МКК Диамант
Наш адрес

 

Московская обл.,
г. Долгопрудный, ул. Заводская, д. 2
Телефон:
(495) 408 5559

Карта проезда Карта проезда

Новости

table_img_toptable_img_bottom thumb
Алмазные сегменты Оптимизация состава и технологических параметров алмазного инструмента при обработке радунита

Статья

 Радунит – уникальный природный камень, обладающий чрезвычайно высокими прочностными и декоративными характеристиками. Единственное в мире месторождение находится в Якутии между реками Чарой и Олекмой. Ранее, среди местного населения, было известно как место, где находится волшебная Радужная гора необычного яркорозового цвета – обиталище духов солнца и огня.

            В 1990-1992 годах при проведении геологической разведки на этом участке, где выходят на поверхность древнейшие породы Сибирской платформы, были обнаружены значительные запасы необычного по цвету и структуре красноцветного силицизированного доломита.

            В 2003-2005 г. ОАО «ГК Радунит» провело детальную геологическую разведку, выяснив точные запасы камня и все его характеристики. Радужная гора стала месторождением «Надежда», а камень получил название «Радунит», т.е. радужный, уникальный.

 

Уникальность радунита состоит в неповторимом сочетании двух его качеств.

Первое – это изначально осадочная порода, обладающая цветовой гаммой свойственной мраморам и травертинам – от светлого, до тёмнорозового и состоящая на 50-70% из карбонатов кальция и магния.

Второе – изменения состава первичного доломита, произошедшие за долгие миллионы лет и сопровождавшиеся привносом кварца и уплотнением, привели к тому, что прочность этого необычного камня превышает прочность самых крепких гранитов и кварцитов.

            Высочайшие технологические показатели радунита: высокая прочность, достаточно хорошая обрабатываемость, способность принимать полировку, морозостойкость, долговечность в сочетании с его природной красотой и несомненной новизной на рынке сырья, делают этот камень весьма привлекательным для широкого круга российских камнеобработчиков, дизайнеров, архитекторов и строителей.

            Разработку месторождения «Надежда» производило ОАО «ГК Радунит», сейчас - камнеобрабатывающий комбинат ОАО «Алмазы Анабара».

В соответствии с целевым назначением работ по Лицензии на недропользование, силицитизированные доломиты разведывались в качестве облицовочного камня и оценивались согласно ГОСТ 9479-98 «Блоки из природного камня для производства облицовочных изделий» и ГОСТ 30629-98 «Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Методы испытаний». По заключению специалистов института ВНИИПИИстромсырьё радунит относится к первому классу – высоко-декоративным породам (33-34 балла). Отечественными аналогами по декоративности этого материала, могут служить мраморы Газганского (Узбекистан) месторождения, Кибик-Кордонского (Красноярский край), Красногорского (Карелия), Лемезинского (Челябинская область), Нижне-Тагильского (Челябинская область). Зарубежными – Rosa Portugalo (Португалия), Rosa Norvegia (Норвегия), Rosa Alicante (Испания).

            По полируемости камень хорошо принимает полировку, отражательная способность после полировки находится в пределах 125-155 относительных единиц блескомера.      

            Заводские испытания по распиловке технологической пробы блоков силицитизированных доломитов с целью определения показателя технологичности, (регламентируемого приложением А к ГОСТ 9479-98) и выяснения технических параметров обработки камня проводились на Московском камнеобрабатывающем комбинате (ОАО «МКК»). При этом выяснилось, что стандартный дисковый алмазный инструмент и принятые технологические параметры распиловки для этой цели не подходят.

Для решения этих проблем был заключен договор с ООО «МКК-Диамант» и партия из трёх блоков направлена на ОАО «МКК». Автор принимал непосредственное участие в этой работе.

            Пробная распиловка блоков радунита  показала, что эта горная порода относится к категории труднообрабатываемых материалов. Используемые при этом алмазные отрезные сегментные круги (АОСК), разработанные для условий МКК, имеют низкую  производительность, находящуюся в пределах 80-100 см²/мин (для  труднообрабатываемых пород типа кварцитов она находится в пределах 100-150 см²/мин, а для труднообрабатываемых гранитов 1-й группы 150-250 см²/мин).Полученные результаты показали необходимость определения наиболее близких к радуниту аналогов горных пород, обрабатываемых на комбинате, проведение анализа работы по ним алмазного режущего инструмента (АОСК) и на основании этого разработки рациональных технических характеристик последнего.

