G-index – mi ez? Ez az egyetlen kulcsfontosságú paraméter?

A műgyantával kikeményített csiszolótárcsa minőségének, illetve teljesítményének értékelése (1. ábra – klasszikus, leggyakoribb, többnyire fekete, 6mm vastag betétszerszám, ahogyan Ön is ismeri) mindig bizonyos mértékig szubjektív dolog.

Léteznek ugyan módszerek és eszközök, amelyek segítségével ezek a paraméterek pontosan mérhetők, azonban ezek még a szerszámok egyes gyártóinál sem számítanak általánosnak. Példaként említhető saját GTR-3 tesztberendezésünk (2. ábra).

Mindenki, aki csiszolótárcsákkal dolgozik, mégis meg tudja mondani: „ez a tárcsa jobb, mint a másik...” Ne feledjük azonban, hogy a felhasználóknak egyéni szokásaik és módszereik vannak e betétszerszámok használatakor – legyen szó a megmunkált anyag típusáról, a csiszolás szögéről, a munkadarabra gyakorolt nyomásról, a sarokcsiszoló paramétereiről (különösen a teljesítményéről), stb. Különbségek vannak abban is, hogy a munkadarab éleit, varratokat vagy nagy, összefüggő felületeket csiszolnak-e.

1. ábra. Műgyanta abrazív csiszolótárcsa

2. ábra. GTR-3 berendezés csiszoló betétszerszámok paramétereinek tesztelésére

A csiszoló betétszerszámok teljesítményparamétereinek pontos mérése azonban értelmes cél és sok mindent befolyásolhat a betétszerszám kiválasztása során. Milyen paraméterekről van tehát szó?

A legismertebb az ún. G-index (Grinding Ratio). Ez egy dimenzió nélküli mennyiség, amely megadja a lecsiszolt anyag tömegének és az elfogyott csiszolóanyag tömegének arányát, vagy más szavakkal: azt az anyagmennyiséget, amely egy egységnyi elhasználódott csiszolóanyaggal eltávolítható.

Fontos hangsúlyozni, hogy a G-indexet kizárólag a klasszikus műgyanta csiszoló betétszerszámok esetében adják meg, amelyekben a csiszolóanyag a tömegük kb. 60%-át teszi ki. A lamellás vagy fibertárcsák esetében, ahol a csiszolóanyag tömege elenyésző a szerszám teljes tömegéhez képest, más módszereket alkalmaznak.

Példa:
Egy új, 125mm átmérőjű csiszolótárcsa tömege 200 gramm. Ezzel 10 percig fogunk csiszolni egy 1200 gramm tömegű acél munkadarabot. A munka után lemérjük a szerszámot és a munkadarabot, és azt tapasztaljuk, hogy a tárcsa tömege 189 gramm (11g fogyott el belőle), a munkadarab tömege pedig 1111g (89g lett lecsiszolva belőle). Ezt a két mért értéket arányba állítjuk, és megkapjuk a szerszám G-indexét:

G-index = 89 / 11 = 8,09

A számításból az következik, hogy egy gramm csiszolótárcsával 8,09g megmunkált anyagot távolítunk el, vagyis ha a teljes csiszolótárcsát el lehetne használni, akkor azzal a munkadarabból 200 × 8,09g = 1618 grammot csiszolnánk le. Tudjuk azonban, hogy ez nem lehetséges – még ha nagyon takarékoskodni szeretnénk is, a tárcsa középső, már nem használható része megmarad, amellyel már nem tudunk csiszolni, mivel nem éri el a munkaterületet. Ezenfelül a tárcsa átmérőjének csökkenésével csökken annak kerületi sebessége is, ami megváltoztatja a csiszolás feltételeit. Ez a használhatatlan maradvány egyáltalán nem elhanyagolható: egy 125mm átmérőjű tárcsa esetében ez körülbelül 60 gramm csiszolóanyagot jelent, így könnyen kiszámolhatjuk, hogy a csiszolóanyag közel egyharmadát „kidobjuk”.

Megjegyzés: Nagyobb átmérőjű tárcsák esetében ez a hulladék arányaiban kisebb lehet – egy 230mm-es tárcsánál ez a hulladék gyakorlatilag megegyezik egy új, 125mm átmérőjű tárcsával.

