blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-3-294-304blackmet-3090Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYОценка напряженно-деформированного состояния при комбинированном процессе правки и упрочнения нежестких цилиндрических деталейEvaluation of stress–strain state in the combined process of straightening and strengthening of non-rigid cylindrical partshttps://orcid.org/0000-0001-9416-7749ЗайдесС. А.ZaidesS. A.

Семен Азикович Зайдес, д.т.н., профессор кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий

Россия, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Semen A. Zaides, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Materials Science, Welding and Additive Technologies

83 Lermontova Str., Irkutsk 664074, Russian Federation

zsa@istu.eduhttps://orcid.org/0009-0003-6390-105XЗунгБуй МаньDungBui Manh

Мань Зунг Буй, аспирант кафедры технологии и оборудования машностроительных производств

Россия, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Manh Dung Bui, Postgraduate of the Chair of Technology and Equipment for Mechanical Engineering Production

83 Lermontova Str., Irkutsk 664074, Russian Federation

manhdungbuik52@gmail.comИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202602072026693294304Copyright © Зайдес С.А., Зунг Б., 20262026Зайдес С.А., Зунг Б.Zaides S.A., Dung B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/3090

В статье рассмотрено напряженно-деформированное состояние нежестких цилиндрических деталей при комбинированном процессе правки и упрочнении плоскими клиновыми плитами. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения геомет­рической точности и эксплуатационной надежности длинномерных маложестких валов, которые подвержены значительным деформациям в процессе изготовления и термообработки. Разработан новый способ для правки и упрочнения нежестких цилиндрических деталей типа валов и осей в одной технологической операции, предназначенной в основном для обработки деталей из пластичных металлов и сплавов. Цель работы заключается в определении допустимых геометрических значений искривленных цилиндрических деталей и рациональных технологических параметров процесса правки и упрочнения плоскими клиновыми плитами. В ходе исследования была разработана теоретическая модель, позволившая определить критические условия захвата и стабильного вращения цилиндрической заготовки между рабочими поверхностями плоских клиновых плит. На основании теоретического расчета определено допустимое значение исходного прогиба заготовки, которое не должно превышать 4 мм на длине 200 мм. Для верификации теоретических данных было проведено компьютерное моделирование в программном комплексе ANSYS. Использование метода конечных элементов позволило уточнить границы устойчивого протекания процесса. По результатам моделирования установлено, что для обеспечения прямолинейности оси заготовки без повреждения ее поверхности значение исходного прогиба не должно превышать 3,5 мм на длине 200 мм. Оценка распределения остаточных напряжений и пластических деформаций показала, что рациональная степень относительного обжатия находится в пределах 1,3 – 1,5 %. Полученные результаты могут быть использованы при разработке эффективных технологий обработки нежестких цилиндрических деталей, способствующих повышению их эксплуатационных характеристик и точности изготовления.

The article examines the stress-strain state of flexible cylindrical parts during the combined process of straightening and strengthening with flat wedge plates. The relevance of the work is determined by the need to improve the geometric accuracy and operational reliability of long, low-rigid shafts subjected to significant deformations during manufacturing and heat treatment. The authors developed a new method for straightening and strengthening flexible cylindrical parts such as shafts and axles in a single technological operation. It is intended primarily for machining parts made of ductile metals and alloys. The objective of the study was to determine the permissible geometric values ​​of curved cylindrical parts and rational technological parameters for the straightening and strengthening process with flat wedge plates. A theoretical model was developed during the study, which made it possible to determine the critical conditions for gripping and stable rotation of a cylindrical billet between the working surfaces of flat wedge plates. Based on the theoretical calculation, the permissible value of the billet initial deflection was determined, which should not exceed 4 mm over a length of 200 mm. To verify the theoretical data, computer simulations were conducted using the ANSYS software package. Using the finite element method, the process’s stable boundaries were clarified. The simulation results revealed that, to ensure the straightness of the billet axis without damaging the surface, the initial deflection should not exceed 3.5 mm over a length of 200 mm. An assessment of the distribution of residual stresses and plastic deformations revealed that the optimal relative reduction ratio is within the range of 1.3 – 1.5 %. The obtained results can be used in development of effective technologies for machining flexible cylindrical parts, contributing to improved performance and manufacturing accuracy. 

