izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-9-38-45izmertech-2038Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSАнализ профилей шероховатости стальных поверхностей после электроэрозионной обработкиThe analysis of the measurement information on electrical discharge machined steel surfaceshttps://orcid.org/0000-0002-8239-5354ГригорьевС. Н.GrigorievS. N.

Сергей Николаевич Григорьев

Москва

Sergey N. Grigoriev

Moscow

s.grigoriev@stankin.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1041-4218МастеренкоД. А.MasterenkoD. A.

Дмитрий Александрович Мастеренко

Москва

Dmitry A. Masterenko

Moscow

d.masterenko@stankin.ruhttps://orcid.org/0009-0001-2499-5730СкопцовЭ. С.SkoptsovE. S.

Эдуард Сергеевич Скопцов

Москва

Eduard S. Skoptsov

Moscow

ed_skopczow@mail.ruМосковский государственный технологический университет «СТАНКИН»РоссияMoscow State University of Technology “STANKIN”Russian Federation202317102023093845Copyright © Григорьев С.Н., Мастеренко Д.А., Скопцов Э.С., 20232023Григорьев С.Н., Мастеренко Д.А., Скопцов Э.С.Grigoriev S.N., Masterenko D.A., Skoptsov E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2038

Рассмотрена электроэрозионная обработка как один из распространённых и эффективных способов изготовления труднообрабатываемых деталей. Исследована зависимость характеристик поверхности жаропрочных стальных образцов от параметров электроэрозионной обработки. Образцы с помощью электроэрозионного станка обработаны в различных режимах в соответствии с полнофакторным планом эксперимента, позволяющим реализовать все возможные комбинации параметров обработки. Для оценки состояния обработанной поверхности всех образцов измерены шероховатости поверхности в продольном и поперечном направлениях обработки. Приведены результаты анализа оценки полученных профилей шероховатости поверхности. Подтверждён ранее известный вывод о том, что средняя высота неровностей увеличивается с увеличением тока импульса. Установлено, что наряду с этим изменяется и фрактальная размерность профиля в диапазоне масштабов 20–500 мкм, рассчитанная с использованием функции «площадь – масштаб». Проведён спектральный анализ микронеровностей по значениям накопленной спектральной мощности профиля шероховатости поверхности стальных образцов и показано, что основной вклад в образование микронеровностей вносят пространственные частоты не более 0,05 мкм–1. Полученные результаты позволят получить поверхности с необходимыми оптическими и  адгезионными свойствами путём выбора параметров обработки образцов на электроэрозионном оборудовании.

The problem of studying the characteristics of the surface of heat-resistant steel samples after electrical discharge machining is considered as one of the most common and effective methods for manufacturing hard-to-machine parts, depending on the processing parameters. For the purposes of the study, samples were processed on an electrical discharge machine in various processing modes in accordance with a full-factorial experimental plan, which makes it possible to implement all possible combinations of processing parameters. To assess the state of the treated surface, the surface roughness of all obtained samples was measured in the longitudinal and transverse directions. The results of the analysis of the evaluation of the obtained surface roughness profi les are presented. The previously known conclusion that the average height of irregularities increases with increasing pulse current is confi rmed. It has been established that, along with this, the fractal dimension of the profi le also changes in the scale range of 20–500 μm, calculated on the basis of the “area – scale” function. A spectral analysis of microroughnesses based on the accumulated spectral power of the surface roughness profi le of steel samples was carried out, as a result of which it was shown that the main contribution to their formation is made by spatial frequencies in the range up to 0.05 μm–1. The results obtained will be useful in planning the modes of electrical discharge machining, depending on the functional purpose of the surfaces.

