Metodika testovania lamelových kotúčov

Každého výrobcu, nech už vyrába čokoľvek, zaujíma, do akej kvalitatívnej triedy jeho výrobky patria. Od kvality výrobku závisí okrem iného, pre aký trhový segment a aké použitie je určený a akú sumu si zaň výrobca môže pýtať.

Lamelové kotúče (obr. 1) sú všeobecne známym nástrojom vhodným pre opracovávanie zvarov a plôch obrobkov predovšetkým z kovových a drevených materiálov, odstraňovanie laku a korózií, ako aj pre široké použitie v náročných priemyselných podmienkach.

Vyrábajú sa v rôznej škále priemerov, tvarov, zrnitostí a typu použitého brúsiva. Naša spoločnosť ich vyrába už 6 rokov – aj pre nás je dôležité vedieť, ako stoja naše nástroje v porovnaní s konkurenčnými.

Najprv by sme mali zadefinovať, čo si máme pod pojmom „kvalita lamelového kotúča“ predstaviť. Nie je to celkom jednoduché. U lamelových kotúčov môžeme vyhodnocovať niekoľko ich vlastností a pre rôznych používateľov môže byť kľúčovou iná z nich.

Obr. 1. Lamelové kotúče

Okrem toho, kotúče rôznych zrnitostí majú odlišné primárne určenie. V tomto článku sa zameriame na metodiku testovania kotúčov s hrubšou štruktúrou (P40, P60), od ktorých sa očakáva najmä rýchly úber materiálu pri brúsení. Jemnejšie varianty (od P80 vyššie) sa používajú na iné účely a ich testovanie si vyžaduje odlišný prístup.

U lamelových kotúčov určených na hrubšie opracovanie nás zaujímajú tieto vlastnosti/parametre:

• koľko materiálu odbrúsi jeden lamelový kotúč, keď ho budeme používať až do jeho úplného opotrebenia, resp. do momentu, keď kotúč ešte nie je úplne opotrebovaný, ale ďalšia práca s ním nie je efektívna, pretože po istom čase používania jeho brúsny výkon klesol už pod prijateľnú úroveň
• za aký čas sa lamelový kotúč opotrebuje úplne
• aký je priebeh (krivka, graf) efektivity výkonu lamelového kotúča v čase

Hlavným účelom testovania je možnosť vzájomného porovnania vlastností rôznych lamelových kotúčov. Aby bolo porovnanie objektívne, musia sa testy jednotlivých kotúčov vykonať v identických podmienkach. Je nutné dodržať predovšetkým tieto zásady:

• rovnaký typ brúsky použitej pri testoch
• obrobok rovnakého tvaru a z rovnakého materiálu
• rovnaký prítlak brúsky na obrobok
• rovnaká rýchlosť pohybu kotúča voči obrobku
• rovnaký sklon nástroja voči obrobku^*

^*pri testovaní preferujeme taký sklon nástroja voči obrobku, keď sa kotúč dotýka povrchu obrobku celou svojou aktívnou plochou (obr. 2 A). Na obr. 2 B a 2 C je nesprávne nastavenie sklonu nástroja voči obrobku, hoci v praxi nastávajú situácie, kedy je žiadúci práve takýto sklon.

Obr. 2. Správny (A) a nesprávny (B, C) sklon nástroja voči obrobku

Dodržanie týchto podmienok je zložitejšie, ako sa na prvý pohľad zdá. Napríklad, od konštrukcie testovacieho zariadenia závisí možnosť dodržania presného sklonu nástroja voči obrobku a konštantného prítlaku nástroja na obrobok.

Existujú dva princípy uchytenia uhlovej brúsky v testovacom zariadení: na vertikálnej vodiacej koľajnici (obr. 3 A) alebo na horizontálnom ramene upevnenom na jednom konci (obr. 3 B).

Pokiaľ je brúska zavesená na vertikálnej vodiacej koľajnici, je tým dokonale zabezpečený konštantný sklon nástroja voči obrobku bez ohľadu na výšku obrobku, ktorá postupným brúsením klesá. Avšak konštantný prítlak brúsky na obrobok je u tohto spôsobu ťažšie dosiahnuteľný. Prítlak sa totiž vytvára motorickým pohonom, ktorý pohybuje brúskou vo vertikálnom smere a aktivuje sa na základe impulzu z digitálnej váhy, ktorá v reálnom čase vyhodnocuje aktuálny prítlak brúsky na obrobok.

