Отрезные круги из традиционных абразивов

Количество продаваемого оборудования для отрезных кругов, да и самих отрезных кругов, увеличивается ежегодно в несколько раз. Растёт и количество торговых марок, продающих отрезные круги на рынке России. Реальных заводов, выпускающих отрезные круги, гораздо меньше и технический уровень продукции на разных предприятиях разный. Какого производителя или торговой марки выбрать отрезные круги – задача достаточно сложная.

Как правило, все производители отрезных кругов используют типовые технологии, оборудование и типовой перечень основных используемых материалов, но это отнюдь не означает, что качество у них будет равнозначным. Большинство поставщиков наиболее востребованных отрезных кругов низкого и среднего ценового сегмента декларируют универсальные свойства этой продукции, в расчёте на несовершенство нормативной базы и ограниченные возможности потребителей объективно проверить их качество. Критерием оценки, как правило, является цена, износостойкость или производительность. На типовых операциях, в условиях предприятий, ориентируются на достигнутые показатели отрезных кругов определённых производителей. В быту ориентируются на субъективные ощущения, опыт эксплуатации или навязанные стереотипы.

Нормативная база, а именно действующий ГОСТ 21963:2003 , предусматривает выпуск универсальных отрезных кругов на бакелитовой связке для резки и прорезки металлических материалов и неметаллических материалов, а в маркировке указывается только металл (М) или неметалл (НМ). Остальные показатели маркировки ни о чем не говорят для пользователя. Это вводит в заблуждение даже специалистов, которые хотят выбрать качественные отрезные круги под определённые материалы и заготовки. Потому очень важно сформулировать объективные критерии оценки качества отрезных кругов.

По качественным показателям наиболее важными критериями принято считать следующие:

- Эффективность

Достаточно длительный период в рекламных компаниях пользователю навязывали стереотипы эффективности отрезных кругов и конкурентные преимущества своих брендов, которые заключались в универсальности, призрачном «количестве резов», стоимости одного реза и т.д. Многочисленные публикуемые сравнительные тесты и оценки создавали «общественное мнение». Расчёт был на несовершенство нормативной базы и ограниченные возможности потребителей объективно проверить их качество. В быту пользователи ориентировались на субъективные ощущения и стоимость отрезных кругов. Единственный объективным критерием был достигнутый качественный уровень производителей и объём продаж. На сегодняшний день у пользователей определились более объективные критерии эффективности кругов:

1. «Быстрый рез», который подразумевает высокую абразивную способность отрезного круга, скорость резания и, в конечном итоге, производительность. Причём отрезные круги для резки металла должны сохранять эксплуатационные свойства при резке любых заготовок из конструкционных сталей (труба, пруток, уголок, профиль, лист и т.д.). Для нержавеющих и специальных сталей должны применяться круги с соответствующим назначением.

На практике «солидные» производители достигают «быстрый рез»оптимальным подбором в круге твёрдости, марки абразивного материала, его зернистости и типами активных наполнителей. Не секрет, что чем крупнее шлифзерно в круге, тем лучше его режущая способность, но толщина круга ограничивает количество вариантов зернистости, поэтому применяется метод комплексной зернистости, тем самым обеспечивая скорость резания не снижая стойкости. Твёрдость отрезного круга обеспечивают оптимальным содержанием компонентов, давлением прессования и графиком термообработки. Типы наполнителей усиливают эффект указанных параметров круга. Это всё предмет «ноу-хау» каждого производителя.

2. «Ровный или аккуратный рез», который подразумевает отсутствие торцевого и радиального биения круга при резке, исключает «косой рез» и «подклинивание» круга при резке заготовок с большим, относительно диаметра круга, сечением.

Это достигается равномерным распределением шлифовального зерна в круге в сочетании с точностью геометрических размеров, отсутствием дисбаланса, что исключает вибрации в процессе резания. А также «развитого микрорельефа» боковой поверхности отрезных кругов за счёт использования формовочных плит с эластомерами при изготовлении отрезных кругов. Это позволяет снизить трение боковых поверхностей круга и заготовки, практически исключить эффект «подклинивания». Отсутствие торцевого биения в отрезных кругах также снижает трение боковых поверхностей и повышает эффективную мощность процесса резания, исключает «косой рез».

3. Размерная стойкость, которая подразумевает равномерный износ отрезного круга в режиме устойчивого самозатачивания. При этом критерием могут служить требования стандартов и технических условий предприятий, в виде показателя коэффициента резания на стандартной операции, а также средний уровень стойкости на конкретной операции разных производителей в сопоставимом ценовом сегменте.

При этом надо понимать, что сопутствующими параметрами к стойкости должны быть «быстрый и ровный рез».

