Fractal and frequency based analysis of rough surfaces produced by different machining operations on hardened alloy steel parts

• Autorzy: Żak K.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2018-0004

Warianty tytułu

PL

Analiza topografii powierzchni utwardzonej stali stopowej metodami analizy fraktalnej i częstotliwościowej po różnych sposobach obróbki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an original approach to the characterization of the surface profiles/surface topographies produced on hardened steel parts using CBN tools. The experimental investigations involve recording of surface profiles and surface topographies for three different machining operations, namely hard turning, ball burnishing and superfinish in order to obtain a comparable value of the Sa (Ra) parameter of 0.2 μm. Both fractal and frequency analysis were performed in order to obtain the fractal dimension (Sfd) and the signal amplitude and the wavelength which were estimated from the power spectral density (PSD) spectra. The correlations between the Sz (Sa) roughness parameter and the fractal dimension were documented as well as appropriate relations with the frequency characteristics. In particular, the multi-fractal approach to the complex machined surfaces was discussed.

PL

W artykule przedstawiono opracowane nowe podejście do charakterystyki profili powierzchni/topografii powierzchni hartowanych stalowych elementów maszyn obrabianych przy użyciu narzędzi CBN. Badania eksperymentalne obejmowały określenie profili powierzchni i topografii powierzchni dla trzech różnych operacji obróbki – toczenia na twardo, nagniatania i dogładzania oscylacyjnego w celu uzyskania porównywalnej wartości parametru Sa (Ra) – 0,2 μm. Analizę fraktalną i częstotliwościową prowadzono dla ustalenia wymiaru fraktalnego (Sfd) oraz amplitudy sygnału i długości fali. Zostały oszacowane na podstawie gęstości widmowej mocy (PSD). Określono korelację pomiędzy parametrem chropowatości Sz (Sa) i wymiarem fraktalnym. Także ustalono ich zależności od charakterystyk częstotliwości. W szczególności uwzględniono w prowadzonej analizie multifraktalne podejście dla powierzchni złożonych.

Słowa kluczowe

EN

fractal analysis; frequency analysis; surface profile; surface topography; machining; hardened steel

PL

analiza fraktalna; analiza częstotliwościowa; profil powierzchni; topografia powierzchni; obróbka skrawaniem; stal utwardzona

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 42, nr 1-4
• Strony: 43--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Żak K.

• Faculty of Mechanical Engineering, Opole University of Technology, 45-271 Opole, 5th Mikolajczyka Str., Poland

Bibliografia

• [1] W. GRZESIK: Wpływ topografii powierzchni na właściwości eksploatacyjne części maszyn. Mechanik, 88(2015)8-9.
• [2] T. BURAKOWSKI: Areologia. Podstawy teoretyczne, Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2013.
• [3] P. PAWLUS: Topografia powierzchni, pomiar, analiza, oddziaływanie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2006.
• [4] K.E. OCZOŚ, V. LIUBIMOV: Struktura geometryczna powierzchni. Podstawy klasyfikacji z atlasem charakterystyk powierzchni kształtowanych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2003.
• [5] M. WIECZOROWSKI: Metrologia nierówności powierzchni, metody i systemy, Wydawnictwo ZAPOL, Szczecin 2013.
• [6] K. ŻAK, RZĄSA M.: Wykorzystanie wymiaru fraktalnego do identyfikacji podobieństwa powierzchni. Mechanik, 85(2012), 1868-1869.
• [7] WHITEHOUSE D.J.: Fractal or fiction. Wear, 249(2001), 345-353.
• [8] WIECZOROWSKI M., Wykorzystanie analizy topograficznej w pomiarach nierówności powierzchni, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Nr 429, Rozprawy, Poznań 2009.
• [9] HASEGAWA M., LIU, J., OKUDA K., NUNOBIKI M.: Calculation of the fractal dimensions of machined surface profiles. Wear, 192(1996), 40-45.
• [10] GRZESIK W., RECH J., ŻAK K.: Characterization of surface textures generated on hardened steel parts in high-precision machining operations. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 78(2015)9-12, 2049-2056.
• [11] BROWN Ch.A., JOHNSEN W.A., HULT K.M.: Scale-sensitivity, Fractal analysis and simulations. International Journal Machine Tools and Manufacture, 38(1998)5-6, 633-637.
• [12] ŻAK K.: Areal field and fractal based characterization of hard surfaces produced by different machining operations, Journal of Machine Engineering, 16(2016)1, 24-32.
• [13] ŻAK K.: Influence of grinding conditions on the topographic characteristic of machined surfaces. Journal of Machine Engineering, 14(2014)2, 47-56.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).