Отрезные круги: секреты качества

    Абразивная резка является одним из наиболее эффективных и доступных способов получения заготовок необходимого размера. Широкому распространению  отрезки заготовок  с использованием отрезных кругов способствует  доступность инструмента, высокая производительность  операции, возможность резать заготовки из практически любого материала не требуя специальных условий и  при любой температуре.  Для выполнения простых операций отрезания заготовок не требуется специальной подготовки для работника, только элементарные знания и навыки.  

                Не случайно, количество продаваемого электроинструмента для отрезных кругов и самих кругов растёт достаточно впечатляюще (смотри диаграмму) Растёт и количество торговых марок отрезных кругов на рынке Украины.  Реальных заводов, выпускающих отрезные круги, гораздо меньше и  технический уровень продукции на разных предприятиях разный.

Диаграмма. Рост  объёма потребления (в тоннах) отрезных и зачистных кругов на  Украине

                 Как правило, для производства отрезных кругов используется типовое оборудование. Оно может быть устаревшим или максимально современным, но даже самое современное оборудование не даёт гарантий высокого качества. Все производители используют  типовые технологии и типовой перечень основных используемых материалов, но это отнюдь не означает, что качество у них будет одинаковым. 

                Потребитель отрезных кругов  ограничен в своих возможностях объективно проверить их качество.  Выглядят они одинаково, небольшие отличия, по которым можно сделать хоть какие-то выводы, способен обнаружить только специалист. Испытательные лаборатории если и есть, то у производителей отрезных кругов, а распространённый метод испытаний вручную даёт не слишком достоверные результаты и вряд ли может быть использован как аргумент в споре с поставщиком. Вы можете считать, что круг не обеспечивает качественных показателях, как рекламировалось и декларировалось продавцом, но как это доказать? Более того, какие критерии принять для потребительской оценки кругов?

                Чаще всего критерии  ограничиваются  минимум параметров:  цена,  износостойкость или производительность. На самом деле указанные параметры являются  производными множества показателей, которые предусмотрены  действующим на Украине (и в России) ДСТУ ГОСТ 21963:2003. Если рассматривать основные показатели и их влияние на эксплуатационные показатели кругов,  то надо сразу обратить  внимание на следующие, проверить которые не представляет труда:

- Наружный диаметр.

Абсолютно «прозрачный» параметр круга, но имеющий возможности, для злоупотреблений со стороны производителя. Допустимый разбег диаметра +/-3мм позволяет на его нижнем пределе (-3мм) сэкономить на материалах производителю и снизить ресурс потребителю, причём на законных основаниях.

- Высота круга.

Чаще всего является предметом злоупотреблений со стороны недобросовестных производителей.   Допустимый разбег +/-0,3мм позволяет производителю и экономить, и допускать вольности в технологии и искусственно повышать стойкость и, соответственно, «конкурентность» круга. Только солидные производители выдерживают эти показатели.

- Неравномерность высоты круга

В первую очередь зависит от технического уровня оборудования и квалификации персонала у производителя.  Последствия отклонений этого показателя  для потребителя самые неприятные. Это в первую очередь возможный дисбаланс круга  (машинку трясёт). Во вторую очередь это косой рез, который проявляется при отрезании заготовок «большого» сечения.

- Радиальное и торцевое биение круга.

Название параметра отражает и его физическую суть — биение. Отклонения этого  параметра (более 0,8мм)   не позволит сделать ровный рез, в лучшем случае. В худшем случае  круг может испортить заготовку, заклинить в заготовке  и даже разрушиться...

- Неуравновешенность круга (дисбаланс)

Зависит от технического уровня оборудования, на котором  производятся круги и от уровня технологии. Небольшой дисбаланс  создаст дискомфорт при резании в виде вибрации. Большой приведёт к разрушению круга   при  наборе оборотов машинки.

 ДСТУ ГОСТ 21963:2003 не предусматривает 100%-ной проверки по указанным параметрам, только максимум 10%, а  проверка на запас прочности (разрывную скорость) производится только на 0,1% кругов от партии.  Многие недобросовестные производители не придерживаются даже минимальных объёмов проверки.  Поэтому, чтобы не испытывать судьбу,  опытные специалисты приобретают круги  адекватных производителей.

                Указанные стандартные показатели влияют, в первую очередь, на безопасность использования кругов, точность выполнения  операции и в некоторой степени на  расход круга и  «абразивную способность» круга.  Однако ключевые показатели, влияющие на процесс резания, потребители проверить не могут. 

