Обработка камней

Обработка камня - одно из самых древних занятий, и в этом деле накоплен огромный опыт. По камнерезному делу написано немало книг, однако вся литература адресована профессионалам и рассчитана на производственные условия, которыми не располагает любитель. Тем не менее, несмотря на сложность работы с камнем, его все-таки можно обрабатывать в домашних условиях, используя крайне упрощенное оборудование.

Итак, ящики и рюкзаки распакованы, можно осмотреть трофеи, уточнить их названия и... в баню, конечно, имеются в виду камни. Надо как следует отмыть и отчистить свои сокровища.

Удалить то, что осаждалось на поверхности камня многие тысячи лет, дело нелегкое. Начать стоит с воды, щеток и скребков, используя весь арсенал хозяйственных моющих средств. Для очистки камней от извести и ненужных кристаллов кальцита обычно применяют 5-15%-ный раствор соляной кислоты. Часто требуется снять с кристаллов налет окислов железа; в этом случае хорошее средство - щавелевая кислота.

После очистки камни сортируют: одни - щетки, друзы, кристаллы, не требующие дополнительной обработки, отправляются на коллекционные полки, другие - на обработку.

Для начинающего любителя очень важным оказывается найти правильный подход к каждому камню, как неповторимому произведению природы. Например, миндалину (рис. 1) совершенно очевидно нужно резать по плоскости 2-2. Но и в этом простом случае нелегко понять, как резать - ведь камень полностью закрыт. Разрешение подобных проблем, чаще всего не таких очевидных, как в данном примере, требует опыта, чутья и вкуса.

Рис. 1.

Приемы работы с камнем определяются его свойствами, и в первую очередь его твердостью. Однако твердость не единственный признак, с которым придется считаться. Минералы обладают различной вязкостью, хрупкостью и неоднородностью свойств в массе. Примером механической неоднородности может служить слюда. Понятно, что и обработка ее в различных направлениях окажется неодинаковой. Все это, конечно, осложняет обработку и требует вдумчивого, внимательного подхода к делу.

Любительская обработка камня может быть сведена к пяти видам работ:
1) резка,
2) обточка или обдирка (придание нужной формы),
3) шлифовка (выравнивание поверхности после резки или шлифовки),
4) полировка (придание зеркального блеска),
5) резьба по камню.

Итак, первая стадия обработки - резка. Камень режут вращающимся тонким металлическим диском, кромка которого несет на себе частички минерала более твердого, чем разрезаемый образец.

В прошлые времена круги делали из мягкого металла (медь), в который легко вдавливаются и задерживаются на поверхности абразивные частички. К месту резания непрерывно подавалась водяная кашица из абразива.

Теперь для резки камня пользуются прекрасным инструментом - алмазным отрезным кругом, или, как его часто называют, алмазной пилой. Алмазные круги позволили в десятки раз ускорить резание. Кромка его состоит из прочно спрессованного слоя металлического и алмазного порошков. Алмазные зерна изнашиваются очень медленно, а металлическая основа прочно их удерживает до полного износа. Свободный от зерен металл постепенно истирается, обнажая все новые и новые зерна. Чтобы помочь обнажению новых зерен, круг периодически "затачивают": разрезают им кусочки абразивного камня, имеющего мягкую связку (желательно иметь камень с зернами от 100 до 400 микрон). Заточка не только улучшает режущие свойства круга, но и выравнивает его, сглаживает отдельные выступы, образовавшиеся при резке особенно твердых камней.

Алмазные круги приобрести не так просто, как обычный домашний инструмент, однако, можно резать камень и без алмазного круга. Как это сделать, будет сказано ниже.

Место резания от трения сильно нагревается. Чтобы избежать перегрева и растрескивания камня, применяют охлаждающие жидкости, которые одновременно выполняют функцию смазки. Хорошие результаты получаются при охлаждении керосином (солярка и легроин непригодны, так как окрашивают некоторые камни в неприятный желтый цвет). Однако керосин можно использовать лишь в герметически закрывающихся автоматических станках (огнеопасно!). В любительских условиях обычно употребляют обыкновенную воду. В нее иногда добавляют небольшое количество соды: это улучшает ее смазывающие свойства. Однако надо помнить, что образующийся при резке содо-водяной туман распространяется в помещении, оседает на стены и окружающие предметы.