правкаупрочнениенапряженно-деформированное состояниенежесткая цилиндрическая детальплоская клиновая плитаотносительное обжатиеконечно-элементное моделированиеstraighteningstrengtheningstress–strain statenon-rigid cylindrical partflat wedge platepercent reductionfinite element modelingReferencesAntimonov A.M., Pushkareva N.B., Reshetnikov E.G. Cylind­rical shell edges bending process technological features. In: Proceedings of the 4th Int. Conf. on Industrial Engineering. ICIE 2018. Springer; 2019:811–817. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95630-5_84Antimonov A.M., Pushkareva N.B., Reshetnikov E.G. Cylind­rical shell edges bending process technological features. In: Proceedings of the 4th Int. Conf. on Industrial Engineering. ICIE 2018. Springer; 2019:811–817. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95630-5_84Мураткин Г.В., Сарафанова В.А. Правка валов поверхностным пластическим деформированием с упругим изгибом заготовки в процессе обработки. Вестник машиностроения. 2020;(5):62–66. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2020-5-62-66Muratkin G.V., Sarafanova V.A. Straightening of shafts by surface plastic deformation with elastic flexure of the workpiece. Russian Engineering Research. 2020;40(8):637–641. https://doi.org/10.3103/S1068798X20080183Swic A., Gola A., Sobaszek L., Smidova N. A thermo-mechanical machining method for improving the accuracy and stability of the geometric shape of long low-rigidity shafts. Journal of Intelligent Manufacturing. 2021;32: 1939–1951. https://doi.org/10.1007/s10845-020-01733-4Swic A., Gola A., Sobaszek L., Smidova N. A thermo-mechanical machining method for improving the accuracy and stability of the geometric shape of long low-rigidity shafts. Journal of Intelligent Manufacturing. 2021;32: 1939–1951. https://doi.org/10.1007/s10845-020-01733-4Xing S. Analytical modeling for mechanical straightening process of case-hardened circular shaft. Applied Mechanics. 2023;4(2):715–728. https://doi.org/10.3390/applmech4020036Xing S. Analytical modeling for mechanical straightening process of case-hardened circular shaft. Applied Mechanics. 2023;4(2):715–728. https://doi.org/10.3390/applmech4020036Lu H., Zang Y., Zhang X., Zhang Y., Li L. A general stroke-based model for the straightening process of D-type shaft. Processes. 2020;8(5):528. https://doi.org/10.3390/pr8050528Lu H., Zang Y., Zhang X., Zhang Y., Li L. A general stroke-based model for the straightening process of D-type shaft. Processes. 2020;8(5):528. https://doi.org/10.3390/pr8050528Димов Ю.В. Формирование остаточных напряжений при виброабразивной обработке деталей. Вестник машиностроения. 2024;103(10):821–828. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2024-103-10-821-828Dimov Yu.V. Formation of residual stresses during vibroabrasive machining of parts. Vestnik mashinostroeniya. 2024;103(10):821–828. (In Russ.). https://doi.org/10.36652/0042-4633-2024-103-10-821-828Li S., Wei C., Long Y. Deformation analysis of engineering reinforcement straightening based on Bauschinger effect. International Journal of Steel Structures. 2020;20:1–12. https://doi.org/10.1007/s13296-019-00264-wLi S., Wei C., Long Y. Deformation analysis of engineering reinforcement straightening based on Bauschinger effect. International Journal of Steel Structures. 2020;20:1–12. https://doi.org/10.1007/s13296-019-00264-wHwang Y.M., Lin Y.Q., Cheng G. Roller plunge schedule and roller design in straightening of metal H-beams. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2025;136:2245–2262. https://doi.org/10.1007/s00170-024-14942-5Hwang Y.M., Lin Y.Q., Cheng G. Roller plunge schedule and roller design in straightening of metal H-beams. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2025;136:2245–2262. https://doi.org/10.1007/s00170-024-14942-5Суслов А.Г. и др. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений. Москва: Машиностроение; 2006:448.Suslov A.G., etc. Technological Support and Improvement of Operational Properties of Parts and Their Connections. Moscow: Mashinostroenie; 2006:448. (In Russ.).Мураткин Г.В., Сарафанова В.А., Суворов М.О. Повышение релаксационной стойкости материала поверхностным пластическим деформированием. Технология металлов. 2017;(7):19–26.Muratkin G.V., Sarafanova V.A., Suvorov M.O. Improving on relaxation resistance of material by surface plastic straining methods. Tekhnologiya metallov. 2017;(7):19–26. (In Russ.).Liu C., Dong Z., Ma L., Hou X., Qiao N. Research on optimization of basic rail top bending prediction model. Scientific Reports. 2024;14:9844. https://doi.org/10.1038/s41598-024-60583-9Liu C., Dong Z., Ma L., Hou X., Qiao N. Research on optimization of basic rail top bending prediction model. Scientific Reports. 2024;14:9844. https://doi.org/10.1038/s41598-024-60583-9Шинкин В.Н. Расчет сил и моментов семироликовой правильной машины при предварительной правке стального листа. Известия вузов. Черная металлургия. 2016;59(12):870–874. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-12-870-874Shinkin V.N. Calculation of steel sheet’s curvature under preliminary flattening on the seven-roller straightening machine. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016;59(12):870–874. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-12-870-874Безъязычный В.Ф. Влияние технологических условий об­­работки на глубину наклепа в поверхностном слое детали при обработке лезвийным инструментом. Упрочняю­­щие технологии и покрытия. 