Modelowanie topografii powierzchni po procesie szlifowania z zastosowaniem mechanizmów kumulacji składowych o różnym wymiarze fraktalnym

STRESZCZENIE: Generowanie topografii powierzchni zgodnych ze skutkami określonego procesu obróbki może być wynikiem symulacji procesu. W przypadku obróbki ściernej, gdy powierzchnia obrabiana jest kształtowana przez wielką liczbę ziaren (nawet 10⁶-10⁹ ziaren na mm² powierzchni), to obliczenia symulacyjne są niezwykle czasochłonne i mogą wymagać nawet ponad 10¹⁸ operacji matematycznych. Oddziaływania ziaren ściernych w kolejnych przejściach, sekwencyjnie zmniejszające nierówności powierzchni poprzez usuwanie coraz mniejszych warstw materiału, mogą być opisywane, jako addytywna kumulacja składowych o coraz mniejszej wysokości nierówności i coraz wyższym wymiarze fraktalnym. W referacie przedstawiono metodykę i algorytm tworzenia modeli powierzchni po obróbce ściernej.

SŁOWA KLUCZOWE: topografia powierzchni, obróbka ścierna, wymiar fraktalny

ABSTRACT: A Generating the surface topography consistent with the effects of a particular the machining process may be the result of process simulation. If the abrasive machining when a machining surface is formed by a large number of grains (even 10⁶-10⁹ grains per mm² in area), the simulation calculations are extremely time consuming and may require even more than 10¹⁸ mathematical operations. The impact of abrasive grains in subsequent passes, sequentially reduce interest topography of the surface and removes smaller and smaller layers of material, they can be described as additive components stereometric accumulation of decreasing the amount of unevenness and increasingly higher fractal dimension.