шероховатостьпараметры шероховатостиспектрспектральная плотность мощностиэлектроэрозионная обработкафрактальная размерностьroughnessroughness parametersspectrumspectral power densityelectrical discharge machiningfractal dimensionРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSFS-2021-0003).This work was supported fi nancially by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project no. FSFS-2021-0003).ReferencesГригорьев С. Н., Телешевский В. И. Проблемы измерений в технологических процессах формообразования // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 3–7. https://www.elibrary.ru/oalvlrGrigoriev S. N., Teleshevskii V. I. Measurement Techniques, 2011, vol. 54, no. 7, pp. 744–749. https://doi.org/10.1007/s11018-011-9798-5Григорьев С. Н., Мастеренко Д. А., Телешевский В. И. Емельянов П. Н. Современное состояние и перспективы развития метрологического обеспечения машиностроительного производства // Измерительная техника. 2013. № 11. С. 56–59. https://www.elibrary.ru/pjwdxhGrigoriev S. N., Masterenko D. A., Teleshevskii V. I., and Emelyanov P. N. Measurement Techniques, 2013, vol. 55. no. 11, pp. 1311–1315. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0126-0Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2012, vol. 1, no. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2012, vol. 1, no. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2016, no. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2016, no. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036Majumdar A., Bhushan B. Characterization and Modeling of Surface Roughness and Contact Mechanics, Handbook of Micro/Nano Tribology, CRC Press, 1999, 59 p.Majumdar A., Bhushan B. Characterization and Modeling of Surface Roughness and Contact Mechanics, Handbook of Micro/Nano Tribology, CRC Press, 1999, 59 p.Федотов А. А. Спектр мощности как характеристика шероховатости поверхности // Фотоника. 2010. № 6. С. 18– 21. https://www.elibrary.ru/oakvpjFedotov A. A. Power-density spectrum as the surface roughness characteristic. Fotonika, 2010, no. 6, pp. 18–21. (In Russ.)Федотов А. А. Исследование шероховатости поверхностей твёрдых тел применительно к задачам трибологии и механики разрушения // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2011. № 4(4). С. 1825–1827. https://www.elibrary.ru/tbgqijFedotov A. A. Issledovanie sherohovatosti poverhnostej tvyordyh tel primenitel’no k zadacham tribologii i mekhaniki razrusheniya. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo, 2011, no. 4(4), pp. 1825–1827. (In Russ.)Yastrebov V. A., Durand J., Proudhon H., and Cailletaud G. Comptes Rendus Mécanique, 2011, no. 339(7), pp. 473–490. https://doi.org/10.1016/j.crme.2011.05.006Yastrebov V. A., Durand J., Proudhon H., and Cailletaud G. Comptes Rendus Mécanique, 2011, no. 339(7), pp. 473–490. https://doi.org/10.1016/j.crme.2011.05.006Maaboudallah F., Atalla N. Computational Mechanics, 2021, no. 67(4), pp. 1–19. https://doi.org/10.1007/s00466-021-02003-7Maaboudallah F., Atalla N. Computational Mechanics, 2021, no. 67(4), pp. 1–19. https://doi.org/10.1007/s00466-021-02003-7Najah M., Maaboudallah F., Boucherit M., and Ferguson M. Tribology International, 2021, no. 165(2), 107339. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107339Najah M., Maaboudallah F., Boucherit M. and Ferguson M. Tribology International, 2021, no. 165(2), 107339. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107339Абрамов А. Д. Определение шероховатости шлифованных поверхностей на основе анализа их автокорреляционных функций // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2008. Т. 10. № 3. C. 887–894. https://www.elibrary.ru/kwawkfAbramov A. D. Determination of a grinding fi nish roughness on basis of analysis autocorrelation function. Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, 2008, vol. 10, no. 3, pp. 887–894. (in Russ.)Оразбаев Б. Д., Осовицкий А. Н. Расчётный и экспериментальный анализ характеристик анализатора спектра шероховатости поверхности // Вестник РУДН. Серия Математика. Информатика. Физика. 2011. № 4. С. 135–143.Orazbaev B. D., Osovickij A. N. Raschyotnyj i eksperimental’nyj analiz harakteristik analizatora spektra sherohovatosti poverhnosti. Vestnik RUDN. Seriya Matematika. Informatika. Fizika, 2011, no. 4, pp. 135–143. (In Russ.)Ghodrati S., Kandi S.G., Mohseni M. Journal of the Optical Society of America A, 2018, vol. 6, no. 35, 998. https://doi.org/10.1364/JOSAA.35.000998Ghodrati S., Kandi S.G., Mohseni M. Journal of the Optical Society of America A, 2018, vol. 6, no. 35, 998. https://doi.org/10.1364/JOSAA.35.000998Марков Б. Н., Мастеренко Д. А., Емельянов П. Н., Телешевский В. И. Алгоритмизация вычисления фрактальных параметров рельефа шероховатой поверхности по ГОСТ Р ИСО 25178-2-2014 // Измерительная техника. 