СТАНОК ДЛЯ РАСПИЛОВКИ НА ПЛАСТИНЫ БЛОКА ПРИРОДНОГО КАМНЯ ЦЕННЫХ СОРТОВ

Полезная модель относится к технологии производства облицовочных плиток из блоков природного камня и может быть использована в камнеобрабатывающей промышленности.
Известно, что производительность распиловки природного камня на пластины определяется прочностными свойствами материала (Сычев Ю.И. Распиловка камня. М.: Стройиздат, 1989), а, кроме того, при изготовлении пластин из поделочных камней ценных сортов требуется экономная распиловка. Желательно обеспечить малую толщину получаемой пластины при малой толщине распила, незначительные неровности поверхности, а также минимизировать количество сколов на выходе пильного инструмента из массива блока. Особенность камней ценных сортов, например, нефрита, яшмы состоит в высокой твердости (6,0-7,0 ед. по Моосу), кроме того, ленточные яшмы, чароиты склонны распадаться по границам слоев, поэтому при обработке требуется соблюдать осторожность (С.В.Простаков. Ювелирное дело, Ростов-на-Дону, Феникс, 2000, с.57-58).
Обычно для изготовления тонких плиток из блоков природного камня используется распиловка блока на заготовки в виде бруса, его окантовка дисковыми пилами, установленными параллельно, шлифовка абразивным кругом, фиксация к подложке клеем, резка бруса алмазным отрезным кругом с внутренней режущей кромкой, образованием пакета из двух плиток, который обрабатывают на станках двусторонней шлифовки и полировки (RU 2104153 С1, Вдовенко, 10.02.1998). Однако, как указывается, это изобретение позволяет изготавливать плитки толщиной до 1 мм (размером 150×150 мм) в результате шлифовки, а, кроме того, предусматривает резку станками с внутренней кромкой.
Известно устройство для распиловки на плиты блоков камня твердых пород, содержащее станину, направляющие колонны, на которых установлены направляющие механизма подачи пильной рамы и ее возвратно-поступательного движения, блок управления, состоящий из приспособления управления маневровой и циклической передачами и дополнительного приспособления управления рабочим колебательным равноускоренным и равнозамедленным движением направляющих (SU 1468765, Мифлиг и др., 30.03.1989). После формирования запила по управляющему воздействию осуществляется
многокомпонентное движение пильной рамы. Однако, это устройство имеет сложный механизм и не предусматривает распиловку блоков на тонкие пластины.
Известно устройство для распиловки камней, содержащее раму с поставом пил, совершающих возвратно-поступательное движение в криволинейных направляющих под действием кривошипно-шатунного механизма с приводом (SU 631354, Селуянов и др., 05.11.1978). При подъеме рабочего стола, взаимодействуя с камнем, постав пил осуществляет распиловку блока на плиты, а допиливание ведут при пониженной скорости с подхватом плит, чтобы они не раскололись. Однако это устройство не ставит задачу получения тонких плиток из поделочных камней, а, кроме того, требует прецизионного исполнения криволинейных направляющих.
Наиболее близким по совокупности признаков является распиловочный штрипсовый станок, содержащий пильную и опорную рамы, шатун, гидроцилиндр, стол, платформу, главный привод, устройство для удержания камня, электро- и гидрооборудование, а также систему охлаждения (Каталог-справочник «Оборудование для добычи и обработки природного камня, ЦНИИТЭ строймаш, 1984, с.176-186). Рабочая подача и ускоренное перемещение стола осуществляется гидроцилиндром, а скорость рабочей подачи 40-600 мм/мин осуществляется бесступенчато. Однако этот станок предназначен для распиловки блоков на плиты толщиной 15 мм и выше.
Задачей настоящей полезной модели является усовершенствование станка для распиловки блоков природного камня ценных сортов повышенной твердости на тонкие плитки толщиной 1-3 мм и размером 200×200 мм и более, с пониженной теплосиловой напряженностью в зоне резания при формировании запила и оптимальной величиной скорости врезной подачи алмазных штрипсовых пил.
Эта задача решается тем, что в станок для распиловки на пластины блока природного камня ценных сортов, включающий станину, пильную раму с поставом штрипсовых алмазных пил, установленную на станине на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости основания станка, связанную с кривошипно-шатунным механизмом и приводом, рабочий стол с гидравлическим приводом подачи стола, связанные с блоком управления, дополнительно введен датчик положения рабочего стола относительно пильной рамы в направлении, перпендикулярном плоскости основания, подключенный к блоку управления, выполненному с возможностью регулирования скорости подачи рабочего стола по глубине забоя запила
равной высоте пильного полотна штрипсовой алмазной пилы, в соответствии с зависимостью показателя истираемости камня от величины давления пильного полотна.
