Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Формування смуги із трапецеїдальним поперечним перерізом у кільце прокаткою між конічними валками

Тетяна Кресан, Тетяна Воліна, Віктор Несвідомін, Тетяна Федорина, Тарас Пилипака
Завантажити статтю
Анотація

Для формування гвинтових поверхонь потрібне кільце, що дає змогу виготовляти їх неперервно та без зварних швів. Метою дослідження було розроблення аналітичного опису процесу деформації прямолінійної смуги у кільце в результаті її прокатки між конічними валками. Методологія дослідження ґрунтувалася на аналітичному моделюванні процесу пластичної деформації смуги із використанням припущень про ізотропність матеріалу та незмінність його об’єму. У результаті дослідження отримано аналітичні залежності між розмірами поперечного перерізу смуги до прокатки та параметрами кільця після прокатки, що дозволяють визначати оптимальні геометричні характеристики для формування кілець заданого радіуса. Розроблено узагальнені аналітичні вирази для визначення коефіцієнта подовження та радіуса кільця, які враховують зміну співвідношення сторін трапецеїдального перерізу смуги. Запропоновано модель поетапної прокатки, яка описує поступове зменшення співвідношення сторін трапецеїдального перерізу до прямокутного, що забезпечує отримання рівномірного поперечного перерізу кільця. Отримані вирази дали можливість розв’язувати як пряму, так і обернену задачі, визначати параметри вихідної смуги для формування кілець різного радіуса, прогнозувати геометрію кільця за відомими розмірами смуги, а також використовувати отримані дані для налаштування валків перед експериментальною перевіркою. Запропонована модель поетапної прокатки забезпечила рівномірний поперечний переріз кільця, що підвищує точність виготовлення гвинтових поверхонь без зварних швів. Результати можуть бути використані у машинобудуванні для виготовлення шнеків, гвинтових поверхонь і транспортерів без зварних швів, зокрема в сільськогосподарській, харчовій, будівельній та енергетичній галузях

Ключові слова

пластична деформація, об’єм, ізотропний матеріал, радіус кільця, відносне подовження