2020. № 8. С. 20–27. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-8-20-27Markov B. N., Masterenko D. A., Emelyanov P. N., and Teleshevskiy V. I., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, no. 8, pp. 610–618. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01830-zБавыкин О. Б., Вячеславова О. Ф. Взаимосвязь свойств поверхности и её фрактальной размерности // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 1. № 1(15). С. 14–18. https://www.elibrary.ru/qimdffBavykin O. B., Vyacheslavova O. F. Relationship of surface properties and its fractal dimensions. Izvestiya MGTU “MAMI”, 2013, vol. 1, no. 1 (15), pp. 14–18. (in Russ.)Григорьев А. Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей. Минск: Белорусская наука, 2016. 247 с.Grigor’ev A. Ya. Fizika i mikrogeometriya tekhnicheskih poverhnostej [Physics and microgeometry of technical surfaces], Minsk, Belorusskaya nauka, 2016, 247 p. (In Russ.)Алтайский М. В., Иванов В. В., Коренев С. А., Орелович О. Л., Пузынин И. В., Черник В. В. Образование фрактальных структур на поверхности материалов, облучаемых сильноточными электронными и ионными пучками // Краткие сообщения ОИЯИ. 1997. №. 2(82). pp. 37–46.Altajskij M. V., Ivanov V. V., Korenev S. A., Orelovich O. L., Puzynin I. V., Chernik V. V. Fractal Structure Formation on the Surfaces of Solids Subjected to High Intensity Electron and Ion Treatment, JINR Rapid Communacations, 1997, no. 2(82), pp. 37–46. (In Russ.)Савенков Г. Г., Барахтин Б. К. Связь фрактальной размерности поверхности разрушения с комплексом стандартных характеристик материала на растяжение // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. № 6. С. 177–184.Savenkov G. G., Barahtin B. K. Relation of the fractal dimension of the fracture surface with a set of standard tension characteristics of the material. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2011, vol. 52, no. 6, pp. 997–1003. https://doi.org/10.1134/S0021894411060186Тихомиров В. П., Измеров М. А. Контактная механика фрактальных поверхностей // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. № 1(45). C. 60–66.Tihomirov V. P., Izmerov M. A. Kontaktnaya mekhanika fraktal’nyh poverhnostej. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2015, no. 1(45), pp. 60–66. (In Russ.)Shen J., Gong Y., Meng H. and Yang J. 4th International Conference on Energy Materials and Environment Engineering (ICEMEE 2018), 2018, vol. 38, 04013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183804013Shen J., Gong Y., Meng H. and Yang J., 4th International Conference on Energy Materials and Environment Engineering (ICEMEE 2018), 2018, vol. 38, 04013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183804013Денисов С. И., Витренко А. Н. Особенности отражения света от фрактальной поверхности // Вестник СумГУ. 2001. № 3–4. С. 38–42.Denisov S. I., Vitrenko A. N. Osobennosti otrazheniya sveta ot fraktal’noj poverhnosti. Vestnik SumGU, 2001, no. 3–4, pp. 38–42. (In Russ.)Потапов А. А., Лактюнькин А. В. О статистических свойствах поля, рассеянного фрактальной шероховатой поверхностью // Труды Международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн – ИРЭМВ-2007», Таганрог, 25–30 июня 2007 г. Таганрог: Издво ТТИ ЮФУ, 2007. Т. 1. С. 435–440.Potapov A. A., Laktyun’kin A. V. Proceedings of the International Scientifi c Conference “Izluchenie i rasseyanie elektromagnitnyh voln – IREMV-2007”, Taganrog, Russia, June 25–30, 2007, Taganrog, TTI YuFU Publ., 2007, vol. 1, pp. 435–440. (In Russ.)Алиджанов Э. К., Лантух Ю. Д., Раздобреев Д. А. Концепция фрактала для описания рассеяния света кластерами коллоидных растворов // Труды Всероссийской научнометодической конференции « Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры» 26–27 января 2023 г. Оренбург, 2023. С. 2865–2873.Alidzhanov E. K., Lantuh Yu. D., Razdobreev D. A. Proceedings of the All-Russian Scientifi c and Methodological Conference “Universitetskij kompleks kak regional’nyj centr obrazovaniya, nauki i kul’tury”, 26–27 January 2023, Orenburg, Russia, 2023, pp. 2865–2873. (In Russ.)Ghodrati S., Mohseni M., and Kandi S. G. The 6th International Color & Coating Congress, Tehran, Iran, 10–12 November, 2015, available at: https://www.researchgate.net/profile/Mohsen-Mohseni/publication/288331767_Dependence_of_adhesion_strength_of_an_acrylic_clear_coat_on_fractal_dimension_of_abrasive_blasted_surfaces_using_image_processing/links/56a25a7e08ae232fb2019c67/Dependence-of-adhesion-strength-of-an-acrylic-clear-coat-on-fractal-dimension-of-abrasive-blasted-surfaces-using-image-processing.pdf (accessed: 19.07.2023).Ghodrati S., Mohseni M., and Kandi S. G., The 6th International Color & Coating Congress, Tehran, Iran, 10–12 November, 2015, available at: https://www.researchgate.net/profile/Mohsen-Mohseni/publication/288331767_Dependence_of_adhesion_strength_of_an_acrylic_clear_coat_on_fractal_dimension_of_abrasive_blasted_surfaces_using_image_processing/links/56a25a7e08ae232fb2019c67/Dependence-of-adhesion-strength-of-an-acrylic-clear-coat-on-fractal-dimension-of-abrasive-blasted-surfaces-using-image-processing.pdf (accessed: 19.07.2023).