Станок может характеризоваться тем, что пильное полотно штрипсовой алмазной пилы представляет металлическую полосу с выемками под размер металлических державок, имеющих П-образную форму, к полкам которых припаяны алмазосодержащие пластины, а сами державки по их внутренней поверхности установлены в выемках и приклеены к упомянутой полосе.
Технический результат полезной модели - снижение теплосиловой напряженности в зоне резания при формировании запила и оптимизация величины скорости врезной подачи алмазных штрипсовых пил.
Существо полезной модели поясняется на чертежах, где на:
фиг.1 представлена блок-схема станка,
фиг.2 - то же, что на фиг.1, в завершении стадии распиловки блока,
фиг.3 - конструкция пильного полотна,
фиг.4 - вид зависимости «показатель истираемости - давление на пильное полотно», фиг.5 - блок-схема алгоритма работы блока управления.
2
3
2
3
Ведение процесса разрезания блока камня на пластины ведется с учетом показателя истираемости, величина которого для обрабатываемого камня предварительно определяется экспериментально. Числовой показатель истираемости - величина потери первоначальной массы образца, отнесенная к площади, подвергаемой истиранию (например, по ГОСТ 13087-81 имеет размерность г/см). Если известны размеры инструмента, которым воздействуют на образец (например, сечение штрипса, или круга истирания), то показатель имеет размерность см/см. Удельный показатель истирания по ГОСТ 426-77 имеет размерность м/т.Дж. Показатель истираемости в явном виде не коррелирует с модулем упругости и плотностью камня и является условным, так как зависит от большого числа факторов и всегда привязан к определенным средствам и режимам.
Зависимость показателя истираемости камня данного сорта от величины давления алмазного пильного полотна, из которых образован постав, индивидуальна и носит нелинейный характер. При малом давлении абразивного инструмента этот показатель мал, по мере увеличения давления истирание растет, а при очень высоких его величинах эффективность падает, так как происходит чрезмерный износ инструмента и его засаливание вследствие теплосиловой напряженности в зоне контакта.
Использование параметра истирания и рекомендуемый закон управления в блоке управления - изменение усилия прижатия пил за счет изменения скорости подачи в вертикальном направлении позволяет на этапе формирования запила обеспечить параллельное вхождение пил в материал. Управление подъемом стола с разрезаемым блоком производят так, чтобы внедрение пилы в камень на начальном этапе обеспечивалось с величиной усилия, необходимой для обеспечения максимального истирания, и определенной по зависимости «показатель истираемости - давление на пильное полотно». Затем, при внедрении пилы на полную ее высоту Н дальнейшее разрезание на глубину В осуществляют со скоростью подачи рабочего стола, обеспечивающей максимальное истирание, но не превышающем режим повышенного износа и засаливания пилы. Напротив, если же обеспечить подачу пил с максимальной скоростью подачи в ожидании получения максимального резания, то возможно искривление пил и появление в материале (особенно это отмечается для яшмы как кварцсодержащего минерала) концентраторов напряжений с последующим трещинообразованием. Описываемый в заявке режим находится в согласии с известной рекомендацией о том, что при разрезании ценного кварцсодержащего сырья следует внедрять дисковую пилу более медленно в начале резки и более быстро в конце (см., например, Л.И.Глозман, Производство пьезоэлектрических кварцевых резонаторов. Энергия, М - Л., 1964, с.66), однако более высокая скорость подачи имеет силовой и технологический предел.
Станок для распиловки на пластины блока природного камня ценных сортов (см. фиг.1, 2) включает станину 1, установленную на горизонтальном основании 2, опорную раму 3, пильную раму 4 с поставом штрипсовых алмазных пил 5. Пильная рама 4 установлена на опорной раме на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости основания и связана с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) (на фиг. не показан), имеющим привод 6.
Под пильной рамой 4 размещен рабочий стол 7 с гидроцилиндром 8, подсоединенным к гидравлическому приводу 9. На станине 1 установлен датчик 10 положения стола 7 в вертикальном направлении, подключенный к блоку 11 управления. На столе 7 помещается фальшблок 12, к которому крепится блок 13 камня, подвергаемого распиловке на пластины. В качестве фальшблока может быть использованы любые строительные изделия из керамики, бетона и т.п. материалов. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости может быть использована вода.
