8.5 Фактурна обробка природного каменя

Фактура (від латинського слова factura — робота) — особливість обробки поверхні природного каменя.

Найпоширенішими видами фактурної обробки виробів з каменя є шліфування і полірування.

Шліфування каменя — процес абразивної обробки каменя, в результаті якого його поверхня придбаває шліфовану фактуру. Іншими словами, шліфування каменя — це комплекс механічних мікроабразивних процесів, виконуваних в декілька стадій (звичайно від 3 до 10) інструментом (алмазним або абразивним) з крупною зерен абразиву, що послідовно зменшується (від 800—1250 мкм на першій до 10—28 мкм на останній стадії). Шліфування каменя включає наступні основні стадії: обдирання (груба шліфовка); середня шліфовка; тонка шліфовка; доводочна шліфовка (лощіння). Метою кожної стадії шліфування є перетворення попереднього (більш грубого) мікрорельєфу оброблюваної поверхні каменя в новий, більш тонкий. В результаті дії шліфуючих зерен на поверхню каменя наноситься величезна кількість мікроподряпин. Стала шорсткість шліфованої поверхні каменя залежить від характеристики робочого інструменту, режимів обробки, структури і текстури гірської породи і інших чинників і звичайно формується після багатократних проходів інструменту по оброблюваній поверхні. Заключна стадія шліфування каменя (лощіння) забезпечує отримання лощеної фактури лицьової поверхні гірської породи, гладкою матовою поверхнею, що характеризується, із слабким бархатистим блиском, повним виявленням кольору, малюнка і структури каменя.

Полірування каменя — заключний процес обробки каменя, в результаті якого його поверхні додається дзеркальний блиск, що повністю виявляє фактуру, колір, малюнок і структуру гірської породи.

В каменеобробному виробництві для здійснення операцій шліфовки і поліровки використовується робочий інструмент різних конструкцій, званий в більшості випадків шарошками. До складу шарошек входять зерна алмаза (природного або штучного) або абразиву, утримувані зв'язуючим матеріалом-зв'язкою. Розмір зерен алмаза і абразивних матеріалів приведений в табл. 8.23.

Основними показниками, що визначають технічні характеристики і область вживання робочих інструментів на неметалічній зв'язці, є: твердість зв'язки (ГОСТ 18118— 79, ГОСТ 19202—80); структура абразивного інструменту; зернистість абразиву (див. табл. 8.23).

Твердість зв'язки має 16 градацій: ЧТ — надзвичайно тверда; ВТ — вельми тверда; ТІ, Т2 — тверді; СТ1, СТ2, СТЗ — середньотверді; С1, С2 — середні; СМ 1, СМ2 — середньомягкі; М1, М2, МЗ — м'які; ВМ1, ВМ2 — вельми м'які (цифра після букв означає додаткову градацію твердості, наприклад, СТЗ твердіше, ніж СТІ).

По структурі алмазний і абразивний інструмент підрозділяють на 12 груп, яким привласнюють номери від 1 до 12. Чим більше номер, тим в інструменті менше абразиву і більше зв'язки і пори. Структури №№ 1—4 відносяться до закритих (щільним) №№ 5—8 — до середніх №№9—12 — до відкритих структур. Звичайно обробка твердих і крихких гірських порід (включаючи і чистову) здійснюється інструментом закритих структур (табл. 8.24).

Для виконання операції поліровки каменя застосовують оксид хрому, оксид заліза (крокус), оксид олова, оксид алюмінію, полірит (оксиди рідкоземельних металів), мікропорошки деяких абразивів і ін.

Поширеним поліруючим матеріалом є оксид хрому, який застосовується для поліровки неофарблюваних темних гірських порід (гранує, габро, лабрадорит і ін.).

Згідно ГОСТ 2912—79 оксид хрому (порошок зеленого кольору) випускається наступних марок і сортів:

• пігментний, ОХП-1 і ОХП-2 (застосовується для забарвлення штучних кам'яних матеріалів);

• металургійний, ОХМ-0 і ОХМ-1;

• абразивний, ОХА-0, ОХА-1, ОХА-2 (табл. 8.25).

Таблиця 8. 23.

