The research into the quality of rock surfaces obtained by abrasive water jet cutting

• Autorzy: Młynarczuk M. , Skiba M. , Sitek L. , Hlavacek P. , Kozusnikova A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0064

Warianty tytułu

PL

Badanie jakości powierzchni skał otrzymanych w wyniku cięcia abrazyjnym strumieniem wody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years, water jet cutting technology has been being used more and more often, in various domains of human activity. Its numerous applications include cutting different materials - among them, rock materials. The present paper discusses the results of the research that aimed at determining - in a quantitative manner - the way in which the water jet cutting parameters (such as the traverse speed of the head, and the distance between the high-pressure inlet of the water jet and the cut material) influence the quality of the processed surface. Additionally, the impact of these parameters on the surface of various materials was investigated. The materials used were three granites differing with respect to the size of grains. In the course of the research, the standard parameters defined by the ISO norms were analyzed. It was also proposed that variograms be used to analyze the quality of the cut surface.

PL

Technologia cięcia strumieniem wodnym staje się w ostatnich latach coraz intensywniej wykorzystywana w różnych dziedzinach działalności człowieka. Jest ona wykorzystywana do obróbki różnorodnych materiałów, również materiałów skalnych. W ramach badań analizowano trzy granity różniące się m.in. wielkościami ziarn, które były przecinane przy różnych prędkościach przesuwu głowicy z wlotem strumienia wodnego. Analizowano standardowe parametry zdefiniowane w normach ISO jak również zaproponowano wykorzystanie wariogramów do analizy jakości wyciętej powierzchni. W pracy opisano w sposób ilościowy zmiany jakości powierzchni skał ciętych strumieniem wodnym ze ścierniwem w zależności od prędkości przesuwu głowicy, jak również w zależności od odległości przecinanego fragmentu powierzchni od wlotu strumienia wodnego do materiału. Wyniki uzyskane w pomiarach wskazują też na wpływ wielkości uziarnienia skały na jakość otrzymanej powierzchni. Jest to szczególnie widoczne dla najmniej optymalnych parametrów cięcia strumieniem wodnym, czyli dla dużych prędkości cięcia i dla fragmentów powierzchni znacznie oddalonych od brzegu próbki. W badaniach wykazano, że przy optymalnie dobranych parametrach obróbki wpływ wielkości ziarn na jakość powierzchni jest niewielki, a niekiedy nawet pomijalny. W pracy opisano również możliwość zastosowania funkcji madogramu do analizy jakości obrabianej powierzchni. Przy wykorzystaniu tej funkcji można nie tylko potwierdzić rezultaty otrzymane na bazie parametrów zdefiniowanych w ISO, ale otrzymuje się bardziej dogłębny obraz ukształtowania badanej powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

water jet; rock cutting; surface quality; roughness; variogram

PL

cięcie strumieniem wodno-ściernym; cięcie skały; jakość powierzchni; chropowatość; wariogram

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 4
• Strony: 925--940
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Młynarczuk M.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

autor

Skiba M.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

autor

Sitek L.

• Institute of Geonics of the ASCR, V.V.I., Studentska 1768, Ostrava, Czech Republic

autor

Hlavacek P.

• Institute of Geonics of the ASCR, V.V.I., Studentska 1768, Ostrava, Czech Republic

autor

Kozusnikova A.

• Institute of Geonics of the ASCR, V.V.I., Studentska 1768, Ostrava, Czech Republic

