Magmatik kökenli doğal taşların elmas soketli dairesel testerelerle kesilebilirlik analizleri

Abstract

Dünya doğal taş ticaretinde granitlere olan ilgi giderek artmaktadır. Çevresel dış tesirlere karşı yüksek dayanıklılıkları ve estetik görünümleri, bu ilginin başlıca nedenleri arasında sayılabilir. Bununla birlikte, sert ve aşındırıcı özellikleri nedeniyle, granitlerin ocaklarda ve doğal taş işleme tesislerindeki kesme işlemlerinde bazı zorluklarla karşılaşılmaktadır. Mermer ve traverten gibi diğer doğal taşlarla karşılaştırıldığında, bu güçlükler görece düşük kesme verimi ve yüksek testere tüketimleri ile ilgilidir. Granitlerin dairesel testerelerle kesilebilirlik özelliklerinin incelendiği bu çalışmada; çalışma parametrelerinin (kesme hızı, kesme derinliği, ilerleme hızı) kesilebilirlik parametreleri (kesme kuvvetleri, aktif güç tüketimi, ortalama talaş kalınlığı, özgül kesme enerjisi, gürültü seviyesi) üzerindeki etkilerinin ve kayaca ait özelliklerin (mineralojik-petrografik ve fiziko-mekanik) kesilebilirlik parametreleri üzerindeki etkilerinin irdelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, bir doğal taş işleme tesisinden seçilen farklı mineralojik-petrografik ve fiziko-mekanik özelliklere sahip 12 adet granit örneği, çeşitli deneysel koşullarda kesme deneylerine tabi tutulmuştur. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar, kesme veriminin kesme hızıyla orantılı olarak arttığını göstermektedir. Bununla birlikte, kesme hızının arttırılması istenildiğinde, kesme derinliğini düşük tutup ilerleme hızını yükseltme şeklindeki bir uygulamanın daha avantajlı olduğu belirlenmiştir. Kesme derinliğini yüksek tutup ilerleme hızını azaltmak şeklindeki uygulamalarda, kuvvet ve enerji gereksinimlerinin görece daha fazla olduğu gözlenmiştir. Yüksek kesme hızlarının testere özgül aşınma değerlerini olumsuz yönde etkilediği görülmüştür. Shore sertlik değeri hariç, granitlerin fiziko-mekanik özellikleri ile kesilebilirlik parametreleri arasında istatistiksel anlamda güvenilir hiçbir ilişki bulunamamıştır. Granitlerin kesilebilirlik karakteristiklerini etkileyen en önemli parametrenin mineralojik-petrografik özellikleri olduğu belirlenmiştir. Kesim esnasında oluşan gürültü seviyesinin çalışma parametrelerinin bir fonksiyonu olduğu ve kayaç özelliklerinden bağımsız olduğu gözlenmiştir.

In the world natural stone trade, there is a continuously growing demand for granites. This is mainly due to their high resistance to environmental influences and aesthetic properties. However, it is known that the sawing of granites both in the quarries and processing plants exhibits some difficulties to their hardness and abrasive characteristics. These difficulties can be mainly related to their relatively low processing productivity and high tool consumption, compared to other natural stones such as marble and travertine. Hence, many investigations are being carried out in order to improve their production efficiency and reduce the costs. In this work, circular sawing experiments on granites were undertaken to (i) analyze the effect of operating conditions (sawing speed, cutting depth, feed velocity) on the sawability parameters (cutting forces, active power consumption, mean chip thickness, specific cutting energy and noise level), and (ii) to analyze the effects of rock properties (mineralogical-petrographical and physico-mechanical) on the sawability parameters. To achieve this goal, samples of 12 granites having different mineralogical-petrographical and physico-mechanical properties were selected from a stone processing plant, and were subjected to circular sawing experiments under various experimental conditions. Circular sawing experiments were performed on a high-precision fully instrumented side-cutting machine. The results obtained from the experimental studies indicate that increasing the sawing rate improves the efficiency of the process in terms of specific cutting energy. However, achieving higher sawing rates by increasing the feed velocity while employing a shallower cutting depth was found to be more advantageous than the alternative of increasing the cutting depth and employing a lower feed velocity. This latter processing technique results with higher cutting forces and power requirements. It was also determined that higher sawing rates adversely affected the tool life. Except the Shore hardness value, no statistically meaningful relation could be established between rock physico-mechanical properties and the sawability parameters. It was determined that the mineralogical-petrographical properties of granites dominated their sawability characteristics. Finally, it was also observed that noise level was a function of the operating parameters, rather than rock properties.