Из твёрдых горных пород на комбинате обрабатываются бескварцевые граниты (габбро и лабрадориты), граниты, содержащие различное количество кварца и относящиеся соответственно к той или иной группе твёрдости и обрабатываемости, а также кварцевые породы такие, как кварцито-песчаник Кожимского месторождения и кварцит Шокшинского месторождения. Трудность обработки природного камня и износ алмазного инструмента, в первую очередь, зависит от содержания в них кварца, твёрдость которого по шкале Мооса равна 7. Составляющие его другие минералы имеют меньшую твёрдость: калиевые шпаты – (основные минеральные составляющие гранитов) – 6, а у анфиболов, пироксенов и слюды она ещё ниже.

Для такой широкой номенклатуры обрабатываемого камня и большого разнообразия используемых на комбинате станков, включая многодисковые, ООО «МКК-Диамант» разработал достаточно широкую гамму алмазного инструмента с соответствующими характеристиками режущих сегментов и брусков, который обеспечивает высокую эффективность его работы в этих условиях.

В то же время, необходимо отметить, что широкий диапазон свойств обрабатываемых горных пород и большая номенклатура выпускаемого алмазного инструмента значительно усложняет подбор его оптимальной характеристики.

            В рамках договора сотрудниками ООО «МКК-Диамант» был выполнен анализ работы алмазного инструмента на комбинате по гранитам различных месторождений, а также по Шокшинскому кварциту и Кожимскому кварцито-песчанику.

При этом при снятии режимных параметров и анализа состояния рабочей поверхности сегментов и брусков определялись их зависимости от качества, зернистости и концентрации алмазов, а также состава связок и их технологических режимов изготовления.

            В результате такого анализа были установлены технологические аналоги радунита, к которым можно отнести граниты 1-й группы следующих месторождений: Токовский, Кашина гора, Сюскю-янсаари, а также кварциты Шокшинского и Кожимского месторождений. Содержание кварца в указанных породах составляет до 30% у гранитов и до 80% и более у кварцитов, а прочность на сжатие доходит до 300МПА.  Основные физико-механические показатели указанных пород приведены в таблице №1. Физико-механические показатели радунита получены в результате испытаний, проведённых ОАО «Юж Якут ТИСИЗ» г. Нерюнгри по договору с «ГК Радунит» в 2005 г.
              Наиболее близким по строению и технологическим параметрам аналогом радунита является кварцит Шокшинского месторождения, который имеет сходную структуру, хотя у последнего она более выражена – (тонко – и мелкозернистая), а у радунита – практически скрыто-кристалическая, сходная со сливным кварцем.

            Такие крепкие породы, наряду с трудностью их обработки, образуют при резании алмазным инструментом мелкий шлам, а износ инструмента достигает максимальных значений. Для их эффективного разрушения требуется приложение повышенных нагрузок на инструмент, с тем, чтобы происходило внедрение каждого алмазного зерна в породу. Однако, увеличение нагрузки вызывает преждевременное разрушение и выпадение алмазных зёрен из связки, что приводит соответственно к повышенному расходу инструмента. В ряде случаев увеличение нагрузки невозможно из-за деформации корпуса инструмента, состояния оборудования и т.п., поэтому приходится мириться с низкой производительностью резания. В тоже время, образуемый при резании  мелкий шлам не обеспечивает своевременного износа материала связки и, как следствие, требуемого «вылета» алмазных зёрен над её режущей поверхностью.

            Такой характер работы и износа алмазных зёрен и материала связки, требуют корректировки технической характеристики используемого алмазного инструмента и соответственно технологии его изготовления.

             Для этих условий сегменты должны оснащаться высокопрочными моно-кристалическими алмазами с прочностью на раздавливание не менее 280-300 кг на зерно (марка алмазов АС 280 – АС 300). Крупность алмазов должна быть не более 400/315 (400/315мкм или 40/50 us mesh, которая в настоящее время является основной при обработке наиболее твёрдых горных пород. Перспективным может быть более мелкие алмазы зернистостью 45/50 и 50/60 us mesh. Концентрация алмазов в связке должна быть несколько повышена.

При резании радунита из-за повышенных нагрузок на инструмент связка должна быть прочной и хорошо удерживать алмазные зёрна и, в тоже время, быть более изнашиваемой (износостойкой) по сравнению с применяемым в настоящее время на комбинате.