ЦИТУВАТИ
Kresan, T., Volina, T., Nesvidomin, V., Fedoryna, T., & Pylypaka, T. (2025). Formation a strip with a trapezoidal cross-section into a ring by rolling between conical rolls. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 21(6),31-42. https://doi.org/10.31548/dopovidi/6.2025.31
Використані джерела
  1. Bai, D., Gao, P., Yan, X., & Wang, Y. (2021). Intelligent forming technology: State-of-the-art review and perspectives. Journal of Advanced Manufacturing Science and Technology, 1(3), article number 2021008. doi: 10.51393/j.jamst.2021008.
  2. Caoqi, Y., Xuedao, S., Jitai, W, Yingxiang, X., Zixuan, L., & Haijie X. (2024). The influence of process parameters on the axial force of the continuous rolling section in the synchronous forming process of shape and inner hole for hollow axles. Materials Research Proceedings, 44, 519-527. doi: 10.21741/9781644903254-56.
  3. Chang, X., Fu, W., Li, M., Wang, X., & Yang, W. (2023). The effects of central cross-section diameters of rollers on doubly curved surface rolling. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 126(7-8). doi: 10.1007/s00170-023-11295-3.
  4. Dong, Z., Peng, L., Jiao, Y., Sun, J., Zhuo, C., Zhao, J., Lu, M., Yang, Z., & Wang, P. (2019). Rolling force model of large conical cylinders considering conical metal flow. China Mechanical Engineering, 30(19), 2385-2393. doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2019.19.017.
  5. Han, X., Min, Ya., Wuhao, Zh., Hua, L., Tian, D., Deng, Z., & Liu, N. (2023). Radial envelope forming mechanism and process design method for cylindrical rings with thin wall and high web ribs. Chinese Journal of Aeronautics, 36(12), 461-476. doi: 10.1016/j.cja.2023.07.024.
  6. Hevko, I.B., Dovbush, T.A., Tsion, O.P., Dovbush, A.D., & Stanko, A.I. (2021). Synthesis of screw working bodies with elastic surfaces and the results of their research. Agricultural Machines, 47, 63-72. doi: 10.36910/acm.vi47.649.
  7. Hua, L., Tian, D.Y., Han, X.H., & Zhuang, W. (2023). Modelling and analysis of metal flowing behaviors in constraining ring rolling of tapered ring with thin wall and three high ribs. Chinese Journal of Aeronautics, 36(6), 476-492. doi: 10.1016/j.cja.2023.04.011.
  8. Klendii, M.B., & Dragan, A.P. (2021). Justification of the design of the working body of the screw section of the combined soil-cultivating tool. Perspektyvni Tekhnolohii ta Prylady, 18, 66-73.
  9. Liang, L., Guo, L., Liu, Z., Wang, P., & Zhang, H. (2021). On a precision forming criterion for groove-section profiled ring rolling process. Journal of Materials Processing Technology, 296, article number 117207. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117207.
  10. Liang, L., Guo, L., Yang, J., & Zhang, H. (2022). Formation mechanism and control method of multiple geometric defects in conical-section profiled ring rolling. Journal of Materials Processing Technology, 306, article number 117628. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2022.117628.
  11. Liashuk, O.L., Diachun, A.Ye., Tretiakov, O.L., Navrotska, T.D., & Kruhlik, O.A. (2019). Technical and economic justification of the process of manufacturing screw working bodies. Visnyk Kharkivskoho Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu Silskohospodarstva imeni Petra Vasylenka. Mekhanizatsiya Silskohospodarskoho Vyrobnytstva, 198, 244-251.
  12. Miao, J., Wang, Sh., Shan, X., & Chen, B. (2022). Investigation on contact behavior of planetary roller screw mechanism considering thermal deformation. Transactions of The Canadian Society for Mechanical Engineering, 47(1). doi: 10.1139/tcsme-2022-0044.
  13. Nesvidomin, A., Pylypaka, S., Volina, T., Shtyka, Yu., & Rybenko, I. (2025). Optimisation of a developable surface model passing through a helical curve with variable pitch. Machinery & Energetics, 16(2), 49-57. doi: 10.31548/machinery/2.2025.49.
  14. Oh, I.Y., Hwang, T.W., Woo, Y.Y., Yun, H.J., & Moon, Y.H. (2019). Process-induced defects in an L-shape profile ring rolling process. International Journal of Material Forming, 12, 727-740. doi: 10.1007/s12289-018-1450-3.
  15. Pater, Z., Tomczak, J., Lis, K., Bulzak, T., & Shu, X.D. (2020). Forming of rail car axles in a CNC skew rolling mill. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 20(3), article number 69. doi: 10.1007/s43452-020-00075-5.
  16. Pylypaka, S.F., Kresan, T.A., Khropost, V.I., & Babka, V.M. (2022). Features of bending a blank in the form of a flat ring into a helical conoid. Prykladna Heometriya ta Inzhenerna Hrafika, 102, 157-164. doi: 10.32347/0131-579X.2022.102.157-164.
  17. Pylypets, M.I., Vasylkiv, V.V., Radyk, D.L., & Pylypets, O.M. (2021). Preconditions for the development of combined operations for the production of screw and auger blanks by metal pressure processing. Perspektyvni Tekhnolohii ta Prylady, 18, 112-123. doi: 10.36910/6775-2313-5352-2021-18-17.
  18. Qian, D., Gu, Y., Deng, J., & Wang, F. (2024). Deformation laws and design method of near-net rolling for L-section rings with profile axial conical rolls. Materials Research Proceedings, 44, 320-329. doi: 10.21741/9781644903254-34.
  19. Qian, D.S., Tian, H., & Deng, J.D. (2023). Towards extremely large-scale radial-axial ring rolling for constant ring growth state with accurate closed-loop control method. Journal of Mechanical Engineering, 59, 85-95. doi: 10.3901/JME.2023.10.085.
  20. Yuan, S.J., & Fan, X.B. (2019). Development and perspectives on the precision forming processes for ultra-large size integrated components. International Journal of Extreme Manufacturing, 1(2), article number 022002. doi: 10.1088/2631-7990/ab22a9.
  21. Yuen, W.Y.D. (2025). An analysis of the strip deformation and thermal variations in the roll bite for flat rolling. In Proceedings of the ASME 1995 international mechanical engineering congress and exposition. recent advances in heat transfer and micro-structure modelling for metal processing. (pp. 57-66). San Francisco, USA. doi: 10.1115/IMECE1995-0967.