Розмір зерен, позначення зернистостей алмаза і абразивних матеріалів СНД, Європи
Розмір зерен, мкм	Позначення зернистостей
	алмаз. ГОСТ 9206—80. мкм	абразиви гост 3697—7!	європейський стандарт FEPA*31GB 1971, меш		ТУ47-2—73 «Сировина алмазна», шт/карат
Шліфпорошки
2000—2500	2500/2000	200	10		2-5; .5—10	Найкрупніші
1600—2000	2000/1600	160	12		10—20	Крупні
1250—1600	1600/1260	125	16		20—30
1000—1250	1250/1000	100	20		30—40 40—60 60—90	Середні
800—1000	1000/800	80	24		90—120 120—150	Дрібні
630—800	800/630	63	30		1 50—200 200—300 300—400
500—630	630/500	50	35		100—600 600—800	Найдрібніші
400—500	500/400	40	46		—
315--400	400/315	32	54		—
250—315	315/250	25	60		—
200—250	250/200	20	70		—
160—200	200/160	16	80		—
125—160	160/125	12	100		—
100—125	125/100	10	120		—
80—100	100/80	8	150		—
63—80	80/63	6	180		—
50—63	63/50	5	220		—
40—50	50/40	4	300		—
		Мікропорошки
50—63	63/50	М63	220/53	—
40—50	50/40	М50	240/45	—
28—40	40/28	М40	280/37	—
20—28	28/20	М28	360/23	—
14—20	20/14	М20	400/17	—
10—14	14/10	М14	500/13	—
7—10	10/7	М10	600/9	—
5—7	7/5	М7	800/7	—
3—5	5/3	М5	1000/5	—
2—3	3/2	МЗ	—	—
1—2	2/1	М2	—	—
0—1	1/0	Ml	—	—
* Меш — від англійського «mesh» — отвір сита. Меш — одиниця вимірювання величини отворів плетених сит. що виражається числом отворів, що доводяться на один дюйм (25.4 мм). Іноді в межах виражається і крупна зернистих матеріалів. Згідно FEPA (мікропорошки) в знаменнику приведений середньомедіанний розмір зерен в мкм.

Таблиця 8.24

Характеристики зв'язок, що використовуються при шліфовці каменя
Оброблювана порода	Зв'язка	Стадії шліфування	Твердість зв'язки	Структура інструменту, що рекомендується
М'які породи типу мармуру вапняку, доломіту	Матеріальна або бакелітова Керамічна	Обдирання груба середня тонка Поліровка Калібрування і профілізація	СМ1,СМ2 СМ2, С1 CMI,CM2 СМ1,СМ2 СМ1,СМ2, МЗ СМ1,СМ2,С1	№9—№12 №9 —№ 10 № 6 — № 8 № 5 — № 7 № 1—№4 №9—№ 12
Тверді породи типу граніту габро, лабрадориту	Магнезійна або бакелітова	Обдирання груба середня тонка Поліровка	С1,С2, СТ1 C1,C2 С1,С2 СМ2, С1 СМ1,СМ2	№9 —№ 12 №9 —№ 12 №6 — №8 №6 — №8 №9—№ 12
	Керамічна	Калібрування і профілізація	С1,С2	№9 —№ 12

Таблиця 8.25

Характеристика окида хрому
Сорт оксиду хрому, ГОСТ 2912-79	Поліруюча здатність, мг/мин см2, не менше	Шорсткість поверхні після поліровки (параметр R: — висота нерівностей профілю по десяти крапках), мкм, не більш
ОХА-0 ОХА-1 ОХА-2	0,2 0,1 0,3	0,1 на базовій довжині 0,8 мм 0,2 на базовій довжині 0,25 мм 0,8 на базовій довжині 0,25 мм

шліфувально-полірувальне устаткування по технологічних і конструктивних особливостях підрозділяється на: ручні шліфмашинки; ручні колінно-важільні верстати; мостові, портальні і конвейєрні верстати.

Мостові (портальні) шліфувально-полірувальні верстати (мал. 8.21, а, би) мають міст (портал), який може рухатися по направляючих уздовж робочого столу верстата, а по мосту (порталу) переміщається упоперек робочого столу каретка з робочою головкою (плоскої планшайбою або планетарною головкою з абразивними, алмазними елементами).

Портальні верстати (важчий і могутній вид устаткування) застосовуються, в основному, для обробки граніту, а мостові верстати, будучи універсальним видом устаткування, обробляють будь-які гірські породи і найширшу номенклатуру виробів. За останній час вживання цих верстатів скоротилося, оскільки при виробництві стандартних модульних плит застосовуються високопродуктивні конвейєрні верстати (лінії), а при виробництві нестандартних виробів застосовуються колінно-важільні верстати або ручні шліфмашинки.

Мал. 8.21. Схеми шліфувально-полірувальних верстатів:

а — портального; б — мостового; в — конвейєрного; г — колінно-важільного (колонкового); 1— оброблюваний виріб; 2 — шліфувальний інструмент; 3 — шпіндель; 4 — шліфувальна головка; 5—візок; 6 — стіл: 7—конвейєр; 8 — портал; 9 — міст; 10 — колона; 11 — механізм важеля; V—вращательное рух шліфування; S — робоча подача; S₁, S₂ — настановні рухи.