Наиболее распространёнными из них являются связка М6-05 на основе кобальта и М2-01на бронзовой основе. Первоначально предполагалось, что для резания радунита кругами АОСК  диаметром 400 – 1200мм следует использовать связку М2-01 с дополнительным введением в её состав кобальта, железа и твёрдого сплава. Для кругов диаметром 3000 – 3500мм - связку М6-05 с пониженным содержанием кобальта. Меняя соотношения входящих в состав связок металлических порошков, можно установить наиболее рациональные их пропорции.

Конкретный состав связок следовало определить в процессе работы, при которой будут учитываться влияние на технические характеристики связки качество и зернистость используемых металлических порошков, а также технологические режимы спекания.

С учётом выше изложенных технологических и эксплуатационных требований  были изготовлены четыре контрольных партии алмазных сегментных кругов Ø 400, 500, 600 и 800мм. Все сегменты были изготовлены трёхслойными, которые используются в настоящее время при резании твёрдых пород. Применение трёхслойных сегментов позволяет сохранить рабочий торец практически плоским до их полного износа. Это достигается за счёт повышения концентрации алмазов в боковых слоях., а также добавлением мелких зернистостей 50/60 к основной фракции 40/50.

            Для изготовления опытных кругов использовались корпуса с узкими межсегментными пазами, позволяющими обеспечить высокое качество реза. Пайки алмазных сегментов на них осуществлялись серебряным припоем ПСР-45.

            Первая контрольная партия кругов Ø400мм преследовала цель уточнить тип связки, которая  была приемлема  для резания радунита. Для этой цели были использованы связки М6-05 и две бронзовые различного состава и твёрдости. Марка, зернистость и концентрация алмазов были такими, которые рекомендуются  для резания твёрдых гранитов 1-й группы и частично для кварцитов. Характеристики алмазных сегментов приведены в таблице 2.

 

Таблица №2

Основные характеристики алмазных сегментов для начальных испытаний при резании радунита.

 

№ круга

Марка алмазов

Зернист. алмазов, основная фракция

us mesh

Концентр. алмазов

%

Тип связки

Твёрдость связки

HRB

Кол-во,

Шт

1

 

 

АС300

40/50

25

М6-05

100

1

2,3

40/50

50/60

40

М6-05

105

2

4

40/50

25

М2-01

95

1

5

40/50

30

М2-01

90

1

 

Испытания этих кругов по радуниту проводились в цехе №3 МКК на станке «Регент 60». Параметры работы кругов следующие:

  • окружная скорость – 30 м/сек;
  • глубина резания – 1,0 – 1,5 мм;
  • продольная подача – 5–6 м/мин;
  • расход охлаждающей воды – 15-20 л/мин;

 

В результате испытаний установлено, что круг на кобальтовой связке

М6-05 №1резал с низкой производительностью в пределах 60-80 см²/мин и требовал периодической подзаточки, которая осуществлялась путём резания абразивных кругов. Однако и после подзаточки, круг быстро «засаливался», а производительность падала. Повышение режимов резания вызывало только увеличение нагрузки на корпус.

            Круги с №2 и 3 на связке М6-05 и алмазных порошках различной крупности работали стабильно, но жёстко, шумно с излишней нагрузкой на корпус и производительностью 70-90см²/мин.

      Несколько мягче работали круги на бронзовых связках, однако и они не обеспечивали минимально допустимую на комбинате производительность в пределах 100-150 см²/мин по таким породам как кварциты. Лучшие результаты по производительности получены при резании радунита кругом на связке М2-01 С, которая доходила до 100 см²/мин, но круг иногда требовал «подзаточки». Несмотря на это, на первом этапе эта связка была взята как базовая. Анализ изношенных сегментов под микроскопом показал, что на большинстве выступающих из связки алмазных зёрен образовались площадки износа. Это говорит о том, что для резания радунита необходимо использвать более мелкие алмазы. На рабочей поверхности сегментов обнаружено много образовавшихся от выпавших алмазных зёрен «ямок», что указывает на наличие значительных нагрузок на них в процессе резания.

С учётом полученных результатов и для уточнения концентрации алмазов  была изготовлена вторая партия кругов Ø 500 мм. Характеристика алмазных сегментов этих кругов приведена в таблице 3.

 

Таблица №3

Уточнённые характеристики алмазных сегментов.