Козлов Г. В., Долбин И. В. Фрактальная модель структуры нанонаполнителя, влияющей на степень усиления нанокомпозитов полиуретан/углеродные нанотрубки // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т. 59. № 3. С. 141–144. https://doi.org/10.15372/PMTF20180315Kozlov G. V., Dolbin I. V. Fractal model of the nanofi ller structure affecting the degree of reinforcement of polyurethane– carbon nanotube nanocomposites. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2018. vol. 59, no. 3, pp. 508–510. https://doi.org/10.1134/S002189441803015XMarquardt T., Momber A., Subsequent mounting of brackets onto deteriorated coatings in a maritime or offshore environment using adhesives, Proceedings of the 6th International Conference on Adhesive Bonding (AB 2021), July 2021, Porto, Portugal. 2021.Marquardt T., Momber A. Subsequent mounting of brackets onto deteriorated coatings in a maritime or offshore environment using adhesives, Proceedings of the 6th International Conference on Adhesive Bonding (AB 2021), July 2021, Porto, Portugal, 2021.Валетов В. А., Медунецкий В. В. Обепечение качества поверхностей деталей на электроэрозионном оборудовании // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 2(78). С. 113–116.Valetov V. A., Meduneckij V. V. Obepechenie kachestva poverhnostej detalej na elektroerozionnom oborudovanii. Nauchno-tekhnicheskij vestnik informacionnyh tekhnologij, mekhaniki i optiki, 2012, no. 2(78), pp. 113–116. (In Russ.)Абляз Т. Р. Анализ качества обработанной поверхности детали после электроэрозионной обработки // Современные проблемы науки и образования. 2014. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=12593 (дата обращения: 28.06.2023).Ablyaz T. R. Modern problems of science and education, 2014, no. 2, available at: https://science-education.ru/ru/article/view?id=12593 (accessed: 2023.06.28). (In Russ.)Башевская О. С., Никитин А. А., Бушуев С. В. Метрологическое исследование микропрофиля и параметров шероховатости прецизионных деталей после электроэрозионной обработки // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2015. № 1(32). С. 58–64.Bashevskaya O. S., Nikitin A. A., Bushuev S. V. Metrologicheskoe issledovanie mikroprofi lya i parametrov sherohovatosti precizionnyh detalej posle elektroerozionnoj obrabotki. Vestnik MGTU “STANKIN”, 2015, no. 1(32), pp. 58–64. (In Russ.)Башевская О. С., Бушуев С. В., Никитин А. А., Ромаш Е. В., Подураев Ю. В. Выбор параметров шероховатости для оценки качества поверхности изделий после электроэрозионной обработки // Измерительная техника. 2015. № 8. С. 20–22. https://www.elibrary.ru/umqdnfBashevskaya O. S., Bushuev S. V., Nikitin A. A., Romash E. V.,Poduraev Y. V. Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 8, pp. 860– 863. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0808-xБашевская О. С., Бушуев С. В., Никитин А. А., Ромаш Е. В., Подураев Ю. В. Оценка шероховатости поверхности по параметрам кривизны выступов и впадин профиля // Измерительная техника. 2017. № 2. С. 20–23. https://www.elibrary.ru/xxmasdBashevskaya O. S., Bushuev S. V., Nikitin A. A., Romash Е. V., Poduraev Y. V. Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no. 2, pp. 128– 133. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1161-zИванов П. А., Раменская Е. В., Шапорев В. Д., Янковская Н. Ф., Жабинская А. Н. Влияние режимов электроэрозионной обработки на качество поверхностного слоя // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции, посвящённой Дню космонавтики. В 3-х томах / Под общей редакцией Ю. Ю. Логинова. Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М. Ф. Решетнёва, 2020. Т. 1. С. 10–12. https://www.elibrary.ru/vaszavIvanov P. A., Ramenskaya E. V., Shaporev V. D., Yankovskaya N. F., Zhabinskaya A. N. Infl uence of modes electrodischarge machining. Aktual’nye problemy aviacii i kosmonavtiki: Collection of reports VI International Scientifi c and Practical Conference. In 3 volums, ed. Yu. Yu. Loginov, Krasnoyarsk, Sibirskij gosudarstvennyj universitet nauki i tekhnologij im. akad. M. F. Reshetneva Publ., 2020, vol. 1, pp. 10–12. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.