Таблиця 8.26

Технічні характеристики мостових і портальних верстатів
Країна, фірма	Мазка, тип	Максимальний розмір вироби, м			Число оборотів шпінделя	Встановлена потужність, кВт	Маса, т
		ширина	довжина	висота	мін-1
СНД	ВШ-3, портальний	1	2	0,15	50/100	46,5	15
Італія	ЛЖ-9	1,7/1,9	__	0,35	50/450	52,1/69	13/15
«Бра»	ЛЖ-12, портальні
Вірменія «Армкамено- резмаш»	Мостові СМР-013А, СМР-013	4 1,4	4 2,8	0,2 0,2	450/1500 500/1000	24 22	5,6 5,8
Німеччина «Карл Майер»	Мостові 303. 303Н	2 1,8	3,5 3/8	0,25 0,24	450 450	26,3 21,7	4,2 4,5

Технічні характеристики мостових і портальних верстатів приведені в табл. 8.26.

Конвейєрні верстати (лінії) є стрічковим (пластинчастий) конвейєром (див. мал. 8.21, в), над яким розташовані один за одним шліфувальні головки з відповідним номером шліфувально-полірувального інструменту, що обертаються.

Конвейєрні верстати за технологічним принципом діляться на обдирні (1—5 головок), шліфувально-полірувальні (до 16 головок) і верстати повного циклу (до 32 головок).

Виходячи з розмірів оброблюваних виробів, конвейєрні верстати можуть бути з нерухомою рамою (балкою), на якій закріплені шліфголовки (ширина плит до 600 мм), і з поворотно-поступальним поперечним рухом балки з шліфголовками для обробки слябів (ширина плит до 2200 мм).

В табл. 8.27 дані технічні характеристики шліфувально-полірувальних конвейєрних верстатів.

Умовно до конвейєрних верстатів відносять різні конвейєрні установки або установки, оснащені рольгангами, для доводочних операцій стандартних (модульних) облицювальних виробів. Це конвейєрне або рольганговое (роликове) устаткування для калібрування плит по довжині і ширині, по зняттю фасок, по нарізанню кріпильних канавок і ін.

Таблиця 8.27

Характеристики шліфувально-полірувальних конвейєрних верстатів
Країна	Модель	Призначення конструкції	Макси-мальна	Тов-щина	Число	Орієн-товно
фірма			ширина плит, мм	плит, мм	головок	Встанов-лена потуж-ність, кВт
Італія	NP95-2I00	З осцилюючим мостом для	2100	120	6/9/12	74/105/144
Simes	06/09/012	граніту (повний цикл)
	NP095-2100 10/0916	Те ж	2100	120	16	187
	9+9	З двома осцилюючими мостами для граніту (повний цикл)	2100	120	9 + 9	209
Breton	Leviibreton KG2000 07/013/019	З осцилюючим мостом для граніту (повний цикл)	2100	140	7/13/19	112/204/294
	Leviibreton KFT2000	З осцилюючим мостом для мармуру (повний цикл)	2100	70	4/8/12	34/64/94
	Leviibreton KFT2000-200/210	З осцилюючим мостом для мармуру і двома калібруючими головками	2100	70	2+10	123
Педріні	M64I	Калібратор для граніту з осцилюючим мостом	1220	70	3	45,35
	М546	Калібратор для мармуру	400	70	4	67,1
	M5I9	шліфувально-полірувальний конвейєр для мармуру	460	70	12	159,7
	М529	Те ж	460	70	12	154
	М536	Те ж для граніту	610	60	16	212,5
	М636	Те ж	250/610	70	20	186
	М619	Те ж для мармуру	460/610	60	16	208,6

Ручні колінно-важільні верстати за умов закріплення діляться на колонкові (колінно-важільний механізм з шпінделем переміщається по нерухомій вертикальній колоні, мал. 8.21, г) і настінні (механізм переміщається по вертикальній осі, закріпленій на стіні). Ці верстати забезпечуються спеціальним металевим (бетонним) столом з бортами для запобігання розбризкування води, і стоком. Враховуючи той, що консольне розташовує приводу і робочого інструменту і небезпека виникнення вібрацій, для цих верстатів важливі жорсткість і маса всієї конструкції.

Технічні характеристики колінно-важільних верстатів приведені в табл. 8.28.

