Features of Forming Screw and Tubular Profiles by Winding on a Cylindrical Mandrel
DOI:
https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.196-203Keywords:
technological design, transverse force bending, mandrel winding, stress–strain state, screw spiralAbstract
The article presents models of winding profiles from strips with different height-to-width ratios of the cross-section using a rotating cylindrical mandrel, along with a justification for the technological design of winding methods for screw and tubular profiles. The stress–strain state during winding is analyzed for plane strain and plane stress conditions under pure bending and bending by transverse force. Differences were established between the bending behavior of wide strips, narrow strips bent on edge, and intermediate profiles on a cylindrical mandrel. A generalized expression was derived to calculate the winding moments for profiles of different cross-sections.
It was demonstrated that when bending by a transverse force with a short lever arm, significant friction forces on the mandrel resist the compression of the inner layers of the workpiece, resulting in tensile stresses; thus, bending occurs due to a moment combined with longitudinal forces. Consequently, the total winding moment is higher than under pure bending, leading to greater energy consumption. At the same time, the radial load on the mandrel increases significantly, which negatively affects the durability of the technological equipment.
However, bending narrow strips on edge by a transverse force with a short lever arm improves the stability of the winding process and enables broader application of this technological method for the production of twisted profiles. This, in turn, expands the range of wound profiles, in particular screw spirals used in screw conveyors, mixers, and other technological equipment.
References
Список літератури
1. Гевко Б. М. Технология изгоовления спиралей шнеков : монография. Львов: Вища школа, 1986. 128 с.
2. Гевко Б. М., Рогатынский Р. М. Винтовые подающие механизмы сельскохозяйственных машин. Львов: Вища школа, изд-во при Львов. ун-те, 1989. 176 с.
3. Hevko I., Dyachun A., Lyashuk O., Martsenko G. A. Research the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering. 2016. Vol. 49(1). Р. 77–82.
4. Marciniak Z., Duncan J. L., Hu S. J. Mechanics of sheet metal forming. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2002. 75 p.
5. Рогатынский Р. М., Данильченко Л. Н. Исследование поперечного изгиба полос в штампах. Технология и организация производства. 1990. № 4. 16 с. Деп. в УНИИНТИ 02.12.90 г., № 1160-Ук.
6. Данильченко Л. М., Гевко І. Б., Драган А. П. Дослідження напружено-деформованого стану в процесі формоутворення гнучких гвинтових заготовок. Наукові нотатки. Луцьк: ЛДТУ, 2002. С. 49–57.
7. Молтасов А. В., Мотрунич С. И. Исследование чистого изгиба полосы при больших деформациях на основании энергетического критерия пластичности. Вісник НТУУ «КПІ». Машинобудування. 2014. 1(70). С. 152–158.
8. Ma J., Welo T. Analytical springback assessment in flexible stretch bending of complex shapes. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2021. Vol. 160. 103653. DOI: doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2020.103653.
9. Vasylkiv V., Pylypets M., Danylchenko L., Radyk D. Investigation of deflections of winded screw flights and auger billets in the processes of their manufacture. Scientific Journal of TNTU. 2021. Vol. 104, № 4. Р. 33–43. DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.04.033.
10. Краєвський В. О., Михалевич О. В. Математичне моделювання заключної стадії процесу згинання.
Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. 2011. № 1. С. 58–65.
11. Рогатинський Р. М., Гевко І. Б., Дячун А. Є. Науково-прикладні основи створення гвинтових транспортно-технологічних механізмів : монографія. Тернопіль: ТНТУ ім. І. Пулюя, 2014. 280 с.
12. Гевко І. Б., Ляшук О. Л., Дячун А. Є., Гупка А. Б., Третьяков О. Л. Технологічне проєктування та виготовлення гвинтових транспортно-технологічних робочих органів. Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2025. 457 с.
13. Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Гудь В. З. та ін. Гнучкі гвинтові конвеєри: проектування, технологія виготовлення, експериментальні дослідження. Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2019. 208 с.
14. Гевко І. Б., Рогатинський Р. М., Комар Р. В. та ін. Технологічне проєктування способів виготовлення U- подібних гвинтових поверхонь транспортних труб. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), Ч. 2. С. 109–116. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).2.109-116.
