Obróbka kamienia polega na dzieleniu bloków kamiennych na elementy płytowe, nadawaniu im wymaganych kształtów i wymiarów, a następnie nadanie ich powierzchni wymaganej faktury czyli stanu powierzchni.

Obróbka trakowa

Wydobyty w kamieniołomie blok kamienia, o kształcie zbliżonym do prostopadłościanu, o długości L ,szerokości B i wysokości H dzielony jest na płaskie elementy.

Stosowane są dwie podstawowe metody dzielenia bloków:

• technologia dużej płyty - bloki piłowane są na płyty o wysokości bloku H długości L i grubości G: w efekcie otrzymuje się zestaw płyt surowych o wymiarach H x L,

• technologia paskowa - z bloku wycinane są cienkie paski o grubości G (od 1 cm) długości bloku L i wymaganej szerokości W (do 60 cm).

Obróbka wymiarowo-kształtowa

Otrzymane z traka duże płyty lub paski są obcinane lub rozcinane na mniejsze elementy zgodnie z rysunkami wykonanymi najczęściej przez architekta projektującego obiekt. Drogą rozcinania i nacinania płyt można również wykonać elementy przestrzenne o złożonych kształtach.

Najczęściej stosowane są płyty o kształcie prostokątnym lub kwadratowym, możliwym jest równie ż rozcinanie pod innymi kątami (w płaszczyźnie licowej płyty) i uzyskiwanie płyt o obrysie trójkątnym, rombowym, wielobocznym. Cięcia mogą być wykonywane prostopadle lub skośnie względem powierzchni licowej.

Współczesne obrabiarki do kamienia umożliwiają wykonywanie elementów płytowych o krzywoliniowym obrysie w płaszczyźnie licowej.

Przedstawione elementy na styku powierzchni licowych z otworami tworzą ostre krawędzie, niebezpieczne dla użytkowników. Usuwając tą niedogodność krawędziom tym nadaje się często kształt stanowiący ozdobne wykończenie elementu. Czynność ta nosi nazwę profilowania.

Obróbka fakturalna

Po nadaniu elementowi wymaganych wymiarów i kształtu następuje ostateczne jego wykończenie przez nadanie powierzchniom odpowiedniego stanu i wyglądu.

Każdy rodzaj kamienia posiada określone własności użytkowe lub estetyczne, które wydobywa się właśnie przez nadanie odpowiedniej faktury. Niekiedy faktura uzyskiwana jest już w trakcie obróbki trakowej: faktura piłowana - uzyskiwana podczas piłowania na trakach piłowych lub faktura przecinana przy rozcinaniu bloków tarczami diamentowymi.

Materiały, których piękno struktury wewnętrznej ujawnia się po obróbce gładkościowej a więc granity, sjenity, marmury i wapienie zbite poddawane są szlifowaniu i polerowaniu, a stany ich powierzchni noszą nazwę faktury szlifowanej i polerowanej. Są to podstawowe faktury wykonywane maszynowo przez szlifierki i szlifierskie linie przelotowe.

Niektóre rodzaje elementów płytowych, na przykład płyty podłogowe, schody muszą mieć nadaną szorstką powierzchnię zabezpieczającą przed poślizgiem.

Faktury takie uzyskuje się na drodze piaskowania - oddziaływania strumienia piasku, płomieniowania - oddziaływanie strumienia gazu o wysokiej temperaturze, groszkowania - mechanicznego nacinania powierzchni, laserowania - punktowego traktowania („nacinania”) polerowanych powierzchni promieniem lasera dla nadania im szorstkości.

Masa elementu kamiennego

Masę elementu obliczamy mnożąc jego objętość przez gęstość objętościową. Wartość tą przyjmuje się ze świadectwa badania własności fizyko-mechanicznych kamienia.

Do celów szkoleniowych można przyjmować(według BN-84/6716-03):

granity 2600-2700 kg/m3wapienie zbite 2600-2700 kg/m3

sjenity 2700-2800 kg/m3wapienie lekkie 1200-1800 kg/m3

gabro 2900-3000 kg/m3trawertyn 2200-2700 kg/m3

marmury 2600-2700 kg kg/m3piaskowce bolesł.2000-2100 kg/m3

piaskowce karpackie 2600-2700 kg/m3

m = V . 7 \kg] gdzie V(m3) -bjętość elementu, y (kg/m3) - gęstość objętościowa Obliczenie masy jest istotne dla określenia obciążenia samochodu ,ładowarki przewożącej bloki, wózka widłowego lub żurawika do przewożenia płyt lub innych elementów.