Теперь об устройстве резального станка. Домашний станок - это множество компромиссов и упрощений по сравнению с промышленным, но и к нему предъявляются строгие требования. Самое важнейшее из них - свести до минимума эксцентричность отрезного круга на валу, эксцентричность валов подшипников, продольные и особенно поперечные люфты вала (хорошие результаты можно получить используя радиально-упорные подшипники качения). Эти меры позволят значительно удлинить срок службы отрезного круга и избежать ногтеобразных заколов на поверхности камня.

Подшипники вала нужно защитить от шлама, который образуется при резке и вместе с охлаждающей жидкостью разбрызгивается и оседает на деталях станка. Шлам обладает высокими абразивными и коррозионными свойствами. Обычные фетровые или резиновые сальники защищают подшипники недостаточно, нужна еще как минимум экранирующая защита.

Проще всего сделать станок, у которого алмазный круг насаживается прямо на ось электродвигателя (рис. 2). Частота вращения круга диаметром 200 мм должна быть 2500-3000 об/мин. При такой схеме нужно, чтобы подшипники двигателя были весьма точными (например, подшипники скольжения), а ротор хорошо сбалансирован. Иначе такой дорогой и редкий инструмент, как алмазный круг, не прослужит долго.

Рис. 2. Схема станка для резки камня с режущим инструментом, насаженным на вал двигателя:
1 – двигатель, 2 – режущий инструмент, 3 – защитный кожух, 4 – подача охлаждающей жидкости, 5 – отвод жидкости.

Если нет возможности приобрести хороший двигатель, следует выбрать конструкцию станка с эластичной связью между мотором и кругом. Лучшие результаты дает клиноременная передача. Она поглощает жесткие удары при перекосах камня, позволяет вынести двигатель из зоны большой влажности, а также простым подбором диаметров шкивов получить необходимую для хорошей работы алмазного круга частоту его вращения независимо от оборотов двигателя (рис. 3). Конструкцию нужно продумать так, чтобы заменять отрезные диски было легко, не разбирая для этого станок. Диаметр фланца, крепящего круг к валу, может быть небольшим, всего на 8-10 миллиметров больше диаметра посадочного отверстия круга. Электромотор лучше всего приобрести однофазный, асинхронный мощностью 180-230 ватт. Такие двигатели используются в бытовых приборах и всегда имеются в продаже.

Рис. 3. Схема станка с клиноременной передачей:
1 – двигатель, 2 – ременная передача, 3 – подшипники, 4 – режущий инструмент, 5 – защитный кожух, 6 – подача охлаждающей жидкости, 7 – отвод жидкости.

Охлаждающая жидкость должна подводиться к кругу с обеих сторон, и так, чтобы вся его поверхность была смочена. Обычно ее подводят двумя гибкими трубочками, слегка прижатыми к бокам круга. Располагают их ближе к оси и на 30-40 миллиметров выше линии, соединяющей ось вала с центром рабочего участка круга (рис. 4).

Рис. 4. Так подается охлаждающая жидкость к отрезному диску.

При резке охлаждающая жидкость разбрызгивается, и приходится заботиться о том, чтобы она попадала в водосбор. Разрабатывая защиту следует помнить о том, что около 60-70% воды разбрызгивается в плоскости вращения диска. Разлет в стороны идет под углом, не превышающим 5-10 градусов. На рисунке показано направление разлета жидкости (рис. 5). Наиболее трудно управиться с остальными 30-40% жидкости, так как именно эта часть разлетается довольно равномерно во всех направлениях. К счастью, брызги, образующиеся в месте входа диска в камень, почти не содержат шлама. Шлам выходит снизу и тонет в ванне.

Рис. 5. Разбрасывание жидкости вращающимся диском.

Хорошую защиту от разбрызгивания удается получить в следующей конструкции (рис. 6). Здесь в передней части ванны прикреплен фартук из полиэтилена или клеенки, который верхней частью застегивается вокруг шеи мастера. Если его сделать достаточно широким, то почти все брызги, вылетевшие за пределы станка, попадают на фартук и стекают по нему в ванну. Из ванны жидкость со шламом по трубке (диаметр не менее 10 миллиметров) удаляется из станка. Количество подаваемой воды придется подбирать экспериментально, но, как правило, достаточно, чтобы при неработающем моторе с круга стекала тоненькая струйка (обязательно с двух сторон) и не разделялась на капли, по крайней мере на протяжении 3-5 сантиметров своего свободного падения.

