GS-60 Fury: nový brusný kotouč z naší produkce

Zvýšené nároky ze strany zákazníků nás postavily před výzvu – vyvinout brusný kotouč (obr. 1), který posune výkon, efektivitu a komfort práce na novou úroveň. Uživatelé stále častěji požadují rychlejší úběr materiálu a nižší prašnost při náročných aplikacích. To vše bez kompromisů v oblasti bezpečnosti či přesnosti opracování.

Tyto nároky jsou důsledkem tlaku na produktivitu – za stejnou dobu odbrousit co nejvíce. Může se nám to nelíbit, ale skutečnost je taková, že dnes vyhrává ten, kdo dodá kvalitní výrobek co nejrychleji a nejlevněji. Proto zákazníci žádají kotouč, který jim to umožní.

Nepříjemným jevem při broušení je prašnost. Úplně se jí vyhnout nedá, ale vhodnou volbou složek abrazivní směsi je však možné ji alespoň minimalizovat. Během broušení kovů abrazivními nástroji dochází k uvolňování částic do okolního prostředí – pocházejí z obrobku i brusného nástroje. Kovové částice z obrobku díky vyšší hmotnosti rychle klesají k zemi. Větší problém představují lehké a jemné částečky z brusného nástroje, které zůstávají ve vzduchu delší dobu a zhoršují pracovní podmínky. Tělo nástroje tvoří brusivo a plniva, přičemž právě plniva mají výrazný vliv na tvorbu prachu. Přestože se jedná o nezbytnou součást nástrojů, jejich množství lze optimalizovat.

Obr. 1. Nová generace brusných kotoučů HERMAN GS-60 Fury

Na požadavky zákazníků jsme odpovědeli vývojem nového typu kotouče, který vznikal v úzké spolupráci s našimi zákazníky – koncovými uživateli. Nazvali jsme ho Fury (angl. zuřivost) – inspirovali jsme se filmem stejného názvu . V článku Vám přiblížíme proces vývoje – od výběru surovin, testování pokusných šarží až po finální produkt, který odráží aktuální trendy a potřeby moderního broušení.

Zirkonium – výkonnější alternativa korundu

Obr. 2. Zirkoniové brusivo

Stmelené brusné nástroje, t.j. tradiční brusné kotouče známe již více než sto let. Primární surovinou pro jejich výrobu byl od začátku průmyslově vyráběný korund. Existují také pokročilejší a výkonnější brusiva, nástup jejich použití u těchto produktů však byl jen pozvolný. Důvod je zcela prozaický – a jak jistě správně tušíte – je to cena vstupní suroviny.

Zirkoniové brusivo (obr. 2) se podobně jako korund vyrábí v nesčetných variantách, mírně se lišících složením a vlastnostmi, avšak společné mají jedno: jejich cena je více než trojnásobná oproti ceně kvalitního korundu.

V případě keramického brusiva jde až o 8-násobek. Vyšší cena suroviny se zákonitě musí promítnout do ceny finálního výrobku, ale neznamená to, že nástroj vyrobený z 8x dražšího brusiva bude mít 8x vyšší G-index, nebo MRR.

Hmotnost brusného kotouče při průměru 125mm je cca 200g, z toho brusivo tvoří téměř 65%, čili 130g. Při poklesu jeho průměru opotřebením pod určitou úroveň již nelze dosáhnout na pracovní místo (a zároveň klesá obvodová rychlost nástroje vůči opracovávanému materiálu), další práce s ním již není efektivní a je třeba nástroj vyměnit. Takto se „vyhodí“ cca 30-35% hmotnosti nástroje – a tedy i brusiva v něm obsaženého.

Stmelené brusné kotouče však i u dnešních moderních technologií opracování mají své místo a ještě dlouho ho mít budou. Proto výrobci neustále přicházejí s inovacemi a snaží se vlastnosti těchto nástrojů vylepšit. Jak jinak - přidáváním kvalitnějších brusiv (hlavně zirkonu nebo keramického korundu) do abrazivních směsí, ze kterých se nástroje vyrábějí. Ve svých informačních materiálech jen málokdy uvádějí složení abrazivní směsi, ale v drtivé většině případů není použit čistý zirkon. Je míchán s korundem a tvoří 20-50% výsledné směsi. I to však stačí k tomu, aby se brusné vlastnosti nástroje výrazně zlepšily.

U brusného kotouče vyrobeného z korundu se běžně dosahuje G-indexu v rozmezí 5-8, jen výjimečně nad 10. Už jen nahrazením 25% korundu zirkoniovým brusivem lze zvýšit G-index nástroje o 20%, aniž by došlo k pozorovatelnému poklesu komfortu při práci s nástrojem.

