Аналіз кореляцій між фрактальною розмірністю  та параметрами шорсткості фрезерованої поверхні

Наталія Олександрівна Балицька; Олександр Іванович Прилипко; Андрій Миколайович Шостачук; Лариса Євгеніївна Глембоцька; Олександр Леонідович Мельник

doi:10.26642/ten-2023-1(91)-26-33

Автор(и)

Наталія Олександрівна Балицька Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-1363-8110
Олександр Іванович Прилипко Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-0783-1942
Андрій Миколайович Шостачук Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-4924-1222
Лариса Євгеніївна Глембоцька Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-7234-4246
Олександр Леонідович Мельник Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-7081-7513

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2023-1(91)-26-33

Ключові слова:

режими різання, торцеве фрезерування, текстура поверхні, фрактальний аналіз

Анотація

Функціональні властивості виробів залежать від комплексу факторів, при цьому одним із основних факторів є текстура їх поверхонь. Це пояснює значну увагу до визначення та формування таких параметрів текстури механічно обробленої поверхні, які б забезпечували необхідний рівень коефіцієнтів тертя під час ковзання та кочення, змочуваності, контактної жорсткості, зносостійкості за змінних навантажень, корозійної стійкості, маслоємності тощо. У роботі представлено результати дослідження кореляційного зв’язку між параметрами шорсткості і фрактальною розмірністю розподілу елементів площі поверхонь зразків з алюмінієвого сплаву Д16Т після торцевого фрезерування при змінних режимах різання. Було проведено два однофакторні експерименти, в першому змінним фактором була глибина різання, в другому – величина подачі, при цьому швидкість різання залишалася постійною. За допомогою щупового профілографа вимірювалися параметри шорсткості оброблених поверхонь. Визначення фрактальної розмірності Гаусдорфа виконувалося в програмі Gwyddion. Математична обробка результатів експериментального дослідження здійснювалася із застосуванням вибіркового коефіцієнта кореляції Пірсона. Це дозволило встановити наявність кореляційного зв’язку між параметрами шорсткості і фрактальною розмірністю поверхонь зразків зі сплаву Д16Т після торцевого фрезерування при змінних режимах різання. Обговорюються результати проведеного аналізу кореляційного зв’язку між параметрами шорсткості і фрактальною розмірністю поверхонь зразків. Обґрунтована необхідність подальших наукових пошуків для більш глибокого розуміння фізичних явищ, які відповідальні за весь комплекс параметрів текстури фрезерованої поверхні та їх вплив на функціональні властивості поверхонь виробів.

Посилання

DSTU ISO 4287:2012. Tekhnichni vymohy do heometrii vyrobiv (GPS). Struktura poverkhni. Profilnyi metod. Terminy, vyznachennia poniat i parametry struktury.

Balytska, N.O., Moskvin, P.P. and Melnychuk, P.P. (2023), «Multyfraktalnyi analiz tekstury mekhanichno obroblenoi poverkhni», Suchasni pytannia vyrobnytstva ta remontu v promyslovosti i na transporti, materialy 23-ho Mizhnarodnoho naukovo-tekhnichnoho seminaru, 15–16 bereznia, ATM Ukrainy, Kyiv, рр. 3–5.

ISO 25178-2:2021. Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Areal – Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters.

Moskvin, P.P., Balytska, N.O., Kryzhanivskyi, V.B. and Melnychuk, P.P. (2022), «Multyfraktalni parametry poverkhnevoho mikroreliefu, sformovanoho tortsevym frezeruvanniam», Inzheneriia poverkhni ta renovatsiia vyrobiv, materialy 22-yi Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii, 15–16 chervnia, ATM Ukrainy, Kyiv, рр. 90–93.

Mandelbrot, B.B. (1982), The fractal geometry of nature, Freeman, San Francisco, 462 р.

Benoît, V. Mandelbrot (1977), Fractals: Form, chance, and dimension, Freeman, San-Francisco, 346 р.

Klymenko, S.A., Melniichuk, Yu.O. and Vstovskyi, H.V. (2009), «Fraktalna parametryzatsiia struktury materialiv, yikh obrobliuvanist rizanniam ta znosostiikist rizalnoho instrumentu», INM im. V.M. Bakulia, Kyiv, 171 р.

Zuo, X., Zhu, H., Zhou, Y. et al. (2016), «Development of fractal dimension and characteristic roughness models for turned surface of carbon steels», Fractals, No. 24 (4), doi: 10.1142/S0218348X16500420.

Mukhopadhyay, A., Barman, M. and Sahoo, P. (2019), «Optimization of fractal dimension of turned AISI 1040 steel surface considering different cutting conditions: fractal dimension of turned steel surface», IJSEIMS, No. 7 (2), pp. 19–33.

Petropoulos, G., Bouzid, W., Pandazaras, C. and Dramalis, D. (2006), «Fractal geometry of metal surfaces obtained by turning», Materials Technology, No. 21 (3), pp. 163–169.

Mao, H., Jiao, L., Yi, J. et al. (2017), «Surface quality evaluation in meso-scale end-milling operation based on fractal theory and the Taguchi method», Int J Adv Manuf Technol, No. 91 (1–4), pp. 657–665.

Zuo, X., Zhu, H., Zhou, Y. and Yang, J. (2017), «Estimation of fractal dimension and surface roughness based on material characteristics and cutting conditions in the end milling of carbon steels», Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, No. 231 (8), pp. 1423–1437.