Стойкость отрезных кругов достигается рецептурами изготовления, марками связующих, усилием прессования, информация о которых на всех предприятиях является закрытой.

- Надёжность и Безопасность

Самый важный показатель, обеспечивающий безопасность эксплуатации отрезных кругов, это их механическая прочность. Все остальные качественные показатели отрезных кругов вторичны, однако пользователь является заложником ситуации, при которой проверить этот показатель он не может. Если на крупных предприятиях, на которых ещё «не забыли» требования стандартов, отрезные круги перед работой проверяются на мех. прочность на испытательных станках и исключают разрыв круга во время резания, то для бытовых пользователей такая возможность исключена.

Механическая прочность отрезного круга обеспечивается применением качественных фенольных связующих и армированием круга специальной стеклосеткой. В маркировке обязательным атрибутом является красная полоса в диаметральном направлении, которая свидетельствует о допустимой рабочей скорости 80 м/с, применяемой на большинстве УШМ и отрезных станках. Цифровое значение рабочей скорости также обязательно.

О наличии армирующей стеклосетки в маркировке любого производителя свидетельствует буквенный символ F, который совмещён с маркировкой связующего (ВF). Но этот символ не несёт информации о количестве и качестве армирующих дисков, их плотности и т.д. Плотность стеклосетки, состав пропитки имеет многовариантность по стоимости, с разницей в стоимости дисков до 400%. Учитывая высокий удельный вес стоимости армирующих элементов в себестоимости кругов (до 45%), производители отрезных кругов могут минимизировать затраты.

Ещё один важный фактор безопасности отрезного круга является сроки и условия хранения. Свойства фенольных связующих обеспечивают безопасность круга в период не более 3-х лет. Дальнейшее хранение и эксплуатация всеми нормативными документами запрещена. К сожалению, отрезных кругов с истёкшим сроком хранения и эксплуатации продаётся немало.

- Экологичность

Абсолютно новый критерий качества отрезных кругов для рынка России и стандартный для европейцев.

Абразивная резка металла сопровождается выделением в зоне резания продуктов горения и летучих составляющих отрезного круга с характерным запахом, который долго не выветривается в помещениях, что может ограничивать применение отрезных кругов в закрытых помещениях без систем аспирации. У любого отрезного круга на бакелитовой связке при резке образуются искры и выделяются газообразные компоненты, но их токсичность может быть различной.

В дешевых кругах используют дешевые фенольные смолы с содержанием до 16% наиболее канцерогенного свободного фенола. В развитых странах законодательно ограничивают этот показатель до 4-7%. По содержанию свободного формальдегида ограничения предусматривают показатель менее 1%. Ограничения касаются и целого ряда дешевых наполнителей, из-за которых в зоне резания выделяются опасные составляющие или продукты горения. Таким образом, значительно снижается выброс вредных веществ в зоне резания и улучшаются условия труда оператора.

Исходя из вышеизложенного можно сформулировать, на какие критерии необходимо ориентироваться при выборе отрезных кругов. Для этого необходимо понимать, какие характеристики отрезного круга и как влияют на эффективность операций отрезки.

Марка абразивного материала

Марка абразивного материала является ключевым параметром для выбора круга, в зависимости от разрезаемого материала. Здесь нужно учитывать принцип абразивной способности, при котором более твёрдый материал режет более мягкий и никак не наоборот. Таблица сравнительной микротвёрдости материалов наглядно определяет выбор:

Из таблицы видно, что электрокорунд с микротвёрдостью 18,9...23,5 Гпа твёрже, чем закалённая сталь Р18 (12,7...13,7 Гпа) , потому кругами из электрокорунда можно резать любые стальные заготовки. Но электрокорунд «мягче» твёрдого сплава Т15К6 с микротвёрдостью 27,4 Гпа и нет вариантов его использования для резки твёрдосплавных заготовок. Но очень эффективно заготовки из твёрдого сплава режутся кругами из карбида кремния, с микротвёрдостью 32,4...35,3 Гпа.

Кроме того, на эффективность резания влияет степень химического взаимодействия материалов:

На основании данных по микротвёрдости и степени химического взаимодействия можно безошибочно констатировать, что во всех случаях, без исключения, электрокорунд (нормальный, белый, циркониевый) предназначен для резки металлов, а карбид кремния для резки неметаллов.

Второй вопрос, что видов электрокорунда достаточно много и на кругах, выпускаемых по ГОСТ 21963:2003 замаркирована конкретная марка (например 14А, 13А, 25А, 38А, 54С), которая обязывает к чему-то производителей. На кругах некоторых западных и, особенно, большинства восточных производителей ограничиваются маркировкой А,Z С, что предполагает широкую гамму материалов, не всегда пригодных для отрезных кругов.

