Поделочные камни и их обработка

Глава IV. Станки для обработки камня

До начала XIX в, в России обработка цветных камней производилась вручную, пока В. Коковиным не был изобретен механизм для распиловки и обработки камней, приводимый в действие водой. В настоящее время на заводах для обработки камня применяют стационарные полуавтоматические дисковые и штрипсовые алмазные пилы, а также шлифовальные и полировальные полуавтоматы.

О камнерезном искусстве написано немало книг, однако почти вся литература адресована профессионалам и рассчитана на производственные условия, которые недоступны любителю. Тем не менее, несмотря на сложность и трудоемкость процесса обработки камня, его можно успешно освоить, не имея профессиональных навыков. Пятнадцатилетний опыт автора по обработке поделочных камней позволяет рекомендовать для этой цели упрощенное, но достаточно эффективное оборудование. У многих любителей камня наберется немало образцов, которые можно обработать и отполировать, а из наиболее красивых и рисунчатых изготовить поделки.

Перед резкой камень следует тщательно отмыть от почвенных отложений, известкового налета или налета окислов железа с помощью щеток, скребков и мыльной воды, а при необходимости можно использовать разбавленный раствор соляной (5—15%) или щавелевой кислоты, строго соблюдая правила работы с этими кислотами. Открывающиеся при снятии «горбушки» рисунок и структура на смоченных водой плоских поверхностях камня подсказывают направление дальнейшей резки данного образца.

Режется камень с помощью алмазных отрезных кругов (АОК), которые приводятся во вращение электродвигателем с ременным приводом. Для этой цели пригодны асинхронные однофазные электродвигатели марок ДАО, АОЛБ-31-2, АОЛБ-22-2 и др. с числом оборотов в минуту от 1400 до 3000. Мощность двигателя в 280—400 Вт вполне достаточна для разрезания образцов камня размером 20×20 см. Диски диаметра большего, чем 200 мм, брать нецелесообразно, так как это потребует увеличения мощности электродвигателя и габаритов станка. Для того чтобы разрезать камень, диск должен вращаться со скоростью примерно 3000 об/мин. Для режущей кромки алмазного диска и образца камня необходимо постоянное охлаждение. На камнерезных фабриках это охлаждение производится с помощью специальных эмульсий, но для любительских целей вполне достаточно охлаждения диска водой.

Рис. 1. Станок для резки камня.

Существует много конструкций камнерезных станков, два варианта которых предлагаются вниманию читателей. Камнерезный станок (рис. 1) состоит из металлической станины (10), на которую посредством шпинделя с подшипниками насаживается алмазный отрезной круг (1). Электродвигатель (5) снабжен шкивом и клиноременной передачей (6). Для предохранения деталей станка от брызг воды следует сделать три ограждения — металлические защитные козырьки над алмазным диском (2), около алмазного круга (3) и защитную пластину из плексигласа (4) перед самим работающим. Для подачи и слива воды, охлаждающей диск, имеется ввод (7) и слив (8). Станок нужно скомпоновать так, чтобы было легко снимать диск и открывать металлическое основание для ремонта и промывки станка от шлама. Камнерезный станок монтируется на металлической пластине толщиной 5—7 мм и устанавливается на невысокие ножки. Выключатель мотора (9) устанавливается на передней части станины.

Второй вариант камнерезного станка (рис. 2) основан на применении противовеса (5). Его конструкция сложнее, чем предыдущего, так как алмазный отрезной круг (4) крепится на подвижном кронштейне (6), соединенном клиноременной передачей (3) через ступенчатый шкив (2) с электромотором (1). Передаточные числа от мотора к алмазному отрезному кругу равны 2:1 (1400 об/мин) и 1:1 (2800 об/мин). Резьба для крепления алмазного отрезного круга на валу должна быть правой (алмазный круг движется против часовой стрелки). Диаметр фланца, крепящего отрезной круг на валу, должен быть на 8—10 мм больше посадочного отверстия круга.

Рис. 2. Станок для резки камня с противовесом.

Воду к диску подводят небольшой струей через металлический тройник (7) с резиновыми насадками, касающимися алмазного круга несколько выше оси вала. Резка с упором и закреплением камня ползунками с зажимами безопаснее.

