Mikrotopografia reznej hrany vyjadrená parametrami drsnosti povrchu plôch na reznom kline dovoľuje hodnotiť jeho počiatočné štádium opotrebenia, keď ešte plochy na chrbtovej a/alebo čelnej sú bez viditeľných vonkajších prejavov opotrebenia podľa ISO 4287 a nie sú zreteľne zachytené ani na bežných dielenských mikroskopoch [1, 3]. Mikrogeometria reznej hrany resp. rezného klina udávaná amplitúdovými parametrami drsnosti môže poukázať na prítomnosť mikro-plôšok opotrebenia, čo je veľmi dôležité pri tvarových a/alebo osových nástrojoch s malými priemermi od 2 – 1 mm alebo menej, kde už niekoľko mikrometrov odbrúsenej časti rezného klina ovplyvňuje výslednú presnosť dielca [3, 4].
Cieľom predkladanej publikácie je uviesť postup štatistického hodnotenia významnosti meraných vybraných amplitúdových charakteristík mikrogeometrie reznej hrany a poukázať na súvislosť medzi zmenou mikrogeometrických parametrov rezného klina a jeho opotrebením.

Experimentálna časť
Obrábaný materiál použitý pri experimente bola konštrukčná oceľ C45 (12050.1) s rozmermi 250 mm x 70 mm x 50 mm. Frézovanie sa vykonávalo frézou s dvoma reznými hranami a priemerom ø 2 mm s TiAlN povlakom. Experiment bol uskutočnený na CNC obrábacom centre EMCO CONCEPT MILL 155 s použitím chladiacej kvapaliny.

Meranie mikrogeometrie nástroja sa uskutočnilo najprv na prístroji IF-EDGE Master ALICONA, kde boli merané parametre profilu drsnosti Ra, Rz, a polomer zaoblenia reznej hrany rn, ktoré sú uvedené v tab. 1.
Nástroje boli následne merané na bezkontaktnom povrchovom skeneri Taylor Hobson Talysurf CLI 500. Tento prístroj slúži na skenovanie a následné meranie textúry povrchu, bezdotykovým spôsobom CLA t.j. konfokálnym snímačom v 3D priestore. Vykonalo sa 100 meraní na chrbtovej ploche frézy, v polohe reznej hrany rovnobežnej s osou nástroja o dĺžke 1 mm, aby sa potvrdila, alebo vyvrátila významnosť opotrebenia použitej frézy.

Boli merané a spracované parametre drsnosti Ra-priemerná aritmetická odchýlka posudzovaného profilu, Rp-najväčšia výška výstupku profilu v rozsahu základnej dĺžky, Rz-najväčšia výška profilu, Rv-najväčšia výška priehlbiny profilu v rozsahu základnej dĺžky.

Hodnotenie nameraných výsledkov
Z nameraných výsledkov na IF-EDGE Master ALICONE možno konštatovať nasledovné:
Boli porovnané merané parametre pre oba nástroje nový/nepoužitý nástroj (označený ako New) a nástroj po krátkom experimente (označený ako Used), tab. 1. Rozdiel v hodnotách Ra je minimálny (tab. 2), Ranew = 0,3837 μm a Raused = 0,3293 μm, rovnako ako pre hodnoty Rz. Ale aj tieto minimálne hodnoty vypovedajú o určitých malých zmenách, ku ktorým v tom krátkom procese frézovania došlo.
Väčšiu vypovedaciu hodnotu o dosiahnutej zmene má parameter rn – polomer zaoblenia reznej hrany, kde pri novom nástroji bola nameraná hodnota 3,07 μm a pri použitej fréze to už bolo 7,5 μm. Uvedené zmeny vypovedajú o počiatočnom opotrebení nástroja vyjadrenom iba zmenou mikro-parametrov reznej hrany. Pre potvrdenie správnosti uvedenej úvahy bolo následné meranie mikroegeometrických amplitúdových parametrov na bezkontaktnom povrchovom skeneri Taylor Hobson Talysurf CLI 500 vykonané za účelom získania dostatočného počtu hodnôt na štatistickú analýzu v softvéri Minitab. Zo získaných meraných výsledkov boli štatisticky spracované a vyhodnocované:
a) Exploračná dátova analýza (EDA) na testovanie vzniku hrubých chýb pri meraní;
b) Kvalita dát pre posúdenie polôh odhadu aritmetických priemerov a mediánov hodnotených amplitúdových parametrov drsnosti;
c) Testovanie vybraných štatistických parametrov.

Obr. 1: Rozptylový graf ukazujúci rozdiel Rp a Rv medzi novým a použitým nástrojom	Obr. 2: Boxplotový graf drsnosti Rp a Rv nového a použitého nástroja

Exploračná dátova analýza (EDA)
Rozptylový graf na obr. 1 ukazuje rozdiel medzi parametrami výstupkov Rp a priehlbín Rv pre nový a použitý frézovací nástroj z grafu vidno, že rozptyl parametrov RpNew je väčší ako je rozptyl parametrov nástroja RpUsed. Čo znamená, že ,,výstupky“ povrchu sa tu uhladili a poukazujú na tzv. ,,zábeh“ nástroja. Pre určenie, ktoré z nameraných hodnôt Rp a Rv má väčší rozptyl a v ktorej štvrtine (kvartile), sa použil boxplotový diagram, obr. 2.
Uvedený diagram upozorňuje na štyri hodnoty (hviezdičky * v grafe na obr. 2) pri novom nástroji pre Rp aj Rv, ktoré možno klasifikovať ako extrém. Zároveň sú jasné rozdiely pri parametri drsnosti Rp pre nový aj použitý nástroj v porovnaní s hodnotami Rv, ktoré ležia v grafe vyššie. Na druhej strane v oboch prípadoch pri použitej fréze ležia hodnoty nižšie ako pre nový nástroj. Z toho možno stanoviť, že v tejto fáze sú na reznej hrane pôvodné výstupky uhladené a priehlbiny sú skoro neporušené.

