ขนาดเกรน (Grit Size) แบบใดที่ให้ผลดีที่สุดสำหรับจานขัดโลหะ

ขนาดเกรนส่งผลต่อประสิทธิภาพของจานขัดโลหะอย่างไร

อัตราการตัด, ความเรียบผิว (Ra/RMS), และความไวต่อแรงกด ตามช่วงขนาดเกรนต่าง ๆ

ขนาดของเม็ดทราย (grit) นั้นเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของจานขัด (grinding disc) อย่างแท้จริงเมื่อใช้ตัดผิวโลหะ ทรายหยาบในช่วงเบอร์ 24 ถึง 36 มีเม็ดอนุภาคขัดที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถขจัดวัสดุได้มากในเวลาอันสั้น จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่ต้องการกำจัดชั้นโลหะหนา เช่น การลบคราบเชื่อมออก หรืองานขึ้นรูปเบื้องต้น อย่างไรก็ตาม ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน จานขัดทรายหยาบเหล่านี้จะทิ้งผิวที่หยาบคายไว้ โดยทั่วไปวัดค่าความขรุขระได้เกิน 125 ไมครอน Ra และยังตอบสนองไม่ดีต่อแรงกดที่มากเกินไปขณะใช้งาน หากผู้ปฏิบัติงานกดลงแรงเกินไป จานขัดจะสึกหรอเร็วขึ้น และอาจทำให้ชิ้นงานเสียหาย หรือเกิดความร้อนสะสมโดยไม่ตั้งใจได้ สำหรับทรายระดับกลางในช่วงเบอร์ 40 ถึง 60 จะให้สมดุลที่ดีระหว่างอัตราการขจัดวัสดุที่ยังคงค่อนข้างดี กับการปรับผิวให้เรียบขึ้นจนอยู่ในช่วง 60 ถึง 125 ไมครอน Ra สิ่งที่ทำให้ทรายระดับกลางเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งคือ ความสามารถในการรองรับทักษะของผู้ปฏิบัติงานที่หลากหลาย เมื่อเทียบกับทรายหยาบที่กล่าวมาข้างต้น ส่วนทรายละเอียดในช่วงเบอร์ 80 ถึง 120 จะให้ความสำคัญกับคุณภาพของผิวสำเร็จเหนือความเร็วในการตัด โดยเม็ดทรายที่เล็กลงเหล่านี้มักจะให้ผิวที่มีค่าความขรุขระต่ำกว่า 60 ไมครอน Ra อย่างไรก็ตาม ผู้ปฏิบัติงานมักจำเป็นต้องผ่านพื้นที่เดิมหลายรอบ เนื่องจากความสามารถในการตัดวัสดุนั้นไม่รุนแรงเท่าทรายหยาบหรือทรายระดับกลาง ดังนั้น เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจากการใช้ทรายละเอียดเหล่านี้ ช่างเทคนิคผู้มีประสบการณ์ส่วนใหญ่แนะนำให้ใช้แรงกดเบาแต่สม่ำเสมอตลอดกระบวนการขัด

เหตุใดเลขเกริตที่ต่ำกว่าจึงขจัดวัสดุได้มากกว่า—แต่ไม่ใช่เสมอไปที่จะมีประสิทธิภาพมากกว่า

เม็ดขัดหยาบ เช่น เบอร์ 24 ถึง 36 อาจขจัดวัสดุออกได้เร็วกว่าในระยะแรกดูผิวเผิน แต่จริงๆ แล้วกลับมีประสิทธิภาพลดลงเมื่อใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เม็ดขัดที่มีขนาดใหญ่กว่านั้นจะสึกกร่อนเร็วกว่าเมื่อสัมผัสกับความร้อนและแรงกด ซึ่งหมายความว่าจานขัดประเภทนี้มีอายุการใช้งานสั้นกว่าจานขัดเบอร์กลางตามที่ช่างในโรงงานส่วนใหญ่สังเกตเห็น ทั้งนี้ อายุการใช้งานของจานขัดหยาบจะลดลงประมาณ 30% ถึง 40% เมื่อเทียบกับจานขัดเบอร์กลาง ยิ่งไปกว่านั้น รอยขีดข่วนลึกที่เหลือไว้หลังการขัดด้วยจานขัดหยาบมักจำเป็นต้องผ่านขั้นตอนการขัดเงาเพิ่มเติมอีกหนึ่งรอบ ซึ่งอาจทำให้สูญเสียเวลาในการประมวลผลรวมได้มากถึงหนึ่งในสี่ของเวลาทั้งหมด สำหรับงานที่ดำเนินต่อเนื่องกับวัสดุอย่างสแตนเลสสตีลหรือเหล็กหล่อ จานขัดเบอร์กลางในช่วง 40 ถึง 60 จะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า เพราะมีแนวโน้มอุดตันหรือเคลือบผิว (glazing) ได้ช้ากว่า สรุปโดยรวมคือ การเลือกใช้จานขัดที่หยาบที่สุดที่มีอยู่อาจดูรวดเร็วในตอนเริ่มต้น แต่แทบไม่คุ้มค่าเลยเมื่อพิจารณาภาพรวมของต้นทุนและกำหนดเวลาที่ต้องส่งมอบ ประสิทธิภาพที่แท้จริงเกิดจากการเลือกระดับความหยาบของจานขัดที่เหมาะสมกับงานทั้งกระบวนการ ไม่ใช่แค่ความเร็วในการตัดในช่วงเริ่มต้นเท่านั้น