Не следует стараться облегчать вес станка, так как его устойчивость важна при резке крупных образцов. Резку удобнее производить при движении камня навстречу кругу, что дает возможность выбрать плоскость резания, медленно поворачивая камень. Образец подают на круг с небольшим нажимом; при сильном нажиме происходит выкрашивание из круга алмазных зерен. Резку таким способом нужно выполнять чрезвычайно осторожно, чтобы при неудачном повороте камня не сломать пилу.

В камнерезном станке с подвижным кронштейном вместо полозьев устанавливают деревянную подставку для образца. Левой рукой держат образец, а правой прижимают пилу к камню.

Если у вас нет возможности приобрести алмазный отрезной круг, то резку камня можно производить простым железным или медным диском. Карборундовый порошок засыпается в резервуар станка (рис. 1). При таком способе не требуется дополнительного охлаждения, так как это выполняется самим абразивом с водой. Вращающийся диск, проходя через слой абразивной суспензии, захватывает частицы абразива (шаржируется), производя таким образом резку камня.

Упрощенный камнерезный станок требует тех же мер предосторожности, что и промышленный: 1) должна быть сведена до минимума эксцентричность отрезного круга на валу, 2) необходимо выбрать продольный и поперечный люфты вала, для чего используются радиально-упорные подшипники качения. Эти меры позволяют значительно удлинить срок службы отрезного круга и избежать заколов на поверхности камня.

В процессе резания образуется много шлама (смесь абразива с отходами камня), который, попадая с водой на подшипники и другие детали станка, вызывает коррозию. Во избежание этого помимо экранирующей защиты подшипники снабжают сальниками из фетра.

Кроме упомянутых способов можно производить резание камней посредством так называемых штрипсовых пил с прямыми полотнами типа ножовочных, что позволяет разрезать камень на несколько пластин одновременно. Для этого на каменный блок, наглухо закрепленный на специальном станке с кривошипным механизмом, опускается рама с несколькими параллельно установленными штрипсами, армированными алмазом. Хотя штрипсовые пилы производительнее дисковых, любители-камнерезы используют их редко в связи со сложностью их изготовления и наладки.

После операции резки приступают к обработке камня на шлифовальном станке, который отшлифовывает поверхность камня и полирует ее насыпанными или закрепленными абразивами.

Шлифовальный станок (рис. 3) состоит из станины (8), в центре которой установлен вертикальный шпиндель (2) с подшипниками (5). На одном конце шпинделя крепится двух-трехступенчатый шкив (5), от которого к шкиву (7), закрепленному на электродвигателе (6), ведет ременная передача (4). В верхнем конце шпинделя (2) укрепляется посредством правой резьбы планшайба (1), под которой устанавливается железный противень (9) для сбора отработанного шлама. Боковые стенки противня, превышающие на 2—3 см высоту планшайбы, слегка загнуты внутрь, благодаря чему исключается разбрызгивание абразива и воды.

Рис. 3. Планшайба горизонтальная (шлифовальный станок).

Применяемый (однофазный) электродвигатель должен иметь мощность 200—400 Вт при 1400 об/мин. Чтобы уменьшать или увеличивать число оборотов планшайбы, употребляются двух- и трехступенчатые шкивы с соответствующим передаточным числом. Так, при шлифовании с насыпным абразивом рекомендуется во избежание разбрасывания абразива установить скорость вращения планшайбы 400—500 об/мин. При работе с закрепленным абразивом скорость вращения планшайбы можно увеличить до 700 об/мин. При полировке, когда планшайба покрывается войлоком, сукном или фетром, сдерживающими разбрасывание абразива, скорость вращения увеличивают до 700—1000 об/мин.

В процессе шлифовки на диск периодически наносятся грубый абразив с зернистостью № 6—16, затем № 6—5 и, наконец, микропорошки № М40—М5—М3, позволяющие получать матовую поверхность. При переходе от более грубого абразива к более тонкому планшайба и противень тщательно промываются, так как даже следы более грубого абразива оставляют царапины на тонко отшлифованной поверхности. Для ускорения работы желательно иметь три планшайбы: для обдирочных работ, для доводки шлифуемого образца и для полировки. Если ограничиваются двумя планшайбами, то одна из них должна употребляться только в качестве полировальника.