El-sonbaty, I.A., Khashaba, U.A., Selmy, A.I. and Ali, A.I. (2008), «Prediction of surface roughness profiles for milled surfaces ‎using an artificial neural network and fractal geometry approach», J. Materials Processing Technology, No. 200, pp. 271–278.‎

Gan, B., Huang, Y.J. and Zheng, G.X. (2010), «Prediction of Surface Roughness Profiles for Milling Process with Fractal Parameters Based on LS-SVM», In Advanced Materials Research, Vol. 97–101, pp. 1186–1193, doi: 10.4028/www.scientific.net/amr.97-101.1186.

Moskvin, P., Balytska, N., Melnychuk, P. et al. «Special features in the application of fractal analysis for examining the surface microrelief formed at face milling», EEJET, No. 2 (1–86), pp. 9–15, doi: 10.15587/1729-4061.2017.96403.

Moskvin, P.P., Balytska, N.O., Kryzhanivskyi, V.B. and Melnychuk, P.P. (2022), «Multyfraktalni parametry poverkhnevoho mikroreliefu, sformovanoho tortsevym frezeruvanniam», Inzheneriia poverkhni ta renovatsiia vyrobiv, materialy 22-yi Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii, 15–16 chervnia, ATM Ukrainy, Kyiv, рр. 90–93.

Perehuda, O.V., Kapustian, O.A. and Kurylko, O.B. (2022), Statystychna obrobka danykh, navch. posib., Elektronne vydannia, 103 p.

Список використаної літератури:

ДСТУ ISO 4287:2012. Технічні вимоги до геометрії виробів (GPS). Структура поверхні. Профільний метод. Терміни, визначення понять і параметри структури.

Балицька Н.О. Мультифрактальний аналіз текстури механічно обробленої поверхні / Н.О. Балицька, П.П. Москвін, П.П. Мельничук // Сучасні питання виробництва та ремонту в промисловості і на транспорті : матеріали 23-го Міжнародного наук.-тех. семінару, 15–16 березня. – Київ : АТМ України, 2023. – С. 3–5.

ISO 25178-2:2021. Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Areal – Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters.

Мультифрактальні параметри поверхневого мікрорельєфу, сформованого торцевим фрезеруванням / П.П. Москвін, Н.О. Балицька, В.Б. Крижанівський, П.П. Мельничук // Інженерія поверхні та реновація виробів : матеріали 22-ї Міжнародної науково-технічної конференції, 15–16 червня. – Київ : АТМ України, 2022. – С. 90–93.

Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature / B.B. Mandelbrot. – San Francisco : Freeman, 1982. – 462 c.

Benoît В. Mandelbrot Fractals: Form, chance, and dimension / В. Mandelbrot Benoît. – San-Francisco : Freeman. – 1977. – 346 с.

Клименко С.А. Фрактальна параметризація структури матеріалів, їх оброблюваність різанням та зносостійкість різального інструменту / С.А. Клименко, Ю.О. Мельнійчук, Г.В. Встовський. – Київ : ІНМ ім. В.М. Бакуля, 2009. – 171 с.

Development of fractal dimension and characteristic roughness models for turned surface of carbon steels / X.Zuo, H.Zhu, Y.Zhou and other. – Fractals. – 2016. – № 24 (4). DOI: 10.1142/S0218348X16500420.

Mukhopadhyay A. Optimization of fractal dimension of turned AISI 1040 steel surface considering different cutting conditions: fractal dimension of turned steel surface / A.Mukhopadhyay, M.Barman, P.Sahoo // IJSEIMS. – 2019. – № 7 (2). – Р. 19–33.

Fractal geometry of metal surfaces obtained by turning / G.Petropoulos, W.Bouzid, C.Pandazaras, D.Dramalis // Materials Technology. – 2006. – № 21 (3), рр. 163–169.

Surface quality evaluation in meso-scale end-milling operation based on fractal theory and the Taguchi method / H.Mao, L.Jiao, J.Yi and other // Int J Adv Manuf Technol. – 2017. – № 91 (1–4). – Р. 657–665.

Estimation of fractal dimension and surface roughness based on material characteristics and cutting conditions in the end milling of carbon steels / X.Zuo, H.Zhu, Y.Zhou, J.Yang // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2017. – № 231 (8). – Р. 1423–1437.

Prediction of surface roughness profiles for milled surfaces ‎using an artificial neural network and fractal geometry approach / I.A. El-sonbaty, U.A. Khashaba, A.I. Selmy, A.I. Ali // J. Materials Processing Technology – 2008‎‎. – № 200. – Р. 271–278.‎

Gan B. Prediction of Surface Roughness Profiles for Milling Process with Fractal Parameters Based on LS-SVM / B.Gan, Y.J. Huang, G.X. Zheng // In Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 97–101, pp. 1186–1193. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.97-101.1186.

Special features in the application of fractal analysis for examining the surface microrelief formed at face milling // P.Moskvin, N.Balytska, P.Melnychuk and other // EEJET. – 2017. – № 2 (1–86). – Р. 9–15. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.96403.

Мультифрактальні параметри поверхневого мікрорельєфу, сформованого торцевим фрезеруванням / П.П. Москвін, Н.О. Балицька, В.Б. Крижанівський, П.П. Мельничук // Інженерія поверхні та реновація виробів : матеріали 22-ї Міжнародної науково-технічної конференції, 15–16 червня. – Київ : АТМ України, 2022. – С. 90–93.

Перегуда О.В. Статистична обробка даних : навч. посіб. / О.В. Перегуда, О.А. Капустян, О.Б. Курилко. ‒ Електронне видання, 2022. ‒ 103 с.