В камнеобрабатывающей промышленности применяются различные методы обработки горных пород, которые делятся на следующие три основные группы:
- механические,
- физико-технические (немеханические)
- и комбинированные.
Механические способы базируются на принудительном внешнем воздействии рабочего органа на обрабатываемый объект, создающий в нем разрушающие напряжения механическим путем.
Универсальность механических способов обуславливает их широкое использование, несмотря на низкую производительность на отдельных операциях.
Однако известно, что эволюция методов происходит не путем интенсификации — она лишь увеличивает усилия, направленные на рабочий орган (и, следовательно, на обрабатываемый материал).
Увеличение мощностей механизма в этом случае не дает нового качественного результата, а лишь делает машины более массивными и громоздкими.
Из-за этого повышается трудоемкость, металлоемкость, растут энергозатраты, требуется развитая и дорогостоящая ремонтная база.
Увеличение усилия на рабочем органе вызывает его быстрый выход из строя, а использование дорогих материалов, которые повышают его прочность, не дает удовлетворительного эффекта и часто является невыгодным в экономическом плане.
На сегодняшний день цель интенсификации технологии обработки должна быть достигнута путем применения других, принципиально новых технологических процессов и инструментов.
Данные исследований и анализа показывают, что при недостаточной производительности и ограниченной сфере применения каждая машина механического принципа действия имеет повышенную массу и габариты. Это требует высоких энергозатрат и применения дополнительных механизмов.
Физико-технические методы характеризуются использованием в качестве обрабатывающего рабочего органа различных энергетических потоков и полей, которые производятся генераторами и направляются на обрабатываемый объект.
Характеристики этих потоков и полей таковы, что в материале происходят разрушительные напряжения или меняются физико-химические свойства.
По видам действия физико-технические методы обработки можно разделить на:
1) динамические, характеризующиеся высокоударным динамическим влиянием рабочего энергетического потока на механические свойства
обрабатываемой среды, приводящие к потере ее целостности (гидравлический, гидроабразивный, абразивно-динамический, ультразвуковой, электрогидродинамический способы);
2) термические, вызывающие температурные процессы внутри обрабатываемой породы под действием энергетических полей и потоков, имеющих свойства, необходимые для инициирования этих процессов (термический, электротермический, лучевой, лазерный, плазменный способы);
3) термодинамические, основанные на ударном возбуждении в породе комплекса механических и термических процессов и фазовых переходов; вместе с этим происходит устранение продуктов разрушения под действием скоростного (звукового или сверхзвукового) газового потока.
В отличие от механических, все физико-технические методы обработки камня характеризуются отсутствием применения силы и давления (прижимного усилия инструмента) на обрабатываемый материал, что обусловлено отсутствием рабочего органа такого типа.
Разрушение происходит благодаря созданию микроконтактных усилий (ударов) или вследствие мгновенного приложения большой энергии в зоне разрушения породы, достигаемое потоками и струями разного рода веществ.
В качестве таких веществ (энергии, поля) используют следующие:
- световой поток фотонов (лазер),
- поток ионизированных частиц (плазма),
- струя воды (с абразивом или без него) под высоким давлением,
- струя абразива под высоким давлением,
- поток ультразвуковых волн,
- струя раскаленных газов или тепловой энергии,
- поток электрического тока и комбинации вышеперечисленных потоков.
Комбинированные способы представляют собой сочетание различных методов с целью форсирования (интенсификации) направленной обработки: энергетический поток или поле снижают прочностные свойства материала, а рабочий орган осуществляет разрушение обрабатываемого объекта в соответствии с требованиями производства. Кроме того, это позволяет автоматизировать большинство производственных процессов.
Сюда относится термомеханический способ разрушения камня, основанный на предварительном нагревании объекта газовым потоком, производимым термогазогенератором, с последующим воздействием на ослабленную породу механическим рабочим органом.
Оба процесса фактически протекают одновременно.
К комбинированным способам также относят наложение ультразвука на механический рабочий орган, что повышает интенсивность обработки.
