Pubblicazione trimestrale - Dicembre 2014 - Poste Italiane S.p.A. - Spedizione in A.P. - D.L. 353/2003 (convertito in Legge 27/02/2004 n째46) art. 1, comma 1, LO/MI
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Pubblicazione trimestrale Dicembre 2014 - Poste
Italiane S.p.A.
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in A.P. - D.L.
353/2003 (conver tito
in Legge 27/02/2 004 n°46) art.
1, comma 1, LO/MI
APPLICAZ IONI
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Pubblicazione Trimestrale 79a Edizione - Dicembre 2014
Pietra / Stone 8 12 18
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Frena l’export italiano di pietra naturale nei primi nove mesi 2014 Italian exports of natural stone brake in the first nine months of 2014 Pietra ollare, una roccia stupefacente Soapstone, an amazing rock Carrara 2015 Marmotec Expo Edition, l’evento speciale dedicato al marmo si collega all’EXPO di Milano / Carrara 2015 Marmotec Expo Edition, the special event dedicated to marble connected to the Expo in Milan MADE expo scalda i motori MADE expo puts pedal to metal Xiamen Stone Fair 2015. Cresce l’area espositiva per una nuova era della pietra / Xiamen Stone Fair 2015. Exhibition venue upgrading, “Stone in Xiamen” age arriving
ISSN 1824-5765 In Copertina / Cover page: ZHONGNAN DIAMOND CO. LTD P.O. BOX 101, Fangcheng Henan - China Tel.: +86 377 67319306 Fax: +86 377 67319212 www.zhongnan.net zhongnan@zhongnan.net Editore / Publisher Editorial and Advertising Office G&M Associated Sas Via Caracciolo n° 26 20155 Milano - Italy Tel. & Fax +39 02 314460 www.gmassdiamante.com info@gmassdiamante.com Direttore Responsabile Editor in Chief Renata Marchi Progettazione, Grafica, Traduzioni a cura di: G&M Associated Sas
Utensili Diamantati / Diamond Tools 27 Polveri a base ferro macinate mediante mulino a palle per la fabbricazione di utensili diamantati sinterizzati Ferrous ball-milled powders for the fabrication of sintered diamond tools 33 La segagione del granito con il filo diamantato: dalla “bicicletta” di Madrigali alle moderne macchine multifilo Granite sawing by diamond wire: from Madrigali “bicycle” to modern multi-wires 53 Proposta di una nuova metodologia per la classificazione dei materiali lapidei nella tecnologia del taglio a filo diamantato (EASE-R3) Proposal of a new methodology for stone classification in diamond wire cutting technology (EASE-R3)
Hanno collaborato: R. Bellopede O. Cai N. Careddu J. Konstanty S. Leinonen L. Lledò P. Marini A. Romanski A. Tori D. Tyrala L. Zichella e gli Autori citati. Stampa: Pinelli Printing S.r.l., Gessate (Mi) Autorizzazione del Tribunale di Milano n° 454 del 18 novembre 1993 Registro Operatori di Comunicazione n° 4373 del 21 novembre 2001 (ex Registro Nazionale della Stampa n° 454 del 18 ottobre 1993). Spedizione in abb. postale 45% art. 2 comma 20/b legge 662/96
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Decostruzione / Concrete Cutting 68 Un parcheggio su misura. Utensili diamantati scelte vincenti in un progetto di ristrutturazione Stacking the deck. Odds in cutter’s favor on casino project 74 Nuova tagliamuri Hilti DST 10-CA. La tagliamuri con la “Productivity App” Hilti DST 10-CA wall saw system, the saw with the Productivity App 78 Corone diamantate hilti gamma H-Equidist. Incomparabile performance Hilti H-line Equidist core bits. Unmatched performance
Euros 150,00 Euros 180,00 Euros 200,00
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Schede tecniche Vademecum COP. COP. COP. COP.
ZHONGNAN DIAMOND CUTS DIAMANT HILTI POLIGEM
The Diamante A&T Scientific Committee is composed of professors, researchers, engineers and consultants covering the various areas of activities of the stone industry. They are all widely renowned experts with distinguished academic credentials. The different professional backgrounds, disciplines and areas of specialization provide for a balanced composition of the Committee allowing for fruitful synergies within the Committee.
PRESIDENT Osvaldo Cai, Research and Development Consultant in Diamond Tools Production and Applications, Torino, Italy
MEMBERS Ozgur Akkoyun, Associate Professor, Faculty of Engineering, Department of Mining Engineering, Mining Division, Dicle University, Diyarbakir, Turkey Augusto Bortolussi, Senior Researcher, Department of the Institute of Environmental Geology and Geoengineering, National Research Council of Italy, Cagliari, Italy Roberto Bruno, Professor of Research and Study Center on Mining Engineering, Department of Civil, Chemical, Environmental and Materials Engineering, University of Bologna, Italy Marilena Cardu, Associate Professor, Excavation Techniques, Environment, Land and Infrastructures Department, Politecnico di Torino, Italy Nicola Careddu, Senior Researcher in Dimension Stone Quarrying and Processing, Civil, Environmental Engineering and Architecture Department, University of Cagliari, Italy Luigi Carrino, Professor of Manufacturing Processes and Systems, Department of Chemical, Materials and Production Engineering, University of Naples “Federico II”, Italy Fabrice Dagrain, Associate Researcher in Dimension Stone Quarrying and Material Characterization, Department of Civil Engineering and Structural Mechanics, University of Mons, Belgium N.B. Dhokey, Professor of Metallurgical Engineering, Department of Metallurgical Engineering, Govt. College of Engineering, Shivajinagar, Pune, India Leonardo Luiz Lyrio Da Silveira, Geologist, Centro De Tecnologia Mineral, CETEM-MCT, Rio de Janeiro, Brasil Iñigo Iturriza, Principal Researcher, Materials Department, CEIT, Donostia/San Sebastián, Spain Janusz Konstanty, Professor of Materials Science at AGH, University of Science and Technology of Krakow, Poland Michele Lanzetta, Associate Professor of Manufacturing Processes and Systems, Department of Civil and Industrial Engineering, University of Pisa, Italy Seppo Leinonen, Geologist, Geological Survey of Finland, GTK, Kuopio, Finland Alberto Molinari, Professor of Metallurgy, Department of Industrial Engineering, University of Trento, Italy Fabrizio Memola Capece Minutolo, Associate Professor of Manufacturing Processes and Systems, Department of Chemical, Materials and Production Engineering, University of Naples “Federico II”, Italy Piero Primavori, Dimension Stone International Consultant, Teacher in the Master “Architecture and Construction: contemporary design with natural stone”, Department of Architecture & Urban Studies, Politecnico di Milano, Italy Mario Rosso, Professor of Metallurgy, Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino, Italy Wolfgang Tillmann, Professor of Materials Engineering, Institute of Materials Engineering, TU-Dortmund University, Germany Sandro Turchetta, Assistant Professor of Manufacturing Processes and Systems, Department of Civil and Mechanical Engineering, University of Cassino and southern Lazio, Cassino, Italy
Frena l’export italiano di pietra naturale nei primi nove mesi 2014 Mentre continua la crescita dell’export di marmo grezzo e lavorato, la crisi del granito compromette il trend generale dei lavorati. Emerge con chiarezza la specializzazione per il marmo ad alto valore aggiunto a cura di IMM Carrara Spa
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a crescita costante delle esportazioni di marmi
e graniti italiani che ha caratterizzato gli ultimi cinque anni sembra aver subito una brusca frenata nei primi nove mesi del 2014. Secondo le statistiche elaborate dall’Ufficio studi dell’Internazionale Marmi e Macchine Carrara, l’Italia, nel periodo tra gennaio e settembre 2014, ha esportato 3.199.205 tonnellate di materiali lapidei per un valore complessivo di 1.426.547.343 euro con un calo, seppure modesto (-0,48%) nelle quantità esportate, rispetto allo stesso periodo del 2013, ma con un piccolo aumento nei valori (+0,85%) (Tavola 1). Nel panorama nazionale l’unica voce che continua a registrare un buon tasso di crescita dell’export, per quantità e valori, è quella del marmo in blocchi e lastre che rappresenta un terzo dell’export nazionale. Infatti, nei primi nove mesi del 2014, l’Italia ha esportato 1.071.244 tonnellate di marmo in blocchi e lastre per un valore di 252.560.256 euro, facendo segnare una crescita nelle quantità del +2,3% e del +5,5% nei valori. Aumenta del +4,5%, rispetto al 2013, anche il valore complessivo del marmo lavorato esportato (677,6 milioni di euro nei primi 9 mesi 2014), ma con un calo delle quantità del -4% (un totale di 647,5 mila tonnellate), mentre tutte le voci riferibili al granito (in blocchi, lastre e lavorato), oltre che lavorati in altre pietre, presentano un export in calo in quantità e in valore. “Come sempre pesa sull’export italiano di pietra naturale il trend dei mercati d’area, Stati Uniti e Unione Europea in particolare – rileva il presidente di IMM Fabio Felici – e la contrazione, infatti, è dovuta principalmente alla riduzione dell’export di graniti verso gli Stati Uniti, solo in parte compensata da una ripresa delle importazioni europee di prodotti Made in Italy. La diminuzione dell’export di granito prosegue una tendenza evidenziata da tempo e deve essere letta anche tenendo conto dell’ingresso di nuovi player su mercati importanti, mentre la competitività del comparto italiano emerge per qualità e valore del prodotto finito su un mercato esigente e maturo, come quello europeo, dove sale l’export del bianco in quantità e valore compensando, anche se non completamente,
altri mercati. È un andamento che assume connotazioni diverse in relazione alle singole aree – conclude Felici – ma mette in evidenza la tenuta complessiva del comparto e la grande capacità competitiva nel segmento di qualità e a forte valore aggiunto. Su questi elementi focalizzeremo la riflessione e i contenuti di Carrara 2015 Marmotec Expo Edition, che si svolgerà dal 18 al 21 giugno e che stiamo organizzando tenendo conto anche di queste modifiche dei mercati e della richiesta di Made in Italy”. I numeri testimoniano, infatti, che l’Italia, nel periodo gennaio-settembre 2014, ha esportato verso gli Stati Uniti 162,3 mila tonnellate di materiali di pregio per 263,3 milioni di euro, con una riduzione delle quantità del -4% anche se con valori sostanzialmente immutati. La domanda USA privilegia il Made in Italy per lavorati in marmo (che sorregge l’export generale), mentre riduce la domanda di lavorati in granito, che passano dalle 71,6 mila tonnellate dei primi nove mesi del 2013, alle 54 mila del 2014 con un calo del -24,3%, e i valori che passano dai quasi 102 milioni del 2013 ai 78,6 milioni del 2014 (Tavola 2). Per i lavorati in granito gli USA privilegiano, ormai da alcuni anni, il Brasile sia per vicinanza geografica sia per la qualità del prodotto e la funzionalità del servizio. È in leggera ripresa l’export verso i Paesi dell’Unione Europea, dove l’Italia ha esportato oltre un milione di tonnellate di lapidei per un valore di 393,7 milioni di euro, registrando una crescita del +6,7% in quantità e del +5,3% in valore. Emerge l’aumento dell’export italiano di lavorati in marmo verso l’UE sia in quantità (+4%) sia, soprattutto, in valore (+15,5%) per un totale di 86,5 mila tonnellate e quasi 126 milioni di euro, ma pesa la battuta d’arresto dell’export di lavorati in granito, che è ancora la voce più importante, con oltre 208 mila tonnellate esportate nel periodo gennaio-settembre 2014 per un valore di 177 milioni (-1,2% in quantità e -0,07% in valore). I dati evidenziano la progressiva perdita di quote di mercato per il comparto del granito lavorato, oltre che in quello del grezzo e semilavorato, ormai in difficoltà dai primi anni 2000. Il granito è, a detta degli operatori, un materiale la cui lavorazione si presta maggiormente
Pietra ollare, una roccia stupefacente Produzione, caratteristiche tecniche e uso sostenibile. Parte I: proprietà di base e formazione geologica di Seppo Leinonen Geological Survey of Finland, East Finland Office Oriental, Kuopio, Finlandia
ABSTRACT La pietra ollare era molto diffusa nelle culture antiche e lo è ancora oggi. In passato era usata principalmente per cucinare e per manufatti in pietra, mentre, attualmente, è una materia prima per prodotti industriali, come stufe a combustione pulita, il che impone standard tecnici molto elevati in base al tipo di pietra ollare utilizzata, dato anche il volume e la qualità delle aree di produzione.
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a pietra ollare finlandese è unica al mondo ed è certificata IGP (Indicazione Geografica Protetta), sia per la localizzazione del materiale grezzo, che come luogo d’origine dei prodotti, tra i quali stufe, pietre da costruzione, prodotti ecologici, stoviglie ed altri manufatti.
Il particolare contenuto di minerali, quali talco e magnesite, è dovuto alle rocce ultramafiche ad alto contenuto di magnesio, diffusamente presenti nel Cratone della Finlandia orientale. La formazione geologica della pietra ollare e le sue proprietà sono state studiate, di volta in volta, nel corso del tempo. Questo articolo si basa su una recente ricerca che ne descrive la natura geologica e come essa viene oggi utilizzata. Di seguito, vengono principalmente analizzate le caratteristiche tecniche, la resistenza agli agenti atmosferici e gli standard di prova utilizzati nella ricerca. La pietra ollare è composta da una gamma di minerali che va da teneri a medio duri; viene facilmente tagliata e scolpita anche con normali utensili in metallo duro. Le formazioni di pietra ollare sono ammassi lenticolari,
Fig.1 Il design moderno e l’eleganza di una stufa a legna ad accumulo di calore. Modello Käpykolo, altezza 2100 mm, peso 2900 kg Modern design of heat retaining, wood-burning fireplace; elegance of model Käpykolo. Height (mm) 2100, weight (kg) 2900 Photo: Tulikivi Group, http://www.tulikivi.com/en/fireplaces/custom-made_products
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he 15th China Xiamen International Stone Fair, considered as one of the largest and most prestigious stone trade shows, will be held on March 6-9, 2015 in Xiamen, China. Gathering over 2,000 exhibitors from over 54 countries under one roof with 166,000 m2 exhibition area, Xiamen Stone Fair will once again present you a leading exhibition in sustaining the stone industry development worldwide. With the past 15 years exploration, Xiamen Stone Fair has become a great platform for manufacturers, sellers and buyers of stone industry from around the world to source an astounding array of stone products and services, as well as the very latest technologies and innovations. More than an exhibition, the event reveals trends of the industry of stones and machinery in China and throughout the world, and has become an indispensable stone event! One of the highlights of Xiamen Stone Fair 2015 will be the well-organized national pavilions including Italy, Turkey, Brazil, Spain, Oman, Egypt, France, Finland, Portugal, Greece, Pakistan, India and Iran. Most of the Pavilions have further expanded their exhibit space to display their exclusive products. Outstanding overseas machinery companies from Italy, USA, Germany, Poland, France, Turkey, India, etc will also take part in the 2015 edition. In 2014, record was renewed by 142,498 visitors, including 27,003 foreign visitors from 148 countries. According to the current amount of pre-registrations, it is promising to keep the flow rate in 2015. In recent years, demand for booths on Xiamen Stone Fair always exceeds supply. In view of this, construction of phase IV of the venue - Xiamen International Conference & Exhibition Center - has been started in November 2014. In the year of 2016, four new exhibition halls will be put into use. Total area of Xiamen Stone Fair 2016 will possibly reach 200,000 m2. World Stone Congress 2015 - Call for Speakers World Stone Congress, as an important event of Xiamen Stone Fair, aims at communication and cooperation of global stone industry. We believe that you will find answers to the current unstable situation through exploring and sharing new concepts, ideas and creative solutions! 1. Global Forum of Master Architects Time: March 6, 2015 14:00-17:30 Venue: XICEC The 3rd Global Forum of Master Architects will be held on March 6th, 2015. As a regular and most prestigious event of Xiamen in the Architectural field, so far we have invited master architects, including Sou Fujimoto, Bernardo Fort, Kengo Kuma, Shigeru Ban, Liu Jiakun, Xie Yingjun, etc. The Forum is attracting wide attention of architects and designers, and is now a cultural calling card of Xiamen city. In 2015 the Forum aims at conversation and communication between world’s top master architects.
2. Stone Design Forum Time: March 7, 2015 10:00-12:00 Venue: Conference Room 401, XICEC Architects and Designers from all over the world are invited to reveal the role and the forward way of stone in exterior and interior usage, or bring in a brainstorming on stone product design, thus facilitating the perfect combination of creation and revolution. 3. Launch Out @Xiamen Stone Fair Mechanical Innovation 2015 Time: March 7, 2015 10:00-12:00 Venue: Conference Room 402, XICEC Leading Manufacturers of mining, processing and other machinery gather here to present latest achievements and innovations, which will definitely catch the eyes of the whole industry. Precision, efficiency, energy conservation… You might find the key to change the world! 4. Launch Out @Xiamen Stone Fair New Quarry Collection 2015 Time: March 8, 2015 10:00-12:00 Venue: Conference Room 401, XICEC Xiamen is in focus once a year for the Special Fashion Show of fascinating natural stone. Catch the limited opportunities to launch your New Quarry. Draw the first spotlight on your brand new product and become one of the leaders of 2015 natural stone trends. 5. Educational Sessions Time: March 8, 2014 Venue: Conference Room 401 & 402 Be the Brain of future stone world. Stand up to display your knowledge and skills with a team of senior professionals. Inspire the industry, create an impact, find like-minded partners, initiate a new era. Any NON-PROPRIETARY proposals are welcomed.
Reprinted Courtesy of Trans Tech Publications, Switzerland © (2014) Advanced Materials Research Vol. 1052 (2014) pp 514-519 doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1052.514
Polveri a base ferro macinate mediante mulino a palle per la fabbricazione di utensili diamantati sinterizzati di Janusz Konstanty, Andrzej Romanski, Dorota Tyrala AGH-University of Science & Technology, Cracovia, Polonia
ABSTRACT Questo lavoro illustra la potenzialità applicativa di polveri economiche a base ferro nella produzione di utensili diamantati sinterizzati. È stato dimostrato che polveri Fe-Ni-Cu-Sn-C e polveri Fe-Mn-Cu-Sn-C, macinate con mulino a palle, possono essere consolidate con una porosità virtualmente inesistente mediante uno stampaggio a caldo a 900°C. I materiali, così sinterizzati, sono caratterizzati da una combinazione di elevata durezza, resistenza meccanica e resistenza all’abrasione. Le loro proprietà possono essere ampiamente modificate, variando il tempo di macinazione. Parole chiave: mulino a palle, utensili diamantati sinterizzati, polvere per matrice, Fe-Ni-Cu-Sn-C, Fe-Mn-Cu-Sn-C, stampaggio a caldo.
INTRODUZIONE La tecnologia di produzione del diamante sintetico diventa sempre meno costosa, di conseguenza, i prezzi continuano a diminuire. Questo stimola i produttori di utensili
diamantati sinterizzati a cercare di ridurre anche il costo delle polveri metalliche, utilizzate per fabbricare le matrici in cui i diamanti sono inclusi. L’attenzione si focalizza principalmente sugli utensili dedicati alla lavorazione di materiali abrasivi, in cui le proprietà della matrice sono personalizzate con l’aggiunta di costose miscele di WC o di WC/W2C, idonee ad affrontare specifiche condizioni di usura [1]. Fino a poco tempo fa, era una pratica comune quella di utilizzare polveri fini di Co-WC, contenenti fino al 60% di WC, per la fabbricazione di taglienti per utensili impregnati di diamante, impiegati nel taglio o molatura di materiali come arenaria abrasiva, calcestruzzo fresco, asfalto, ceramica porosa, ecc. Anche se il cobalto e i suoi sostituti [2-4] sono ancora utilizzati per utensili professionali, l’ultima tendenza prevede, invece, una più ampia applicazione di polveri a base ferro, premiscelate e legate meccanicamente [5]. Tra queste, apparentemente, le più adatte sono leghe ferrose con nichel o manganese, rame, stagno e carbonio.
Ferrous ball-milled powders for the fabrication of sintered diamond tools by Janusz Konstanty, Andrzej Romanski, Dorota Tyrala AGH-University of Science & Technology, Krakow, Poland
ABSTRACT
The work presents the possibility of application of inexpensive iron-base powders in the production of sintered diamond tools. It has been shown that ball-milled Fe-Ni-Cu-Sn-C and Fe-Mn-Cu-Sn-C powders can be consolidated to a virtually pore-free condition by hot pressing at 900°C. The as-consolidated materials are characterised by a combination of high hardness, mechanical strength and resistance to abrasion. Their properties can be widely modified by changing the milling time. Keywords: Ball Milling, Sintered Diamond Tools, Matrix Powder, Fe-Ni-Cu-Sn-C, Fe-Mn-Cu-Sn-C, Hot Pressing. INTRODUCTION
The prices of synthetic diamond grits continue to decline
as production technology becomes more cost effective. This provides a strong incentive for producers of sintered diamond tools to reduce the cost of metallic powders used to make the matrix wherein the diamonds are embedded. The main focus of attention is on tools dedicated to process abrasive materials, where the matrix properties are customised by adding expensive WC or WC/W2C to fit specific wear conditions [1]. Until relatively recently it has been a common practice to use fine Co-WC powders, with up to 60% WC, for the fabrication of diamond-impregnated tool components used to cut/grind abrasive sandstone, fresh concrete, asphalt, porous ceramics, etc. Although cobalt and its substitutes [2-4] are still used for professional tools, the latest trend is towards a broader application of premixed and mechanically alloyed iron-base powders [5].
La segagione del granito con il filo diamantato: dalla “bicicletta” di Madrigali alle moderne macchine multifilo di N. Careddu1, O. Cai2 DICAAr - Università degli Studi di Cagliari, Italia 2 Consulente specializzato nella produzione di utensili diamantati 1
ABSTRACT
1. INTRODUZIONE
Questa memoria fornisce una panoramica sull’attuale stato dell’arte e sullo sviluppo della tecnologia per il taglio in lastre di pietre dure e abrasive (graniti); essa illustra le caratteristiche principali dei diversi metodi di segagione dei blocchi, dalle tecnologie tradizionali a quelle più avanzate, evidenziandone costi di produzione e prestazioni. Lo studio si concentra, principalmente, sul filo diamantato, introdotto alla fine degli anni settanta nelle cave di Carrara, e sul suo miglioramento, per arrivare, poi, alle più moderne macchine multifilo, che hanno segnato il declino dei telai multilama per la lavorazione dei blocchi di granito. Vengono esaminate anche le macchine multidisco (equipaggiate con lame diamantate circolari). Il confronto tra la tecnologia multifilo e quelle tradizionali è effettuato prendendo in esame un’ampia gamma di problematiche, da quelle economiche a quelle ambientali. Infine, viene indicata una serie di possibili miglioramenti futuri.
Il filo diamantato ha iniziato ad affermarsi, nelle cave di marmo apuane, alla fine degli anni ‘70 [36]. Fino ad allora (per circa un secolo), la tecnica più diffusa per il taglio in cava delle pietre ornamentali era quella che prevedeva l’utilizzo del filo elicoidale [4]. La lavorazione della pietra, attraverso l’uso di un abrasivo e del movimento di un utensile, era già stata descritta da Plinio il Vecchio nella sua Naturalis Historiae: “Chi ha scoperto per primo come tagliare il marmo, sezionandolo in più parti, è stato un uomo dal genio incompreso. Il taglio del marmo, effettuato apparentemente con il ferro, in realtà è eseguito con la sabbia, poiché la sega ha semplicemente il compito di strisciare lungo una linea tracciata in precedenza, pressando la sabbia contro il materiale, con un rapido movimento avanti e indietro, sufficiente per effettuare il taglio” [17]. Il merito dell’introduzione del filo elicoidale in cava è di un ingegnere francese, Eugène Chevalier, che inventò e
Granite sawing by diamond wire: from Madrigali “bicycle” to modern multi-wires by N. Careddu1, O. Cai2 DICAAr - University of Cagliari, Italy 2 Diamond tools production consultant
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ABSTRACT This paper gives an overview of the current state of the art of hard stone slabbing technology and its development; it points out the main features of block sawing methods, traditional and more advanced technology, production cost and performance. This study is mainly focused on diamond wire technology, which was first introduced in the late 1970s in Carrara based quarries, and its improvement up until the use of more modern multi-wires which have represented the decline of multi-blade gangsaws for granite. Multi-blade block saw (fitted with circular diamond-blades) is also examined. The difference between multi-wires and older technologies is discussed taking into consideration
their both economic and environmental issues. Finally, a list of possible future improvements is given.
1. INTRODUCTION The diamond wire technology began to establish itself, in the Apuan marble quarries, in the late ‘70 [36]. Until then (from about a century) the most widespread technique for ornamental stone sawing in quarry was based on the use of helical wire [4]. The use of an abrasive for sawing the stone, under the movement of a tool, was already described by Pliny the Elder in his Naturalis Historiae: “But whoever first discovered how to saw marble and carve up luxury into many portions
brevettò nel 1854 una macchina per la lavorazione delle pietre. Essa si basava sul movimento di un lungo cavo d’acciaio chiuso ad anello, composto da tre trefoli di filo intrecciati ad elica, tenuti a contatto con la pietra. Questa tecnologia fu ripresa e sviluppata nei decenni successivi [18]. Tuttavia, la diffusione del filo elicoidale è dovuta alla geniale “puleggia penetrante”, inventata nel 1897 dall’ingegnere italiano Attilio Monticolo, che permetteva il taglio al monte, in qualsiasi posizione e senza scavare canali. Rispetto alle tecnologie concorrenti del tempo, questo sistema di escavazione, adottato nelle cave di marmo, permetteva uno sfruttamento più razionale dei depositi, riduceva al minimo lo spreco di materiale, migliorava la sicurezza sul lavoro, consentiva la riduzione del tempo di taglio e, infine, rendeva più economiche le operazioni in cava. Tuttavia, questa tecnica aveva un costo elevato: circa il 15% del costo totale di estrazione [4]. Inoltre, il filo elicoidale non era economicamente vantaggioso nelle cave di granito, a causa della durezza e dell’abrasività della pietra [27]. I primi tentativi di realizzare un filo diamantato risalgono agli anni ‘50 [29], ma furono poi abbandonati, poiché i risultati degli esperimenti effettuati su blocchi di calcare e granito non furono incoraggianti.
Intorno al 1968, partendo da uno studio sui problemi del filo elicoidale, D. Prowse e il signor Violi, sotto la supervisione di Diamant Boart, progettarono la Te-Fil/69, assemblata dalla Te-Ma di Carrara. Questa era una macchina stazionaria per la squadratura dei blocchi che utilizzava un filo diamantato con perline elettrodeposte [2]. Sempre la società Diamant Boart, nel corso degli anni ‘70, effettuò esperimenti volti a migliorare le prestazioni dell’utensile [33]; i risultati furono interessanti nel taglio di pietre carbonatiche (con costi unitari inferiori rispetto a quelli con filo elicoidale), ma non di quelle silicatiche, a causa della bassa resa del filo [41]. Il settore lapideo venne rivoluzionato in quegli anni, a causa dell’ampia introduzione di utensili diamantati e dei miglioramenti, sia nelle macchine sia nelle tecniche di produzione, resi possibili dalle grandi proprietà e capacità del diamante. Inoltre, l’introduzione del diamante sintetico per seghe di alta qualità andò a completare la gamma degli abrasivi naturali diamantati [48]. Il filo diamantato fece, così, il suo ingresso definitivo nei lavori in cava nel 1978, a Carrara [36], e il suo successo sul mercato fu molto rapido. L’italiano Luigi Madrigali (1932-2006) è stato un famoso inventore che ha giocato un ruolo fondamentale nella diffusione del filo diamantato [13]. Egli indubbiamente
Fig.1 La rivoluzionaria macchina di Madrigali nella sua configurazione verticale, durante il taglio del marmo in cava (da Theodore C. Trancu, 1980) The revolutionary Madrigali machine in its vertical configuration, sawing marble out of the quarry bed (from Theodore C. Trancu, 1980)
was a man of unappreciated brilliance. Sawing is carried out apparently by iron, but actually by sand which is poured into the groove, the saw merely presses the sand upon the thin traced line which, by the quick movement to an from, cuts the marble” [17]. The merit of using helical wire in the quarry is of a French engineer, Eugène Chevalier, who invented and patented a machine for sawing stones in 1854. It was based on the movement of a long closed steel rope ring, consisting of three primary wires twisted together helically, kept in contact with the stone. This technology was resumed and developed in the decades [18]. However, the spread of helical wire was due to the brilliant “penetrating pulley”, invented by Italian engineer Attilio Monticolo in 1897, which allowed the up-line cutting both in any position and without digging wells.
Compared with competing technologies of the time, this excavation system, adopted in marble quarries, allowed a more rational exploitation of deposits, limited to a minimum waste of useful material, improved work safety, made possible the decrease of time for excavation and finally gave cheapness to quarry works. Nevertheless, this technique had a high cost: approximately 15% of the exploitation costs [4]. Moreover, helical wire was not economical in granite quarries due to the hardness and abrasiveness of the stone [27]. Early attempts to build a diamond wire date back to the 1950s [29], but they were then abandoned as the results of sawing experiments, carried out on limestone and granite blocks, were not encouraging. Starting in 1968, after a study linked to problems of helical wire, the Te-Fil/69 was designed by D. Prowse and Mr. Violi, under the
contribuì sia all’innovazione dell’utensile sia alla costruzione di varie macchine, tra cui la famosa “bicicletta” mostrata in Fig.1. Per anni, la “bicicletta” di Madrigali è stata la segatrice a filo diamantato più pratica e semplice, consentendo un uso razionale ed economico del nuovo utensile per il taglio della pietra calcarea. La produzione della “bicicletta” ebbe inizio nel 1977. Fino al maggio 1980, vennero prodotte circa 105 macchine [44], la maggior parte delle quali operava a Carrara. Un filo diamantato di 20 m chiuso ad anello andava a sostituire circa 1.500 kg del vecchio filo elicoidale, il cui familiare ronzio si sentiva abitualmente, giorno e notte, intorno agli impianti e alle pulegge che si estendevano per chilometri nella cava. I benefici ambientali furono enormi, grazie alla completa eliminazione di tonnellate di sabbia abrasiva che dovevano essere trasportate fino alla cava con gli autocarri. Secondo le stime effettuate da Madrigali (confermate più tardi da Thoreau), i costi di segagione si ridussero di 2,5 volte, rispetto al filo elicoidale, e la produttività aumentò da 1 a 4-6 m2/h. Nel 1983, circa 500 macchine a filo girevoli lavoravano nelle cave, oltre ad un piccolo numero di macchine stazionarie che venivano utilizzate per la squadratura dei blocchi [2]. A quel tempo, il filo diamantato era utilizzato solo per il taglio del marmo o di pietra calcarea, ma qualcuno iniziava ad usarlo anche per il taglio di arenaria e trachite [3]. Le perline erano di diamante elettrodeposto con nichel. Il loro utilizzo nel taglio del granito non era generalmente consigliabile,
per motivi economici, anche se, in alcuni casi, in pratica si verificava. Di fatto, i grani di diamante erano distribuiti su un singolo strato (sebbene alcune perline avessero il doppio strato) ed erano molto vicini tra loro: per questo motivo, la pressione specifica sulla pietra era insufficiente per la penetrazione, per cui il filo diamantato poteva smettere di tagliare, anche se le perline non erano completamente consumate. La capacità di taglio di questa perlina diamantata era inizialmente molto alta, diminuendo gradualmente durante l’uso del filo diamantato, specialmente se si tagliava un materiale molto duro (ad esempio il granito). Poiché la perlina elettrodeposta aveva un solo strato, non era possibile riaffilare la sua superficie di taglio e, quindi, quando i grani di diamante si ottundevano, si arrotondavano o si rompevano, diventava impossibile continuare il taglio, anche se le perline mostravano una superficie integra. I fili diamantati venivano assemblati utilizzando molle aperte, distanziatori e anelli pressati per il bloccaggio di sicurezza, come mostrato in Fig.2. Le molle avevano la funzione di distanziare una perlina dall’altra e permettevano una curvatura regolare del filo (che era, invece, impedita quando venivano usati cilindri metallici al posto delle molle). A causa della maggiore
supervision of Diamant Boart, and built by Te-Ma of Carrara. This was a stationary machine for block squaring which used a diamond wire with electroplated Fig.2 Componenti di un filo diamantato per il taglio del marmo con molle aperte come distanziatori beads [2]. Components of a diamond wire for marble sawing with open spring-spacers (from Cai, 1999) It’s always the Diamant Boart company, during the 1970s, to “bicycle” was the most practical and simple diamond wire perform experiments aimed at improving the performance sawing machine, allowing a rational and cost-effective use of the tool [33]; the results were interesting in carbonatic stones sawing (with cutting unit costs that were lower than of the new tool for calcareous stone cutting. The production of the “bicycle” began in 1977. those with helical wire) but not in siliceous ones, due to Up until May 1980, some 105 machines had already been low yield of wire [41]. produced [44], most of which were operating in Carrara. The stone industry, was being revolutionized in those The 20 m closed-loop diamond wire replaced some 1,500 kg years, due to the extensive introduction of diamond tools of the old helical wire whose familiar humming sound used and improvements of both machines and manufacturing to be heard day and night around the overhead rigs and techniques, which were made possible by the great pulleys stretching for kilometres in the quarry. properties and capabilities of the diamond. In addition, The environmental benefits were huge, due to the complete the introduction of synthetic diamond for high quality elimination of tons of abrasive sand which had to be carried saws, completed the range of natural diamond abrasives by lorries high up to the quarries. According to estimates [48]. Therefore, the diamond wire technology made its made by Madrigali (confirmed later by Thoreau) sawing definitive entry into quarry works in 1978, in Carrara [36]; costs were reduced to 2.5 times. Compared with helical its success on the market was very fast. Italian Luigi Madrigali (1932-2006) was a distinguished wire, productivity increased from 1 to 4-6 m2/h. maker who played a strategic role in the diffusion of the In 1983 approximately 500 rotary wire machines were diamond wire [13]. He has undoubtedly contributed to tool already operating in quarries, plus a small number of innovation and has built various machines including the stationary machines were used for block squaring [2]. famous “bicycle” shown in Fig.1. For years Madrigali’s At that time, diamond wire was used only for sawing DIAMANTE Applicazioni & Tecnologia
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Proposta di una nuova metodologia per la classificazione dei materiali lapidei nella tecnologia del taglio a filo diamantato (EASE-R3) 1 Dipartimento
di R. Bellopede1, P. Marini1, A. Tori2, L. Zichella1 di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture, Politecnico di Torino, Torino 2 CO.FI.PLAST S.r.l., Lessolo (TO)
ABSTRACT La prova di durezza e, in particolare, di micro-durezza è attualmente considerata uno dei metodi principali per acquisire informazioni utili sulla lavorabilità delle pietre ornamentali. Durante gli ultimi trent’anni, il concetto di lavorabilità dei materiali lapidei ha avuto un ruolo preponderante nel settore ed è stato oggetto di progetti di ricerca nazionali ed internazionali. Questo lavoro ha l’obiettivo di definire un metodo predittivo della lavorabilità delle pietre naturali, utilizzando informazioni e analisi facilmente reperibili ed attuabili. Sono state analizzate 8 differenti tipologie di pietre di diversa natura, classificate da 1 a 9 in funzione di una scala di facilità di lavorazione basata sull’esperienza e il know-how aziendale (HIC -Historical Industrial Classification). La classe di taglio è attribuita al materiale sin dalla sua estrazione in cava. I parametri che guidano la classificazio-
ne non sono però tangibili, né quantificati scientificamente, in quanto risiedono nell’esperienza e nella conoscenza della pietra da parte del cavatore che, in accordo con le aziende che tagliano il materiale, ne stabilisce la classe di appartenenza. Si è deciso, pertanto, di identificare alcuni criteri oggettivi per la classificazione delle pietre, che si basino su parametri misurabili, proponendo un metodo scientifico di classificazione (SSC - Scientific Stone Classification). Per ogni tipologia di pietra sono state effettuate le seg uenti analisi: analisi petrografica, mettendo in evidenza soprattutto la composizione mineralogica, la dimensione dei cristalli, la struttura e la tessitura, micro-durezza e velocità di propagazione degli ultrasuoni (UPV). I risultati di tutti questi test hanno evidenziato una buona correlazione con la storica classificazione industriale sino ad ora adottata.
Proposal of a new methodology for stone classification in diamond wire cutting technology (EASE-R3) 1 Engineering
by R. Bellopede1, P. Marini1, A. Tori2, L. Zichella1 department of environment, land and infrastructure, Politecnico di Torino, Turin, Italy 2 CO.FI.PLAST S.r.l., Lessolo, Italy
ABSTRACT Hardness tests and micro-hardness are currently considered important methods for acquiring useful information about the workability of ornamental stones. For at least thirty years the concept of workability has regarded rock-cutting tools and is the subject of national and international research. This study aims to find a method for the prediction of the behavior of rock-tools using data from easy to use, non-destructive and inexpensive tests. This paper studies 8 stones of different origin classified from 1 to 9 according to an “easy to cut” scale based on the historical company know-how (HIC - Historical Industrial Classification). This was established directly at the marble plant, where stones were cut with diamond
wire. The parameters at the basis of this classification are not explicit nor scientifically quantified, because they come from the experience. It was therefore decided to find criteria for the classification of the stones, based on parameters from simple laboratory tests (SSC - Scientific Stone Classification), which lead to a scientific correlation with the industrial classification. For each stone the following investigation techniques were considered: petrographic analysis, highlighting mainly mineralogical composition, crystal size, structure and texture, micro-hardness, ultrasound pulse velocity (UPV). The results of all the performed tests were analyzed and good correlations with the industrial classification were found.
