G-index - čo je to? Je to jediný kľúčový parameter?

Posúdenie kvality, resp. výkonnosti stmeleného brúsneho kotúča (obr. 1 - klasický, najbežnejší, vačšinou čierny, 6mm hrubý nástroj, ako ho poznáte) je vždy do značnej miery subjektívna záležitosť.

Existujú síce metódy a zariadenia, pomocou ktorých je možné tieto parametre exaktne zmerať, avšak nie sú bežné ani u niektorých výrobcov týchto nástrojov. Príkladom môže byť naše testovacie zariadenie GTR-3 (obr. 2).

Každý, kto pracuje s brúsnymi kotúčmi však vie povedať, že „tento kotúč je lepší, než ten druhý...“ Majme však na pamäti, že používatelia majú zaužívané účely a spôsoby, akými tieto nástroje používajú, či už sa jedná o druh opracovávaného materiálu, uhol, pod ktorým brúsia, tlak, ktorý vyvíjajú na obrobok, parametre (najmä výkon) uhlovej brúsky a pod. Rozdiely sú aj v tom, či brúsia hrany obrobku, prípadne zvary, alebo súvislé veľké plochy.

Obr. 1. Stmelený abrazívny brúsny kotúč

Obr. 2. Zariadenie GTR-3 pre testovanie parametrov brúsnych nástrojov

Presné zmeranie výkonových parametrov brúsnych nástrojov však svoj zmysel má a pri ich výbere môže veľa napovedať. O aké parametre teda ide?

Najznámejším je tzv. G-index (Grinding Ratio). Je to bezrozmerná veličina, ktorá udáva pomer medzi hmotnosťou odbrúseného materiálu a hmotnosťou spotrebovaného brúsiva, alebo inými slovami: množstvo materiálu, ktoré sa obrúsi jednotkou opotrebovaného brúsiva.

Je potrebné zdôrazniť, že G-index sa udáva len pri klasických stmelených brúsnych nástrojov, v ktorých brúsivo tvorí cca 60% ich hmotnosti. U lamelových alebo fíbrových kotúčov, kde hmotnosť brúsiva je v pomere k celkovej hmotnosti nástroja zanedbateľná, sa používajú iné metódy.

Príklad:
Nový brúsny kotúč priemeru 125mm má hmotnosť 200 gramov. Budeme ním 10 minút brúsiť oceľový obrobok o hmotnosti 1200 gramov. Po práci odvážime nástroj aj obrobok a zistíme, že kotúč váži 189 gramov (spotrebovalo sa z neho 11g) a obrobok váži 1111g (odbrúsilo sa z neho 89g). Tieto dve zmerané hodnoty dáme do pomeru a získame G-index nástroja:

G-index = 89 / 11 = 8,09

Z výpočtu vyplýva, že jedným gramom brúsneho kotúča odbrúsime 8,09g obrábaného materiálu, čiže keby bolo možné spotrebovať celý brúsny kotúč, odbrúsili by sme ním z obrobku 200 x 8,09g = 1618g. Vieme však, že to možné nie je – aj keby sme chceli byť veľmi šetrní, ostane nepoužiteľná stredná časť kotúča, ktorou už brúsiť nevieme, pretože nedosiahne na pracovné miesto. Naviac zmenšujúcim sa priemerom kotúča klesá jeho obvodová rýchlosť a tým sa menia podmienky pri brúsení. Tento nepoužiteľný zvyšok nie je vôbec zanedbateľný, u kotúča priemeru 125mm ide o cca 60g brúsiva, čiže ľahko si vieme spočítať, že približne tretinu brúsiva „vyhodíme“.

Pozn.: U kotúčov väčších priemerov môže byť tento odpad pomerovo menší – u 230mm kotúča je tento odpad prakticky rovnaký ako nový kotúč priemeru 125mm.

Zvyšok kotúča je možné vložiť do brúsky menšieho priemeru a pokračovať s ním v práci. Tento postup sa vyplatí predovšetkým u nástrojov väčších priemerov - zvyšok kotúča s pôvodným priemerom 230mm postupne použijeme v brúskach pre 180, 150, až 125mm nástroje. Týmto spôsobom využijeme väčší objem nástroja a skutočný odpad bude minimálny.

Aká je typická hodnota G-indexu u stmelených brúsnych nástrojov?

Najväčší vplyv na jeho hodnotu má typ brúsiva použitého pri ich výrobe:

• pri korundových nástrojoch je G-index v rozmedzí 4-10 (v závislosti od druhu korundu, existuje ich veľké množstvo)
• pri nástrojoch vyrobených zo zirkónu je G-index v rozmedzí 15-20
• pri nástrojoch vyrobených z prémiových keramických zŕn môže G-index ľahko presiahnuť hodnotu 30

Samozrejme platí, že čím výkonnejšie brúsivo, tým je jeho cena vyššia (cena brúsneho kotúča priemeru 230mm je v prípade kotúča z korundu napr. 6 Eur, ale v prípade nástroja vyrobeného výlučne z keramického zrna atakuje hranicu 30 Eur). Keďže cenový rozdiel je takmer 5-násobný, v praxi sa pre dosiahnutie kompromisu medzi výkonom a cenou často používajú ich kombinácie (najčastejšie korund-zirkón, korund-keramika).

Ďalším nezanedbateľným faktorom je porozita (pórovitosť) nástroja (obr. 3). Vyjadruje objem pórov (dutín, prázdneho priestoru) medzi zrnami brúsiva v štruktúre nástroja.

Ovplyvniť jej úroveň je možné zrnitosťou brúsiva a množstvom plnív. Ide o dôležitý parameter, ktorý ovplyvňuje správanie brúsneho nástroja pri práci. Čím sú čiastočky brúsiva väčšie a plniva je menej, porozita bude vyššia a vyšší bude aj brúsny výkon.

Vyššia porozita znamená lepší odvod tepla, agresívnejší úber materiálu obrobku, nástroj sa menej zanáša odbrúseným materiálom, má však nižšiu životnosť.

Obr. 3. Rozdielna porozita dvoch brúsnych kotúčov

Pre objektívne porovnanie dvoch kotúčov je nutné test vykonať v identických podmienkach:

• rovnaký priemer nástroja
• rovnaký prítlak na obrobok
• rovnaký uhol nástroja voči obrobku
• konštantná rýchlosť pohybu nástroja voči obrobku
• rovnaké náradie
• rovnaký brúsený materiál

Pri ručnom brúsení v praxi nie je možné tieto podmienky dodržať a preto sa na tento účel používajú špecializované testovacie zariadenia.

Zjednodušene povedané, vyšší G-index znamená, že kotúč počas svojej životnosti dokáže odbrúsiť viac materiálu. Tento parameter posudzujúci kvalitu brúsnych kotúčov je v povedomí odborníkov z odvetvia najviac známy, ale zďaleka nie je jediným a možno nie je ani najdôležitejším.

Ďaľšie dôležité parametre

• Rýchlosť úberu materiálu (MMR - Material Removal Rate) – hmotnosť odstráneného materiálu za jednotku času (g/min.)
• Tepelné zaťaženie (Thermal Load) – množstvo tepla, ktoré vzniká na obrobku trením medzi nástrojom a obrobkom – pri zahriatí obrobku na vyššiu teplotu klesá brúsny výkon nástroja.
• Energetická účinnosť (Energy Efficiency) – spotreba energie na jednotku odstráneného materiálu. Vyjadruje sa v J/mm³.

Z nich je veľmi dôležitým prvý - rýchlosť úberu materiálu.

Prestavme si hypotetický kotúč priemeru 125mm s extrémnym G-indexom o hodnote 100. Ak z tohto kotúča do jeho úplného opotrebenia vieme spotrebovať 140g brúsiva, odbrúsime ním neuveriteľných 14kg materiálu. Ak však bude brúsiť veľmi pomaly a táto práca by nám trvala niekoľko dní, nebol by tento nástroj v praxi veľmi užitočný.