При распиловке используются штрипсовые алмазные пилы 5, конструкция которых показана на фиг.3. Пильное полотно штрипсовой алмазной пилы 5 имеет стальную
металлическую полосу 14 с выемками под размер металлических державок 15, имеющих П-образной форму. К полкам державок припаяны алмазосодержащие пластины 16. Державки 15 по их внутренней поверхности установлены в выемках и приклеены (показано стрелкой 17) к полосе 14. Использование сборки штрипсовых пил на клею позволяет уменьшить общую толщину пильной поверхности при обеспечении достаточной прочности. Алмазонесущие элементы имеют размеры: толщина 1,5-2 мм, длина около 20 мм, высота около 7 мм. Постав сформирован из ряда штрипсовых алмазных пил, размещенных параллельно друг другу на расстоянии, определяемом толщиной калиброванных вставок (2-4 мм).
п
Блок 11 управления реализует регулирование скорости V подачи рабочего стола в соответствии с зависимостью показателя истираемости камня от величины приложенного давления пильного полотна. Максимальная глубина забоя запила, достаточная для проведения дальнейшего распила камня поставом пил, не превышает, как показали испытания, высоты Н пильного полотна штрипсовой алмазной пилы. Зависимость определяется на пробном образце для нескольких значений давления, прилагаемого к единичному пильному полотну, аналогичному пилам в поставе, при заданной величине хода пильной рамы (например, как для ближайшего аналога - 50±5 мм). Зависимость «истираемость - давление на инструмент» (см. фиг.4) имеет нелинейный характер: при малых значениях давления она имеет небольшой рост, затем имеет близкий к линейному участок пропорционального роста, а далее с ростом давления не происходит увеличения показателя истираемости (область насыщения), а затем падение вплоть до разрушения пилы или образца. Для предпоследнего и особенно последнего участка характерно искривление пильного полотна, что является недопустимым.
п
Блок 11 управления реализует регулирование скорости V подачи рабочего стола в соответствии с измеренной зависимостью показателя истираемости камня от величины приложенного давления на пильное полотно на участке пропорционального роста (на фиг.4). Выполнение этого условия обеспечивает формирование вертикального забоя запила. Далее, при допиливании камня после формировании запила поддерживается оптимальная скорость распиловки.
Возможность осуществления полезной модели подтверждается на примере изготовления плиток из яшмы - природного минерала, являющегося соединением халцедона и кварца (твердость по Моосу 6,0-7,0). Известным способом (резкой и последующей шлифовкой) был оконтурен блок сечением 200×300 мм и длиной 600-800 мм.
Блок наклеивался на фальшблок 12, в качестве которого использовалась тротуарная бетонная плита. Полученная заготовка фиксировалась на столе 7.
п
Далее, посредством гидропривода 9 осуществлялся подъем стола 7 до соприкосновения блока 13 камня с режущими кромками штрипсовых пил, которые находились в рабочем напряженном состоянии. В момент достижения контакта (см. фиг.5) обнулялись показания датчика 10 положения стола, который регистрирует расстояние b, пройденное столом в вертикальном направлении. Затем включался привод 6 криво-шипно-шатунного механизма для возвратно-поступательного перемещения пильной рамы в плоскости 2 основания и производства собственно реза. Производилось заглубление штрипсовых пил на глубину b, равную ширине Н полотна пилы, при переменной скорости V подачи стола 7, величина которой определяется упоминавшейся зависимостью показателя истираемости минерала, из которого приготовлен блок 13 камня. Блок 11 управления обеспечивал регулирование всего процесса распиловки на максимально возможной скорости V подачи до получения пластин. По достижении сигнала с датчика 10 о равенстве величин В=b, то есть переходе реза пил на фальшблок 12, приводы 6 и 9 станка выключались. Получены плитки из блока яшмы толщиной 3 мм без видимых отклонений по толщине размером 300×200 мм.
За счет наличия датчика положения рабочего стола относительно пильной рамы и осуществления управления по установленному критерию была снижена теплосиловая напряженность в зоне резания при формировании запила и обеспечена оптимальная величина скорости врезной подачи алмазных штрипсовых пил при распиловке. Станок позволяет проводить распиловку тонкозернистых скрытокристаллических природных камней на более тонкие пластины.