащую зону камня. В результате интенсивного нарастания напряжений их величина достигает предела прочности камня. Перед рабочей гранью зерна появляются трещины, направленные в сторону движения пилы. Далее наступает четвертая стадия — отрыв от массива крупного элемента стружки (выкалывание) с одновременным выбросом тонкодисперсных продуктов разрушения, составляющих ядро (рис. 58,г). В этот момент усилие резания на контакте алмазного зерна с камнем падает до нуля.

Цикл образования царапины периодически повторяется по мере продвижения зерна алмаза в направлении резания. Таким образом, рабочее зерно, царапающее камень, перемещается по нему толчками, испытывая резко изменяющиеся нагрузки, т. е, его действие носит ударно-вибрационный характер, усиливающий неравномерность напряженного и деформированного состояния камня.

При распиловке в контакт с камнем одновременно вступает значительное количество режущих зерен, суммарное воздействие которых на дно пропила обеспечивает снятие слоя камня. Образующиеся при этом элементы скола представляют собой результат действия на камень группы алмазных зерен, работающих одновременно и в непосредственной близости друг от друга. Трещины, образованные соседними зернами, смыкаются, общий элемент откалывается от массива и выбрасывается из рабочей зоны.

Ввиду беспорядочного расположения алмазных зерен на рабочей поверхности инструменту в полезной работе резания участвует сравнительно небольшое количество зерен (до 30—45%). При этом одна часть зерен не работает из-за незначительности вылета над поверхностью связки, а другая — из-за того, что попадает «в след» за работающими зернами.

Характерная особенность при работе алмазного инструмента— наличие между поверхностью камня п связкой зазора, величина которого зависят от толщины снимаемого слоя, зернистости инструмента и режима распиловки. Зазор обеспечивает алмазным зернам инструмента режим свободного резания. Очевидно, что объем разрушаемого камня при этом не должен превышать объема свободного пространства между связкой инструмента и камнем.

Для обеспечения эффективной работы алмазных режущих элементов штрипсовой пилы сечение пропила должно перекрываться алмазными зернами. Для выполнения этого условия необходимо правильно выбрать длину режущих элементов, их шаг, а также характеристику алмазоносного слоя.

Cyщественную роль в процессе алмазно-штрипсовой распиловки камня играет вода, подаваемая в пропилы под работающий инструмент; водa не только охлаждает пилу, предотвращая графитизацию (обугливание) алмазных зерен, но и способствует выносу продуктов разрушения камня из пропилов. Количество и равномерное распределение воды имеют большое значение для достижения максимального срока службы штрипсовых алмазных пил и получения точного распила.

Сопротивляемость разрушению горных пород можно понизить, увеличив стойкость инструмента путем введения в охлаждающую жидкость поверхностно-активных веществ, которые, с одной стороны, способствуют образованию и распространению микротрещин в распиливаемом камне, с другой — снижают трение на контакте его с инструментом. В качестве такой активной добавки используют, например, сульфатное мыло (до 1%).

Большое влияние на процесс алмазно-штрипсовой распиловки оказывает состояние режущей поверхности алмазных элементов пилы.

Распиловка камня дисковыми армированными (алмазными) пилами во многом аналогична алмазно-штрипсовой распиловке. Вместе с тем этому процессу присущи и некоторые отличительные особенности, связанные с траекторией движения инструмента, его скоростью и направлением.

В отличие от алмазных режущих элементов штрипсовой пилы, совершающих возвратно-поступательное движение, режущие элементы дисковой пилы движутся в одном направлении относительно дна пропила, что обусловливает характерный неравномерный износ связки алмазоносного слоя.

Большие скорости, присущие алмазно-дисковой распиловке, накладывают некоторые особенности на характер этого процесса. Так, скорости дисковой пилы 40 м/с соответствует примерно 20 тыс. воздействий алмазных зерен на единицу площади забоя в 1 с. Учитывая это, можно предположить, что на контакте инструмента с камнем наряду с явлениями микроцарапания и скобления (истирания) камня работающими зернами имеет место и частичное дробление его в пропиле.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: