GS-60 Fury: nový brúsny kotúč z našej produkcie

Zvýšené nároky zo strany zákazníkov nás postavili pred výzvu — vyvinúť brúsny kotúč (obr. 1), ktorý posunie výkon, efektivitu a komfort práce na novú úroveň. Používatelia čoraz častejšie požadujú rýchlejší úber materiálu a nižšiu prašnosť pri náročných aplikáciách. To všetko bez kompromisov v oblasti bezpečnosti či presnosti opracovania.

Tieto nároky sú dôsledkom tlaku na produktivitu - za rovnaký čas odbrúsiť čo najviac. Môže sa nám to nepáčiť, ale skutočnosť je taká, že dnes vyhráva ten, kto dodá kvalitný výrobok čo najrýchlejšie a najlacnejšie. Preto zákazníci žiadajú kotúč, ktorý im to umožní.

Nepríjemným javom pri brúsení je prašnosť. Úplne sa jej vyhnúť nedá, ale vhodnou voľbou zložiek abrazívnej zmesi je však možné ju aspoň minimalizovať. Počas brúsenia kovov abrazívnymi nástrojmi dochádza k uvoľňovaniu častíc do okolitého prostredia – pochádzajú z obrobku aj brúsneho nástroja. Kovové častice z obrobku vďaka vyššej hmotnosti rýchlo klesajú k zemi. Väčší problém predstavujú ľahké a jemné čiastočky z brúsneho nástroja, ktoré ostávajú vo vzduchu dlhší čas a zhoršujú pracovné podmienky. Telo nástroja tvorí brúsivo a plnivá, pričom práve plnivá majú výrazný vplyv na tvorbu prachu. Hoci ide o nevyhnutnú súčasť nástrojov, ich množstvo možno optimalizovať.

Obr. 1. Nová generácia brúsnych kotúčov HERMAN GS-60 Fury

Na požiadavky zákazníkov sme odpovedali vývojom nového typu kotúča, ktorý vznikal v úzkej spolupráci s našimi zákazníkmi - koncovými užívateľmi. Nazvali sme ho Fury (angl. zúrivosť) – inšpirovali sme sa filmom rovnakého názvu . V článku Vám priblížime proces vývoja — od výberu surovín, testovania pokusných šarží až po finálny produkt, ktorý odráža aktuálne trendy a potreby moderného brúsenia.

Zirkónium – výkonnejšia alternatíva korundu

Obr. 2. Zirkóniové brúsivo

Stmelené brúsne nástroje, t.j. tradičné brúsne kotúče poznáme už viac než sto rokov. Primárnou surovinou pre ich výrobu bol od začiatku priemyselne vyrábaný korund. Existujú aj pokročilejšie a výkonnejšie brúsivá, nástup ich použitia u týchto produktov však bol len pozvoľný. Dôvod je celkom prozaický – a ako iste správne tušíte – je to cena vstupnej suroviny.

Zirkónové brúsivo (obr. 2) sa podobne ako korund vyrába v nespočetných variantách, mierne sa líšiacich zložením a vlastnosťami, avšak spoločné majú jedno: ich cena je viac než trojnásobná oproti cene kvalitného korundu.

V prípade keramického brúsiva ide až o 8-násobok. Vyššia cena suroviny sa zákonite musí premietnuť do ceny finálneho výrobku, ale neznamená to, že nástroj vyrobený z 8x drahšieho brúsiva bude mať 8x vyšší G-index, alebo MRR.

Hmotnosť brúsneho kotúča pri priemere 125mm je cca 200g, z toho brúsivo tvorí takmer 65%, čiže 130g. Pri poklese jeho priemeru opotrebením pod určitú úroveň už nie je možné dosiahnuť na pracovné miesto (a zároveň klesá obvodová rýchlosť nástroja voči opracovávanému materiálu), ďalšia práca s ním už nie je efektívna a je potrebné nástroj vymeniť. Takto sa “vyhodí” cca 30-35% hmotnosti nástroja – a teda aj brúsiva v ňom obsiahnutého.

Stmelené brúsne kotúče však aj pri dnešných moderných technológiách opracovania majú svoje miesto a ešte dlho ho mať budú. Preto výrobcovia neustále prichádzajú s inováciami a snažia sa vlastnosti týchto nástrojov vylepšiť. Ako ináč - pridávaním kvalitnejších brúsiv (hlavne zirkónu alebo keramického korundu) do abrazívnych zmesí, z ktorých sa nástroje vyrábajú. Vo svojich informačných materiáloch len málokedy uvádzajú zloženie abrazívnej zmesi, ale v drvivej väčšine prípadov nie je použitý čistý zirkón. Je miešaný s korundom a tvorí 20-50% výslednej zmesi. Aj to však stačí na to, aby sa brúsne vlastnosti nástroja výrazne zlepšili.

U brúsneho kotúča vyrobeného z korundu sa bežne dosahuje G-index v rozmedzí 5-8, len výnimočne nad 10. Už len nahradením 25% korundu zirkónovým brúsivom sa dá zvýšiť G-index nástroja o 20%, bez toho, aby došlo k pozorovateľnému poklesu komfortu pri práci s nástrojom.

