BADANIA OBRÓBKI GRANITU Z UŻYCIEM BOCZKARKI AUTOMATYCZNEJ
W artykule opisano badania procesu obróbki powierzchni bocznych elementów kamiennych boczkarką automatyczną. Określono czas wykonania elementu. Przedstawiono zależności czasu obróbki od wymiaru i masy elementów obrabianych oraz ilości procesów. Określono stopień zużycia oraz zdolności obróbcze segmentów szlifierskich.
Obróbka powierzchni elementów kamiennych, w wyniku której uzyskują one odpowiednią fakturę i wykończenie, to jeden z głównych procesów w produkcji kamieniarskiej. Proces ten stosowany jest nie tylko do obróbki powierzchni głównych, ale także do powierzchni bocznych elementów kamiennych i realizowany jest za pomocą urządzeń znanych powszechnie pod nazwą „boczkarki”. Służą one głównie do wyrównywania i nadawania kształtu bocznym powierzchniom płyt. Boczkarki o najprostszej budowie, często jednogłowicowe, służą do szlifowania i polerowania boków płaskich. Te najbardziej zaawansowane, wielogłowicowe, o głowicach obróbczych ruchomych i konstrukcji przelotowej, umożliwiają także: wykonanie faz na krawędziach płyty, wyprofilowanie bocznej powierzchni w formie półwałka, ćwierćwałka, kalibrowanie powierzchni płyty, wykonanie ociekacza.
W urządzeniach tych stosowane są jako narzędzia obróbcze głowice i tarcze szlifierskie, które w zależności od konstrukcji boczkarki pracują pionowo, pod kątem lub poruszają się obiegowo. Oprócz tarcz szlifierskich stosuje się frezy o wyprofilowanym kształcie i tarcze tnące do wykonywania ociekacza.
WYKONANIE BADAŃ
Na proces obróbki bocznej powierzchni płyt za pomocą boczkarek mają wpływ następujące podstawowe czynniki: właściwości fizykomechaniczne przecinanej skały, parametry obrabianych elementów kamiennych, parametry pracy maszyny oraz zużywanie się głowic i tarcz szlifierskich. Celem przedstawionych w artykule badań było określenie wpływu parametrów elementów kamiennych i rodzaju operacji obróbczych na czas obróbki elementu, a także określenie stopnia zużycia diamentowych tarcz szlifierskich w zależności od uziarnienia ziarn diamentowych.
Badania zostały wykonane w zakładzie obróbczym Litos Sp. z o.o. na boczkarce firmy Comandulli model Musa, która przeznaczona jest do profilowania i obróbki bocznych powierzchni płyt. Podstawowe operacje obróbcze możliwe do wykonania na boczkarce to: polerowanie, kalibrowanie, wykonanie fazki górnej i dolnej, wykonanie ociekacza, profilowanie boku frezem kształtowym.
Boczkarka Musa należy do boczkarek typu przelotowego i zbudowana jest z następujących elementów:
– taśmy transportującej element kamienny, umieszczonej poziomo, o szerokości 600 mm;
– zestawu głowic ściernych i polerujących o średnicy 130 mm, zamontowanych po lewej stronie taśmy transportującej, służących do wykonywania faz, szlifowania oraz polerowania powierzchni bocznych umieszczonych prostopadle do płyty w przypadku obróbki boku prostego, pod kątem 45 stopni, jeśli wykonują fazowanie; głowice ułożone są ze wzrastającą granulacją ziarn diamentowych (60, 120, 280, 400, 600, 800 oraz paralux) – od najbardziej ściernych do wygładzających i nadających połysk;
– rolek dociskowych pneumatycznych, dociskających obrabiany element przesuwający się na taśmie przed głowicami szlifującymi;
– czujnika elementów regulującego pracę rolek dociskowych;
– układu dostarczającego wodę do chłodzenia narzędzi i obrabianej płyty;
– piły służącej do wykonania ociekacza;
– frezu profilującego.
Dane techniczne boczkarki przedstawia tabela 1.
Podstawowe dane techniczne boczkarki firmy COMANDULLI model MUSA
Wyszczególnienie
|
Jednostka
|
Wartość
|
Głowice polerujące
|
szt.
|
7
|
Głowice do wykonywania faz
|
szt.