Vytyčené cíle při vývoji brusného kotouče nové generace

• zvýšit rychlost úběru materiálu ( MRR – Material Remove Rate) minimálně o 50%
• zvýšit G-index alespoň o 20%
• podle možnosti zároveň snížit prašnost při broušení

Bylo třeba vybrat vhodné brusivo, kterým bychom nahradili korund, používaný při výrobě tradičního brusného kotouče HERMAN GS-30. Volba padla na zirkonium, osvědčené brusivo pro náročné průmyslové aplikace. Již při úvodní kalkulaci bylo jasné, že z cenových důvodů nebudeme nahrazovat celý objem korundu zirkoniovým brusivem.

Rozhodli jsme se vyrobit několik testovacích řad nástrojů, ve kterých jsme nahrazovali korund zirkonem v rozmezí 25-50% a to v různých kombinacích zrnitostí brusiva. V abrazivních směsích používáme totiž různé zrnitosti téhož brusiva, typicky F24 a F36. Je k tomu několik důvodů, nejdůležitějším je zvýšení hustoty a redukce porozity („prázdných míst“ mezi jednotlivými abrazivními zrníčky) – částečky různé velikosti dokáží vyplnit prostor lépe než částečky stejné velikosti. Při vývoji ideální receptury je třeba zkoušet různé kombinace poměrů korundu a zirkonu, nejen v celkovém objemu, ale také s přihlédnutím k zastoupení jednotlivých zrnitostí v abrazivní směsi.

Když mluvíme o konkrétní zrnitosti: neznamená to, že všechny částečky brusiva mají stejnou a přesnou velikost - vždy se mezi nimi nachází určitý počet menších i větších částeček. Například u zrnitosti F36 je nejvíce částeček velikosti 500µm, ale najdou se tam i menší zrníčka o velikosti od min. 330µm i větší do velikosti 800µm (obr. 3).

Při výrobě testovacích sérií jsme použili tři různá zirkonová brusiva:

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

Obr. 3. Distribuce zrnitosti brusiva

Testování jednotlivých sérií a vyhodnocování výsledků probíhalo v naší společnosti ve standardních podmínkách, které jsou běžné při srovnávacích testech stmelených brusných nástrojů – část testů se provádí automatickými k tomu určenými testovacími zařízeními a část ručním broušením.

U našeho nového produktu jsme měřili parametry G-index a MRR (tab. 1).

V neposlední řadě jsme v testovací fázi spolupracovali s vybranými partnery z řad našich zákazníků. Jedna věc je totiž změřit parametry v „laboratorních podmínkách“ a druhá vyzkoušet si nový produkt ve vlastních rukou a porovnat jej se standardem, který známe roky. Oslovili jsme hlavně strojírenské a kovoobráběčské firmy, se kterými spolupracujeme dlouhá léta. Jejich zpětná vazba byla snad ještě důležitější než exaktně změřené parametry výrobků. Požádali jsme je, aby porovnali výkon a komfort při práci s novými výrobky a naším tradičním produktem při jejich použití ve svých běžných pracovních podmínkách. V rámci zachování co největší objektivity jsme jim dodali exempláře nástrojů pro test s univerzálními etiketami, takže při testování nevěděli, který z nich právě používají (vizuálně se nová generace nástrojů od předchozí ničím neliší).

Přestože je cena nového kotouče vyšší než jeho standardní verze, vyplatí se do něj investovat. Cena práce brusiče je dnes výrazně vyšší než cena kotouče, proto není jedno, zda pracovní úkon zvládne za hodinu nebo za poloviční čas.

Závěr

• Na životnost kotouče se netřeba dívat jen pohledem jak dlouho vydrží, ale především kolik materiálu odbrousí během své životnosti. Kotouč Fury se sice opotřebuje rychleji než Classic , ale za kratší dobu odbrousí stejné množství materiálu.
• Pokud mají dva různé kotouče stejný G-index (odbrousíme jimi stejné množství materiálu), lepším kotoučem je ten, který má vyšší MRR, protože materiál odbrousíme rychleji.
• 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.

Věříme, že si zákazníci náš nový produkt oblíbí. Brusný kotouč Fury je použitelný v jakékoli úhlové brusce, ale aby z něj dostaly maximum, potřebují silnou brusku – 1000W stačit nebude. Ještě jsme neskončili, na vývoji dalšího - doufejme, že ještě lepšího brusného kotouče pracujeme.

Klíčová slova: broušení, brusné kotouče, úběr materiálu, MRR, G-index, stmelené brusné kotouče, 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.