Анализ профилей шероховатости стальных поверхностей после электроэрозионной обработки

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.

1. Григорьев С. Н., Телешевский В. И. Проблемы измерений в технологических процессах формообразования // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 3–7. https://www.elibrary.ru/oalvlr

2. Григорьев 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/pjwdxh

3. Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2012, vol. 1, no. 1, pp. 238–243. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.043

4. Grigoriev S. N., Martinov G. M. Procedia CIRP, 2016, no. 46, pp. 525–528. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.04.036

5. Majumdar A., Bhushan B. Characterization and Modeling of Surface Roughness and Contact Mechanics, Handbook of Micro/Nano Tribology, CRC Press, 1999, 59 p.

6. Федотов А. А. Спектр мощности как характеристика шероховатости поверхности // Фотоника. 2010. № 6. С. 18– 21. https://www.elibrary.ru/oakvpj

7. 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/tbgqij

8. 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.2011.05.006

9. Maaboudallah F., Atalla N. Computational Mechanics, 2021, no. 67(4), pp. 1–19. https://doi.org/10.1007/s00466-021-02003-7

10. Najah M., Maaboudallah F., Boucherit M., and Ferguson M. Tribology International, 2021, no. 165(2), 107339. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107339

11. Абрамов 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/kwawkf

12. 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.

13. 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.35.000998

14. Марков 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.2020-8-20-27

15. Бавыкин 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/qimdff

16. Григорьев А. Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей. Минск: Белорусская наука, 2016. 247 с.

17. 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.

18. 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.

19. Тихомиров В. П., Измеров М. А. Контактная механика фрактальных поверхностей // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. № 1(45). C. 60–66.

20. 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/20183804013

21. Денисов С. И., Витренко А. Н. Особенности отражения света от фрактальной поверхности // Вестник СумГУ. 2001. № 3–4. С. 38–42.

22. 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.

23. 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.

24. 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).

25. 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/PMTF20180315

26. 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.

27. 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.

28. 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).

29. 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.

30. 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/umqdnf

31. Башевская 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/xxmasd

32. Иванов 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/vaszav