A tárcsa megmaradt részét be lehet helyezni kisebb átmérőjű sarokcsiszolóba, és folytatni vele a munkát. Ez az eljárás főleg a nagyobb átmérőjű szerszámok esetében éri meg – a 230mm eredeti átmérőjű tárcsa maradványát fokozatosan felhasználjuk 180mm-es, 150mm-es, majd 125mm-es sarokcsiszolókban. Ezzel a módszerrel nagyobb mennyiségű betétszerszám anyagot tudunk hasznosítani, és a tényleges hulladék minimális lesz.

Mekkora a tipikus G-index érték a műgyanta csiszoló betétszerszámok esetében?

A legnagyobb hatással az értékre a gyártás során felhasznált csiszolóanyag típusa van:

• korund alapú betétszerszámok esetén a G-index 4–10 között mozog (a korund típusától függően, melyből sokféle létezik),
• cirkónium alapú betétszerszámoknál a G-index 15–20 között van,
• prémium kerámiaszemcsékből készült betétszerszámoknál a G-index könnyen meghaladhatja a 30-at.

Természetesen igaz, hogy minél nagyobb teljesítményű a csiszolóanyag, annál magasabb az ára (egy 230mm átmérőjű korund tárcsa ára például 2400-Ft, míg egy kizárólag kerámiaszemcséből készült betétszerszám ára elérheti a 12.000 Ft). Mivel az árkülönbség majdnem ötszörös, a gyakorlatban gyakran használnak kompromisszumos megoldást teljesítmény és ár között – (leggyakrabban korund-cirkónium vagy korund-kerámia kombinációkat.)

Egy másik nem elhanyagolható tényező a betétszerszám porozitása (3. ábra). Ez a csiszolóanyag szemcséi közötti pórusok (üregek, üres térfogatok) arányát fejezi ki a szerszám szerkezetében.

A porozitás szintje befolyásolható a csiszolóanyag szemcseméretével és a töltőanyag mennyiségével. Ez egy fontos paraméter, amely hatással van a csiszolószerszám viselkedésére munka közben. Minél nagyobbak a csiszolószemcsék és minél kevesebb a töltőanyag, annál nagyobb lesz a porozitás és ezzel együtt a csiszolási teljesítmény is.

A magasabb porozitás jobb hőelvezetést, agresszívebb anyagleválasztást jelent a munkadarabon, a szerszám kevésbé tömődik el az eltávolított anyaggal, viszont rövidebb élettartamú.

3. ábra. Különböző porozitású csiszolótárcsák

Két tárcsa objektív összehasonlításához a tesztet azonos feltételek mellett kell elvégezni:

• azonos szerszámátmérő
• azonos nyomás a munkadarabra
• azonos szög a szerszám és a munkadarab között
• a szerszám állandó sebessége a munkadarabhoz képest
• azonos elektromos kéziszerszám
• azonos csiszolt anyag

Kézi csiszolás során a gyakorlatban ezek a feltételek nem tarthatók be, ezért erre a célra speciális tesztberendezéseket alkalmaznak.

Egyszerűen megfogalmazva: a magasabb G-index azt jelenti, hogy a tárcsa élettartama alatt több anyagot képes eltávolítani. Ez a csiszolótárcsák minőségét értékelő paraméter az iparági szakemberek körében a legismertebb, de messze nem az egyetlen, és talán nem is a legfontosabb.

További fontos paraméterek

• Anyagleválasztási sebesség (MRR – Material Removal Rate) – az eltávolított anyag tömege időegység alatt (g/perc)
• Hőterhelés (Thermal Load) – a munkadarabon a szerszám és a munkadarab közötti súrlódás által keletkező hő mennyisége – a munkadarab magasabb hőmérsékletre történő felmelegedése csökkenti a szerszám csiszolási teljesítményét
• Energiahatékonyság (Energy Efficiency) – egy egység eltávolított anyagra jutó energiafogyasztás, amelyet J/mm³-ben fejeznek ki

Ezek közül az első – az anyagleválasztási sebesség – különösen fontos.

Képzeljünk el egy hipotetikus, 125mm átmérőjű tárcsát, amelynek extrém G-indexe 100. Ha ebből a tárcsából annak teljes elhasználásáig 140g csiszolóanyagot tudunk felhasználni, akkor ezzel hihetetlen mennyiségű: 14kg anyagot csiszolnánk le. Ha azonban a csiszolás nagyon lassú, és ez a munka több napig tartana, akkor ez a szerszám a gyakorlatban nem lenne túl hasznos.

