Tarcza diamentowa Wybrane aspekty stosowania

Użytkownik tarczy diamentowej, w chwili obecnej najbardziej popularnego narzędzia do obróbki kamienia naturalnego, staje często przed problemami, z którymi nie zawsze potrafi sobie poradzić. W artykule Czytelnik znajdzie odpowiedzi na z pozoru proste pytania, które w praktyce wyłaniają się z trudności, na jakie natrafia on w swej pracy.

Tarcza diamentowa: co to takiego?

Na ogół tarcza diamentowa składa się z dwu podstawowych części: stalowego korpusu i obrzeża zawierającego ziarna diamentu. Ta druga może występować pod różnymi postaciami, np. obrzeże ciągłe, obrzeże z segmentami diamentowymi, obrzeże bocznie nacinane i inne. Korpus tarczy diamentowej uzbrojonej segmentami diamentowymi wykonany jest z bardzo wysokiej jakości hartowanej stali. Nacięcia w korpusie rozdzielają segmenty diamentowe, zapewniają odpowiednie chłodzenie podczas cięcia doprowadzając w strefę cięcia wodę (przy cięciu z chłodzeniem wodą) lub powietrze (przy pracy na sucho). Większość korpusów jest naprężana fabrycznie tak, by tarcza wykazywała się sztywnością przy danej prędkości, a jednocześnie charakteryzowała się odpowiednią wytrzymałością na zginanie. Segmenty diamentowe czy też obrzeże ciągłe to mieszanina ziaren diamentowych i proszków metali. Do produkcji narzędzi używa się niemal wyłącznie diamentu syntetycznego, różnej wielkości, granulometrii i jakości. W procesie produkcji mieszanina odpowiednio dobranego diamentu i proszków metali jest spiekana pod ciśnieniem w wysokiej temperaturze tak, by powstał twardy stop metali (nazywany spoiwem), który wiąże w sobie ziarna diamentu. Segment diamentowy czy też obrzeże ciągłe są nieco szersze od korpusu tarczy. Rzecz w tym, by w czasie pracy korpus nie miał kontaktu z ciętym materiałem.

Łączenie korpusu tarczy z obrzeżem może być dokonywane różnymi metodami:

- lutowanie z użyciem lutów twardych ze stopów srebra;

- spawanie laserowe: najbardziej wytrzymałe połączenie, zalecane szczególnie w przypadku tarcz do pracy na sucho;

- spiekanie bezpośrednio na korpusie:  głównie do tarcz o obrzeżu ciągłym;

- osadzanie ziaren diamentu metalem  w kąpieli galwanicznej.

Jak tarcza diamentowa pracuje?

Tarcza diamentowa nie tnie materiału, a jedynie ściera go, jak inne ściernice.Po naostrzeniu tarczy w fazie produkcji poszczególne ziarna diamentu zostają wyeksponowane na czole i powierzchniach bocznych obrzeża (a).  To one biorą udział w procesie ścierania obrabianego materiału. Spoiwo utrzymuje poszczególne ziarna w miejscu, z tyłu ziaren tworzą się zgrubienia spoiwa nazywane kometami, które zwiększają siłę mocowania ziarna w spoiwie. Wyeksponowane ziarna diamentowe tną obrabiany materiał ścierając go w pył, zużyciu ulega także zewnętrzna warstwa tarczy (b). W czasie pracy wyeksponowane ziarna diamentowe mogą kruszyć się i łamać, tym szybciej im bardziej twardy lub zwięzły jest materiał obrabiany (c). Równocześnie materiał ten zaczyna ścierać spoiwo, co powoduje stopniowe odkrywanie kolejnych ziaren diamentu (d). Obrabianie bardziej ściernego materiału powoduje zwiększenie szybkości zużywania się spoiwa. Odpowiednio dobrane do danego materiału narzędzie zapewnia utrzymywanie optymalnej równowagi między pracą ziarna diamentu a ścieraniem się spoiwa: diament jest utrzymywany w miejscu aż do samoistnego zużycia się, proces stopniowego odkrywania nowych ziaren jest odpowiedni do szybkości zużywania

się diamentu.