Рис. 6. Станок с защитным фартуком, прикрепленным к поддону.

Не следует особенно облегчать станок, чем больше его вес, тем более крупные образцы на нем можно резать. Лучше всего смонтировать станок стационарно. Например, в какой-либо тумбочке. Резать камень можно как на упоре (столике), прижимая к нему камень и двигая по поверхности, так и без него, когда вы просто держите камень двумя руками. Преимущества последнего способа состоят в том, что можно совершенно произвольно выбирать плоскость резания независимо от формы камня и медленно поворачивать его в этой плоскости, что в 2-5 раз убыстряет дело. К недостаткам следует отнести сравнительно быстрый износ инструмента (неравномерность выработки режущей кромки) и то, что камень довольно трудно удержать в плоскости резания. Осваивать этот прием следует с осторожностью, так как при перекосе камень может быть выбит из рук, а инструмент сломан.

При работе с упором плоскость резания вынужденно выбирается так, чтобы камень устойчиво прилегал к столику и не качался на нем. Резка с упором проще и безопаснее в смысле поломки инструментов, лучше сохраняется алмазный круг, но дело идет гораздо медленнее. Камень подают на круг с небольшим нажатием, это увеличивает скорость резания, но слишком большой нажим приводит к выкрашиванию еще не изношенных алмазных зерен. Впрочем, навык появляется довольно быстро (рис. 7).

Рис. 7. Варианты расположения плоскости упорного столика относительно режущего инструмента:
А – наилучшие условия для инструмента;
Б – наихудшие;
В – компромиссное решение.

Как уже было сказано, камень можно резать и без алмазного круга, как это делали до его появления. Для резания берут латунный или медный диск и абразивный порошок, подаваемый к месту резания в виде кашицы. Дополнительного охлаждения не требуется, так как нагрев в этом случае незначителен. Для работы подойдет любой из вышеупомянутых станков, у которого частота вращения диска уменьшена до 200-300 оборотов в минуту. При большей скорости незакрепленный абразив будет сбрасываться с диска. Резание идет очень долго, и для ускорения желательно сделать приспособление, автоматически подающее кашицу и удерживающее камень (рис. 8). Здесь камень подается под действием собственного веса и веса рычага, на котором он жестко закреплен. Другой конец рычага свободно поворачивается вокруг оси АА, строго параллельной оси отрезного круга. Вращаясь, отрезной круг проходит через слой масляно-абразивной суспензии и увлекает вместе с маслом режущие частички. Учитывая медлительность процесса, можно на пути рычага закрепить концевой выключатель для автоматического выключения станка по окончании резания.

Рис. 8. Схема станка для резки камня с помощью медного диска и масляно-абразивной суспензии:
1 – двигатель, 2 – понижающий редуктор, 3 – медный диск, 4 – ванна с маслом и абразивом, 5 – подвижный рычаг, 6 – камень, 7 – концевой выключатель.

Кроме изложенных способов режут камень еще и штрипсами - прямыми полотнами, подобными ножовочным (рис. 9). Штрипсы делают из стали с алмазной режущей частью. Штрипсовые станки применяют для одновременной резки камня на несколько пластин. На каменный блок опускается рама с параллельно закрепленными штрипсами. Кривошипный механизм сообщает ей возвратно-поступательные движения. Поле резания орошается жидкостью, которая охлаждает, смазывает и уносит шлам. На этом принципе можно представить себе разные варианты любительского станка, работающего не с алмазным инструментом, а с абразивной суспензией.

Рис. 9. Станок для резания плоскими пилами:
1 – двигатель, 2 – кривошип, 3 – штрипсовая пила, 4 – ванночка, 5 – направляющие, 6 – охлаждающая жидкость.

Наиболее распространенный способ подачи камня на режущий инструмент (рис. 10). Возможен обратный вариант: камень закреплен, подается режущий инструмент, установленный вместе с двигателем на качающейся раме (рис. 11).

Рис. 10.

Рис. 11.

Таковы общие рекомендации по выбору станка для резания камня. Конкретная конструкция будет определяться местом установки станка (жилая комната или отдельная мастерская) и, конечно, вашими техническими возможностями.

Авторы: А. Коробков, Ю. Рапопорт
http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.