1. INTRODUZIONE
In letteratura ci sono diversi studi sugli effetti di questi parametri sull’efficienza di taglio. Alcuni ricercatori hanno L’obiettivo dell’operazione di taglio con il filo diamantato analizzato l’effetto di fattori fisici e meccanici, incluse le è di rimuovere una porzione od uno strato di materiale proprietà mineralogiche (tessitura) e la micro-durezza di spessore uniforme per tutta la lunghezza del taglio. (Mancini e Morandini, 1982; Cardu et al., 1996; Amaral Il filo diamantato è largamente riconosciuto come la et al., 2000; Agus et al., 2005) e l’efficienza delle macsoluzione ideale per il taglio in cava, per la riquadratura chine multifilo (Ozcelik e Yilmazkaya, 2011; Reza et al., dei blocchi e per la produzione di lastre, grazie all’otti2011; Tutmez et al., 2006). mo rapporto prezzo-produttività. L’efficienza del filo diamantato sembra essere sensibile L’ottimizzazione del processo produttivo ha migliorato all’anisotropia del materiale, così come studi precedenti l’efficienza di taglio, garantendo la velocità e l’accuramostrano una correlazione tra la velocità ultrasuoni e tezza richieste. Inoltre, un utilizzo consapevole del filo le caratteristiche meccaniche delle pietre (Sharma e ne aumenta la durata, riducendo di conseguenza i costi Singh, 2007). di lavorazione, di rigenerazione e gli scarti di materiale. Per definire un metodo scientifico in grado di classificare È, pertanto, importante identificare i parametri che le pietre in funzione della loro lavorabilità (SSC), sono influiscono sul rapporto pietra-utensile. state effettuate le seguenti determinazioni: Questi parametri sono stati suddivisi in due differenti - analisi petrografica; tipologie, come elencato in Tabella 1: - determinazione delle caratteristiche fisico-meccaniche 1. parametri non controllati: caratteristiche delle pietre; ottenute dalla prova di micro-durezza Knoop e dalla velocità ultrasuoni. 2. parametri parzialmente controllati o controllati: proQuesta ricerca è stata condotta grazie alla partecipazione prietà dell’utensile da taglio e della macchina. al progetto Europeo EASE-R3 (FoF.NMP.2013-8-608771 - Integrated framework for a cost-effective and ease of Repair, Renovation and Re-use of machine Tab.1 Parametri di produzione che influiscono sul rapporto pietra-utensile Parameters affecting diamond wire cutting efficiency tools within modern factory - ESS Project), il cui scopo è lo sviluppo Caratteristiche delle pietre Proprietà dell’utensile da taglio e della macchina di una piattaforma integrata per la Rock characteristics Cutting tools and equipment properties manutenzione, il rinnovo e il riutilizzo di macchine utensili dell’induComposizione petrografica e mineralogica Velocità di taglio stria moderna (officina), orientata sia Petrographic and mineralogical composition Cutting speed alla PMI (Piccole Medie Imprese) che Dimensione particelle mineralogiche Dimensione del blocco alle grandi OEM e utilizzatori finali, Mineralogical particle size
Dimensions of block
Contenuto d’acqua Water content
Velocità di cala Feed rate
Grado di alterazione Degree of alteration
Produttività Production
Some researchers investigated the effects on workability of physical and mechanical factors, including textural Microdurezza Knoop Dimensione e numero di perline properties of rocks and micro-hardness Knoop microhardness Size and number of beads (Mancini and Morandini, 1982; Cardu et al., 1996; Amaral et al., 2000; Agus et al., 2005) and the efficiency 1. INTRODUCTION of diamond wire cutting machines (Ozcelik and Yilmazkaya, In the diamond wire stone cutting process the objective is 2011; Reza et al., 2011; Tutmez et al., 2006). to remove a chip of material or a layer of uniform thickness The cutting efficiency of diamond wire seems to be over the entire length of the cut. sensitive to rock anisotropy and studies have been Diamond wire is now widely recognized as the ideal solution carried out to investigate the correlation between pulse for both rock mining, blocks squaring and cutting due to velocity and mechanical characteristic of rock (Sharma its optimal cost-productivity ratio. The optimization of the and Singh, 2007). manufacturing process has improved the cutting efficiency, In order to define a scientific method for the classification guaranteeing the effectiveness and the accuracy required. of unknown stones according to their workability (SSC), Furthermore, a suitable use of the diamond wire increases the following investigations have been carried out: its life reducing working and regeneration costs and waste • petrographic analysis; materials. As a consequence it is important to identify the • determination of physical and mechanical properties parameters that affect the diamond wire cutting operations. by means of Micro-hardness with Knoop method and These parameters may be divided into two different types, ultrasonic pulse velocity (UPV). summarized in Table 1: This research is included in the EASE-R3 (FoF.NMP.20138-608771 - Integrated framework for a cost-effective and 1. non-controlled parameters: rock characteristics 2. partially controlled or controlled parameters: properties ease of Repair, Renovation and Re-use of machine tools within modern factory - ESS Project) aiming at developing of cutting tools and equipment. a novel Integrated framework for a cost-effective and In literature there are many studies on the effect of these easy Repair, Renovation and Re-use of machine tools parameters on diamond wire cutting efficiency. within modern Factory (machining shop floor), oriented Discontinuità/Anisotropia Discontinuities/Anisotropy
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