 Jakość doboru odpowiedniej kompozycji narzędzia diamentowego sprowadza się do znalezienia tego swoistego punktu równowagi - tarcze przeznaczone do cięcia twardych i zwięzłych (mniej ściernych) materiałów muszą mieć bardziej miękkie spoiwo (szybsze zużywanie się diamentu wymaga przyspieszenia procesu odkrywania kolejnych ziaren diamentu tak, by tarcza ciągle mogła ciąć); natomiast cięcie miękkich i łatwiej poddających się ścieraniu materiałów wymaga spoiw twardych, odpornych na ścieranie tak, by

w pełni wykorzystać wolniej zużywający się diament.

Wybór tarczy. Czym się kierować?

Jest tu wiele zmiennych, które mogą mieć ogromny wpływ na zadowolenie z dokonanego wyboru.

Spróbujmy się im przyjrzeć:

1. Cięcie na sucho czy z chłodzeniem wodą?

Wybór z pozoru prosty: zawsze cięcie z wodą daje zwiększenie żywotności narzędzia. Jednak w pewnych zastosowaniach stosowanie chłodzenia wodą jest niemożliwe lub niewygodne. Przy cięciu na sucho pamiętajmy jednak o stosowaniu tarcz tylko do tego przeznaczonych i częstym ich chłodzeniu powietrzem przez włączenie maszyny na ruch jałowy. Przy cięciu na mokro pamiętajmy też o odpowiedniej ilości wody i odpowiednim skierowaniu jej w strefę cięcia

2. Jakiego typu obrzeże wybrać?

Obrzeże ciągłe gwarantuje najlepszą jakość cięcia, praktycznie bez wykruszeń krawędzi. W przypadku cięcia kruchego materiału bądź ceramiki jest to wybór właściwy. Zastosowanie obrzeża ciągłego z nacięciami bądź pseudo-ciągłego może w niewielkim stopniu zwiększyć ryzyko wykruszenia się krawędzi, ale zapewnia o wiele większą żywotność i niższy koszt cięcia. Największą żywotność i  najniższy koszt zastosowania mają oczywiście tarcze z segmentami. Są najpopularniejsze, ale ważne jest przy ich użyciu, czy jakość cięcia jest wystarczająca.

3. Rodzaj ciętego materiału.

Dokładne zidentyfikowanie rodzaju ciętego materiału to najważniejszy czynnik właściwego doboru tarczy. Cięty materiał ma bezpośredni wpływ na szybkość pracy i czas przydatności do użycia narzędzia. Najczęściej jednak w praktyce mamy do czynienia z koniecznością cięcia różnorodnego materiału a przynajmniej pewnej ich grupy. Poza przypadkami okazjonalnego używania narzędzi diamentowych nie zaleca się stosowania tarcz „uniwersalnych”. Należy stosować narzędzia przeznaczone do danej grupy materiałów określając przynajmniej w przybliżeniu ich rodzaj i udział w całości produkcji. Pomocne w tym mogą być odpowiednie tabele, klasyfikujące różne materiały pod względem twardości i wpływu na stopień zużycia narzędzia.

4. Cena narzędzia. Koszt cięcia.

Wysokoúă obrzeýa diamentowego nie zawsze wspóůgra z jego wartoúciŕ. Wielki wpůyw na cenć narzćdzia ma koncentracja diamentu (iloúă karatów w 1 cmł), jakoúă diamentu, wielkoúă ziarna, rodzaj zastosowanego spoiwa. Do mniej wymagajŕcych prac, do pracy okazjonalnej wybór tańszego narzędzia wydaje się być logiczny. Jednak przy regularnym cięciu, przy ważnych pracach, droższe narzędzie z reguły zapewni większy zysk z powodu dłuższej żywotności, większej szybkości cięcia i lepszej jakości cięcia. Waýniejszym kryterium staje sić wówczas nie cena jednostkowa narzćdzia ale koszt 1 m˛ przecićtej powierzchni (z zachowaniem odpowiedniej jakoúci cićcia).