Vytýčené ciele pri vývoji brúsneho kotúča novej generácie

• zvýšiť rýchlosť úberu materiálu (MRR – Material Remove Rate) minimálne o 50%
• zvýšiť G-index aspoň o 20%
• podľa možnosti zároveň znížiť prašnosť pri brúsení

Bolo potrebné vybrať vhodné brúsivo, ktorým by sme nahradili korund, používaný pri výrobe tradičného brúsneho kotúča HERMAN GS-30. Voľba padla na zirkónium, osvedčené brúsivo pre náročné priemyselné aplikácie. Už pri úvodnej kalkulácii bolo jasné, že z cenových dôvodov nebudeme nahradzovať celý objem korundu zirkónovým brúsivom.

Rozhodli sme sa vyrobiť niekoľko testovacích sérií nástrojov, v ktorých sme nahradzovali korund zirkónom v rozmedzí 25-50% a to v rôznych kombináciách zrnitostí brúsiva. V abrazívnych zmesiach používame totiž rôzne zrnitosti toho istého brúsiva, typicky F24 a F36. Je na to viacero dôvodov, najdôležitejším je zvýšenie hustoty a redukcia porozity („prázdnych miest“ medzi jednotlivými abrazívnymi zrniečkami) – čiastočky rôznej veľkosti dokážu vyplniť priestor lepšie ako čiastočky rovnakej veľkosti. Pri vývoji ideálnej receptúry je potrebné skúšať rôzne kombinácie pomerov korundu a zirkónu, nielen v celkovom objeme, ale aj s prihliadnutím k zastúpeniu jednotlivých zrnitostí v abrazívnej zmesi.

Keď hovoríme o konkrétnej zrnitosti: neznamená to, že všetky čiastočky brúsiva majú rovnakú a presnú veľkosť – vždy sa medzi nimi nachádza určitý počet menších aj väčších čiastočiek. Napríklad u zrnitosti F36 je najviac čiastočiek veľkosti 500µm, ale nájdu sa tam aj menšie zrniečka s veľkosťou od min. 330µm aj väčšie do veľkosti 800µm (obr. 3).

Pri výrobe testovacích sérií sme použili tri rôzne zirkónové brúsivá:

• ZA40 / ZrO₂+Al₂O₃ v zrnitosti F36
• ZK40 UM2 v zrnitosti F20
• ZK40 UM2 v zrnitosti F30

Obr. 3. Distribúcia zrnitosti brúsiva

Testovanie jednotlivých sérií a vyhodnocovanie výsledkov prebiehalo v našej spoločnosti v štandardných podmienkach, ktoré sú bežné pri porovnávacích testoch stmelených brúsnych nástrojov – časť testov sa vykonáva automatickými na to určenými testovacími zariadeniami a časť ručným brúsením.

U nášho nového produktu sme merali parametre G-index a MRR (tab. 1).

V neposlednom rade sme v testovacej fáze spolupracovali s vybranými partnermi z radov našich zákazníkov. Jedna vec je totiž zmerať parametre v „laboratórnych podmienkach“ a druhá vyskúšať si nový produkt vo vlastných rukách a porovnať ho so štandardom, ktorý poznáme roky. Oslovili sme hlavne strojárske a kovoobrábačské firmy, s ktorými spolupracujeme dlhé roky. Ich spätná väzba bola snáď ešte dôležitejšia ako exaktne zmerané parametre výrobkov. Požiadali sme ich, aby porovnali výkon a komfort pri práci s novými výrobkami a našim tradičným produktom pri ich použití vo svojich bežných pracovných podmienkach. V rámci zachovania čo najväčšej objektivity sme im dodali exempláre nástrojov na test s univerzálnymi etiketami, takže pri testovaní nevedeli, ktorý z nich práve používajú (vizuálne sa nová generácia nástrojov od predchádzajúcej ničím nelíši).

Hoci je cena nového kotúča vyššia ako jeho štandardnej verzie, oplatí sa doň investovať. Cena práce brusiča je dnes výrazne vyššia ako cena kotúča, preto nie je jedno, či pracovný úkon zvládne za hodinu, alebo za polovičný čas.

Záver

• Na životnosť kotúča sa netreba pozerať len pohľadom ako dlho vydrží, ale predovšetkým koľko materiálu odbrúsi počas svojej životnosti. Kotúč Fury sa síce opotrebuje rýchlejšie než Classic, no za kratší čas odbrúsi rovnaké množstvo materiálu.
• Ak majú dva rôzne kotúče rovnaký G-index (odbrúsime nimi rovnaké množstvo materiálu), lepším kotúčom je ten, ktorý má vyššie MRR, pretože materiál odbrúsime rýchlejšie.
• 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.

Veríme, že si zákazníci náš nový produkt obľúbia. Brúsny kotúč Fury je použiteľný v akejkoľvek uhlovej brúske, ale aby z neho dostali maximum, potrebujú silnú brúsku – 1000W stačiť nebude. Ešte sme neskončili, na vývoji ďalšieho - dúfajme, že ešte lepšieho brúsneho kotúča pracujeme.

Kľúčové slová: brúsenie, brúsne kotúče, úber materiálu, MRR, G-index, stmelené brúsne kotúče, 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.