Достигнув доводкой матовой поверхности образца (лощения), приступают к зеркальной полировке. Скорость вращения полировальника устанавливают 700—1000 об/мин. Полировальным порошком может служить окись хрома или паста ГОИ. Окись хрома употребляют в виде суспензии, для чего порошок насыпают в обычную бутылку до одной трети и заливают доверху водой, закрыв горлышко бутылки двумя слоями марли. Полировальник должен быть всегда влажным. Сухость приводит к так называемому пригоранию поверхности образца, т. е. к появлению на поверхности камня черного пятна, вывести которое удается лишь повторной шлифовкой.

На станке с горизонтальной планшайбой можно осуществлять полный цикл обработки камня: обдирку (грубую шлифовку), тонкое шлифование (лощение) и полировку, причем в одинаковой мере удается обрабатывать как плоские поверхности, так и выпуклые (кабошоны).

Для изготовления кабошонов требуется специальная планшайба с чашеобразной поверхностью. Чем меньше диаметр и круче вырез на планшайбе, тем более выпуклым удается сделать кабошон. При изготовлении кабошонов малых размеров, трудно удерживаемых в руках, используют кич — каменный или металлический стержень, к концу которого сургучом или шеллаком приклеивают заготовку кабошона.

Начинающему камнерезу следует иметь в виду, что чем сильнее прижимают обрабатываемый образец к плоской поверхности планшайбы, особенно при работе с тонкозернистыми абразивами, тем труднее становится удержать его в руках. Искусство шлифования зависит от способности мастера применять в процессе обработки камня минимальное прижимное усилие.

Рис. 4. Планшайба вертикальная (универсальная бабка).

Весьма популярен среди камнерезов станок с вертикальной планшайбой (универсальная бабка), с помощью которой для мелких образцов можно проводить различного рода операции: резку камня, шлифовку, полировку, а также осуществлять криволинейные выборки и т. д.

Универсальная бабка (рис. 4) состоит из станины (9), на которой с помощью стоек (3) укрепляется шпиндель (4), оканчивающийся съемной планшайбой (1) с ограждением (2). Шпиндель крепится на стойках (3) с помощью подшипников (7). В средней части шпинделя находится двухступенчатый шкив (5), от которого через прорезь в станине проходит ременная передача (6) к шкиву, укрепленному на электродвигателе (10) с выключателем (8). При работе на универсальной бабке взамен водяного охлаждения обрабатываемый образец придерживают мокрой тканью, из которой выжимают влагу на поверхность диска.

При полировке на универсальной бабке применяют войлочные (10—20 мм толщиной), хлопчатобумажные, а также мездрово-овчинные полировальники. Хлопчатобумажный полировальник состоит из 10—15 кругов бязевой ткани, простроченных насквозь в средней части и зажатых в патрон универсальной бабки. Во время вращения полировальника под воздействием центробежных сил отдельные лепестки ткани приобретают требуемую жесткость и становятся вполне пригодными для полирования даже вогнутой поверхности.

В процессе работы поверхность чугунной планшайбы вырабатывается, особенно в ее средней части, в связи с чем необходимо производить в конце рабочего дня проточку планшайбы при помощи плоского карборундового бруска. Исправление рабочей поверхности контролируется металлической линейкой на просвет.

Следует уделить несколько слов простейшим методам шлифования и полировки камня, которыми могут воспользоваться начинающие камнерезы-любители для мелких образцов до приобретения ими необходимого шлифовального оборудования. Шлифование можно проводить вручную на куске толстого стекла (лучше зеркального), меняя абразивные порошки, как обычно, от грубых до тонких. Полировка вручную осуществляется на столе посредством быстрых круговых движений на куске толстого войлока, смоченного полировальной суспензией. Если в распоряжении начинающего камнереза не имеется абразивных порошков, то на первых порах их можно заменить наждачной бумагой разной зернистости.

В камнерезном деле нередко возникает необходимость в просверливании отверстий различного диаметра. Для этой цели можно взять сверлильный станок типа бормашины с гибким валом, снабженным наконечником для крепления сверл или боров. Для мягких пород пригодны металлические или карборундовые боры, для твердых — алмазные. В зубоврачебном деле подобного рода боры обозначаются марками АШГ-1.5, АШГ-2 и т. д., где цифра относится к диаметру бора в миллиметрах, а АШГ обозначает алмазную шарообразную головку.