Časová analýza meraných údajov Rp
Pre porovnanie sa na rovnakú časovú základňu umiestnia dva výsledky (obr. 3). Vo väčšine prípadov je vidieť, že hodnoty Rp použitej frézy ležia (až na pár výnimiek) pod hodnotami Rp novej frézy a tzn. že parameter Rp nového nástroja je vyšší a Rp použitého je nižší. Ďalej je vidieť, že Rp použitého a Rp nového sú náhodné, ale sú od seba systematický posunuté. Toto je ďalší dôkaz toho, že meranie je nezávisle na čase (čo bolo testované s využitím teórie hypotéz Podobne boli porovnané hodnoty drsnosti Ra, obr. 4. Ako ukazuje graf pri novom nástroji je rozptyl hodnôt menší ako pri použitom nástroji a to znamená, že sa síce výstupky na chrbtovej ploche rezného klina vyhladili, ale zároveň tam mohli vzniknúť nerovnosti resp. mikroodchýlky ako je chipping, ktorými sa daný povrch stáva z pohľadu mikrogeometrie členitejší.

Obr. 3: Časová rada merania Rp nového a použitého nástroja	Obr. 4: Rozptylový graf drsnosti Ra nového a použitého nástroja
Obr. 5: Posúdenie polôh odhadu mediánu	Obr. 6: Posúdenie polôh odhadu amplitúdových parametrov drsnosti variačného koeficientu

Podľa diagramu odhadov aritmetických priemerov a mediánov amplitúdových parametrov drsnosti, obr. 5, je možné konštatovať, že odhady aritmetických priemerov nevykazujú významné odchýlky od mediánov. Je možné teda konštatovať, že namerané dáta neobsahujú vychýlené hodnoty tzv. outlayers. Zároveň odhady nepresahujú 15 %. 15 %-ná hranica bola zvolená z dôvodu všeobecne platnej dohody pre štatistické hodnotenie priemyselných dát.
Z nameraných hodnôt je vidieť, že priemery a mediány sa od seba veľmi nelíšia a tzn. že každý bol vypočítaný osobitným spôsobom.

Posúdenie polôh odhadu variačných koeficientov
Z obr. 6 pre posúdenie polôh variačných koeficientov parametrov drsnosti možno konštatovať, že odhady variačných koeficientov nepresahujú 15 % a to v praxi značí, že smerodajná odchýlka jednotlivých parametrov drsnosti nepresahuje 15 % z aritmetických priemerov.

Testovanie hypotéz
Následne bol vykonaný párový T test, ktorý určuje či technológia obrábania má alebo nemá vplyv na rozdiel, a či sa drsnosť povrchu v dôsledku obrábania zmenila.

Párový test pre Rp
Na základe párového T– testu pre parametre RpNew a RpUsed bola vypočítaná hodnota p = 0,044. p – hodnota je Pearsonov (korelačný) koeficient a ukazuje 0,044 čo znamená 4,4 % a v tomto prípade sa zamieta Nulová hypotéza. Kde, P – hodnota = 0,044, p = 0,044 < α = 0,050
p = 4,4 % < α = 5 %
Z daného výsledku vyplýva, že sa zamieta H0 v prospech HA, čo znamená že priemerný parameter Rp nového a opotrebeného nástroja sa líši významne. (μRp_new-μ_Rp_used ≠ 0).
S pravdepodobnosťou 95 % je rozdiel medzi RpNew a RpUsed štatistický významný, a prakticko-technologický záver je, že na základe 100 meraní u tohto nástroja po určitej dobe mal technologický proces významný vplyv na zmenu drsnosti, konkrétne parametra Rp a tzn., že nástroj sa ,,zabehol“, no ešte neopotreboval.

Záver
V článku boli prezentované výsledky po frézovaní drážok s frézou s priemerom ø 2 mm, kde bola zamietnutá Nulová hypotéza. Bolo dokázané, že na základe 100 meraní u použitého nástroja, mal technologický proces významný vplyv na zmenu mikrogeometrie povrchu a z daných výsledkov vyplýva, že nástroj je vo fáze počiatočného opotrebenia, čo potvrdil párový T test (Teória hypotéz), s pravdepodobnosťou 1-α = 0,95 (95 %). Z čoho možno uviesť technologický záver, že v tomto štádiu použitého nástroja nedochádza k opotrebeniu na viditeľnej makro-úrovni, ale zmena stavu reznej hrany nástroja je zachytená na mikro úrovni.

text/foto Mária Franková a kol., Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta
Ďalší spoluautori: Ildikó Maňková, Daniel Kottfer, Marek Vrabeľ; TU v Košiciach, Strojnícka fakulta

Literatúra
[1] Kandráč L., Maňková I.,Vrabeľ M. Cutting edge preparation in machining processes 2013. In: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej 288: Mechanika. Vol. 30, no. 85 (2) (2013), p. 149-159. – ISSN 0209-2689
[2] Pata, V. Přednášky předmět: Statistika a metrologie pro inženýry jakosti.
Zlín, 2015.
[3] Masmiati, A.A.D. Sarhan Optimizing cutting parameters in inclined end milling for minimum surface residual stress – Taguchi approach, Measurement, 60 (2015), pp. 267-275
[4] T. Kıvak, Optimization of surface roughness and flank wear using the Taguchi method in milling of Hadfield steel with PVD and CVD coated inserts, Measurement, 50 (2014), pp. 19-28