Metodika testování lamelových kotoučů

Každého výrobce, ať už vyrábí cokoli, zajímá, do jaké kvalitativní třídy jeho výrobky patří. Na kvalitě výrobku závisí mimo jiné, pro jaký tržní segment a jaké použití je určen a jakou částku za něj výrobce může požadovat.

Lamelové kotouče (obr. 1) jsou všeobecně známým nástrojem vhodným pro opracování svarů a ploch obrobků především z kovových a dřevěných materiálů, odstraňování laku a koroze, jakož i pro široké použití v náročných průmyslových podmínkách.

Vyrábějí se v různé škále průměrů, tvarů, zrnitostí a typu použitého brusiva. Naše společnost je vyrábí již 6 let – i pro nás je důležité vědět, jak si stojí naše nástroje v porovnání s konkurenčními.

Nejprve bychom měli zadefinovat, co si máme pod pojmem „kvalita lamelového kotouče“ představit. Není to docela jednoduché. U lamelových kotoučů můžeme vyhodnocovat několik jejich vlastností a pro různé uživatele může být klíčovou jiná z nich.

Obr. 1. Lamelové kotouče

Kromě toho, kotouče různých zrnitostí mají odlišné primární určení. V tomto článku se zaměříme na metodiku testování kotoučů s hrubší strukturou (P40, P60), od kterých se očekává zejména rychlý úběr materiálu při broušení. Jemnější varianty (od P80 výše) se používají pro jiné účely a jejich testování vyžaduje odlišný přístup.

U lamelových kotoučů určených pro hrubší opracování nás zajímají tyto vlastnosti/parametry:

• kolik materiálu odbrousí jeden lamelový kotouč, když jej budeme používat až do jeho úplného opotřebení, resp. do momentu, kdy kotouč ještě není zcela opotřebovaný, ale další práce s ním není efektivní, protože po určité době používání jeho brusný výkon klesl již pod přijatelnou úroveň
• za jak dlouho se lamelový kotouč opotřebuje úplně
• jaký je průběh (křivka, graf) efektivity výkonu lamelového kotouče v čase

Hlavním účelem testování je možnost vzájemného porovnání vlastností různých lamelových kotoučů. Aby bylo porovnání objektivní, musí se testy jednotlivých kotoučů provést v identických podmínkách. Je nutné dodržet především tyto zásady:

• stejný typ brusky použité při testech
• obrobek stejného tvaru a ze stejného materiálu
• stejný přítlak brusky na obrobek
• stejná rychlost pohybu kotouče vůči obrobku
• stejný sklon nástroje vůči obrobku^*

^*při testování preferujeme takový sklon nástroje vůči obrobku, když se kotouč dotýká povrchu obrobku celou svou aktivní plochou (obr. 2 A). Na obr. 2 B a 2 C je nesprávné nastavení sklonu nástroje vůči obrobku, ačkoli v praxi nastávají situace, kdy je žádoucí právě takový sklon.

Obr. 2. Správný (A) a nesprávný (B, C) sklon nástroje vůči obrobku

Dodržení těchto podmínek je složitější, než se na první pohled zdá. Například, na konstrukci testovacího zařízení závisí možnost dodržení přesného sklonu nástroje vůči obrobku a konstantního přítlaku nástroje na obrobek.

Existují dva principy uchycení úhlové brusky v testovacím zařízení: na vertikální vodicí kolejnici (obr. 3 A) nebo na horizontálním ramenu upevněném na jednom konci (obr. 3 B).

Pokud je bruska zavěšena na vertikální vodicí kolejnici, je tím dokonale zajištěn konstantní sklon nástroje vůči obrobku bez ohledu na výšku obrobku, která postupným broušením klesá. Avšak konstantní přítlak brusky na obrobek je u tohoto způsobu obtížněji dosažitelný. Přítlak se totiž vytváří motorickým pohonem, který pohybuje bruskou ve vertikálním směru a aktivuje se na základě impulsu z digitální váhy, která v reálném čase vyhodnocuje aktuální přítlak brusky na obrobek.

Obr. 3. Uchycení úhlové brusky na vertikální vodicí kolejnici (A), na horizontálním ramenu (B)

Naopak při uchycení brusky na horizontálním ramenu je přítlak vždy konstantní. Je totiž vytvářen jen hmotností samotné brusky a přídavného závaží. Problémem u tohoto uchycení je úhel sklonu brusky vůči obrobku, který se s ubývající výškou obrobku mírně zvětšuje – je třeba to sledovat a pravidelně jej nastavovat.

Kromě toho vstupuje do hry i několik dalších faktorů. Vzpomeňme alespoň jeden: čím je obrobek zahřátý na vyšší teplotu, tím je brusný účinek kotouče nižší. Platí to samozřejmě pro všechny kotouče a tak by bylo možné říci, že tento faktor nehraje žádnou roli. Pokud je však testovaný obrobek u jednoho kotouče vysoký například 100mm a u dalšího kotouče už jen 50mm, znamená to, že má menší objem i povrch, který vyzařuje generované teplo a tudíž se spíše zahřeje na vyšší teplotu.

Další proměnnou, která výrazně ovlivňuje výsledek testu, je tvar broušeného obrobku. Obecně platí, že při broušení hran nebo svarů je úbytek materiálu mnohem vyšší, než při broušení velkých ploch. Materiál, ze kterého je obrobek vyroben, hraje také důležitou roli. Některé materiály dobře brousí korundové brusivo, na jiné se více hodí zirkonkorund nebo keramické brusivo.

Princip fungování lamelového kotouče

Pro lepší porozumění významu jednotlivých testovaných parametrů si nejprve přibližme princip fungování lamelového kotouče. Lamely tvořené abrazivním materiálem naneseným na nosném podkladu jsou uspořádány a přilepeny na podložný talíř do tvaru růžice tak, že se vzájemně překrývají (obr. 4).

