G-index – co je to? Je to jediný klíčový parametr?

Posouzení kvality, resp. výkonnosti stmeleného brusného kotouče (obr. 1 - klasický, nejběžnější, většinou černý, 6mm tlustý nástroj, jak jej znáte) je vždy do značné míry subjektivní záležitost.

Existují sice metody a zařízení, pomocí kterých lze tyto parametry exaktně změřit, avšak nejsou běžné ani u některých výrobců těchto nástrojů. Příkladem může být naše testovací zařízení GTR-3 (obr. 2).

Každý, kdo pracuje s brusnými kotouči však umí říci, že „tento kotouč je lepší, než ten druhý...“ Mějme však na paměti, že uživatelé mají zažité účely a způsoby, jakými tyto nástroje používají, ať už se jedná o druh opracovávaného materiálu, úhel, pod kterým brousí, tlak, který vyvíjejí na obrobek, parametry (zejména výkon) úhlové brusky a pod. Rozdíly jsou také v tom, zda brousí hrany obrobku, případně svary, nebo souvislé velké plochy.

Obr. 1. Stmelený abrazivní brusný kotouč

Obr. 2. Zařízení GTR-3 pro testování parametrů brusných nástrojů

Přesné změření výkonových parametrů brusných nástrojů však svůj smysl má a při jejich výběru může hodně napovědět. O jaké parametry tedy jde?

Nejznámějším je tzv. G-index (Grinding Ratio). Je to bezrozměrná veličina, která udává poměr mezi hmotností odbroušeného materiálu a hmotností spotřebovaného brusiva, nebo jinými slovy: množství materiálu, které se obrousí jednotkou opotřebovaného brusiva.

Je třeba zdůraznit, že G-index se udává jen u klasických stmelených brusných nástrojů, ve kterých brusivo tvoří cca 60% jejich hmotnosti. U lamelových nebo fíbrových kotoučů, kde hmotnost brusiva je v poměru k celkové hmotnosti nástroje zanedbatelná, se používají jiné metody.

Příklad:
Nový brusný kotouč průměru 125mm má hmotnost 200 gramů. Budeme jím 10 minut brousit ocelový obrobek o hmotnosti 1200 gramů. Po práci odvážíme nástroj i obrobek a zjistíme, že kotouč váží 189 gramů (spotřebovalo se z něj 11g) a obrobek váží 1111g (odbrousilo se z něj 89g). Tyto dvě změřené hodnoty dáme do poměru a získáme G-index nástroje:

G-index = 89 / 11 = 8,09

Z výpočtu vyplývá, že jedním gramem brusného kotouče odbrousíme 8,09g obráběného materiálu, čili kdyby bylo možné spotřebovat celý brusný kotouč, odbrousili bychom jím z obrobku 200 x 8,09g = 1618g. Víme však, že to možné není – i kdybychom chtěli být velmi šetrní, zůstane nepoužitelná střední část kotouče, kterou už brousit neumíme, protože nedosáhne na pracovní místo. Navíc zmenšujícím se průměrem kotouče klesá jeho obvodová rychlost a tím se mění podmínky při broušení. Tento nepoužitelný zbytek není vůbec zanedbatelný, u kotouče průměru 125mm jde o cca 60g brusiva, čili snadno si umíme spočítat, že přibližně třetinu brusiva „vyhodíme“.

Pozn.: U kotoučů větších průměrů může být tento odpad poměrově menší – u 230mm kotouče je tento odpad prakticky stejný jako nový kotouč průměru 125mm.

Zbytek kotouče lze vložit do brusky menšího průměru a pokračovat s ním v práci. Tento postup se vyplatí především u nástrojů větších průměrů – zbytek kotouče s původním průměrem 230mm postupně použijeme v bruskách pro 180, 150, až 125mm nástroje. Tímto způsobem využijeme větší objem nástroje a skutečný odpad bude minimální.

Jaká je typická hodnota G-indexu u stmelených brusných nástrojů?

Největší vliv na jeho hodnotu má typ brusiva použitého při jejich výrobě:

• u korundových nástrojů je G-index v rozmezí 4-10 (v závislosti na druhu korundu, existuje jich velké množství)
• u nástrojů vyrobených ze zirkonu je G-index v rozmezí 15-20
• u nástrojů vyrobených z prémiových keramických zrn může G-index snadno přesáhnout hodnotu 30

Samozřejmě platí, že čím výkonnější brusivo, tím je jeho cena vyšší (cena brusného kotouče průměru 230mm je v případě kotouče z korundu např. 6 Eur, ale v případě nástroje vyrobeného výlučně z keramického zrna atakuje hranici 30 Eur). Jelikož cenový rozdíl je téměř pětinásobný, v praxi se pro dosažení kompromisu mezi výkonem a cenou často používají jejich kombinace (nejčastěji korund-zirkon, korund-keramika).

Dalším nezanedbatelným faktorem je porozita (pórovitost) nástroje (obr. 3). Vyjadřuje objem pórů (dutin, prázdného prostoru) mezi zrny brusiva ve struktuře nástroje.

Ovlivnit její úroveň lze zrnitostí brusiva a množstvím plniv. Jedná se o důležitý parametr, který ovlivňuje chování brusného nástroje při práci. Čím jsou částečky brusiva větší a plniva je méně, porozita bude vyšší a vyšší bude i brusný výkon.

Vyšší porozita znamená lepší odvod tepla, agresivnější úběr materiálu obrobku, nástroj se méně zanáší odbroušeným materiálem, má však nižší životnost.