                По маркировке на этикетке круга  солидного производителя можно установить такие показатели как  марка и зернистость абразивного материала,  твёрдость и структура круга, связующее  и наличие армирующего элемента, рабочую скорость и класс точности. Не факт, что информация достоверная, но  по ней можно  косвенно  спрогнозировать  свойства круга:

-  Марка абразивного материала, как основного компонента круга, подскажет, подходит ли абразив для резки конкретного материала. 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 в России и на Украине замаркирована конкретная марка (например, 14А, 13А, 25А, 38А, 54С), которая как-то дисциплинирует и 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.

- 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 абразива 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. Поэтому любые рекламные трюки насчёт зернистости — только рекламные трюки. 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. А иногда с целью экономии «козырных» номеров зернистости, которыми являются F24, F30, F36 и которые на 15-20 процентов дороже шлифматериалов смежных зернистостей.

В качестве   демонстрации типового применения абразивных материалов для отрезных кругов можно предложить данные нижеследующей таблицы.

- Твердость отрезного круга для большей части производителей больше показатель расчётный или декларируемый. Для предприятий, выпускающих продукцию по ДСТУ ГОСТ21963:2003 предусмотрена проверка твёрдости приборами «Звук». Но выборка кругов для проверки незначительная и реальная твёрдость больше зависит от рецепта и технологии. Более того, на маркировке производители указывают разбег твёрдости, который предусмотрит все издержки технологии (ЗИ37-43 или от С до ЧТ).  Европейские производители вообще не проверяют круги по твёрдости и маркируют рецептурную, но этой твёрдости можно доверять, в отличии от азиатских производителей. Таким образом на маркировку твёрдости можно ориентироваться только на кругах солидных производителей.

- Бакелитовая связка отрезных кругов маркируется просто буквой В у всех без исключения производителей.  Но различия в составе этой связки у разных производителей может быть просто огромной.  Все производители, без исключения, используют бакелитовую связку, состоящую их сухого фенольного связующего (пульвербакелита) и жидкого фенольного связующего. Для улучшения свойств связки добавляются активные наполнители, которые улучшают процесс резания. Видов этих связующих только абразивного применения сотни, но какие связующие применять решает производитель.  При этом производители смол подробно описывают свою продукцию и дают конкретные рекомендации производителям отрезки. Но для одних производителей решающим фактором принимается прочность, качество круга, для других - стоимость.  Потребитель это никак не проверит. Но в отрезных кругах с качественными смолами запас прочности будет тройной, а на дешевых смолах   риск разрыва круга 50х50. А срок годности кругов напрямую зависит, в первую очередь, от смолы. Разница в стоимости качественных и некачественных смол достигает 3-х раз.  Можно легко предположить, какие смолы используются в кругах низкого ценового сегмента.  Тоже самое и по наполнителям.

Справка. Наполнители используются в смоляной матрице для увеличения уровня прочности, теплостойкости, ударопрочности, устойчивости к трещинам и т. д. Комбинирование абразивов связующих смол и  наполнителей помогает добиться желательных для отрезного круга свойств.   В качестве наполнителей в настоящее время используется криолит, пирит, сульфид цинка, литопон, , кальция фторборат, сульфат кальция, и хлорид кальция. Ранее используемые трисульфид сурьмы и хлорид свинца, быстро вытесняются такими материалами, как специальные галогениды железа.

   В дешевых кругах вы не найдёте активных наполнителей (таких как красный пирит, криолит), там будут только просто дешевые наполнители, в лучшем случае не канцерогенные.

- 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 отдан на откуп порядочности производителя.  Можно для круга диаметром 230мм толщиной в 2,5мм использовать стеклосетку плотностью 290г/см², а можно 180г/см², что не запрещено действующими стандартами.  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.  Состав пропитки для стеклосетки имеет тоже многовариантность и по качеству, и по стоимости. Разница в стоимости упомянутых дисков из стеклосетки до 4-х раз. Применение плотной и качественной стеклосетки практически исключает риск для работника, если все остальные опасные факторы не присутствуют.

                Каждый из вышеперечисленных параметров, регламентированных стандартом, оказывает существенное влияние на качество отрезных кругов и на эксплуатационные свойства. Отклонение нескольких параметров   приводит, как правило, к отбраковке кругов при приёмочном контроле, у «серьёзных» производителей.  В большинстве случаев, отклонение выявляются при эксплуатации или испытаниях кругов.  Стойкость и режущая способность являются результирующими, производными показателями всех вышеуказанных показателей.