Metody obróbki kamienia

Kamień jest naturalnym materiałem powstałym i uformowanym w skorupie ziemskiej. Powstawał z gorącej magmy zastygającej pod lub na jego powierzchni i w ten sposób powstały skały magmowe - GRANITY, SJENITY, GABRO I BAZALTY.

Z osadzających się na dnie oceanów, mórz i jezior cząstek organicznych (muszle) lub nieorganicznych (piasek) powstały skały osadowe: WAPIENIE i PIASKOWCE. Poddane wysokiemu ciśnieniu wapienie przekształciły się w WAPIENIE ZBITE lub MARMURY. Do grupy tej zaliczane są również TRAWERTYNY.

Warunki w jakich powstał kamień powodują, że posiada on strukturę krystaliczną lub ziarnistą i jego własności zmieniają się wielokierunkowo, nawet w objętości jednego bloku wydobytego w kamieniołomie. Narzędzie które będzie piłowało lub rozcinało taki blok

musi być przygotowane na wystąpienie zmiennych obciążeń .Poza oporami skrawania występuje drugi czynnik: ścierność materiału, która powoduje szybkie tępienie ostrzy.

Każdy z podanych głównych rodzajów kamienia posiada charakterystyczne własności technologiczne -określane jako obrabialność czyli podatność na obróbkę .

Obróbka ścierna

Obróbka ścierna jest podstawową metodą obróbki kamienia polegającą na ścieraniu kamienia przez materiały o wyższej od niego twardości i/lub ścierności. Ta metoda obróbki stosowana jest od kilku tysięcy lat, zaś naukowe jej podstawy stworzył wiedeński mineralog Friedrich Mohs tworząc w 1812 r skalę twardości minerałów nazwaną jego imieniem. Za podstawę klasyfikacji przyjął założenie, że materiał może być zarysowany tylko minerałem o wyższej numeracji.

W 10-cio stopniowej skali nr 1 zajmuje TALK, który można zarysować nawet paznokciem.

Z materiałów które stosowane są najczęściej w produkcji kamieniarskiej, kolejne pozycje zajmują 7-KWARC, 8-TOPAZ i 9-KORUND.Najwyższą pozycję w tej skali zajmuje z numerem 10-DIAMENT - najtwardszy minerał występujący w naturze.

Obróbka ścierna polega na ścieraniu kamienia przez ziarna ścierne o nieokreślonym ściśle kształcie i liczbie, lecz o wysokich własnościach ściernych - najczęściej o twardości powyżej nr.7 z skali Mohsa.

W praktyce kamieniarskiej stosowane są dwie podstawowe odmiany tej technologii:

Elementem powodującym przesuwanie luźnych ziaren ścierniwa lub segmentów jest piła trakowa oznaczona na rysunku kolorem popielatym.

Obróbka ścierniwem luźnym

Ścierniwo - ziarnisty materiał ścierny o dużej twardości- wprowadzany jest pomiędzy piłę i piłowany materiał. Piła poruszając się ruchem posuwisto-zwrotnym i dosuwając się do kamienia powoduje wciskanie ziaren w jego powierzchnię i ścieranie kamienia. W ten sposób powstaje szczelina piłowa, w której porusza się piła. Ścierniwo ściera również piłę, zaś poszczególne ziarna ścierniwa ścierają się wzajemnie. Dla utrzymania ciągłości piłowania do szczeliny piłowej i pod piłę muszą być dostarczane nowe ziarna i odprowadzane zużyte wraz ze startym materiałem kamiennym. Wnikanie ziaren ścierniwa pod krawędź tnącą piły umożliwia ruch unoszenia piły (góra-dół) na rysunku oznaczony strzałką skierowaną ku górze.

Obróbka ścierniwem luźnym stosowana jest do piłowania materiałów twardych (granity, sjenity) oraz ściernych (twarde piaskowce) oraz do niwelacji (wyrównywania) niedokładnie piłowanych płyt granitowych.

Obróbka ścierniwem związanym

W tej metodzie ziarna ścierne są izolowane od siebie przez zatopienie w spoiwie. Narzędziem jest segment uformowany ze spoiwa, wewnątrz którego równomiernie rozmieszczone są ziarna ścierne. Jak pokazano segmenty umieszczone na krawędzi tnącej piły trakowej ścierają kamień, zaś w miarę zużywania spoiwa ziarna ścierne wychodzą na zewnątrz segmentu, co powoduje samoostrzenie się narzędzia.

Takie rozwiązanie eliminuje wzajemne ścieranie się ziaren ścierniwa ,co istotnie wpływa na ich trwałość. Niepotrzebnym staje się ruch unoszenia piły (góra-dół) i piły mogą się poruszać prostoliniowym ruchem posuwisto-zwrotnym.