|
4
|
Średnica głowic polerujących i fazujących
|
mm
|
130
|
Średnica frezu kalibrującego
|
mm
|
190
|
Średnica frezu profilującego
|
mm
|
130
|
Średnica tarczy do wykonywania ociekacza
|
mm
|
260
|
Prędkość posuwu taśmy transportującej
|
m/min
|
0÷3
|
Szerokość taśmy transportującej
|
mm
|
600
|
Grubość obrabianego elementu
|
mm
|
20÷80
|
Minimalna obrabiana szerokość
|
mm
|
80
|
Wysokość poziomu załadunku
|
mm
|
750
|
Moc całkowita
|
kW
|
27
|
Wymiary
|
m
|
4,5×1,75×1,8
|
Waga
|
kg
|
3600
|
OBRABIANE SKAŁY
Badania przeprowadzono przy obróbce bocznych powierzchni płyt z następujących skał:
(1) granit Strzegom, skały o zabarwieniu jasnoszarym, o następujących parametrach technicznych: gęstość – 2,67 g/cm3; nasiąkliwość – 0,35%; porowatość – 1,49%; wytrzymałość na ściskanie – 193,3 MPa; wytrzymałość na zginanie – 15,2 MPa;
(2) granit Balmoral (Finlandia), skały o barwie czerwonawej o następujących parametrach technicznych: gęstość – 2,64 g/cm3; nasiąkliwość – 0,10–0,15%; porowatość – 0,41%; wytrzymałość na ściskanie – 187,6 MPa; wytrzymałość na zginanie – 11,8 MPa;
(3) granit Szwed (Szwecja), skała o barwie popielato-czarnej i następujących parametrach: gęstość – 2,95 g/m3; nasiąkliwość – 0,04%; wytrzymałość na ściskanie – 267 Mpa; wytrzymałość na zginanie – 29,3 Mpa.
BADANE PARAMETRÓW OBRÓBKI PŁYT
Celem badań jest pomiar i analiza czasu obróbki płyt i elementów kamiennych za pomocą boczkarki automatycznej ze względu na rodzaj, właściwości skały oraz wymiary płyty. W trakcie badań dokonywano pomiarów obrabianych płyt. Płyty mierzono metrówką z dokładnością do 1 cm (grubość, długość i szerokość płyt), a czas obróbki mierzono z dokładnością do 1 s.
Operacje obróbcze, podczas których wykonywano pomiary, to:
– faza górna;
– faza górna i poler;
– faza górna i dolna;
– faza górna, dolna, poler;
– faza górna, dolna, poler, ociekacz.
Przed pomiarem płytę ustawiano tak, aby jej początek znajdował się przed czytnikiem elementów, następnie włączano maszynę i rozpoczynano pomiar przez włączenie stopera. Podczas pomiaru płyta przesuwała się na taśmie wzdłuż ścierających bok płyty głowic ścierających i polerujących, a następnie głowic do fazek. W końcowym odcinku wykonywany był ociekacz. Po podniesieniu się ostatniego docisku pneumatycznego płyta skalna wysuwała się na rolki końcowe. Wówczas pomiar kończono. Pomiary wykonano podczas obróbki: 63 płyt z granitu strzegomskiego, 16 płyt z granitu Barmoral i 15 płyt z granitu Szwed.
WYNIKI BADAŃ PROCESU OBRÓBKI PŁYT
W tabeli 2 przedstawiono wyniki pomiarów parametrów płyt, czasu obróbki poszczególnych płyt.
Rodzaj skały
|
Rodzaj obróbki
|
Wymiary obrabianych płyt
dł.×szer.×grub.
|
Masa płyty
|
Prędkość taśmy – zakres
|
Prędkość taśmy, wartość ustalona
|
Ilość obrabianych płyt
|
Zakres zmierzonych wartości czasu obrabiania płyty
|
Wartość średnia czasu obrabiania
|
Ilość operacji
|
[cm]
|
kg
|
[cm/min]
|
[cm/min]
|
szt.
|
[sekunda]
|
[sekunda]
|
szt.
|
granit strzegomski
|
faza górna
|
200×15×2
|
16
|
48–50
|
48
|
10
|
609–614
|
612
|
1
|
granit Balmoral
|
faza górna
|
85×70×2
|
31
|
48–51
|
51
|
12
|
390–397
|
393
|
1
|
granit szwedzki
|
faza górna, poler
|
95×70×2
|
39,2
|
48–50
|
50
|
13
|
422–433
|
426
|
2
|
granit strzegomski
|
faza górna i dolna
|
200×25×2
|
26,7
|
51–48
|
48
|
12
|
685–693
|
690
|
2
|
granit strzegomski
|
faza górna i dolna
|
135×25×2
|
18
|
51–48
|
48
|
20
|
485–503
|
492
|
2
|
granit szwedzki
|
faza górna i dolna
|
240×55×3
|
116,8
|
48–45
|
45
|
2
|
922, 924
|
923
|
2
|
granit strzegomski
|
faza górna i dolna, poler
|
200×25×3
|
40,1
|
48–51
|
51
|
8
|
766–811
|
790
|
3
|
granit Balmoral
|
faza górna i dolna, poler
|
200×70×3
|
111
|
48–51
|
51
|
4
|
772–788
|
780
|
3
|
granit strzegomski
|
faza górna, faza dolna, polerowanie i kapinos
|
200×54×3
|
86,5
|
42–37
|
39
|
13
|
873–882
|
876
|
4
|
Tabela 2. Wyniki pomiarów obróbki powierzchni bocznych płyt
Na podstawie uzyskanych pomiarów określono zależności czasu wykonania poszczególnych operacji od długości płyty, masy płyty i ilości operacji, które przedstawiają rysunki: 2, 3, 4.