 Однако, опыт показывает, что эти параметры находятся на разных чашах весов, рост одного порой ведёт к ухудшению другого. Поэтому ни один из двух этих параметров по отдельности не может служить однозначной характеристикой качества круга.

При определении эксплуатационных параметров нужно учитывать, что объективность результатов испытаний может быть достигнута только в оснащённой испытательной лаборатории (см. фото), где влияние оператора на результат испытаний минимально.

Стандартом предусмотрен показатель, который более корректен для «арбитража», чем просто стойкость:

- Коэффициент резания

Согласно ДСТУ ГОСТ 21963:2003: Коэффициент резания К - это отношение площади поперечного сечения разрезанной заготовки к площади изношенной части круга, при срабатывании отрезного круга до диаметра 0,75.  от начального. Его вычисляют по формуле:

где:        

• S_з – площадь поперечного сечения разрезаемой заготовки, cм²;
• n –  количество произведенных кругом резов;
• D_к – диаметр круга до начала резки, cм;
• D_н– диаметр круга после резки, cм

Коэффициент резания   отражает показатель экономической эффективности резания, расход кругов на выполнение операций, может служить показателем для расчёта потребности в кругах.

Этот показатель очень удобно презентовать для маркетинговых мероприятий, в качестве ключевого. Однако, если оценивать только износостойкость, то самый лучший результат покажет наиболее твёрдый круг (ЧТ-ВТ), который практически не износится, но при этом такой круг не режет, а «облизывает» заготовку и для интенсивного процесса резания необходимы значительные усилия.

 Парадокс, но при изготовлении очень твёрдых кругов  производитель хорошо экономит на связующих компонентах. Так что лозунг «чем дешевле связующее, тем выше жёсткость круга» отражает реальную картину.

Справка.  Структура отрезного круга состоит из трёх основных частей. Две из них понятны— это абразивное   зерно и связующее. Зерно — это режущий элемент, связка удерживает его в круге, предотвращая выкрашивание до потери абразивной способности.  Третья часть — это поры, то есть пустоты в круге. Они выполняют ту же функцию, что и промежутки между зубьями напильника — выносят снятый материал за пределы рабочей зоны. Процесс резания осуществляет только шлифзерно, которое при затуплении должно удалятся из круга и замещаться следующим зерном, т. е. должен проходить процесс «самозатачивания» круга.   Механизм удаления затупившихся зёрен предусматривает несколько вариантов:

-              локальное выгорание органического связующего под действием сил трения и температуры в зоне резания, с выкрашиванием абразива

-              механическое ударное удаление зерна с усилием, превышающим прочность удержания зерна связкой.

                В отрезных кругах на бакелитовой связке предпочтителен механизм термический механизм удаления затупившихся зёрен.   Поэтому в круге должно быть всё сбалансировано: прочность абразива, термоустойчивость и адгезионная прочность связующего, количество пор, для отвода продуктов шлифования (резания). Нарушение этого баланса приводит к 2 крайностям: к потере стойкости или снижению режущей способности

Учитывая многогранность свойств разрезаемый материалов, площадь сечения заготовки, характеристики оборудования назначение характеристик круга достаточно наукоёмкий процесс.

- Скорость резания или производительность   можно в упрощенном варианте принять как время, необходимое для выполнения операции отрезки конкретной заготовки.    Эта величина в промышленности ранее нормировалась и являлась основной для расчета трудоёмкости. Учитывалось машинное и вспомогательное время.  Понятно, что если в стоимости операции стоимость круга составляла 5%, то ей можно было пренебречь. Отрезные круги отбирались на производство по критерию высокой производительности и качества реза. В условиях малых и частных предприятий, личного хозяйства критерий стоимости важен, но на операциях резки с применением ручных шлифовальных машин, особенно кругами 230мм, режущая способность, скорость резания приобретает первостепенное значение из-за усилий, которые работнику необходимо затратить на резание.  На кругах малого диаметра (125мм и менее) это менее очевидно.