2019;15(8(176)):348–354.Bezyazychnyi V.F. Effect of technological processing conditions on cold-work hardening depth in surface layer of part at machining by blade tool. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2019;15(8(176)):348–354. (In Russ.).Lammi C.J., Lados D.A. Effects of residual stresses on fatigue crack growth behavior of structural materials: Analytical corrections. International Journal of Fatigue. 2008;33(7): 858–867. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2011.01.019Lammi C.J., Lados D.A. Effects of residual stresses on fatigue crack growth behavior of structural materials: Analytical corrections. International Journal of Fatigue. 2008;33(7): 858–867. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2011.01.019Пат. № 2827624 C1 РФ. Способ правки и упрочнения цилиндрических деталей / С.А. Зайдес, М.З. Буй; заявлено 15.03.2024; опубликовано 30.09.2024.Zaides S.A., Bui M.Z. Method of straightening and strengthening of cylindrical parts. Patent RF no. 2827624 C1; Pybl. 30.09.2024.Зайдес С.А., Буй М.З. Влияние геометрических параметров цилиндрической заготовки на напряженно-деформированное состояние при выправлении локального участка гладкими плитами. Технология металлов. 2025;(3):28–38. https://doi.org/10.31044/1684-2499-2025-0-3-28-38Zaides S.A., Bui M.Z. Effect of geometrical parameters of cylindrical workpiece on stress-strain state when straighte­ning of local area with flat plates. Tekhnologiya metallov. 2025;(3):28–38. (In Russ.). https://doi.org/10.31044/1684-2499-2025-0-3-28-38Sun J., Li K., Sun M., Lu X., Peng Y. Longitudinal profiled plate straightening process based on curvature integral method. Journal of Iron and Steel Research International. 2021;28:291–302. https://doi.org/10.1007/s42243-020-00538-2Sun J., Li K., Sun M., Lu X., Peng Y. Longitudinal profiled plate straightening process based on curvature integral method. Journal of Iron and Steel Research International. 2021;28:291–302. https://doi.org/10.1007/s42243-020-00538-2Зайдес C.А., Буй М.З., Пономарев Б.Б. Правка локального участка цилиндрических деталей перед обкаткой гладкими плитами. Вестник Магнитогорского государст­венного технического университета им. Г.И. Носова. 2024;22(3):71–80. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-3-71-80Zaides S.A., Bui M.Z., Ponomarev B.B. Straightening of a local section of cylindrical parts before rolling with smooth plates. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2024;22(3):71–80. (In Russ.). https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-3-71-80Meng Q., Zhai R., Fu P., Zhang Y., Zhao J. Springback analy­sis of rotary bending considering strain paths. Journal of Materials Processing Technology. 2023;315:117930. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.117930Meng Q., Zhai R., Fu P., Zhang Y., Zhao J. Springback analy­sis of rotary bending considering strain paths. Journal of Materials Processing Technology. 2023;315:117930. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.117930Зайдес С.А., Буй М.З. Определение напряженного состоя­ния в очаге деформации при обкатке заготовки из углеродистой стали на локальном участке. Черные металлы. 2025;(4):41–47. https://doi.org/10.17580/chm.2025.04.07Zaides S.A., Bui M.Z. Determination of the stress state in the deformation zone when rolling rotation of a carbon steel workpiece at a local site. Chernye Metally. 2025;(4):41–47. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/chm.2025.04.07Shin J.H., Kim S.W., Yoon H.S. A stroke model for straighte­ning partially heat-treated ball screws with complex mecha­nical properties. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2024;25:1875–1884. https://doi.org/10.1007/s12541-024-01012-9Shin J.H., Kim S.W., Yoon H.S. A stroke model for straighte­ning partially heat-treated ball screws with complex mecha­nical properties. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2024;25:1875–1884. https://doi.org/10.1007/s12541-024-01012-9Мураткин Г.В., Котова И.В. Критерии изгибной жесткости стержневых деталей. Ремонт, восстановление, модернизация. 2006;(2):42–45.Muratkin G.V., Kotova I.V. Criteria for bending rigi­dity of rod parts. Remont, vosstanovlenie, modernizatsiya. 2006;(2):42–45. (In Russ.).Yi G., Wang Y., Liu X., Wang Ch. Multi-roll levelling for wave defects of metal sheets based on the beam-membrane method. The International Journal of Advanced Manufactu­ring Technology. 2019;105:4783–4795. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04615-zYi G., Wang Y., Liu X., Wang Ch. Multi-roll levelling for wave defects of metal sheets based on the beam-membrane method. The International Journal of Advanced Manufactu­ring Technology. 2019;105:4783–4795. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04615-zNiu T., Luo Y., Chen F., Baddour N., Li Ch., Peng B. Investigation of rotary straightening process for the rollers of planetary roller screw. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2025;47:116. https://doi.org/10.1007/s40430-025-05434-yNiu T., Luo Y., Chen F., Baddour N., Li Ch., Peng B. Investigation of rotary straightening process for the rollers of planetary roller screw. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2025;47:116. https://doi.org/10.1007/s40430-025-05434-y

The authors declare that there are no conflicts of interest present.