GS-60 Fury: a saját gyártású új csiszolótárcsánk

A vevők egyre magasabb elvárásai egy kihívás elé állítottak minket - kifejleszteni egy olyan csiszolótárcsát (1. ábra), amely új szintre emeli a teljesítményt, a hatékonyságot és a munkavégzés kényelmét. A felhasználók egyre gyakrabban igénylik a gyorsabb anyageltávolítást és a pormentes munkavégzést az igényes ipari alkalmazások során. Mindezt kompromisszumok nélkül a biztonság és a megmunkálás pontosságának területén.

Ezek az elvárások a termelékenységre nehezedő nyomás következményei – ugyanannyi idő alatt a lehető legtöbbet csiszolni. Lehet, hogy ez nem tetszik nekünk, de a valóság az, hogy manapság az nyer, aki a lehető leggyorsabban és legolcsóbban szállít minőségi terméket. Ezért az ügyfelek olyan tárcsát kérnek, amely ezt lehetővé teszi számukra.

A csiszolás során kellemetlen jelenség a por. Teljesen elkerülni nem lehet, de a megfelelő abrazív keverék összetevőinek kiválasztásával legalább minimalizálni lehet. A fémek csiszolásakor abrazív betétszerszámokkal részecskék kerülnek a környezetbe – ezek a munkadarabból és a csiszolószerszámból származnak. A munkadarabból származó fémrészecskék nagyobb tömegük miatt gyorsan a földre esnek. Nagyobb problémát jelentenek a csiszolószerszámból származó könnyű és finom részecskék, amelyek hosszabb ideig maradnak a levegőben és rontják a munkakörülményeket. A betétszerszám testét csiszolóanyagok és töltőanyagok alkotják, és éppen a töltőanyagok gyakorolnak jelentős hatást a por képződésére. Bár ezek a szerszámok elengedhetetlen részei, mennyiségük optimalizálható.

1. ábra. Új generációs HERMAN GS-60 Fury csiszolótárcsa

Ügyfeleink igényeire új típusú tárcsa fejlesztésével válaszoltunk, amely szoros együttműködésben jött létre ügyfeleinkkel, a végfelhasználókkal. Fury (angolul: düh) névre kereszteltük – inspirációnkat az azonos című film adta . A cikkben bemutatjuk a fejlesztési folyamatot – az alapanyagok kiválasztásától, a kísérleti tételek tesztelésén át a végső termékig, amely tükrözi a modern csiszolás aktuális trendjeit és igényeit.

Cirkónium – a korundnál hatékonyabb alternatíva

2. ábra. Cirkonium csiszolóanyag

A műgyanta alapú csiszoló betétszerszámok, azaz a hagyományos csiszolótárcsák már több mint száz éve ismertek. Elsődleges alapanyaguk gyártásuk kezdete óta az ipari gyártású korund volt. Léteznek fejlettebb és hatékonyabb csiszolóanyagok is, de ezeknek a termékekben való alkalmazása csak fokozatosan terjedt el. Az ok meglehetősen prózai – és ahogyan bizonyára sejtik is – a nyersanyag ára.

A cirkónium csiszolóanyag (2. ábra) a korundhoz hasonlóan számtalan változatban készül, amelyek összetételükben és tulajdonságaikban kissé eltérnek egymástól, de egy dolog közös bennük: áruk több mint háromszorosa a minőségi korund árának.

A kerámia csiszolóanyagok esetében ez akár nyolcszorosára is rúghat. A nyersanyag magasabb ára törvényszerüen tükröződik a végtermék árában, de ez nem jelenti azt, hogy egy 8-szor drágább csiszolóanyagból készült szerszám 8-szor magasabb G-indexszel, vagyis MRR-rel fog rendelkezni.

A 125mm átmérőjű csiszolótárcsa tömege körülbelül 200g, amelynek közel 65%-át, azaz 130g-ot a csiszolóanyag teszi ki. Ha az átmérője kopás miatt egy bizonyos szint alá csökken, már nem lehet elérni a munkaterületet (és egyúttal csökken a szerszám kerületi sebessége a megmunkált anyaghoz képest), a további munka vele már nem hatékony, és a szerszámot ki kell cserélni. Így a szerszám tömegének körülbelül 30-35%-a – és így a benne található csiszolóanyag is – „kidobásra” kerül.

A műgyanta alapú csiszolótárcsáknak azonban a mai modern megmunkálási technológiák mellett is megvan a maguk helye, és még sokáig meg is lesz. Ezért a gyártók folyamatosan újítanak, és igyekeznek javítani ezeknek a betétszerszámoknak a tulajdonságait. Hogyan teszik ezt? – Jobb minőségű csiszolóanyagok (főleg cirkónium vagy kerámia) hozzáadásával az abrazív keverékekhez, amelyekből a szerszámokat gyártják. Információs anyagaikban ritkán tüntetik fel az abrazív keverék összetételét, de a legtöbb esetben nem tiszta cirkóniumot használnak. Korunddal keverik, és a végső keverék 20-50%-át teszi ki. Ez azonban elegendő ahhoz, hogy a betétszerszám csiszoló tulajdonságai jelentősen javuljanak.

A korundból készült csiszolótárcsák G-indexe általában 5-8 között mozog, csak ritkán haladja meg a 10-et. Már 25% korund cirkónium csiszolóanyaggal való helyettesítése is 20%-kal növeli a szerszám G-indexét, anélkül, hogy észrevehető csökkenés lenne tapasztalható a szerszámmal való munka kényelmében.