Марка абразивного материала является ключевым параметром, но без номера зернистости не говорит ни о чём.

Зернистость абразивного материала с большой долей вероятности отразит режущую способность кругов, при условии, что производитель указал реальную зернистость.

Не секрет, что чем крупнее зерно, тем лучше режущая способность и необходимость применение различных зернистостей шлифматериала на кругах разной толщины вызвана не заботой о качестве круга. На самом деле, если в тонкий круг, толщиной 1 мм положить шлифзерно размером 1 мм, то это шлифзерно разрушится при формовании заготовок, в круге не будет крупного абразива, а разрушенные зёрна не будут закреплены в связующем. Существует прямая зависимость между толщиной круга и зернистостью и какие-либо отклонения от технически обоснованной зернистости должны насторожить потребителя кругов. Как правило, более мелкий номер зернистости производители используют для повышения стойкости круга, в ущерб его режущей способности.

В качестве иллюстрации типового применения абразивных материалов и их зернистости для отрезных кругов разной толщины можно предложить данные нижеследующей таблицы:

Все свойства абразивных материалов и их зернистостей могут быть нивелированы, если прочность закрепления абразивных зёрен в круге не обеспечивает их удержания в процессе резки. Потому важнейшим показателем качества отрезных кругов является твёрдость.

Твердость отрезного круга

Твёрдость круга для большей части зарубежных производителей больше показатель расчётный или декларируемый. Для российских предприятий выпускающих продукцию по ГОСТ 21963:2003 предусмотрена проверка твёрдости приборами «Звук», с маркировкой значения звукового индекса. Это отражает ориентировочную твёрдость круга. Примерное соотношение значения звукового индекса (ЗИ) и общепринятого обозначения приведено в таблице.

При этом выборка отрезных кругов для проверки небольшая и реальная твёрдость больше зависит от рецепта и технологии. Более того, на маркировке производители указывают разбег твёрдости, который предусмотрит все издержки технологии (ЗИ 37-43). Европейские производители вообще не проверяют круги по твёрдости и маркируют рецептурную, но этой твёрдости можно доверять, в отличие от азиатских производителей. Таким образом, на маркировку твёрдости можно ориентироваться только на кругах солидных зарубежных производителей.

Если есть возможность при заказе отрезного круга выбирать твёрдость или линейки кругов с разной твёрдостью, то необходимо руководствоваться принципом: чем твёрже разрезаемый материал и длиннее линия контакта круга с разрезаемым материалом, тем мягче должен быть отрезной круг.

На практике специалисты используют более понятную формулировку:

« Чем твёрже круг, тем дольше он служит, чем мягче, тем быстрее он режет» с оговоркой: «при прочих равных условиях…».

Из опыта известно, что на заготовках большого сечения целесообразно выбирать круг менее твёрдый. Естественно расход кругов будет выше. Поэтому, если оценивать только износостойкость отрезного круга, то самый лучший результат покажет наиболее твёрдый круг (ЗИ 41, ЧТ или V), который практически не износится, но при этом такой круг не будет резать, а «облизывать» заготовку и для интенсивного процесса резания необходимо будет прикладывать значительные усилия.

Структура отрезного круга

Такой важнейший показатель как структура круга в ГОСТ21963:2003 вообще упразднён. Ведущие зарубежные производители тоже не балуют пользователя маркировкой этого параметра. Хотя показатель очень важный и жестко связан с объемным содержанием зерна в отрезных кругах.

Структуру, обозначенную № 0...3, принято называть закрытой (плотной), № 4...8 - средней, № 9...12 и выше (до 16) - открытой. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между зернами, т. е. структура более открытая:

По этому показателю можно спрогнозировать эксплуатационные свойства кругов. Структура 5…7 будет свидетельствовать о том, что круг будет достаточно жёсткий и агрессивный, с большим количеством абразива, а структура 8…10 обеспечит повышенные эластичные свойства круга, ударопрочность и «мягкость» реза.

Указанные структуры и твёрдости обеспечиваются свойствами самого важного компонента для удержания абразивного зерна: связующего вещества. Учитывая характер отрезной операции, необходимость использования тонких кругов, обладающих ударопрочностью, эластичностью, керамическая связка из-за своей хрупкости не подходит для отрезных кругов, так же как и другая, неорганическая. Отрезные круги из традиционных материалов изготавливаются исключительно на органических связках: бакелитовой или вулканитовой. В настоящее время отрезные круги на вулканитовой связке используют достаточно ограничено из-за отсутствия возможности армирования, невысокой рабочей скорости (до 60м/с), соответственно на высокоскоростных шлифмашинах с рабочей скоростью 80м/с работа кругами на вулканитовой связке недопустима. Потому широко используется бакелитовая связка на основе сухого фенольного связующего и жидкого фенольного связующего.