 

диаметр круга, мм

Марка алмазов

Зернист. алмазов, основная фракция,

us mesh

Концентр. алмазов

Тип связки

Твёрдость связки

HRB

Кол-во

кругов,

шт

 

500

 

АС250

 

45/50

24

 

М2-01С

 

90

1

26

1

28

1

30

1

 

Эта партия кругов проходила испытания на станках «Аксия-38» в том же цехе №3 МКК при режимах:

  • окружная скорость – 30 м/сек;
  • глубина резания – 1,5 – 2,0 мм;
  • продольная подача – 5–7 мм;
  • расход охлаждающей воды – 20-25 л/мин; 

Испытания показали, что более мелкие алмазы зернистостью 45/50 в отличие от зернистости 40/50 обеспечивают несколько повышенную производительность при резании радунита.

Наилучшие результаты получены при их концентрации 26 и 28, при которых производительность находилась в пределах от 100 до 120 см²/мин. Однако, при этом необходимо отметить, что все круги работали с несколько повышенным уровнем шума и требовали иногда дополнительной «подзаточки».

Видимо это вызвано повышенной износостойкостью связки для данных условий резания. В связи с этим, последующая партия кругов диаметром 600мм была изготовлена более мягкой связке М2-01М, с введением в её состав, помимо кобальта, порошка железа. Для улучшения режущей способности были заказаны высокопрочные и хорошо огранённые синтетические алмазы MBS 975 (АС 300) зернистостью 45/50 у американской фирмы «Джэнерал электрик». В таблице 4 дана характеристика алмазных сегментов и кругов диаметром 600мм.

 

Таблица №4

Основные технические характеристики экспериментальных кругов АОСК диаметром 600мм.

Ø круга мм

Марка алмазов

Зернист. алмазов, основная фракция

Концентр. алмазов

Тип связки

Твёрдость связки

HRB

Кол-во

Кругов

 

 

600

 

АС250

 

 

45/50

 

26

 

М2-01М

 

85-88

 

2

 

АС300

 

 

45/50

 

26

 

М2-01М

 

85-88

 

2

 

Указанные в таблицы 3 круги прошли испытания также в цехе №3 комбината на станках «Аксия» при той же окружной скорости 30 м/сек, а остальные параметры были:

 

  • глубина резания – 2,0 – 2,5 мм;
  • продольная подача – 6–8 мм;
  • расход охлаждающей воды – 20-25 л/мин;

 

При работе кругами из алмазов АС250 была достигнута производительность 140-150 см²/мин, а из алмазов АС300 она доходила до 160см²/мин.

Все испытанные круги работали с пониженным уровнем шума по сравнению с предыдущими партиями.

Для уточнения результатов работы по радуниту была изготовлена дополнительно контрольная партия кругов Ø 800мм в количестве 2-х штук. В сегментах этих кругов использовались алмазы только марки АС300 с несколько повышенной концентрацией их в боковых слоях. Остальные параметры кругов соответствовали указанным в таблице 3.

При работе этих кругов по радуниту было установлено, что снижение окружной скорости до 25 м/сек несколько улучшает условия работы инструмента и снижает уровень шума. Производительность резания доходила до 180 см²/мин.

В результате выполненных исследований были установлены рациональные характеристики сегментных кругов Ø 400 – 800 мм, предназначенные для резания радунита, и режимы работы ими по нему, которые находятся в пределах:

  • окружная скорость – 25-30 м/сек;
  • глубина резания – 2,0 – 3,0 мм;
  • продольная подача – 6–8 м/мин;

При распиловке блоков камня кругами диаметром 3500мм на алмазный инструмент воздействуют боле высокие нагрузки, чем на рядовые круги, условия выноса шлама из пропила затруднены. Для таких условий работы инструмента алмазные порошки должны быть более прочные, а связка более износостойкая.

Учитывая это, при изготовлении опытной партии брусков к кругу диаметром 3500мм нами использовались порошки марки MBS 970 и MBS 975, соответствующие отечественным маркам АС280 – АС300, а связка была изготовлена по принятой технологии на основе кобальтового порошка с введением в её состав некоторого количества железа. Основной фракцией алмазного порошка была зернистость 40/50 us mesh (400-315мкм), а в центральный слой, в качестве добавки, в место крупных алмазов зернистостью 30/40 были введены более мелкие зернистостью 35/40. Общая масса алмазов в бруске составила 18,0 карат.