Bibliografia

• [1] Agus M., Bortolussi A., Ciccu R., Kim W.M., Vargiu A., 1995. Abrasive performance in rock cutting with AWJ and ASJ. 8th American Water Jet Conference, August 26-29; Houston, Texas.
• [2] Carrino L., Polini W., Turchetta S., Monno M., 2001. AWJ to machine free form profiles in natural stone. [In:] M. Hashish (ed.), Proceedings of the 2001 WJTA American Waterjet Conference: 305-323. St. Louis: WJTA.
• [3] Carrino L., Polini W., Turchetta S., Monno M., 2002. Surface processing of natural stones through A.W.J. [In:] Lake (ed.), Proceedings of the 16th International Conference on Water Jetting: 437-450. BHR Group, Cranfield.
• [4] Carrino L., Polini W., Turchetta S., Monno M., 2000. Study of cutting quality and efficiency in stone. [In:] R. Ciccu (ed.), Proceedings of the 15th International Conference on Jetting Technology: 133-146. BHR Group, Cranfield.
• [5] Chen Q., Yang S., Li Z., 1999. Surface roughness evaluation by using wavelets analysis. Precision Engineering 23, p. 209-212.
• [6] Dudek A., Fediuk F., Palivcová M., 1962. Petrographic tables. N ČSAV, Praha, (in Czech).
• [7] Foldyna J., Martinec P., Sitek L., 2004. Water jets in dimension stone cutting and surface treatment. Dimension Stone 2004. New Perspectives for a Traditional Building Material (Proceedings of the International Conference on Dimension Stone 2004), 14-17 June 2004, Prague, Czech Republic. Přikryl (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, p. 303-308.
• [8] Gurau L., Mansfield-Williams H., Irle M., 2006. Filtering the roughness of a sanded wood surface. Holz als Roh- und Werkstoff, Vol. 64, p. 363-371.
• [9] Hashish M., 1995. Abrasive Jets. [In:] Labus, T.J. (ed), Fluid Jet Technology: Fundamentals and Applications, St. Louis, WJTA, p. 4.1-4.52.
• [10] Hejtman B., 1977. Petrography. SNTL Praha, (in Czech).
• [11] Hocheng H., Hsieh M.L., 2004. Signal analysis of surface roughness in diamond turning of lens molds. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 44, p. 1607-1618.
• [12] Hood M., 1993. The Use of Water Jets for Rock Excavation. [In:] Comprehensive Rock Engineering, Vol. 4 - Excavation, Support and Monitoring, Hudson J.A. (ed.), 1993 Elsevier Ltd., p. 229-260.
• [13] Hood M., Nordlund R., Thimons E., 1990. A Study of Rock Erosion using High-Pressure Water Jets. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 27, No 2.
• [14] ISO 11562:1996 Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface texture: Profile method - Metrological characteristics of phase correct filters.
• [15] ISO 4287-1997 Geometrical Product Specification (GPS) - Surface Texture: Profile method - Terms definitions and surface texture parameters.
• [16] Kim T.J., Labus T.J., 1995. Influence of basic jet parameters and physics of abrasive water jet cutting. [In:] Labus, T.J. (ed), Fluid Jet Technology: Fundamentals and Applications, St. Louis, WJTA, p. 3.1-3.45.
• [17] Konečný P., Sitek L., 1998. Two technologies of rock samples cutting: their effect on samples strength properties. [In:] Rossmanith (ed.), Mechanics of Jointed and Faulted Rock MJFR-3, Proc. 3rd intern. conf., Vienna, 6-9 April, Rotterdam, Balkema.
• [18] Kožušníková A., Konečný P., 2011. Influence of Temperature on the Permeability of Rocks. Géotechnique, 61, No 12, p. 1081-1085.
• [19] Krist E., Krivý M., 1985. Petrology. ALFA Bratislava, SNTL Praha, (in Slovak).
• [20] Martinec P., Foldyna J., Sitek L., Ščučka J., Vašek J., 2002. Abrasives for AWJ cutting. INCO-COPERNICUS No. IC 15-CT98-0821. Ostrava, Institute of Geonics.
• [21] Miranda R.M., Lousa P., Mouraz Miranda A.J., Kim T., 1993. Abrasive Water Jet Cutting of Portuguese Marbles. 7th American Water Jet Conference, August 28-31, Seattle, Washington, p. 443-457.
• [22] Młynarczuk M., 2004. Potential applications of image analysis and mathematical morphology to stereological analysis of rock structures. Arch. Min. Sci., Vol. 49, Special issue, p. 117-140.
• [23] Młynarczuk M., 2010. Description and classification of rock surfaces by means of laser profilometry and mathematical morphology. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 47, No 1, p. 138-149.
• [24] Młynarczuk M., Wierzbicki M., 2009. Stereological and profilometry methods in detection of structural deformations in coal samples collected from the rock and outburst zone in the “Zofiówka” Colliery. Arch. Min. Sci., Vol. 54, No 2, p. 189-201.
• [25] Momber A.W., 2005. Hydrodemolition of Concrete Surfaces and Reinforced Concrete. Elsevier Ltd., Oxford, p. 269.
• [26] Momber A.W., 2001. Fluid jet erosion as a non-linear fracture process: a discussion. Vol. 250, p. 100-106.
• [27] Nilsson L.-G., 2009. Hydro-demolition plays vital role in tunnel and bridge repairs. Concrete Engineering International, Vol. 13, No 2, p. 44-45.
• [28] Özçelik Y., Ciccu R., Costa G., 2011. Performance assessment of surface treatment with water jet in terms of roughness. 45th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium, 7p. San Francisco, CA, United States, 26-29 June.
• [29] Serra J., 1982. Image Analysis and Mathematical Morphology. Academic Press, London.
• [30] Shekarriz B., Shekarriz H., Upadhyay J., Wood D.P., Bruch H.-P., 1999. Hydro-jet dissection for laparoscopic nephrectomy: a new technique. Urology, Vol. 54, No 6, p. 964-967.
• [31] Sitek L., Foldyna J., Klich J., Martinec P., Nováková D., 2011. Precursors and carriers of nanoparticles prepared by water jet disintegration. Abstracts of Conference Proceedings, Nano Ostrava 2011. Ostrava: VŠB-TUO, 2011, Holešová S., Simha-Martynková G.(eds.), p. 34-34.