Jaka ziarnistość jest najbardziej odpowiednia dla tarcz szlifujących do metali?

Wpływ rozmiaru ziarnistości na wydajność tarcz szlifowych do metali

Szybkość cięcia, chropowatość powierzchni (Ra/RMS) oraz wrażliwość na nacisk w zakresach ziarnistości

Wielkość ziaren ściernych rzeczywiście decyduje o tym, jak dobrze działa tarcza szlifierska podczas cięcia powierzchni metalowych. Grube ziarna o numeracji od 24 do 36 charakteryzują się dużymi ziarnami ściernymi, które szybko usuwają znaczne ilości materiału, co czyni je idealnym wyborem w zadaniach wymagających usunięcia grubej warstwy metalu, np. usuwania spoin lub wykonywania prac kształtujących na etapie wstępnym. Istnieje jednak jedno ograniczenie: takie tarcze o grubym ziarnie pozostawiają stosunkowo chropowate powierzchnie, zwykle o wartości Ra przekraczającej 125 mikronów, a ponadto źle reagują na nadmierny nacisk podczas pracy. Zbyt silne dociskanie przyspiesza zużycie tarczy i może prowadzić do uszkodzenia obrabianego przedmiotu lub niepożądanego nagrzewania się. Średnie ziarna o numeracji od 40 do 60 zapewniają dobry kompromis – zachowują przyzwoitą szybkość usuwania materiału, jednocześnie poprawiając jakość powierzchni do zakresu Ra wynoszącego około 60–125 mikronów. Szczególną zaletą tych tarcz jest ich większa tolerancja wobec różnego poziomu umiejętności operatora w porównaniu do tarcz o grubym ziarnie. W przypadku drobnych ziaren o numeracji od 80 do 120 priorytetem staje się jakość wykończenia, a nie szybkość cięcia. Te mniejsze ziarna ściernie regularnie pozwalają uzyskać powierzchnie o wartości Ra poniżej 60 mikronów, choć operatorzy zauważają, że do osiągnięcia pożądanego efektu konieczne jest wykonanie kilku przejść po tej samej powierzchni, ponieważ ich zdolność cięcia materiału jest mniej intensywna. Aby osiągnąć najlepsze rezultaty przy użyciu tych drobnoziarnistych tarcz, doświadczeni technicy zalecają stosowanie delikatnego, ale stałego nacisku na całej długości procesu szlifowania.

Dlaczego niższe numery ziarnistości usuwają więcej materiału — ale nie zawsze bardziej wydajnie

Gruboziarniste tarcze, takie jak o numerach 24–36, pozornie usuwają materiał szybciej, ale w rzeczywistości stają się mniej wydajne w dłuższym okresie użytkowania. Większe cząstki ścierniowe szybciej ulegają rozdrobnieniu pod wpływem ciepła i ciśnienia, przez co tarcze te mają krótszy czas życia niż tarcze średnioziarniste – zgodnie z obserwacjami przeprowadzonymi na większości stanowisk produkcyjnych. Czas pracy tych tarcz skraca się o około 30–40% w porównaniu do tarcz średnioziarnistych. Co gorsza, głębokie rysy pozostawiane przez tarcze gruboziarniste zwykle wymagają dodatkowego etapu polerowania, który może łatwo pochłonąć dodatkowo około jedną czwartą całkowitego czasu obróbki. Tarcze średnioziarniste o numerach 40–60 lepiej sprawdzają się przy długotrwałych zadaniach wykonywanych na materiałach takich jak stal nierdzewna lub żeliwo, ponieważ wolniej zapychają się lub szkliwią. Podsumowując: wybór najgrubszej dostępnej ziarnistości może wydawać się początkowo szybszy, ale rzadko okazuje się uzasadniony, jeśli weźmie się pod uwagę całość kosztów i terminów realizacji. Rzeczywista wydajność wynika z doboru odpowiedniej ziarnistości, która zapewnia efektywną pracę przez cały czas trwania zadania, a nie tylko z szybkości początkowego cięcia.

Optymalny dobór wielkości ziarnistości w zależności od rodzaju metalu dla tarcz szlifowych

Stal nierdzewna i żeliwo: średnia ziarnistość (36–60) zapewniająca równowagę i odporność na zatkanie

Wielkości ziarnistości od 36 do 60 stały się praktycznie standardowym wyborem przy obróbce stali nierdzewnej i żeliwa. Te średnie zakresy ziarnistości zapewniają dobry kompromis między szybkością usuwania materiału a osiąganiem satysfakcjonujących chropowatości powierzchni w zakresie około 40–60 mikrocali Ra. Dodatkowo lepiej wytrzymują zjawisko tzw. zaśmiecenia (loading), czyli zatykania się ścierniwa lepkimi cząstkami metalu, które podczas szlifowania mogą powodować jego „zatrzaskiwanie”. Ścierniwa zirconowo-aluminiowe szczególnie dobrze sprawdzają się w tym zakresie ziarnistości, ponieważ zachowują zdolność cięcia nawet pod wysokim obciążeniem – wynika to z ich charakterystycznego trybu zużycia, w którym stopniowo rozpadają się, odsłaniając świeże, ostre krawędzie tnące. Zastosowanie ziarnistości poniżej 36 prowadzi do problemów takich jak nadmierna generacja ciepła, która może spowodować odkształcenia powierzchni lub powstanie drobnych pęknięć. Z kolei ziarnistość powyżej 60 znacznie zwalnia proces szlifowania i powoduje połysk (glazowanie) koła szlifierskiego bez istotnego poprawienia jakości powierzchni w początkowych przejściach szlifowania. Inną ważną zaletą średnich ziarnistości jest zapobieganie utwardzeniu powierzchniowemu (work hardening) w elementach ze stali nierdzewnej – zagadnienie to ma szczególne znaczenie przy zachowywaniu właściwości ochrony przed korozją w gotowych komponentach.