Rys. 2. Zależność czasu obróbki od długości płyty
Rys. 3. Zależność czasu obróbki od masy płyty
Rys. 4. Zależność czasu obróbki od ilości operacji
OCENA ZUŻYCIA I ZDOLNOŚCI OBRÓBCZEJ
Podczas badań dokonano oceny zużycia i zdolności obróbczej segmentów ścierających i polerujących. W badanym modelu boczkarki do szlifowania i polerowania boków płyt stosowane są głowice z segmentami ściernymi o ścierniwie diamentowym i spoiwie syntetycznym. Głowice ułożone są ze wzrastającą granulacją ziarn diamentowych, tj. 60, 120, 280, 400, 600, 800 wyrażoną w meshach (ilość ziaren diamentu przechodzących przez sito o powierzchni 1 cala) od najbardziej ściernych do wygładzających i nadających połysk.
Do oceny zużycia segmentów przyjęto okres pracy boczkarki od lipca 2011 do lutego 2012 r. Uwzględniono ilość obrobionych m.b. boków płyt głowicami szlifującymi i polerującymi oraz stopień zużycia segmentów wyrażony ilością wykorzystanych segmentów w tym okresie. W tabeli nr 3 przedstawiono wielkość produkcji boczkarki z podziałem na poszczególne operacje.
Całkowita wielkość produkcji
P
|
Wykonanie frezowania i nacinanie ociekacza (oszacowane)
FN = 10% P
|
Wykonanie fazowania
F
|
Obróbka powierzchni bocznych segmentami szlifującymi i polerującymi
PSP = P – FN – F
|
|
|
m.b.
|
|
9100
|
910
|
1000
|
7190
|
|
Tabela 3. Wielkość produkcji boczkarki w okresie: lipiec 2011 – luty 2012 r.
Przyjmując wartość PSP i ilość zużytych segmentów poszczególnych granulacji, określono zdolność obróbczą pojedynczego segmentu. Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli nr 4.
Granulacja
ziaren diamentu
|
Ilość zużytych segmentów
|
Zdolność obróbcza pojedynczego segmentu
|
mesh
|
szt
|
m.b.
|
60
|
3
|
2397
|
120
|
1,5
|
4793
|
280
|
1
|
7190
|
400
|
0,5
|
14 380
|
600
|
0,5
|
14 380
|
800
|
0,5
|
14 380
|
Tabela 4. Zdolność obróbcza segmentów ścierających i polerujących
PODSUMOWANIE
Określone na podstawie badań zależności pozwalają na stwierdzenie że:
1. Przy porównywalnej prędkości taśmy transportującej obrabianą płytę, tj. 48–51 cm/min, z parametrów określających cechy związane z wielkością płyty czynnikiem najbardziej wpływającym na czas obróbki jest długość obrabianego elementu.
2. Czas obróbki w mniejszym stopniu zależy od ilości operacji. Wynika to z przebiegu procesu obróbki, gdzie kilka operacji może odbywać się jednocześnie, np.: polerowanie, wykonanie fazy, wykonanie ociekacza – co zresztą wykazuje określona zależność.
3. Wraz ze wzrostem granulacji ziaren diamentu (coraz mniejsze ziarna diamentu) maleje zużycie segmentów ścierających i zwiększa się ich zdolność obróbcza wyrażona ilością m.b. obrobionych elementów.
4. Określone w wyniku przeprowadzonych badań zależności oraz informacje o zdolności obróbczej segmentów ścierających dają możliwość producentom elementów kamiennych prognozowania czasu obróbki w zależności od wymiarów elementów kamiennych, a także określania zapotrzebowania na segmenty ścierające.
Joanna Bury, Wiesław Frankiewicz
Fot. J. Bury
LITERATURA
[1] Chrząszczewski W., Obróbka mechaniczna i obrabiarki do kamienia, Firma hg. Braune, Jawor 2004.
[2] Bury J., Analiza procesów obróbki oraz profilowania elementów kamiennych za pomocą boczkarki automatycznej. Praca dyplomowa, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr, Wrocław 2012.
[3] www.rynekkamienia.pl
[4] www.comandulli.it
[5] www.comandulli.pl/musa.html