Современные технологии камнеобработки
На протяжении веков можно наблюдать ситуации, когда научные открытия либо намного опережали их практическое использование, либо технические изобретения получали научное обоснование и воплощение лишь спустя многие годы. Яркими примерами могут служить идея Леонардо да Винчи о создании вертолета (XV век) и выпуск его первого летающего прототипа (XX век), или теория рабочего цикла паровой машины (С. Карно), созданная через 80 лет после запуска первой паровой машины И. Ползуновым.
Такое положение сохранялось до конца XVIII – начала XX века, когда сначала промышленная, а за ней и научно-техническая революции изменили взаимоотношения науки и техники. С этого времени наука и научные открытия тесно связаны с потребностями общества, промышленности, техники и технологий. Камнеобрабатывающая отрасль воспринимает и использует новейшие технические достижения одной из первых, что позволяет ей поддерживать высокие стандарты качества не снижая производительности, а зачастую даже увеличивая ее.
Вторая часть нашего обзора посвящена способам обработки природного камня, использующим последние научно-технические достижения.
Физико-технические методы
Если судить по темпам внедрения достижений науки в сфере производства, то большинство отечественных, да и зарубежных фантастов, скоро останется без работы. Все когда-то придуманные ими гиперболоиды, космические челноки и мечи джедаев давно реализованы и мирно трудятся в различных областях – добывают уголь и руду, перевозят ученых на космические станции, режут и обрабатывают сверхпрочные металлы, гранит, мрамор, габбро-диабаз, пластмассы.
В камнеобработке наибольшее распространенные получили такие наукоемкие и высокотехнологичные способы обработки как:
- Гидроабразивный
Разрушительная сила сжатой под большим давлением воды впервые была использована еще в начале XX века американскими и советскими учеными в угольных комбайнах. Дальнейшие исследования и эксперименты позволили существенно улучшить эффективность метода за счет повышения давления, уменьшения диаметра выходного сопла и использования в качестве режущего агента смеси воды с абразивным порошком.
Сегодня оборудование для гидроабразивной резки оснащенное алмазными соплами и программным управлением, использующее в качестве абразива гранатовый порошок применяется для изготовления и обработки таких изделий как фасадные плиты из габбро, надгробные памятники из гранита и габбро-диабаза, декоративная продукция из камня.
Высокая точность резки (до 0,01 мм), которую обеспечивает малый диаметр сопла, система позиционирования головки и числовое программное управление процессом позволяет вырезать детали сложной конфигурации и даже воспроизводить изображения в виде барельефов.
- Плазменный
Этот способ обработки и резки материалов яркая демонстрация применения физики высоких энергий и солнца в практических целях. Разработанные учеными специализированные аппараты для получения низкотемпературной (1000-10000 оК) плазмы получили название плазмотроны. В них поток газа, проходящий сквозь сопло, на выходе из которого горит вольтова дуга, превращается в струю плазмы и может использоваться для резки и обработки материалов.
В зависимости от принципа получения дуги различают два основных типа плазмотронов – с дугой непосредственного действия (независимой) и косвенного действия (зависимой). Аппараты первого типа используют для сквозного резания материалов или для поверхностной плазменно-дуговой обработки – срезания верхнего слоя (так можно пассеровать блоки гранитные и габбро). Второго типа – для сварки и резки тонких листов металла.
Использование различных газов (азот, гелий, кислород, аргон и др.) в качестве рабочего вещества и тока различной силы позволяет получать плазму разной температуры (103 – 104 оК). Сам принцип плазменной резки заключается в мгновенном расплавлении материала в месте попадания струи и удаления отходов с поверхности обработки благодаря высокой скорости истечения плазмы.
- Лазерный
Лазеры вошли в нашу жизнь прямо со страниц фантастических романов и быстро стали совершенно обыденным явлением. Благодаря возможности получения высокой концентрации энергии (до 1014 Вт/см2) на очень малой площади (до 1 мкм) луч лазера буквально испаряет материал на своем пути проделывая отверстия или вырезая заготовку нужной конфигурации. Благодаря возможности управления мощностью луча и глубиной его проникновения сферы применения лазеров простираются от прецизионной резки сверхтвердых материалов, например, вырезания барельефов на таких основаниях как плита полированная из габбро-диабаза, до проведения операций на глазах для улучшения зрения.
- Газоструйный
Не столь новый как лазерная обработка или плазменная резка метод обработки с использованием термореактивных газовых горелок не менее эффективен в практическом применении. Горящая бензовоздушная, керосино-кислородная смесь или газовая струя с высокой температурой и со сверхзвуковой скоростью при воздействии на поверхность таких изделий как дорожный бордюр из гранита или плита мощения из габбро создает оригинальную фактуру. Целевое назначение такой обработки – придание изделиям противоскользящих свойств.
- Токи высокой частоты
Широкое внедрение в промышленности индукционного нагрева и установок ТВЧ для обработки металлов натолкнуло исследователей на возможность применения токов высокой частоты и в камнеобрабатывающей промышленности. Разработанная ими методика позволяет использовать высокочастотный ток для разделения каменных блоков. Для этого линейные электроды размещаются по обеим сторонам блока друг напротив друга. При прохождении высокочастотного тока происходит тепловой пробой — блок раскалывается строго в плоскости между электродами.