การเลือกขนาดเกรนที่เหมาะสมตามประเภทของโลหะสำหรับจานขัด

สแตนเลสและเหล็กหล่อ: เกรนปานกลาง (36–60) เพื่อสมดุลและความต้านทานการอุดตัน

ขนาดเกรน (grit) ระหว่าง 36 ถึง 60 ได้กลายเป็นตัวเลือกหลักที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำงานกับวัสดุสแตนเลสและเหล็กหล่อ ช่วงเกรนระดับกลางนี้ให้สมดุลที่ดีระหว่างการขจัดวัสดุออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ กับการได้ผิวงานที่เรียบเนียนในระดับประมาณ 40 ถึง 60 ไมโครนิ้ว Ra นอกจากนี้ยังทนต่อปัญหาที่เรียกว่า "loading" ได้ดีกว่า ซึ่งหมายถึงการอุดตันของวัสดุขัดด้วยอนุภาคโลหะเหนียวที่มักเกาะติดกันและทำให้กระบวนการขัดเสียประสิทธิภาพลง วัสดุขัดชนิดเซอร์โคเนีย-อะลูมินา (zirconia alumina) แสดงประสิทธิภาพโดดเด่นเป็นพิเศษในช่วงเกรนนี้ เนื่องจากยังคงสามารถตัดวัสดุได้อย่างต่อเนื่องแม้ภายใต้แรงกดสูง ทั้งนี้เป็นเพราะโครงสร้างของวัสดุขัดจะแตกตัวออกอย่างควบคุมได้ขณะสึกหรอ ทำให้ขอบตัดใหม่ที่คมกริบโผล่ออกมาเสมอ อย่างไรก็ตาม หากใช้เกรนต่ำกว่า 36 จะก่อให้เกิดปัญหา เช่น การสะสมความร้อนมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้ผิวงานบิดงอหรือเกิดรอยร้าวจิ๋วได้ ในทางกลับกัน หากใช้เกรนสูงกว่า 60 ก็จะทำให้ความเร็วในการขัดลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และทำให้ล้อขัดเกิดปรากฏการณ์ "glazing" (ผิวแข็งและเรียบจนสูญเสียความสามารถในการขัด) โดยไม่มีการปรับปรุงคุณภาพผิวงานอย่างมีน้ำหนักสำหรับการขัดรอบแรก นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งคือ เกรนระดับกลางยังช่วยป้องกันปัญหา "work hardening" (การแข็งตัวของวัสดุจากการขัด) บนชิ้นส่วนสแตนเลส ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญยิ่งต่อการรักษาคุณสมบัติการต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นส่วนสำเร็จรูปไว้ให้ครบถ้วน

เหล็กกล้าอ่อนและอลูมิเนียม: เมื่อเม็ดขัดแบบหยาบ (24–36) หรือแบบละเอียด (80–120) ให้ผลลัพธ์ยอดเยี่ยม