Stal łagodna i aluminium: kiedy ziarnistość tarcz szlifujących grubą (24–36) lub drobną (80–120) osiąga najlepsze wyniki

Przy pracy z stalą węglową stosowanie ekstremalnie grubego ziarna ma sens. Grube tarcze o ziarnistości od 24 do 36 doskonale sprawdzają się w zadaniach szybkiego usuwania materiału, np. szlifowania szwów spawalniczych. Z drugiej strony, drobne ziarna o ziarnistości od 80 do 120 zapewniają gładkie i jednolite powierzchnie niezbędne przed nałożeniem farby lub innych powłok. Sytuacja staje się jednak bardziej skomplikowana przy szlifowaniu aluminium. Te same grube ziarna (24–36) zawierające tlenek glinu lepiej radzą sobie z problemem zaślepiania podczas intensywnego szlifowania — pod warunkiem, że chodzi o grubsze elementy. W przypadku cienkich blach aluminiowych sytuacja wygląda inaczej: użycie takich grubych ziaren niesie ryzyko odkształcenia metalu, dlatego doświadczeni szlifierze zwykle od razu przechodzą na ziarno o wartości ok. 60 lub jeszcze drobniejsze. Aby uzyskać bezbłędny, bezrysikowy wykończenie – co jest szczególnie ważne przy przygotowywaniu powierzchni do anodowania lub zachowywaniu atrakcyjnego wyglądu – konieczne staje się zastosowanie ziarna o ziarnistości 80–120. Dane branżowe pokazują także ciekawą zależność dotyczącą problemów związanych ze szlifowaniem aluminium: około 60 procent wszystkich wad – w tym ślady rozsmarowania, przypalenia oraz nieregularne wykończenie – wynika bezpośrednio z nieodpowiedniego wyboru ziarnistości. Aby uniknąć tych problemów, zaleca się łączenie drobniejszych ziaren z mniejszym naciskiem ręki oraz zapewnienie odpowiedniego chłodzenia w trakcie całego procesu, aby skutecznie zapobiec termicznemu rozsmarowaniu.

Kluczowe czynniki niezwiązane z ziarnistością wpływające na skuteczność tarcz szlifowych

Twardość spoiwa i rodzaj ziarna — sposób ich oddziaływania z wielkością ziarnistości przy szlifowaniu metali

Wielkość ziarnistości daje nam punkt wyjścia do oceny oczekiwanych właściwości tarczy szlifierskiej, ale w rzeczywistości kluczowe znaczenie ma sposób, w jaki twardość spoiwa współdziała z rodzajem ziarna, aby faktycznie zapewnić pożądane efekty. Ściana spoiwa musi mieć odpowiednią twardość. Jeśli jest zbyt miękka, ziarna odpadają zbyt wcześnie, co powoduje marnowanie środków na materiały szlifierskie oraz stwarza zagrożenia dla bezpieczeństwa. Z kolei zbyt sztywna ściana spoiwa uniemożliwia właściwe samooczyszczanie się tarczy w trakcie pracy, prowadząc do takich problemów jak przegrzewanie, szkliwo powierzchni oraz – w skrajnym przypadku – całkowite zatrzymanie procesu cięcia. Rodzaj zastosowanego ziarna również ma ogromne znaczenie. Na przykład tlenek glinu, który występuje w większości tarcz o ziarnistości od 24 do 60, rozkłada się w sposób przewidywalny i dzięki temu zapewnia stałą szybkość usuwania materiału podczas obróbki powierzchni ze stali nierdzewnej. Z kolei tlenek cyrkonu i glinu (zirconia alumina) sprawdza się lepiej w zastosowaniach gruboziarnistych, przy ziarnistości od 36 do 80. Ten materiał znacznie lepiej wytrzymuje duże obciążenia i przez dłuższy czas zapewnia efektywne cięcie. Badania opublikowane w 2023 roku wykazały, że gdy producenci prawidłowo dobiorą kombinację spoiwa i ziarna, osiągają około 19-procentowy wzrost wydajności usuwania materiału w czasie w porównaniu do tarcz, w których te elementy są niedopasowane. Dlatego choć wielkość ziarnistości wskazuje potencjał danej tarczy, to ostatecznie jakość spoiwa oraz wybór ziarna decydują o tym, czy ten potencjał przekładający się na rzeczywistą wydajność w warsztatach, gdzie codziennie obrabia się prawdziwe metale.