Obr. 4. Viditelná – povrchová (A) a překrytá (B) část lamely u nového lamelového kotouče

Obr. 5. Opotřebení brusiva na aktivní ploše lamelového kotouče

Čím jich je více a čím jsou delší, tím je jejich překrytá plocha větší. U nových běžných lamelových kotoučů tvoří viditelná plocha lamely přibližně 20-30% jejího celkového povrchu. Toto je pracovní část lamely. Během broušení se brusné částečky na viditelné části lamely postupně opotřebovávají. Na obr. 5 je vidět, že u nového kotouče je prakticky celá aktivní/pracovní plocha kotouče pokryta brusivem – proto má nový lamelový kotouč nejrychlejší úběr materiálu. Po určité době se však brusivo opotřebuje, uvolní se a část aktivní plochy je bez brusiva – je tam jen „holé“ nosné médium, které se postupně odtrhává, čímž obnažuje nové brusivo na lamele, která leží pod ní.

Nejdůležitější parametry, které ovlivňují postupné opotřebení lamelového kotouče, jsou:

• kvalita použitého brusiva
• volba vhodného nosného média

Pokud by nosné médium bylo příliš tuhé a odolné, došlo by k tomu, že po opotřebení abrazivního zrna by zůstala zachována celá plocha nosného média a překrývala by novou vrstvu abrazivního zrna lamely, která je vespod (obr. 6).

Toto je velmi nežádoucí stav, protože při absenci brusiva na aktivní ploše lamelového kotouče se kotouč po opracovávaném materiálu jen klouže a již nemá schopnost odstranit holé nosné médium, aby se obnažilo brusivo ležící pod ním.

Je už prakticky nepoužitelný. Dá se tomu do jisté míry pomoci, např. tím, že se kotoučem zabrousí do vysoce abrazivního materiálu (např. cihla) a tím dojde k narušení/odtržení nosného média z povrchu kotouče a alespoň k částečné regeneraci jeho brusné schopnosti.

Obr. 6. Nosné médium bez abrazivních částeček

Naopak, pokud by nosné médium bylo příliš jemné, docházelo by k jeho předčasnému opotřebení a uvolňování i těch abrazivních částeček, které ještě mají brusnou schopnost. V tomto případě je práce s lamelovým kotoučem pohodlná – téměř po celou dobu je celá jeho aktivní plocha pokryta abrazivním zrnem, úběr materiálu je rychlý a práce jde od ruky. Kotouč se však opotřebuje příliš rychle.

Co je tedy předmětem testování lamelových kotoučů?

Vyhodnocuje se rychlost úběru materiálu, její průběh v čase a celková životnost lamelových kotoučů. Vše za identických podmínek, zvláště pokud chceme objektivně porovnat vlastnosti dvou různých kotoučů.

Typický test se skládá ze šesti desetiminutových cyklů broušení. Po každém cyklu se vážením zjistí, jaká hmotnost materiálu byla odbroušena. Údaje se zaznamenají do tabulky (tab. 1) a mohou být vyhodnoceny také graficky (graf 1.).

Oba srovnávané kotouče jsou stejného typu: jedná se o lamelové kotouče na kónické podložce typu T29, se 72 lamelami stejného rozměru i rozložení avšak vyrobeny z abrazivních pásů různých výrobců. Z údajů je zřejmé, že po hodině testování KOTOUČ 1 odbrousil o něco více materiálu (1515g) než KOTOUČ 2 (1499g). Avšak KOTOUČ 1 má rychlejší pokles brusného výkonu v čase a protože oba kotouče na konci testu ještě nebyly zcela opotřebené a dalo by se s nimi dále pracovat, lze předpokládat, že při dalším broušení by již měl „navrch“ KOTOUČ 2.

Graf 1. Zaznamenané hodnoty úbytku materiálu po šesti brousících cyklech

Je samozřejmě možné testovat kotouče až do jejich úplného opotřebení (až tento test poskytne přesný obraz o vlastnostech nástroje), ale je to časově náročnější – dobrý lamelový kotouč vydrží dvě hodiny broušení, někdy i více.

Závěrem takového testování by mohlo být například konstatování: “Lamelový kotouč odbrousí do svého úplného opotřebení 2300g běžné konstrukční oceli. K jeho úplnému opotřebení dojde po 82 minutách broušení při přítlaku 4500g na opracovávaný materiál. Po 70-té minutě broušení však již jeho výkon klesne natolik, že práce s ním není více efektivní – v posledních 12 minutách broušení (15% celkového času broušení) odbrousil už jen 70g materiálu (3% z celkového odbroušeného množství)”.

Je třeba zdůraznit, že v tomto článku se věnujeme jen samotné metodice testování brusného výkonu lamelových kotoučů. Při výběru vhodného nástroje berou uživatelé na zřetel ještě jeden parametr: cenu kotouče a tedy i „cenu za odbroušený gram“. To je ale na samostatný článek...

Závěr

Objektivní testování výkonu lamelového kotouče představuje důležitý aspekt jeho hodnocení. Vzhledem ke konstrukčním principům testovacích zařízení se však jedná o poměrně náročný proces. Při akceptování určité míry odchylky (chyby měření) však získané údaje poskytují relevantní a dostatečně spolehlivou výpovědní hodnotu. Při správném nastavení testovacích zařízení a korektním provedení testů nepřesahuje odchylka výsledků mezi dvěma identickými lamelovými kotouči hodnotu 5%.

Klíčová slova: lamelové kotouče, testování kotoučů, úběr materiálu, životnost kotouče, zrnitost kotouče, broušení, brusné nástroje, brusivo, úhlová bruska

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.