A új generációs csiszolótárcsa fejlesztési céljai

• a legalább 50%-kal növelni az anyageltávolítási sebességet (MRR – Material Remove Rate)
• legalább 20%-kal növelni a G-indexet
• ha lehetséges, egyidejűleg csökkenteni a csiszolás során keletkező pormennyiséget

Meg kellett választani egy megfelelő csiszolóanyagot, amivel helyettesíthetjük a korundot amit a hagyományos HERMAN GS-30 csiszolótárcsa gyártásához használunk. A választás a cirkóniumra esett, egy bevált csiszolóanyagra, amit igényes ipari alkalmazásokhoz használnak. Már a kezdeti számítások során világossá vált, hogy árbeli okokból nem fogjuk a korund teljes mennyiségét cirkónium csiszolóanyaggal helyettesíteni.

Úgy döntöttünk, hogy több teszt sorozatot gyártunk a tárcsákból, amelyekben a korundot 25-50% körüli arányban cseréltük ki cirkóniumra, különböző csiszolóanyag-szemcseméret-kombinációkban. Az abrazív keverékekben ugyanis ugyanazon csiszolóanyag különböző szemcseméretét használjuk, jellemzően F24 és F36. Ennek több oka is van, a legfontosabb az, hogy növeljük a sűrűséget és csökkentsük a porozitást (az egyes csiszolószemcsék közötti „üregeket”) – a különböző méretű részecskék jobban kitöltik a teret, mint az azonos méretű részecskék. Az ideális receptúra kidolgozásához különböző korund- és cirkóniumarányokat kell kipróbálni, nemcsak a teljes térfogatban, hanem figyelembe véve az egyes szemcseméretek arányát is az abrazív keverékben.

Ha konkrét szemcseméretről beszélünk: ez nem jelenti azt, hogy az összes csiszolóanyag-részecske pontosan azonos méretű – mindig van közöttük egy bizonyos számú kisebb és nagyobb részecske is. Például az F36 szemcseméretnél a legtöbb részecske 500µm méretű, de vannak kisebb, minimum 330µm méretű és nagyobb, 800µm méretű részecskék is (3. ábra).

A tesztelési sorozatok gyártásához három különböző cirkónium csiszolóanyagot használtunk:

• ZA40 / ZrO₂+Al₂O₃ F36 szemcseméretben
• ZK40 UM2 F20 szemcseméretben
• ZK40 UM2 F30 szemcseméretben

3. ábra. A csiszolóanyag szemcseméretének eloszlása

Az egyes sorozatok tesztelése és az eredmények értékelése cégünkben, standard körülmények között történt, amelyek a műgyanata alapú csiszoló betétszerszámok összehasonlító tesztjeinél szokásosak – a tesztek egy része automatikus, erre a célra kialakított tesztberendezésekkel, egy része pedig kézi csiszolással történik.

Új termékünknél a G-index és az MRR paramétereket mértük (1. táblázat).

Végül, de nem utolsósorban, a tesztelési fázisban kiválasztott partnereinkkel, ügyfeleinkkel is együttműködtünk. Egy dolog ugyanis a paraméterek „laboratóriumi körülmények” között történő mérése, és egy másik dolog a új termék saját kezünkkel történő kipróbálása és összehasonlítása a évek óta ismert és megszokott sztenderddel. Főként gépipari és fémmegmunkáló cégeket kerestünk meg, amelyekkel már évek óta együttműködünk. Visszajelzéseik talán még fontosabbak voltak, mint a termékek pontosan mért paraméterei. Megkértük őket, hogy hasonlítsák össze az új termékek és a hagyományos termékeink teljesítményét és kényelmét, amikor azokat a szokásos munkakörülményeik között használják. A lehető legnagyobb objektivitás érdekében a tesztelésre univerzális címkével ellátott szerszámokat adtunk nekik, így a tesztelés során nem tudták, melyiket használják (vizuálisan az új generációs szerszámok semmiben sem különböznek az előzőektől).

Bár az új tárcsa ára magasabb, mint a standard változaté, megéri bele befektetni. A csiszoló munkájának ára ma jelentősen magasabb, mint a tárcsa ára, ezért nem mindegy, hogy egy munkát egy óra alatt vagy feleannyi idő alatt végez el.

Zárszó

• A tárcsa élettartamát nem csak abból a szempontból kell megítélni, hogy mennyi ideig lehet vele dolgozni, hanem elsősorban abból, hogy mennyi anyagot csiszol le élettartama alatt. A Fury tárcsa ugyan gyorsabban kopik, mint a Classic, de rövidebb idő alatt ugyanannyi anyagot csiszol le.
• Ha két különböző tárcsa azonos G-indexszel rendelkezik (ugyanannyi anyagot csiszolunk le velük), akkor az a tárcsa a jobb, amelyiknek magasabb az MRR-je, mert azzal gyorsabban csiszoljuk le az anyagot.
• Ha két tárcsa MRR-értéke azonos (ugyanannyi anyagot csiszolnak le ugyanannyi idő alatt), akkor az a jobb, amelyiknek magasabb a G-indexe, mert élettartama alatt több anyagot csiszol le.

Hisszük, hogy ügyfeleink megkedvelik az új termékünket. A Fury csiszolótárcsa bármilyen sarokcsiszolóban használható, de ahhoz, hogy a maximumot hozza ki belőle, erős sarokcsiszolóra van szükség – 1000W nem lesz elég. Még nem fejeztük be, egy újabb – remélhetőleg még jobb – csiszolótárcsa fejlesztésén dolgozunk.

Kulcsszavak: csiszolás, csiszolótárcsák, anyagleválasztás, MRR, G-index, műgyanta alapú csiszolótárcsák, lamellás tárcsák, fíber tárcsák

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.