Obr. 3. Uchytenie uhlovej brúsky na vertikálnej vodiacej koľajnici (A), na horizontálnom ramene (B)

Naopak, pri uchytení brúsky na horizontálnom ramene je prítlak vždy konštantný. Je totiž vytváraný len hmotnosťou samotnej brúsky a prídavného závažia. Problémom u tohto uchytenia je uhol sklonu brúsky voči obrobku, ktorý sa s ubúdajúcou výškou obrobku mierne zväčšuje – je potrebné to sledovať a pravidelne ho nastavovať.

Okrem toho vstupuje do hry aj niekoľko ďalších faktorov. Spomeňme aspoň jeden: čím je obrobok zahriaty na vyššiu teplotu, tým je brúsny účinok kotúča nižší. Platí to samozrejme pre všetky kotúče a tak by bolo možné povedať, že tento faktor nehrá žiadnu úlohu. Pokiaľ je však testovaný obrobok pri jednom kotúči vysoký napríklad 100mm a pri ďalšom kotúči už len 50mm, znamená to, že má menší objem aj povrch, ktorý vyžaruje generované teplo a teda sa skôr zahreje na vyššiu teplotu.

Ďalšou premennou, ktorá výrazne ovplyvňuje výsledok testu, je tvar brúseného obrobku. Vo všeobecnosti platí, že pri brúsení hrán alebo zvarov je úbytok materiálu omnoho vyšší, ako pri brúsení veľkých plôch. Materiál, z ktorého je obrobok vyrobený, hrá tiež dôležitú úlohu. Niektoré materiály dobre brúsi korundové brúsivo, na iné sa viac hodí zirkónkorund alebo keramické brúsivo.

Princíp fungovania lamelového kotúča

Pre lepšie porozumenie významu jednotlivých testovaných parametrov si najprv priblížme princíp fungovania lamelového kotúča. Lamely tvorené abrazívnym materiálom naneseným na nosnom podklade sú usporiadané a prilepené na podložný tanier do tvaru ružice tak, že sa vzájomne prekrývajú (obr. 4).

Obr. 4. Viditeľná – povrchová (A) a prekrytá (B) časť lamely u nového lamelového kotúča

Obr. 5. Opotrebenie brúsiva na aktívnej ploche lamelového kotúča

Čím ich je viac a čím sú dlhšie, tým je ich prekrytá plocha väčšia. U nových bežných lamelových kotúčov tvorí viditeľná plocha lamely približne 20-30% jej celkového povrchu. Toto je pracovná časť lamely. Počas brúsenia sa brúsne čiastočky na viditeľnej časti lamely postupne opotrebúvajú. Na obr. 5 je vidieť, že u nového kotúča je prakticky celá aktívna/pracovná plocha kotúča pokrytá brúsivom – preto má nový lamelový kotúč najrýchlejší úber materiálu. Po určitom čase sa však brúsivo opotrebuje, uvoľní sa a časť aktívnej plochy je bez brúsiva – je tam len “holé” nosné médium, ktoré sa postupne odtrháva, čím obnažuje nové brúsivo na lamele, ktorá leží pod ňou.

Najdôležitejšie parametre, ktoré ovplyvňujú postupné opotrebenie lamelového kotúča, sú:

• kvalita použitého brúsiva
• voľba vhodného nosného média

Pokiaľ by nosné médium bolo príliš tuhé a odolné, došlo by k tomu, že po opotrebení abrazívneho zrna by ostala zachovaná celá plocha nosného média a prekrývala by novú vrstvu abrazívneho zrna lamely, ktorá je naspodku (obr. 6).

Toto je veľmi nežiadúci stav, pretože pri absencii brúsiva na aktívnej ploche lamelového kotúča sa kotúč po opracovávanom materiáli len kĺže a už nemá schopnosť odstrániť holé nosné médium, aby sa obnažilo brúsivo ležiace pod ním.

Je už prakticky nepoužiteľný. Dá sa tomu do istej miery pomôcť, napr. tým že sa kotúčom zabrúsi do vysoko abrazívneho materiálu (napr. tehla) a tým dôjde k narušeniu/odtrhnutiu nosného média z povrchu kotúča a aspoň k čiastočnej regenerácii jeho brúsnej schopnosti.

