Добыча и обработка природного камня

Распиловка полосовыми пилами, армированными режущими элементами

В зависимости от прилагаемой нагрузки различаются такие виды разрушений, как поверхностное, когда наблюдается упру­гое вдавливание резца в камень без погружения в него, уста* лостное — при неоднократном приложении нагрузки, и объем­ное. Эти виды деформаций в зависимости от прикладываемой нагрузки имеют место в той или иной степени при распиловке природного камня и с увеличением нагрузки один вид деформа­ции переходит в другой. Причем каждый последующий вид де­формации более эффективен, чем предыдущий, но в это же время требует больших затрат мощности. Еслгё внешняя при­кладываемая сила мала, то разрушение породы будет происхо­дить в результате истирания. При дальнейшем увеличении на­грузки истирание перейдет в усталостное разрушение, а затем в раздавливание. Раздавливание при соответствующих условиях может перейти в резание. Таков характер и порядок развития - деформаций в горных породах под действием внешних сосредо­точенных нагрузок. Однако, при установившемся режиме ра­боты инструмента обычно один вид деформаций является прева­лирующим.

Распиловка камня полосовыми пилами, армированными ре­жущими элементами, представляет собой процесс последова­тельного скалывания породообразующих частиц режущими эле - ментами инструмента.

Наиболее наглядно механизм резания может быть рассмот­рен на примере твердосплавной штрипсовой пилы, режущие эле­менты которой им^ют точно заданные геометрические пара­метры. При воздействии твердосплавного резца на камень про­цесс скалывания носит циклический характер и разделяется на четыре стадии (рис. 8.5). Первая стадия цикла заключается в заглублении режущего элемента в камень с образованием тон - кодисперсных продуктов разрушения, при этом в зоне его кон­такта с камнем создается объемное напряженное состояние. На второй стадии по мере дальнейшего заглубления резца в камень под действием усилия резания и подачи тонкодисперсные про­дукты разрушения накапливаются, а зона объемного напряжен­ного состояния забоя увеличивается. Находясь в условиях объ-

Рис. 8.5. Схема воздействия режу - Рис. 8.6. Схема воздействия режу­щего твердосплавного элемента на щего алмазного элемента на камень

Камень (С — сжатие; Р — растяже­ние: ас — угол скола)

Емного сжатия, тонкодисперсные продукты разрушения форми­руют уплотненное ядро определенного объема, который зависит в первую очередь от глубины резания. Часть продуктов разру­шения «истекает» через зазоры между резцом и стенками про­лила. Третья стадия заключается в воздействии ядра на дно пропила с деформацией последнего и образованием системы трещин. В, этот период происходит: нарастание напряжений в зоне контакта ядра с дном пропила до того момента, когда их величина достигнет предела прочности камня. Далее насту­пает четвертая стадия — раскрытие трещин, завершающееся вы­ходом их до открытой поверхности забоя и массива крупного элемента стружки с одновременным выбросом тонко дисперсных продуктов разрушения, составляющих ядро. В этот момент уси­лие резания на контакте режущего элемента с камнем падает до нуля. На этом цикл разрушения заканчивается и далее периоди­чески повторяется по мере продвижения режущего элемента в направлении резания.

В отличие от твердосплавных штрипсовых пил со строго ори­ентированным расположением режущих элементов процесс ал - мазно-штрипсовой распиловки можно классифицировать как ре­зание инструментом с геометрически нёопределенной режущей кромкой, представляющее собой «массовое царапание», при ко­тором отдельные следы от алмазных зерен перекрывают друг друга (рис. 8.6). Характер воздействия каждого отдельного ра­ботающего алмазного зерна на камень приблизительно анало­гичен процессу резания его твердосплавным режущим эле­ментом.

Дальнейшая оптимизация алмазно-штрипсовой распиловки неразрывно связана с созданием теоретических основ процесса алмазно-абразивного разрушения природного камня. Трудности в решении этой проблемы обусловлены случайным распределе­нием режущих элементов (зерен) на рабочей поверхности ин­струмента, сложным механизмом формирования срезов на за­бое, не поддающимся абсолютно точному описанию обычными методами, и многообразием явлений, происходящих непосред­ственно в контактной зоне и зависящих от различных взаимо - влияющих факторов. Как показали опыты, в механизме разру­шения камня алмазными зернами преобладает объемное разру­шение скалыванием и сдвигом, при котором элементы скола в ряде случаев образуются в результате действия на камень группы зерен, одновременно работающих в непосредственной близости друг от друга. При этом по-видимому, происходит смы­кание трещин, образованных соседними алмазными зернами, со­провождающееся откалыванием от массива общего элемента и выбросом его из пропила. Число зерен, участвующих при разру­шении, зависит прежде всего от режима резания и распределе­ния зерен в объеме алмазоносного слоя.