Obróbka ścierniwem związanym jest obecnie najczęściej stosowaną metodą ;dzięki zastosowaniu ścierniwa diamentowego i segmentów na spoiwie metalowym jest wykorzystywana do piłowania i rozcinania bloków marmurowych i wapieniowych, rozcinania i obcinania elementów płytowych ze wszystkich materiałów kamiennych. Metoda ta znajduje szerokie zastosowanie przy szlifowaniu kamienia za pomocą karborundowych segmentów szlifierskich o coraz drobniejszym ziarnie.

Obróbka ostrzowa

Obróbka ostrzowa polega na zastosowaniu narzędzi z ostrzami o określonym kształcie części skrawającej. Kamień ze względu na twardość i własności ścierne powoduje szybkie zużycie ostrzy narzędzi. Czynnik ten powoduje, że tą metodę można stosować jedynie do piłowania miękkich wapieni lekkich (Pinczów, Karsy). Przy piłowaniu bardziej zwartych materiałów szybkie tępienie ostrzy i brak możliwości ich ostrzenia podczas piłowania czynią tą metodę nieopłacalną.

Z tego względu mechaniczna obróbka ostrzowa stosowana jest głównie do robót tokarskich (toczenie wazonów, kolumn) lub strugarskich. W tych przypadkach istnieje możliwość ostrzenia narzędzi w tracie obróbki.

Łupanie kamienia

Łupanie kamienia była najstarszą i jest najczęściej stosowaną metoda dzielenia kamienia. Dzielenie tą metodą wykonywano ręcznie, po wprowadzeniu urządzeń mechanicznych - łupiarek- stało się jedną z metod obróbki mechanicznej .

Metoda ta polega na wywieraniu nacisku za pośrednictwem klinowego narzędzia dociskanego do materiału co powoduje pęknięcie kamienia w płaszczyźnie podziału. Metodę tą wykorzystuje się głównie do dzielenia skał o wyraźnej podzielności (granity, piaskowce)- przy produkcji krawężników, formaków, słupków i kostki brukowej.

Cięcie wodą (obróbka hydrodynamiczna)

Obróbka hydrodynamiczna jest nową metodą obróbki kamienia. Metoda o angielskiej nazwie WATER JET polega na działaniu na materiał cienkim (0,8-1,2 mm) strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem (około 4000 bar) i dużej szybkości (około 900 m/s). W takich warunkach strumień wody w łatwy sposób przecina mrożone ryby, blachy stalowe, odlewy żeliwne, również najtwardsze rodzaje kamienia.

Przecinarki pracujące tą metodą stosowane są do wycinania złożonych, krzywoliniowych kształtów na powierzchniach licowych elementów płytowych.Kształty te są projektowane komputerowo i przekazywane do układu sterującego przecinarki. Zaletą tego rodzaju obróbki jest brak metalowego narzędzia (narzędziem jest woda),brak naprężeń termicznych wywoływanych przez narzędzia, dokładność wykonania krawędzi oraz gładkość powierzchni przecięcia. Wadą jest wysoki koszt zakupu i eksploatacji urządzenia .

Inne rodzaje obróbki mechanicznej

Oprócz omówionych metod obróbki mechanicznej kamienia pojawiają się nowe techniki, które dopiero wychodzą z laboratoriów i/lub są próbowane w warunkach przemysłowych :

•obróbka ultradźwiękowa - stosowana do drążenia nieprzelotowych („ślepych”) otworów kształtowych

•obróbka laserowa - stosowana do uszorstniania polerowanych płyt podłogowych. Postęp techniczny we wszystkich dziedzinach wiedzy i techniki jest coraz szybszy

i można spodziewać się kolejnych nowości. Polecam studiowanie prasy fachowej i przeglądanie Internetu.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

Mechaniczna obróbka kamienia stwarza wiele zagrożeń dla zdrowia a nawet dla życia kamieniarza. 

Główne zagrożenia to:

-kontakt z blokami kamiennymi lub elementami o dużej masie, różnych kształtach i nierównych powierzchniach,

-wysokie natężenie hałasu wywoływane przez wysokoobrotowe narzędzia diamentowe oraz pracujące urządzenia obróbcze,

-możliwość zetknięcia w wirującymi i/lub wykonującymi szybkie ruchy posuwisto- zwrotne - częściami obrabiarek,

-możliwość porażenia prądem elektrycznym w warunkach prowadzenia obróbki kamienia w warunkach intensywnego chłodzenia wodnego,

-możliwość doznania urazów ze strony odprysków kamiennych występujących podczas pracy wysokoobrotowych narzędzi obrotowych.

Warunki bezpiecznej pracy zmniejszającej lub eliminującej podane zagrożenia będą omawiane szczegółowo przy omawianiu konstrukcji i sposobu działania każdej grupy obrabiarek do kamienia.