Obr. 6. Nosné médium bez abrazívnych čiastočiek

Naopak, pokiaľ by nosné médium bolo príliš jemné, dochádzalo by k jeho predčasnému opotrebeniu a uvoľňovaniu aj tých abrazívnych čiastočiek, ktoré ešte majú brúsnu schopnosť. V tomto prípade je práca s lamelovým kotúčom pohodlná – takmer po celý čas je celá jeho aktívna plocha pokrytá abrazívnym zrnom, úber materiálu je rýchly a práca ide od ruky. Kotúč sa však opotrebuje príliš rýchlo.

Čo je teda predmetom testovania lamelových kotúčov?

Vyhodnocuje sa rýchlosť úberu materiálu, jej priebeh v čase a celková životnosť lamelových kotúčov. Všetko za identických podmienok, najmä pokiaľ chceme objektívne porovnať vlastnosti dvoch rôznych kotúčov.

Typický test pozostáva zo šiestich 10-minútových cyklov brúsenia. Po každom cykle sa vážením zistí, aká hmotnosť materiálu bola odbrúsená. Údaje sa zaznamenajú do tabuľky (tab. 1) a môžu sa vyhodnotiť aj graficky (graf 1.).

Oba porovnávané kotúče sú rovnakého typu: jedná sa o lamelové kotúče na kónickej podložke typu T29, so 72 lamelami rovnakého rozmeru aj rozloženia avšak vyrobené z abrazívnych pásov rôznych výrobcov. Z údajov je zrejmé, že po hodine testovania KOTÚČ 1 odbrúsil o niečo viac materiálu (1515g) než KOTÚČ 2 (1499g). Avšak KOTÚČ 1 má rýchlejší pokles brúsneho výkonu v čase a keďže oba kotúče na konci testu ešte neboli úplne opotrebené a dalo by sa s nimi ďalej pracovať, dá sa predpokladať, že pri ďalšom brúsení by už mal „navrch“ KOTÚČ 2.

Graf 1. Zaznamenané hodnoty úbytku materiálu po šiestich brúsiacich cykloch

Je samozrejme možné testovať kotúče až do ich úplného opotrebenia (až tento test poskytne úplný obraz o vlastnostiach nástroja), ale je to časovo náročnejšie – dobrý lamelový kotúč vydrží dve hodiny brúsenia, niekedy aj viac.

Záverom takéhoto testovania by mohlo byť napríklad konštatovanie: “Lamelový kotúč odbrúsi do svojho úplného opotrebenia 2300g bežnej konštrukčnej ocele. K jeho úplnému opotrebeniu dôjde po 82 minútach brúsenia pri prítlaku 4500g na opracovávaný materiál. Po 70-tej minúte brúsenia však už jeho výkon klesne natoľko, že práca s ním nie je viac efektívna – v posledných 12 minútach brúsenia (15% celkového času brúsenia) odbrúsil už len 70g materiálu (3% z celkového odbrúseného množstva)”.

Je potrebné zdôrazniť, že v tomto článku sa venujeme len samotnej metodike testovania brúsneho výkonu lamelových kotúčov. Pri výbere vhodného nástroja berú používatelia na zreteľ ešte jeden parameter: cenu kotúča a teda aj “cenu za odbrúsený gram”. To je ale na samostatný článok...

Záver

Objektívne testovanie výkonu lamelového kotúča predstavuje dôležitý aspekt jeho hodnotenia. Vzhľadom na konštrukčné princípy testovacích zariadení však ide o pomerne náročný proces. Pri akceptovaní určitej miery odchýlky (chyby merania) však získané údaje poskytujú relevantnú a dostatočne spoľahlivú výpovednú hodnotu. Pri správnom nastavení testovacích zariadení a korektnom vykonaní testov nepresahuje odchýlka výsledkov medzi dvoma identickými lamelovými kotúčmi hodnotu 5%.

Kľúčové slová: lamelové kotúče, testovanie kotúčov, úber materiálu, životnosť kotúča, zrnitosť kotúča, brúsenie, brúsne nástroje, brúsivo, uhlová brúska

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, saxofón, plávanie, cestovanie, mariáš, šach a trading.