Бакелитовая связка

Отрезные круги на бакелитовой связке являются одним из представителей полимерных композиционных материалов. В их состав, кроме абразивов, входят:

•  увлажнитель – фенолоформальдегидная смола резольного типа (жидкий бакелит)
•  связующее – фенолоформальдегидная смола новолачного типа (пульвербакелит-порошок)
•  наполнители
•  армирующие элементы

Для справки. Фенольно-формальдегидная смола - это искусственная смола из группы термореактивных пластмасс, Производится путём поликонденсации из фенолов и альдегидов.При помощи кислотного катализа получают новолаки, которые связываются при помощи отвердителей (главным образом гексаметилентетрамилом). При помощи основного катализа производят самоотверждающиеся под действием кислот или температуры резолы, которые могут переходить в резитолы и резиты.

Основные свойства фенолоформальдегидных смол: высокая жёсткость, ограниченная текучесть, высокая формоустойчивость при нагреве, низкая растяжимость при нагреве, ограниченная теплопроводность, трудновоспламеняемость. Высокая прочность композита на основе этих смол позволяет абразивному инструменту работать при больших нагрузках и высоких скоростях резания. Недостатком является низкая теплостойкость, по сравнению с керамическим связующим. Деструкция связки происходит при температурах в пределах 400 – 700 °С. Отрицательным эксплутационным фактором является недостаточная устойчивость к воздействию щелочных растворов, что практически исключает применение СОЖ, содержащих более 1% щелочи.

Марок фенольных связующих только абразивного применения сотни, но какие связующие применять решает производитель. При этом производители смол подробно описывают свою продукцию и дают конкретные рекомендации производителям абразивного инструмента. Но для одних производителей решающим фактором принимается прочность, качество круга, для других - стоимость. Потребитель это никак не проверит. В отрезных кругах с качественными смолами запас прочности будет тройной, а на дешевых смолах риск разрыва круга 50х50. Срок годности кругов напрямую зависит от смолы, Поэтому разница в стоимости качественных и некачественных смол достигает 3-х раз.

В любом случае, даже хорошие смолы в чистом виде, без наполнителей, после термообработки приобретают хрупкость. Потому для регулирования свойств связующего применяются тонкодисперсные наполнители, как правило неорганические, которые используются в смоляной матрице для увеличения уровня прочности, теплостойкости, ударопрочности и технологичности при изготовлении кругов. Влияние и активность наполнителей вопрос достаточно полемический, по количеству наполнителей мнений и трактовок предостаточно. В любом случае, в составе кругов наполнители регулируют процесс резания за счет высокоэндотермической реакции, помогающей при резании рассеивать тепло с поверхности сопряжения между абразивными зернами и разрезаемым металлом, но самое главное, что состав этих наполнителей является ноу-хау производителей и во многом определяет конкурентоспособность отрезных кругов.

Ещё один важный показатель, обеспечивающий безопасность отрезных кругов, это механическая прочность, которая в кругах с рабочей скоростью более 50м/с обеспечивается армированием отрезных кругов специальной стеклосеткой. О наличии армирующей стеклосетки в маркировке любого производителя сообщит буквенный символ F, который совмещён с маркировкой связующего (ВF). Этот символ также не несёт информации о количестве дисков из стеклосетки, их плотности и т.д. Один из главных элементов безопасности отрезного круга. Для производства отрезных кругов используется стеклосетка не в чистом виде, а покрытая смолами, аналогичными тем, что используют для изготовления кругов. Это делается для получения максимальной адгезии между сеткой и связующим. Применение плотной и качественной стеклосетки практически исключает риск для работника, если все остальные опасные факторы не присутствуют. Если на крупных предприятиях, на которых ещё «не забыли» требования стандартов, отрезные круги перед работой проверяются на мех. прочность на испытательных станках и исключают разрыв круга во время резания, то для бытовых пользователей такая возможность исключена. Поэтому единственным способом определения качества стеклосетки это осмотр круга и сравнительный визуальный анализ видимых армирующих элементов различных производителей.

При всех вышеописанных рисках, при выборе отрезных кругов определённого производителя или торговой марки следует учитывать, что ведущие мировые и российские производители вкладывают значительные средства в разработку новых смол, абразивных материалов, наполнителей. Ведущие производители сертифицируют свою продукцию, что гарантирует как минимум безопасность кругов. Технология изготовления абразивного инструмента не стоит на месте и будущее за серьёзными производителями, а не за авантюрными производителями и многочисленными их брендами.