15. Study of power parameters of the screw spirals forming / O. Lyashuk, R. Rogatynskyy, I. Hevko та ін. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. Proceedings of the 7th International Conference DSMIE-2024 (4–7
June 2024, Pilsen, Czech Republic). Vol. 1: Manufacturing and Materials Engineering. Р. 287–298. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-61797-3_24.
16. Hevko I., Hypka A., Krugluk O. Experimental research of power parameters of the process of forming a shelf on screw blank. Scientific Journal of TNTU. 2017. Vol. 87, № 3. Р. 102–110. URI: elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/22911.
References
1. Hevko, B. M. (1986). Technology of manufacturing auger spirals: monograph. Lviv: Vyshcha shkola [in Russian].
2. Hevko, B. M., & Rogatynskyi, R. M. (1989). Screw feeding mechanisms of agricultural machines. Lviv: Vyshcha shkola, vyd-vo pry Lviv. un-te [in Russian].
3. Hevko, I., Dyachun, A., Lyashuk, O., & Martsenko, H. A. (2016). Research of the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering, 49(1), 77–82.
4. Marciniak, Z., Duncan, J. L., & Hu, S. J. (2002). Mechanics of sheet metal forming. Oxford: Butterworth-Heinemann.
5. Rogatynskyi, R. M., & Danylchenko, L. N. (1990). Study of transverse bending of strips in dies. Tekhnologiya i organizatsiya proizvodstva, (4), 16 pp. Deposited in UNIINTI 02.12.1990, No. 1160-Uk [in Russian].
6. Danylchenko, L. M., Hevko, I. B., & Drahan, A. P. (2002). Study of the stress–strain state in the process of shaping flexible screw blanks. Naukovi notatky, 49–57 [in Ukrainian].
7. Moltasov, A. V., & Motrunych, S. I. (2014). Study of pure bending of a strip at large deformations based on the energy criterion of plasticity. Visnyk NTUU “KPI”. Mashynobuduvannia, 1(70), 152–158 [in Ukrainian].
8. Ma, J., & Welo, T. (2021). Analytical springback assessment in flexible stretch bending of complex shapes.
International Journal of Machine Tools and Manufacture, 160, 103653. doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2020.103653.
9. Vasylkiv, V., Pylypets, M., Danylchenko, L., & Radyk, D. (2021). Investigation of deflections of winded screw flights and auger billets in the processes of their manufacture. Scientific Journal of TNTU, 104(4), 33–43. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.04.033
10. Kraievskyi, V. O., & Mykhalevych, O. V. (2011). Mathematical modeling of the final stage of the bending process. Informatsiini tekhnolohii ta kompiuterna inzheneriia, (1), 58–65 [in Ukrainian].
11. Rohatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Diachun, A. Ye. (2014). Scientific and applied foundations of creation of screw transport-technological mechanisms: monograph. Ternopil: TNTU im. I. Puliuia [in Ukrainian].
12. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Diachun, A. Ye., Hupka, A. B., & Tretiakov, O. L. (2025). Technological design and manufacturing of screw transport-technological working bodies. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].
13. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Hud, V. Z., et al. (2019). Flexible screw conveyors: design, manufacturing technology, experimental research. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].
14. Hevko, I. B., Rohatynskyi, R. M., Komar, R. V., et al. (2025). Technological design of methods for manufacturing U-shaped screw surfaces of transport pipes. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42/2), 109–116. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).2.109-116
15. Lyashuk, O., Rogatynskyy, R., Hevko, I., et al. (2024). Study of power parameters of the screw spirals forming. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. Proceedings of the 7th International Conference DSMIE- 2024, 1, 287–298. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61797-3_24
16. Hevko, I., Hypka, A., & Krugluk, O. (2017). Experimental research of power parameters of the process of forming a shelf on screw blank. Scientific Journal of TNTU, 87(3), 102–110. URI: elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/22911
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Roman Rohatynskyi, Mykhailo Pylypets, Igor Tkachenko, Mariia Pientak, Taras Peleshok, Palvo Leskiv
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