По конструкции бруски не отличались от принятых и были выполнены многослойными, четырёхступенчатыми с размерами по длине, высоте и ширине 28 х 13/11,5 х 32мм. Всего было изготовлено 180шт. таких брусков, которые были напаяны на стальной корпус серебряным припоем ПСР-45.

Производственные испытания круга Ø 3500мм проходили на станке “Giga – 3500”в цехе №3 комбината при распиловке блоков радунита. Перед работой, для приработки круга и вскрытия алмазных зёрен распиливался специально изготовленный блок бетона.

 

На начальном этапе распиловки блока радунита при врезании глубина резания составляла 1мм, а продольная подача составляла 4-5м/мин. После углубления в блок на 80-120мм постепенно увеличивали глубину резания до 2,5-3,0мм, а продольную подачу до 8м/мин. Производительность распиловки составляла 180-220см²/мин. Расход охлаждающей жидкости (вода) находился в пределах 80-100л/мин.

Наблюдения за работой круга осуществлялось ежедневно с фиксацией режимов резания и износа алмазных брусков по высоте. Средняя потеря высоты составляла за сутки порядка 1мм, соответствует расходу алмазов примерно в 100 карат. При производительности 1,2м²/час и при суточном объёме распиловки 15-18м² расход алмазов на 1м² площади реза составит порядка 5-6 карат/м².

            В процессе испытаний круга Ø 3500мм при распиловке блоков радунита были получены изделия в виде плит, слебов и различных заготовок под балясины, ступени и т.п.. Трудность при распиловке таких блоков возникала при изготовлении плит и слебов, толщина которых была менее 40мм. Из-за трещиноватости полученных блоков изготовить плиты и особенно слебы меньшей толщины не удавалось.

      Уменьшение глубины резания и изменения продольных подач от указанных выше не дали положительных результатов. Малое количество полученных блоков радунита и соответственно небольшой объём их распиловки кругами Ø 3500мм не позволили окончательно определить возможности получения более тонких плит и слебов, хотя при опытной распиловке блоков им уделялось основное внимание. Изготовленные плиты и слебы радунита перерабатывались на мерные плиты тут же в цехе №3 на фрезерных станках.

      Толстомерные заготовки под ступени и балясины передавались на последующую обработку в другие цеха комбината. Обработка их не вызывала трудностей, кроме несколько повышенного расхода алмазного и абразивного инструмента.

 

Выводы и рекомендации

по технологии распиловки блоков радунита.

 

      Так как радунит, относится к наиболее труднообрабатываемым горным породам, для его обработки требуется применение высококачественных синтетических монокристаллических алмазов и надёжно удерживающая их связка. Это особенно относится к кругам Ø 3000 – 3500мм, которыми производится распиловка блоков радунита. При изготовлении брусков к таким кругам рекомендуется использовать синтетические алмазы марки АС300, зернистостью 40/50 (основная фракция), с добавлением зернистости 35/40 us mesh. Связка должна быть на основе кобальта с введением в её состав металлических порошков, понижающих её износостойкость.

      Перед распиловкой блока радунита алмазы находятся на поверхности брусков круга, должны быть вскрыты так, чтобы алмазные зёрна выступали над поверхностью связки. Это достигается путём резания специально подготовленного для этих целей бетонного блока. После установки блока радунита на тележку станка производится «запиловка» круга.  

      При «запиле» глубина резания должна находиться в пределах 1,0-1,5мм, а продольная подача круга 4-5м/мин. После углубления круга в блок на 80-100мм следует постепенно увеличивать глубину резания до 2,5-3,0мм и продольную подачу до 6-8м/мин. Рекомендуемые технологические режимы резания приведены в таблице 5.

                                

 

Таблица №5

Основные технологические режимы резания блоков радунита кругом АОСК диаметром 3500мм.

 

Ø круга мм

Окружная скорость резания м/сек

Глубина резания мм

Продольная подача м/мин

Производит распиловки см²/мин

Расход охлаждающей воды л/мин

3000-3500

30-35

2,5-3,0

6-7

180-220

80-120

 

Накапливаемый опыт распиловки блоков радунита алмазным инструментом позволит в дальнейшем уточнить технологические параметры их обработки.

Полученные в результате работы значения технологических параметров и характеристик алмазного инструмента и процессов распиловки внедрены на производстве заказчика – ОАО «Алмазы Анабара».

<< Алмазный инструмент Выбор характеристик Фикерты абразивные >>