Analytical Expression for Calculating the Average Strain Rate of an Axisymmetric Workpiece during Screw Compression
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-3-64-72Keywords:
Average strain rate, deformation center, screw compression, plane section hypothesis, multi-factorial experimental designAbstract
Computer simulation of the screw compression makes it possible to determine the material stress-strain state affecting the microstructure formation and the physical and mechanical properties. One of the important parameters in the simulation is the material average strain rate in the deformation zone. Using this parameter in computer simulation of the screw compression is especially required when employing specialized software packages to study metal forming processes. This determines the objective of the work: to derive an analytical expression that allows for calculation the average strain rate under high-temperature thermomechanical treatment of a structural steel billet under screw compression, depending on the process conditions, namely, taking into account the billet rotational speed, the tilt angle of the forming rolls, and the radius of the calibration part of the rolls. The paper proposes an approach to determining the average strain rate for a cylindrical structural steel billet under screw compression, based on the hypothesis of plane sections. Using the method of multifactorial experimental design, where three technological parameters of the process were varied - the billet rotational speed, the tilt angle of the rolls, and the radius of the roll calibration part - the dependence of the strain rate was evaluated. An analytical expression is proposed describing the billet average strain rate under high-temperature thermomechanical treatment with screw compression as a function of the process conditions, in particular accounting for the billet rotational speed, the tilt angle of the forming rolls, and the radius of the roll calibration part. This analytical expression makes it possible to obtain the required boundary condition for computer simulation of the screw compression for an axisymmetric billet in a specialized software program.References
Современные материалы и их применение при конструировании высокотемпературных изделий для специального машиностроения / А. Н. Беляков, М. А. Марков, И. Н. Кравченко [и др.] // Новые огнеупоры. 2023. № 5. С. 69-79.DOI: 10.17073/1683-4518-2023-5-69-79
Влияние термомеханических обработок на формирование субмикрокристаллических структурных состояний и механические свойства метастабильной аустенитной стали / И. Ю. Литовченко, С. А. Аккузин, Н. А. Полехина, А. Н. Тюменцев // Lettersonmaterials. 2016. № 6. С. 290-293. DOI: 10.22226/2410-3535-2016-4-290-293
Коротовская С. В., Нестерова Е. В., Хлусова Е. И. Влияние параметров пластической деформации на формирование ультрамелкозернистой структуры в низколегированных бейнитных сталях // Вопросы материаловедения. 2011. № 1. С. 100-109.
Ширяев А. А., Ночовная Н. А. Современные тенденции в области технологий термической и термомеханической обработки титановых псевдо-β-сплавов // Труды ВИАМ. 2023. № 8 (126). С. 35 - 51. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-8-35-51
Litovchenko I., Almaeva K., Polekhina N. (2022) The Microstructure and Mechanical Properties of Ferritic-Martensitic Steel EP-823 after High-Temperature Thermomechanical Treatment. Metals, no. 12, p. 79. DOI: 10.3390/met12010079
Сравнение подходов, основанных на методе Вильямсона - Холла, для анализа структуры высокоэнтропийногосплава Al0,3CoCrFeNi после холодной пластической деформации / И. В. Иванов, Д. Э. Сафарова, З. Б. Батаева, И. А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24, № 3. С. 90-102. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-90-102
Влияние термической обработки на физико-механические свойства стали 45ХН2МФА / Э. Очилов, И. Эгамбердиев, М. Саибов, Н. Хамроев // Journal of Advances in Engineering Technology. 2025. № 2. С. 98-105. DOI: 10.24412/2181-1431-2025-2-98-105
Дьячкова Л. Н., Витязь П. А., Зверко А. А. Особенности структурообразования в антифрикционном композиционном порошковом инфильтрированном медным сплавом материале на основе железа (псевдосплаве) при высокотемпературной термомеханической обработке // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2023. Т. 68, № 3. С. 196-207. DOI: 10.29235/1561-8358-2023-68-3-196-207
Dementyev V.B., Sagova Z., Korshunov A.I. [et al.] (2024) Contribution to improving of machine parts mechanical properties by thermomechanical hardening. MM Science Journal, vol. 2024, no. 5, pp. 7800-7804. DOI: 10.17973/mmsj.2024_11_2024058
Изготовление трубных заготовок с повышенным комплексом свойств методом винтового обжатия / В. Б. Дементьев, К. Г. Волков, С. А. Мишарин [и др.] // Воронежский научно-технический вестник. 2025. Т. 4, № 4. С. 46-52. DOI: 10.34220/2311-8873-2025-46-52
Яковлев С. С., Галкин Ю. С., Грибачев Я. В. Анализ программного обеспечения для компьютерного моделирования процессов обработки металлов давлением// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 2. С. 314-316. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-314-315
Шишкина А. А., Кухарь В. Д. Обзор программного обеспечения для компьютерного моделирования процессов гофрирования трубчатой заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 8. С. 221-223. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-221-222
Салихянов Д. Р., Мичуров Н. С. Моделирование процесса прокатки слоистого композита АМг3/Д16/АМг3 // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2023. Т. 25, № 3.С. 6-18. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-6-18
Муйземнек А. Ю. Расчет напряженно-деформированного состояния толстостенных труб в процессах высокотемпературной обработки // Вестник Ижевского государственного технического университета. 2007. № 4 (36). С. 106-110.
Тетерин П. К. Теория поперечно-винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1971. 368 с.
Целиков А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. 494 с.
Поперечно-клиновая прокатка / Г. В. Андреев, В. А. Клушин, Е. М. Макушок [и др.]. Минск: Наука и техника, 1974. 160 с.
Махмудова Н. А. Изменение средней по сечению скорости полосы по длине очага деформации // Universum: технические науки. 2022. № 2 (95). С. 5-8. DOI: 10.32743/UniTech.2022.95.2.13069
Галаган Л. А., Сахратов Л. А. Обоснование назначенных технических параметров автомата АК-47 // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 3. С. 51-58. DOI 10.22213/2413-1172-2018-3-51-58.
Макашин Д. С. Анализ силы резания при фрезеровании закаленной стали // Омский научный вестник. 2023. № 3 (187). С. 45-51. DOI: 10.25206/1813-8225-2023-187-45-51
Моделирование состава модифицированного вяжущего методом многофакторного планирования эксперимента / Л. В. Ильина, Н. С. Вишняков, И. А. Кряжиков [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2026. № 5 (167). DOI: 10.60797/IRJ.2026.167.49
Дементьев В. Б., Главатских И. В. Кинематика процесса винтового обжатия // Актуальные проблемы современной науки. 2015. № 6 (85). С. 165-168
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Кирилл Георгиевич Волков, Вячеслав Борисович Дементьев, Сергей Сергеевич Макаров, Михаил Александрович Рябов

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.