Ezért fontos figyelembe venni az anyagleválasztás sebességét is. Ezt az eltávolított anyag tömegével fejezzük ki egy időegység alatt.

E paraméter tipikus értékei a 125mm átmérőjű betétszerszámok esetében a következők:

• egy hagyományos korund csiszolótárcsa percenként 8–15g anyagot távolít el
• egy cirkóniumból készült csiszolótárcsa percenként 15–25g anyagot távolít el
• kerámia csiszolóanyagból készült tárcsa percenként több mint 30g anyagot távolít el

A G-index és az MRR paraméter ellentétesek, azaz egy alacsonyabb G-indexű szerszám (amely gyorsabban kopik) általában magasabb MMR-rel rendelkezhet (nagyobb anyagleválasztási sebesség), és fordítva. Ez azonban nem mindig van így, mivel számos változó játszik szerepet, továbbá nem minden esetben kívánatos az agresszív anyagleválasztás – például finomabb és pontosabb felületmegmunkálás során inkább hátrányos lehet – az agresszív tárcsa könnyebben „beleharap” a munkadarabba és kárt okozhat benne – ilyen esetekben általában finomabb szemcseméret vagy teljesen más típusú csiszolószerszám használata javasolt.

A teljesség kedvéért meg kell jegyezni, hogy azonos csiszolóanyag esetén a nagyobb átmérőjű szerszámok esetében az MRR magasabb lesz. Ezek nagyobb érintkezési felülettel érintkeznek a munkadarabbal, viszont nagyobb teljesítményű sarokcsiszolókat igényelnek.

Az új termék 25%-os cirkónium-csiszolóanyag tartalma ugyan csak 20%-kal növelte a G-indexet, azonban az egységnyi idő alatt eltávolított anyag tömege csaknem a duplájára emelkedett. A gyakorlatban ez majdnem kétszeres munkahatékonyságot fog jelenteni a csiszolás során…

A munkahatékonyság kiszámítása egy adott szerszámmal nem egyszerű, figyelembe kellene venni a hosszabb csiszolás energiafogyasztását, a munkások bérköltségét, a megrendelés késését stb., de mindenki számára nyilvánvaló, hogy amikor „halad a munka”, az biztosan jobb, mint amikor a szakember egy rosszul megválasztott betétszerszámmal küszködik.

Zárszó

Számunkra az anyagleválasztás sebessége legalább olyan fontos, mint a G-index. Ez a paraméter ugyanis a szerszámmal végzett munka hatékonyságáról árulkodik, amely napjainkban rendkívül fontos. Ahogy az lenni szokott, mindig kompromisszumokról van szó – de végső soron a munkavégzés kényelme és az anyag gyors eltávolítása az, ami időt takarít meg a dolgozóknak. Manapság, amikor a bérköltségek már egészségtelen ütemben növekednek, az MRR paraméter egyre fontosabbá válik.

Más szavakkal: még ha két különböző tárcsa azonos G-indexszel rendelkezik is (ugyanannyi anyagot csiszolunk le velük), a jobb tárcsa az, amelyiknek magasabb az MRR értéke, mert gyorsabban távolítjuk el az anyagot..

Ez fordítva is igaz: ha két tárcsa azonos MRR-rel rendelkezik (ugyanannyi anyagot csiszolnak le ugyanannyi idő alatt), akkor az a jobb, amelyiknek magasabb a G-indexe, mert élettartama során több anyagot csiszol le.

Kulcsszavak: csiszolás, csiszolótárcsák, G-index, anyagleválasztási sebesség, lamellás tárcsák, fibertárcsák

Források:
A HERMAN cég belső műszaki és oktató dokumentációi

Ing. Anton Tokár

Szoftverfejlesztő mérnökként fejeztem be egyetemi tanulmányimat, a programozással több mint 25 éve foglalkozom. Jelenleg a fő munkaköröm a Herman cégnél az, hogy koordináljam azt a csapatot, amelyik a cég weboldalát és az e-kereskedelmi megoldásainkat fejleszti. Ezen túlmenően több éves technológusi tapasztalattal rendelkezem a csiszolóanyagok gyártása területén. Szabadidőmet a hobbijaim között osztom meg, amelyek a következők: művészet, motorozás, szaxofonozás, úszás és utazás.