                Таким образом, объединить стойкость и производительность в какую-то одну общую величину тоже не представляется возможным — не существует такого параметра, который можно было бы признать идеальным. Каждый конечный потребитель определяет его для себя сам. Для всесторонней оценки необходимо учитывать не только цену самого круга, но также оплату труда рабочего — чем ниже производительность, тем больше времени будет затрачено на работу. Но наиболее производительные круги могут иметь не слишком высокий ресурс, изнашиваясь очень быстро, из чего вытекают повышенные расходы на их закупку. Так что выражение «этот круг лучше того» не имеет смысла без оговорок, по какому именно параметру он лучше. И всё-же, ведущие мировые производители находят точку равновесия...

                При всех вышеописанных рисках, при выборе отрезных кругов определённой торговой марки следует учитывать, что ведущие мировые производители вкладывают значительные средства в разработку новых смол, абразивных материалов, наполнителей. Технология изготовления абразивного инструмента не стоит на месте и будущее за серьёзными производителями, а не за авантюрными производителями и многочисленными их брендами.

                Как одно из последних достижений в области производства отрезных кругов можно презентовать новую 3S технологию, разработанную для стран Европейского Союза.

Ключевые факторы отрезных кругов, изготовленных по 3S ^technology

Speed - быстрота реза,

Smooth - сохранение ровности реза,

Safe - надежность кругов.

S: Быстрый и эффективный рез - важное преимущество, которое оценят профессионалы, часто работающие с отрезными кругами.

В данном случае важную роль играет целый ряд технологических параметров кругов: 

- Использование глубокопрокалённых и специальных электрокорундовых материалов с низкой разрушаемостью (ниже 40%); крупнокристаллического карбида кремния с высокой абразивной способностью, в соответствии с ISO 8486-1:1996.

-   Подбор оптимальной зернистости абразивного материала из ряда F24...F60 для каждого типа и размера круга, с учётом обеспечения максимальной режущей способности.

-  Применение метода комплексной зернистости из ряда F24-F60, позволяющей работать отрезному кругу в режиме устойчивого самозатачивания, с низкими тепловыми нагрузками, высокой стойкость круга.

-  Использование уникальных запатентованных составов активных наполнителей, не содержащих канцерогенов, позволяющих снизить температуру в зоне резания, снизить температуру деструкции полимерной композиции и повысить стойкость кругов.

Пользователи кругов оценят эти технологические преимущества за счет:

-  уменьшения прилагаемых усилий, прилагаемых при резании;

-  увеличения скорости резания;

- сокращения нагрузки на шлифовальную машинку, что повышает ее долговечность.

S: Ровный и плавный рез — вторая немаловажная составляющая, которая обеспечивается следующими факторами:

- Равномерное распределение абразивного материала в сочетании с точностью геометрических размеров, что исключает вибрации в процессе резания. Все круги соответствуют классу точности АА, не ниже.

- Развитый микрорельеф боковой поверхности отрезных кругов за счёт использования плит с эластомерами при формовании отрезных кругов. Это позволяет снизить трение боковых поверхностей круга и заготовки, т.к. при разрезании кругами с гладкой боковой поверхностью 50% энергии затрачивается на преодоление сил трения боковых сторон о поверхность реза.

- Отсутствие торцевого биения в отрезных кругах, что также снижает трение боковых поверхностей и повышает эффективную мощность процесса резания, а также исключает «косой рез».

Это позволяет не только опытным профессионалам, а и начинающим мастерам делать ровные и аккуратные резы с минимальным количеством заусениц.

S: Надежность кругов обеспечивается за счёт следующих решений:

-    Использование при изготовлении отрезных кругов инновационных фенольных смол, модифицированных эпоксидной составляющей, что обеспечивает высокую прочность и стойкость кругов.

-  Точно подобранный баланс плотности стеклосетки в диапазоне 75г/м² до 320г/м², толщины и зернистости круга, что гарантирует безопасную эксплуатацию продукции, при этом, не снижая режущей способности круга и не создавая опасной концентрации пыли в зоне резания.

-  Точность геометрических размеров кругов соответствует стандартам ISO 603-15-99, ISO 603-16-99 и исключает перекос круга по толщине, эксцентриситет и дисбаланс.

Благодаря данным технологиям пользователи получают:

- уверенность в работе с кругом;

- гарантию того, что круг не рассыплется, не перегреется и не разорвётся в процессе его использования.

Профессиональная серия отрезных кругов, созданных по технологии 3S ^technology для стран Европы появится и на Украине. 

В ближайшее время   3S ^technology будет представлена отрезными кругами торговой маркой «Сила»

Автор: Сергей Эсмантович