เมื่อทำงานกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ การใช้กระดาษทรายที่มีเกรนหยาบมากเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผล แผ่นขัดแบบหยาบในช่วงเกรน 24 ถึง 36 จะให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับงานที่ต้องการกำจัดวัสดุอย่างรวดเร็ว เช่น การขัดรอยเชื่อมให้เรียบ ในทางกลับกัน กระดาษทรายแบบละเอียดในช่วงเกรน 80 ถึง 120 จะให้ผิวเรียบเนียนและสม่ำเสมอ ซึ่งจำเป็นก่อนการพ่นสีหรือเคลือบผิวด้วยสารอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อทำงานกับอลูมิเนียม สถานการณ์จะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย กระดาษทรายแบบหยาบ (เกรน 24–36) ที่มีส่วนประกอบของอะลูมิเนียมออกไซด์นั้นสามารถทนต่อปัญหาการอุดตันได้ดีกว่าในระหว่างการขัดหนัก โดยเฉพาะเมื่อทำงานกับชิ้นส่วนอลูมิเนียมที่มีความหนา แต่สำหรับแผ่นอลูมิเนียมบางๆ นั้นเรื่องราวจะต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง การใช้กระดาษทรายแบบหยาบดังกล่าวอาจทำให้โลหะบิดงอได้ ดังนั้นช่างขัดที่มีประสบการณ์ส่วนใหญ่จึงเปลี่ยนไปใช้กระดาษทรายเกรนประมาณ 60 หรือละเอียดกว่านั้นทันที เพื่อให้ได้ผิวสัมผัสที่สมบูรณ์แบบปราศจากรอยขีดข่วน—ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะเมื่อเตรียมผิวก่อนการชุบอะโนไดซ์ หรือรักษาคุณลักษณะด้านรูปลักษณ์ กระดาษทรายในช่วงเกรน 80–120 จึงกลายเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง อีกทั้งข้อมูลจากภาคอุตสาหกรรมยังเผยให้เห็นสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับปัญหาการขัดอลูมิเนียมอีกด้วย ประมาณร้อยละ 60 ของข้อบกพร่องทั้งหมด รวมถึงรอยเปื้อน รอยไหม้ และผิวไม่สม่ำเสมอ เกิดขึ้นโดยตรงจากการเลือกขนาดเกรนของกระดาษทรายที่ไม่เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ จึงควรใช้กระดาษทรายแบบละเอียดร่วมกับแรงกดมือที่เบากว่า และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนเพียงพอตลอดกระบวนการ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปรากฏการณ์การเลือนของผิวจากความร้อน

ปัจจัยที่ไม่ใช่เกรน (Grit) แต่มีความสำคัญยิ่งซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของจานเจียร

ความแข็งของสารยึดเกาะและชนิดของเม็ดเกรน—ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสองปัจจัยนี้กับขนาดของเกรนในการขัดโลหะ

ขนาดของเม็ดขัด (Grit size) ให้จุดเริ่มต้นสำหรับการคาดการณ์ประสิทธิภาพของแผ่นขัด แต่สิ่งที่แท้จริงแล้วสำคัญยิ่งกว่านั้นคือ ความแข็งของสารยึดเกาะ (binder hardness) ทำงานร่วมกับชนิดของเม็ดขัด (grain type) อย่างไร เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการจริงๆ สารยึดเกาะจำเป็นต้องมีความแข็งในระดับที่เหมาะสมพอดี หากมีความนุ่มเกินไป เม็ดขัดจะหลุดร่วงออกมาก่อนเวลาอันควร ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้สูญเสียค่าใช้จ่ายในการซื้อวัสดุขัดโดยเปล่าประโยชน์ แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอีกด้วย แต่หากสารยึดเกาะแข็งเกินไป แผ่นขัดจะไม่สามารถทำความสะอาดตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการใช้งาน ส่งผลให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น การร้อนจัดเกินไป การเกิดผิวเคลือบ (surface glazing) และในที่สุดอาจทำให้กระบวนการตัดหยุดชะงักลงทั้งหมด ชนิดของเม็ดขัดที่เลือกใช้ก็มีผลต่อประสิทธิภาพอย่างมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมออกไซด์ (aluminum oxide) ซึ่งมักพบในแผ่นขัดเกรด 24 ถึง 60 นั้น มีการสลายตัวอย่างสม่ำเสมอและคาดการณ์ได้ จึงสามารถขจัดวัสดุได้อย่างสม่ำเสมอเมื่อใช้กับพื้นผิวสแตนเลส ในทางกลับกัน โซโคเนีย-อะลูมินา (zirconia alumina) เหมาะสมกว่าสำหรับงานขัดแบบหยาบ ซึ่งครอบคลุมเกรด 36 ถึง 80 วัสดุชนิดนี้ทนต่อแรงกดดันหนักได้ดีกว่ามาก และยังคงรักษาประสิทธิภาพในการตัดได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานขึ้น งานวิจัยที่เผยแพร่ในปี ค.ศ. 2023 ชี้ให้เห็นว่า เมื่อผู้ผลิตสามารถจับคู่สารยึดเกาะกับเม็ดขัดได้อย่างเหมาะสม จะส่งผลให้อัตราการขจัดวัสดุ (material removal rate) เพิ่มขึ้นประมาณ 19% เมื่อเทียบกับแผ่นขัดที่องค์ประกอบทั้งสองไม่สอดคล้องกันอย่างเหมาะสม ดังนั้น แม้ขนาดเกรด (grit size) จะบ่งบอกถึงศักยภาพโดยรวมของแผ่นขัด แต่คุณภาพของสารยึดเกาะและการเลือกชนิดของเม็ดขัดต่างหากที่เป็นตัวกำหนดว่า ศักยภาพนั้นจะสามารถแปลงเป็นประสิทธิภาพจริงบนพื้นโรงงาน (shop floor) ได้หรือไม่ ภายใต้สภาพแวดล้อมการใช้งานจริงกับโลหะต่างๆ ทุกวัน