Таблиця 8.28

Характеристики колінно-важільних верстатів
Країна, фірма	Мазка, кріплення механізму	Розмір виробу, max. мм	Число оборотів шпінделя, мін ''	Потужність, кВт	Маса, т
Росія, «Г.К.Граніт»	НТР-2, НТР-3 на колоні	1400 х 2200	480	4	1,1
Італія, «Zattoni»	Columna, G.M. на колоні	1200x3100	300 / 600	4,5/5	0,83
Вірменія «Армкамено- резмаш»	СМР-030А на колоні	1100х 2000	405 / 800	5,5	1,15
Італія «Морденті»	А-185 на стіні	11400х 4000	550/ 1100	4,9	1,15

Одним з видів обробки каменя є фактура розколювання.

На каменокольному устаткуванні проводиться велика різноманітність виробів з каменя (брущатка, бордюр, рваний камінь, архітектурні деталі і ін.). Для колки каменя застосовують каменокольні преси різних типорозмірів, оснащені системами плаваючих ножів, що дозволяють охоплювати нерівні поверхні заготівок і створювати достатні розколюючі зусилля.

Крупні преси з великим зусиллям розколювання звичайно виконуються двухстієчними («п»-образними) і призначені для заготовчих операцій при виробництві дрібних (брущатка і ін.) і крупних виробів. Ці преси оснащуються рольгангами або конвейєрами для подачі заготівок до пресу. Преси малих моделей з невеликими зусиллями розколювання виконуються консольними («г»-образними) і призначені для виробництва дрібних виробів.

В табл. 8.29 приведена технічна характеристика деяких каменокольних пресів.

Таблиця 8.29

Характеристика каменокольних пресів
Країна, фірма	Модель	Розмір прохідного перетину, мм		Зусилля стиснення, т	Примітка
		висота	ширина
Росія	ПК А-400	350	320	40	«г»-образний
«Станкострой»	ПК А-800	350	600	80	«п»-образний
	ПКА-3000	350	1520	300	«п»-образний з рольгангом
Італія	А8.70Т/1	290	800	70	«п»-образний
С&В	А8.160Т	400	1120	160	Те ж
	А8.50Т/1	280	640	50	-"-
Італія	SOC/32a	150	320	40	«г»-образний
Comes	SOC/48a	150	480	60	Те ж
	SOC/бОс	250	600	90	-"-
	SO/60	200	600	50	«п»-образний
	SO/80	200	800	70	Те ж
	SO/80e	600	800	200	-"-
	SO/100c	600	1000	200	-"-
	SO/120	500	1200	100	-"-
	SO/120c	600	1200	200	-"-

Окрім шліфування, полірування і розколювання Гостом 9480—89 передбачені інші види фактур обробки каменя, які одержують за допомогою ручних механізованих інструментів і спеціалізованого устаткування.

До спеціалізованого устаткування відносяться водоструминні, бучардовочні, термооброблюючі, піскоструминні, віброкопірувальні, лазерні і інші установки.

Класичні бучардовочні верстати з поворотно-поступальним рухом бучард в даний час витісняються верстатами, оснащеними обертальними головками, «Г, що випускаються.К. Гранує» (р. Москва) для більшості видів кам-необроблюючого устаткування (табл. 8.30).

Таблиця 8.30

Технічні дані обертальних бучардовочних головок «Г.К. Гранує» (Москва)
Устаткування, що використовується	Потужність кВт	Ширина бучарди-рування. мм	Діаметр головки, мм	Число шарошек, шт.
Ручні кутові	1—2,2	30—100	130	3
шліфмашинки
Колінно-важільні шліфстанки	3—7	1 50—300	300	6
Мостові шліфувальні верстати	5—20	300—450	500	24
Конвейєрні	7—15	300—400	450	20
верстати
Напільні	3—10	250—300	400	16
шліфмашини

Ударні бучардовочні верстати використовуються, в основному, для «рустировання» — нанесення ударного лінійного малюнка на поверхню каменя.

Оригінальної, не має аналогів, є конструкція віброкопірувальних верстатів («Армкаменорезмаш», Вірменія) для нанесення на плити каменя об'ємних орнаментів, відмінна високою продуктивністю і простотою. Установка дозволяє за допомогою прокачування абразивної пульпи між вібруючою матрицею з нанесеним на ній об'ємним орнаментом і плитою одержувати на камені зображення будь-якої складності.

Характеристика віброкопірувального верстата СМР-082 («Армкаменорезмаш») для обробки плит з об'ємним орнаментом:

продуктивність, м²/ч:

при обробці мрамора................................................................ 0,6

при обробці туфа...................................................................... 0,85

при обробці гранита................................................................. 0,15

максимальні розміри виробу:

довжина х ширина х висота, мм............................................ 1200х600х 150

розміри оброблюваної поверхні, мм.................................... 300 х 300

маса кг..................................................................................... 1600