Preto je dôležité brať do úvahy aj rýchlosť úberu materiálu. Táto je vyjadrená v gramoch odbrúseného materiálu za jednotku času.

Typické hodnoty tohto parametra sú pri nástrojoch priemeru 125mm nasledovné:

• bežný korundový brúsny kotúč odbrúsi 8-15g materiálu za minútu
• brúsny kotúč vyrobený zo zirkónu odbrúsi 15-25g materiálu za minútu
• brúsny kotúč z keramického brúsiva odbrúsi viac než 30g materiálu za minútu

Parametre G-index a MRR sú v protiklade, to znamená, že nástroj s nižším G-indexom (rýchlejšie sa opotrebuje) môže mať spravidla vyšší MRR (vyššia rýchlosť úberu materiálu) a naopak. Nemusí to tak byť vždy, do hry vstupuje množstvo premenných, navyše nie vždy je agresívny úber materiálu požadovaný – napr. pri jemnejšom a presnejšom opracovaní plôch je skôr na škodu – agresívny kotúč sa ľahšie zahryzne do obrobku a môže ho poškodiť – v takýchto prípadoch sa však všeobecne odporúča použiť jemnejšiu zrnitosť alebo úplne iný typ brúsneho nástroja.

Pre úplnosť by sme mali povedať, že pri použití rovnakého brúsiva bude MRR vyšší u nástrojov s väčším priemerom. Majú väčšiu kontaktnú plochu s obrobkom, avšak vyžadujú uhlové brúsky s vyššími výkonmi.

25%-ný objem zirkónového brúsiva v novom produkte síce zvýšil G-index len o 20%, avšak hmotnosť odbrúseného materiálu za jednotku času narástla na takmer dvojnásobok. V praxi to bude znamenať takmer dvojnásobnú produktivitu práce pri brúsení...

Vypočítať efektivitu práce s konkrétnym nástrojom nie je jednoduché, museli by sme zohľadniť spotrebu energie pri dlhšom brúsení, mzdové náklady pracovníkov, oneskorenie zákazky a pod., ale každému je jasné, že keď „ide práca od ruky“, je to určite lepšie, ako keď sa majster trápi s nevhodne zvoleným nástrojom.

Záver

Z nášho pohľadu je rýchlosť úberu materiálu minimálne taká dôležitá, ako G-index. Tento parameter totiž hovorí o efektivite práce s nástrojom, ktorá je v dnešnej dobe mimoriadne dôležitá. Ako to už býva, vždy je to o kompromisoch – ale v konečnom dôsledku je komfort pri práci a rýchly úber materiálu tým, čo šetrí čas pracovníkov. V dnešnej dobe, keď mzdové náklady rastú až nezdravým tempom, je parameter MRR čím ďalej tým dôležitejším.

Inými slovami: aj keby mali dva rôzne kotúče rovnaký G-index (odbrúsime nimi rovnaké množstvo materiálu), lepším kotúčom je ten, ktorý má vyššie MRR, pretože materiál odbrúsime rýchlejšie.

Platí to aj opačne: ak majú dva kotúče zhodné MRR (odbrúsia za rovnaký čas rovnaké množstvo materiálu), lepší je ten, ktorý má vyšší G-index, pretože počas svojej životnosti odbrúsi materiálu viac.

Kľúčové slová: brúsenie, brúsne kotúče, G-index, rýchlosť úberu materiálu, lamelové kotúče, fíbrové kotúče

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN

Ing. Anton Tokár

Vyštudoval som softwarové inžinierstvo a programovaním som sa aktívne zaoberal vyše 25 rokov. V súčasnej dobe je mojou hlavnou pracovnou náplňou vo firme Herman koordinovanie tímu, ktorý sa zaoberá vývojom našej webovej stránky a e-commerce riešeniami. Okrem toho mám niekoľkoročné skúsenosti ako technológ na úseku výroby abrazívnych nástrojov. Voľný čas delím medzi svoje koníčky, ktorými sú predovšetkým umenie, motorka, hra na saxofón, plávanie a cestovanie.