KEYWORDS: surface topography, abrasive machining, fractal dimension

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Bakolas V., Numerical generation of arbitrarily oriented non-Gaussian three-dimensional rough surfaces, Wear 254 (2003) 546–554.
• Berry M.V., Z.V. Lewis, On the Weierstrass–Mandelbrot fractal function, Proc. R. Soc. A 370 (1980) 459–484.
• Burrows J.M., B.J. Griffiths: A vector modelling technique for the representatiom of 3-dimensional surface topography. Materiały 7-ej Międzynarodowej Konferencji „Metrology and Properties of Engineering Surfaces”,Gothenburg, Szwecja, 1997, 133-138
• Cai Z.J., D.Q. Chen, S. Lu, Reconstruction of a fractal rough surface, Physica D 213 (2006) 25–30.
• Chen M., Pang Q., Wang J., Kai Ch.: Analysis of 3D microtopography in machined KDP crystal surfaces based on fractal and wavelet methods, International Journal of Machine Tools & Manufacture 48 (2008) 905–913.
• Guiyun Zhou, Nina.S., Lam N.: A comparison of fractal dimension based on multiple surface generation algorithms, Computers & Geosciences 31, 2005, 1260–1269.
• Kacalak W. Szafraniec F., Tomkowski R. Lipiński D. Łukianowicz Cz., Metodyka oceny zdolności klasyfikacyjnej parametrów charakteryzujących cechy stereometryczne nierówności powierzchni, Pomiary Automatyka Kontrola, Vol. 57, 2011,str. 542-546.
• Kacalak W., Szafraniec F., Kunc R., Remelska H.: Zastosowanie teorii fraktali do tworzenia i wizualizacji powierzchni o określonej topografii. Rozdział w monografii PODSTAWY I TECHNIKA OBRÓBKI ŚCIERNEJ. Łódź, 2010.
• Kacalak W., Szafraniec F., Lipiński D.: Probabilistyczna analiza aktywności ziaren na czynnej powierzchni ściernicy. Miesięcznik Naukowo-Techniczny MECHANIK, nr 8-9/2014, str. 176-184.
• Kacalak W., Szafraniec F., Tomkowski R., Metodyka modelowania powierzchni ziaren określonych materiałów ściernych, INNOVATIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY 2, Kraków 2012, str. 555-562.
• Kacalak W., Tandecka K., Budowa mikrowiórów oraz skutki mikronieciągłości ich tworzenia w procesach wygładzania powierzchni z zastosowaniem folii ściernych, INNOVATIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY 2, Kraków 2012, str. 181-192.
• Kacalak W., Tandecka K., Podstawy prognozowania cech stereometrycznych powierzchni wygładzanych z zastosowaniem folii ściernych, INNOVATIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY 2, Kraków 2012, str. 563-577.
• Kacalak W., Tandecka K.: Metrologiczne aspekty oceny topografii diamentowych folii ściernych do precyzyjnego mikrowygładzania. Pomiary Automatyka Kontrola, 5/2011.
• Kacalak W., Tomkowski R., Lipiński D., Szafraniec F.: System oceny struktury geometrycznej powierzchni po obróbce ściernej. Miesięcznik Naukowo-Techniczny MECHANIK, nr 8-9/2014, str. 219-226.
• Kacalak W.: Metoda generowania ziaren ściernych i tworzenia topografii czynnej powierzchni ściernicy, Praca niepublikowana.
• Karpiński T., C. Łukianowicz, T. Łukianowicz: Skomputeryzowane stanowisko do pomiaru i analizy profilu powierzchni. VIII Konferencja Naukowo-Techniczna: Metrologia w Technikach Wytwarzania Maszyn , Szczecin ’99, 251-258
• Lipiński D., Kacalak W., Tomkowski R., Methodology of evaluation of abrasive tools’ wear with the use of laser scanning, Proceedings of the International Conference on Surface Metrology, 2012, France, pp.: 72-78.
• Lipiński D., Kacalak W., Tomkowski R., Methodology of evaluation of abrasive tool wear with the use of laser scanning microscopy, SCANNING, 2013 (DOI:10.1002/sca.21088).
• Majumdar A., C.L. Tien, Fractal characterization and simulation of rough surfaces, Wear 136 (1990) 313–327.
• Mihailidis A., Bakolas V., Numerical simulation of real 3-D rough surfaces, J. Balk. Tribol. Assoc. 5 (1999) 247–255.
• Patrikar R.M., Modeling and simulation of surface roughness, Appl. Surf. Sci. 228 (2004) 213–220.
• Pawlus P., Simulation of stratified surface topography. Wear 2008;264(5–6):457–463.
• Pawlus P., Topografia powierzchni: pomiar, analiza, oddziaływanie. Rzeszów 2005.
• Poljacek S.M., Risovic D., Furic K., M. Gojo M.: Comparison of fractal and profilometric methods for surface topography characterization, Applied Surface Science 254 (208) 3449-3458.
• Roques-Carmes C., N. Bodin, G. Monteil, J.GF. Quinou: Description of rough surfaces using conformal equivalent structure concept. Part 2. Numerical approach. Wear 248 (2001), 92-99.
• Russ J.C., Fractal Surfaces, first ed., Springer, 1994, 320pp.
• Stach S.,, Cybo J., Chmiela J.: Fracture surface — fractal or multifractal?, Materials Characterization 26 (2001) s.163– 167.
• Stachowiak G.W., Posiadlo P.: Classification of tribological surfaces, Tribology International, 2004.
• Tomkowski R., Kacalak W., Lipiński D., Evaluation of the surface topography after precision machining, Journal of Machine Engineering, 2012; 12(4), 71-79.
• Tomkowski R., Kacalak W., Lipiński D., Methodology of evaluation of extra smooth surfaces with the use of new evaluation parameters, Proceedings of the International Conference on Surface Metrology, 2012, France, pp.: 64-71.
• Wang A.L.,Yang C.X.,Yuan X.G.: Evaluation of wavelet transform method for machine surface topography 2: fractal characteristic analysis, Tribology International 36, 2003, 527-535.
• Whitehouse D.J., The generation of two-dimensional random surfaces having a specified function, Ann. CIRP (1983) 495–498.
• Whitehouse D.J.: Fractal or fiction. Wear 249, 2001, 345-353
• Whitehouse D.J.: Some theoretical aspects of a practical measurement problem in plateau honing. Int. J. Prod. Res. 1983, 21/2, pp. 215-221.
• Wu J.J., Simulation of rough surfaces with FFT, Tribol. Int. 33 (2000) 47–58.
• Wu J.-J.: Characterization of fractal surfaces. Wear 239, 2000, 36-47
• Yuan C.Q., Li J.,Yan X.P., Peng Z.: The use of the fractal description to characterize engineering surfaces and wear particles , Wear 255, 2003, 315-326.
• Zhang Y., Luo Y., JI FENG WANG, ZHU LI, Research on the fractal of surface topography of grinding, International Journal of Machine Tools & Manufacture 41, 2001, 2045-2049.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.8-9.361