Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Бавыкин О.Б., Пацук Е.В.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

/УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/

Алгоритм построения многомерной шкалы, предназначенной для оценки свойств поверхности и построенной с применением теории фракталов

Ранее, в результате проведенного анализа научных работ [1], было установлено, что фрактальная размерность поверхности (параметр D) может использоваться для определения эксплуатационных свойств деталей. Такой подход особенно актуален для материалов, полученных нетрадиционными современными методами обработки [2 - 4].

Выявленные корреляции между фрактальной размерностью и свойствами поверхности дают основания для разработки многомерной шкалы. Это позволит, имея на выходе один параметр (фрактальную размерность), адекватно оценивать структурно-динамические характеристики поверхности и при необходимости менять параметры режима обработки в соответствии с заданными требованиями.

Ниже описан возможный алгоритм построения подобной шкалы. Предполагается, что она будет включать в себя шкалы фрактальной размерности поверхностного слоя, его свойств и параметров режима обработки материала.

На первом шаге необходимо определить характеристики поверхностного слоя материала, связанные с фрактальной размерностью [1]. Например, для электрохимически обработанной поверхности ими могут быть [5]:

- геометрический параметр шероховатости поверхности (R_a);

- скорость растравливания по границам зерен (F).

Кроме того, нужно качественно оценить корреляцию параметра D и свойств поверхности. Для примера выше с увеличением фрактальной размерности происходит рост значений параметров R_a и F.

На втором шаге создания многомерной шкалы необходимо решить следующие задачи:

- выбрать средство измерений фрактальной размерности поверхности;

- количественно оценить взаимосвязь параметра D и свойств поверхности;

- выявить влияние режимов обработки материала на фрактальную размерность его поверхности;

- по полученным данным сформировать шкалы и установить их метрологические характеристики.

В качестве средства измерений параметра D хорошо зарекомендовали себя установки, основанные на совместном применении сканирующего зондового микроскопа и специализированного программного обеспечения [6].

Стоит отметить, что согласно проведенным в работе [7] исследованиям, такой популярный метод фрактального анализа разнообразных структур как метод Херста (R/S-анализ), в рамках которого вычисляется показатель Херста (параметр H), не подходит для изучения инженерной поверхности. Установлено, что на результат вычисления параметра H оказывает влияние направление создания временного ряда.

Для исследования влияния режимов обработки на свойства поверхности можно воспользоваться методами математического моделирования [3].

При определении метрологических характеристик шкал стоит иметь ввиду, что фрактальная размерность поверхности изменяется в интервале от 2 до 3. При этом значения параметра D близкие к 2 свидетельствуют о том, что поверхность гладкая, а значения в районе 3 говорят о высокой изрезанности ее рельефа.

На третьем этапе построения многомерной шкалы, предназначенной для оценки свойств поверхности и построенной с применением теории фракталов, остается разработать алгоритм применения созданной многомерной шкалы и сформулировать требования к содержанию результатов применения шкалы. Возможный вид многомерной шкалы представлен в работах [5] и [8].

Литература:

1. Бавыкин О.Б. Взаимосвязь свойств поверхности и ее фрактальной размерности / О.Б. Бавыкин, О.Ф. Вячеславова // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 1. № 1 (15). С. 14-18.

2. Потапов А.А., Булавкин В.В., Герман В.А., Вячеславова О.Ф. Исследование микрорельефа обработанных поверхностей с помощью методов фрактальных сигнатур // ЖТФ. 2005. Т. 75, № 5. С. 28 – 45.

3. Бавыкин О.Б. Формирование наименьшего значения шероховатости поверхности деталей машин на основе выбора оптимальных режимов размерной электрохимической обработки / О.Б. Бавыкин, О.Ф. Вячеславова // Известия МГТУ «МАМИ». 2010. № 2 (10). С. 102-107.

4. Вячеславова О.Ф. Применение фрактального анализа для описания и оценки стохастически сформированных поверхностей / О.Ф. Вячеславова, О.Б. Бавыкин // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. Т. 2. № 2 (14). С. 61-63.

5. Бавыкин О.Б. Фрактальная многомерная шкала, предназначенная для управления режимом размерной ЭХО и оценки его выходных данных / О.Б. Бавыкин // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. Т. 2. № 2 (14). С. 218-219.

6. Бавыкин О.Б. Комплексная оценка качества поверхности и эксплуатационных свойств изделий из наноматериалов / О.Б. Бавыкин, О.Ф. Вячеславова // Автомобильная промышленность. 2012. № 3. С. 36-37.

7. Потапов А.А. Применения фрактального анализа для оценки качества инженерной поверхности и динамических свойств ее структуры / А.А. Потапов, О.Ф. Вячеславова, О.Б. Бавыкин // Механические свойства современных кон-струкционных материалов: тез. междунар. науч. конф. М., 2012. С. 197-199.

8. Бавыкин О.Б. Оценка качества поверхности машиностроительных изделий на основе комплексного подхода с применением многомерной шкалы / О.Б. Бавыкин // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. № 1 (13). С. 139-142.