5. Maszyna. Parametry cięcia.

Wybierając narzędzie na ogół maszynę już posiadamy, warto jednak zwrócić uwagę na wpływ, jaki ma budowa maszyny na współpracujące z nią narzędzie. Niewłaściwy stan techniczny maszyny, w szczególności luzy, drgania, wibracje, brak płynności ruchów mogą bezpośrednio wpływać na przyspieszone wykruszanie się ziaren diamentu a zatem wydatnie zmniejszać żywotność tarczy. Wielki wpływ ma tutaj ogólna sztywność maszyny: maszyny lekkie, mniej sztywne, mają większą podatność na wpadanie w drgania. W tych przypadkach, podobnie jak przy niewystarczającej mocy maszyny jedynym wyjściem jest stosowanie narzędzi z bardzo miękkim spoiwem w celu zmniejszenia oporów skrawania. Na ogół okupione jest to znacznie mniejszą żywotnością narzędzia. Dokładność cięcia wymaga częstej kontroli stanu poszczególnych elementów maszyny: dopuszczalne tolerancje bicia wału, kołnierzy i tarczy podaje tabela 3.

Najważniejsze parametry cięcia to:

prędkość obwodowa tarczy (od 25 do 65 m/s, zależnie od materiału)

Znając zalecaną dla danego materiału prędkość skrawania (patrz np. tabela 2)  łatwo można obliczyć prędkość obrotową tarczy, stosując się do wzoru:

                        60  v

            n = --------------- obr/min

                          d                                              gdzie:             v - prędkość obwodowa m/s

                                                                                               d  średnica tarczy m

Warto tutaj zwrócić uwagę, że nowoczesne maszyny z reguły wyposażone są w urządzenia do regulacji prędkości obrotowej tarczy (np. falowniki) dzięki czemu można ustawić optymalną dla danego materiału prędkość, zwiększając efektywność cięcia.

Głębokość cięcia, g

Różne materiały tniemy z różną głębokością cięcia: marmur na ogół pełną głębokość (w jednym przejściu)  granit w wielu przejściach dobierając głębokość cięcia do twardości materiału (patrz tabela 2). Ważnym kryterium doboru głębokości cięcia jest pobór prądu przez silnik główny tarczy. Wyposażenie maszyny w odpowiedni, dokładny amperomierz jest niezbędnym warunkiem prawidłowej oceny pracy narzędzia.

Posuw, p

Szybkość posuwu tarczy względem materiału idzie w parze z głębokością cięcia. W przypadku cięcia marmuru posuwem regulujemy szybkość cięcia obserwując obciążenie silnika tarczy. W przypadku cięcia granitu, gdzie szybkość cięcia regulujemy głębokością, posuw na ogół ustawiamy w zakresie 2,5  3,5 m/min. Jednak w wielu przypadkach możemy odstąpić od tej zasady (np. ostrzenie tarczy, cięcie miękkich materiałów). Innym też przypadkiem jest cięcie pakietem pił (wielopiłą), gdzie stosujemy posuw 10  18 m/min ale bardzo małe głębokości w jednym przejściu (0,5  2 mm).

Szybkość cięcia

Jest wypadkową posuwu i głębokości cięcia:

            szybkość cięcia [cm2/min] = posuw [cm/min]  głębokość cięcia [cm]

i określa w odpowiedni sposób rzeczywistą wydajność tarczy diamentowej.

6. Hałas.

Istnieją różne sposoby zmniejszenia hałasu przy pracy tarczą diamentową. Najczęściej stosuje się specjalne korpusy bądź z wkładką wyciszającą wewnątrz lub z boku, bądź ze specjalnymi nacięciami i krążkami zmniejszającymi szczeliny między segmentami. Rozwiązania te pozwalają zmniejszyć poziom hałasu nawet o 15 dB. Cena takich korpusów jest jednak na ogół 2 do 4 razy większa od korpusów standardowych. Pamiętajmy także o innych możliwych przyczynach dużego poziomu hałasu: nieodpowiedniego stanu maszyny lub nieodpowiedniego doboru specyfikacji narzędzia.

7. Serwis.

Ten często pomijany aspekt wyboru dostawcy narzędzia nabiera wielkiego znaczenia przy produkcji na dużą skalę, gdzie często zatrzymanie produkcji, uszkodzenie maszyny, zniszczenie korpusu tarczy może przynieść niewspółmiernie większe straty niż oszczędności na cenie zakupu narzędzia. Szczególnie jest to istotne w przypadku tarcz o wielkich średnicach, które wymagają serwisowania w warsztacie klienta.

• « poprz.