Obr. 3. Rozdílná porozita dvou brusných kotoučů

Pro objektivní srovnání dvou kotoučů je nutno test provést v identických podmínkách:

• stejný průměr nástroje
• stejný přítlak na obrobek
• stejný úhel nástroje vůči obrobku
• konstantní rychlost pohybu nástroje vůči obrobku
• stejné nářadí
• stejný broušený materiál

Při ručním broušení v praxi nelze tyto podmínky dodržet a proto se pro tento účel používají specializovaná testovací zařízení.

Zjednodušeně řečeno, vyšší G-index znamená, že kotouč během své životnosti dokáže odbrousit více materiálu. Tento parametr posuzující kvalitu brusných kotoučů je v povědomí odborníků z odvětví nejvíce znám, ale zdaleka není jediným a možná není ani nejdůležitějším.

Další důležité parametry

• Rychlost úběru materiálu (MMR - Material Removal Rate) – hmotnost odstraněného materiálu za jednotku času (g/min.)
• Tepelné zatížení (Thermal Load) – množství tepla, které vzniká na obrobku třením mezi nástrojem a obrobkem – při zahřátí obrobku na vyšší teplotu klesá brusný výkon nástroje.
• Energetická účinnost (Energy Efficiency) – spotřeba energie na jednotku odstraněného materiálu. Vyjadřuje se v J/mm³.

Z nich je velmi důležitým první - rychlost úběru materiálu.

Přestavme si hypotetický kotouč průměru 125mm s extrémním G-indexem o hodnotě 100. Pokud z tohoto kotouče do jeho úplného opotřebení umíme spotřebovat 140g brusiva, odbrousíme jím neuvěřitelných 14kg materiálu. Pokud však bude brousit velmi pomalu a tato práce by nám trvala několik dní, nebyl by tento nástroj v praxi příliš užitečný.

Proto je důležité brát v úvahu i rychlost úběru materiálu. Tato je vyjádřena v gramech odbroušeného materiálu za jednotku času.

Typické hodnoty tohoto parametru jsou u nástrojů průměru 125mm následující:

• běžný korundový brusný kotouč odbrousí 8-15g materiálu za minutu
• brusný kotouč vyrobený ze zirkonu odbrousí 15-25g materiálu za minutu
• brusný kotouč z keramického brusiva odbrousí více než 30g materiálu za minutu

Parametry G-index a MRR jsou v protikladu, to znamená, že nástroj s nižším G-indexem (rychleji se opotřebuje) může mít zpravidla vyšší MRR (vyšší rychlost úběru materiálu) a naopak. Nemusí tomu tak být vždy, do hry vstupuje množství proměnných, navíc ne vždy je agresivní úběr materiálu požadován – například při jemnějším a přesnějším opracování ploch je spíše na škodu – agresivní kotouč se snáze zakousne do obrobku a může jej poškodit – v takových případech se však obecně doporučuje použít jemnější zrnitost nebo úplně jiný typ brusného nástroje.

Pro úplnost bychom měli říci, že při použití stejného brusiva bude MRR vyšší u nástrojů s větším průměrem. Mají větší kontaktní plochu s obrobkem, avšak vyžadují úhlové brusky s vyššími výkony.

25%-ný objem zirkonového brusiva v novém produktu sice zvýšil G-index jen o 20%, avšak hmotnost odbroušeného materiálu za jednotku času narostla na téměř dvojnásobek. V praxi to bude znamenat téměř dvojnásobnou produktivitu práce při broušení...

Vypočítat efektivitu práce s konkrétním nástrojem není jednoduché, museli bychom zohlednit spotřebu energie při delším broušení, mzdové náklady pracovníků, zpoždění zakázky apod., ale každému je jasné, že když „jde práce od ruky“, je to určitě lepší, než když se mistr trápí s nevhodně zvoleným nástrojem.

Závěr

Z našeho pohledu je rychlost úběru materiálu minimálně tak důležitá, jako G-index. Tento parametr totiž mluví o efektivitě práce s nástrojem, která je v dnešní době mimořádně důležitá. Jak už to bývá, vždy je to o kompromisech – ale v konečném důsledku je komfort při práci a rychlý úběr materiálu tím, co šetří čas pracovníků. V dnešní době, kdy mzdové náklady rostou až nezdravým tempem, je parametr MRR čím dál tím důležitějším.

Jinými slovy: i kdyby měly dva různé kotouče stejný G-index (odbrousíme jimi stejné množství materiálu), lepším kotoučem je ten, který má vyšší MRR, protože materiál odbrousíme rychleji.

Platí to i opačně: pokud mají dva kotouče shodné MRR (odbrousí za stejnou dobu stejné množství materiálu), lepší je ten, který má vyšší G-index , protože během své životnosti odbrousí materiálu více.

Klíčová slova: broušení, brusné kotouče, G-index , rychlost úběru materiálu, lamelové kotouče, fíbrové kotouče

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN

Ing. Anton Tokár

Vystudoval jsem softwarové inženýrství a programování jsem se aktivně věnoval více než 25 let. V současné době je mou hlavní pracovní náplní ve společnosti Herman koordinace týmu, který vyvíjí naše webové stránky a řešení pro elektronické obchodování. Kromě toho mám několikaleté zkušenosti jako technolog v oddělení výroby abrazivních nástrojů. Volný čas dělím mezi své koníčky, kterými jsou především umění, motorka, saxofon, plavání, cestování, mariáš, šachy a trading.