<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Science intensive technologies in mechanical engineering</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Science intensive technologies in mechanical engineering</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Наукоёмкие технологии в машиностроении</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2223-4608</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">105681</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.30987/2223-4608-2025-10-31-39</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Технологии механической обработки заготовок</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Technologies of mechanical processing of workpieces</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Технологии механической обработки заготовок</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">Finishing and strengthening rotary running-in technology  for long thin-walled pipes</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Технология отделочно-упрочняющего ротационного обкатывания роликами длинных тонкостенных труб</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0006-6418-4170</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Сидякин</surname>
       <given-names>Юрий Иванович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Sidyakin</surname>
       <given-names>Yuryi Ivanovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>techmach@vstu.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-5620-5337</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Чигиринский</surname>
       <given-names>Юлий Львович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Tchigirinsky</surname>
       <given-names>Julius L.</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>Julio-Tchigirinsky@yandex.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Лаврентьев</surname>
       <given-names>Александр Михайлович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Lavrentiev</surname>
       <given-names>Aleksander Mikhailovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-3"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Абакумова</surname>
       <given-names>Светлана Юрьевна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Abakumova</surname>
       <given-names>Svetlana Yurievna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-4"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-6030-5725</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Ольштынский</surname>
       <given-names>Сергей Николаевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Olshtynsky</surname>
       <given-names>Sergey Nikolaevich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-5"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный технический университет</institution>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Technical University</institution>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный технический университет</institution>
     <city>Волгоград</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Technical University</institution>
     <city>Волгоград</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-3">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Камышинский технологический институт, филиал ВолгГТУ</institution>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Kamyshinsky Institute of Technology branch of VolgSTU</institution>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-4">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный технический университет</institution>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Technical University</institution>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-5">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Волгоградский государственный технический университет</institution>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Volgograd State Technical University</institution>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2025-10-30T00:00:00+03:00">
    <day>30</day>
    <month>10</month>
    <year>2025</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2025-10-30T00:00:00+03:00">
    <day>30</day>
    <month>10</month>
    <year>2025</year>
   </pub-date>
   <volume>2025</volume>
   <issue>10</issue>
   <fpage>31</fpage>
   <lpage>39</lpage>
   <history>
    <date date-type="received" iso-8601-date="2025-04-22T00:00:00+03:00">
     <day>22</day>
     <month>04</month>
     <year>2025</year>
    </date>
    <date date-type="accepted" iso-8601-date="2025-04-08T00:00:00+03:00">
     <day>08</day>
     <month>04</month>
     <year>2025</year>
    </date>
   </history>
   <self-uri xlink:href="https://naukaru.ru/en/nauka/article/105681/view">https://naukaru.ru/en/nauka/article/105681/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Предложено аналитическое решение упругопластической контактной задачи применительно к процессам отделочно-упрочняющей механической обработки длинных тонкостенных труб ротационным обкатыванием цилиндрическими и псевдосферическими тороидальными роликами. Рассматривается технологическое и инструментальное обеспечение этих процессов с целью повышения качественных показателей поверхностей труб и устранения погрешностей геометрической формы поперечного сечения. Определены условия самоподачи труб во время обработки. Разработан алгоритм расчета рациональных режимов поверхностного пластического деформирования длинномерных тонкостенных труб в программном комплексе Mathcad, учитывающий особую геометрию и повышенную гибкость тонкостенных труб, а также жесткие требования к изделиям по точности диаметрального размера и качеству обработанных поверхностей. Предлагаемая методика расчётного назначения рациональных технологических режимов отделочно-упрочняющей обработки прошла экспериментальную проверку на тонкостенных трубах (местами сплюснутых до 1 мм по диаметру) из стали 30 твёрдостью НВ160 с исходной шероховатостью поверхности &#13;
Ra = 1,25…1,6 мкм. Обкатка труб проводилась с применением 3-х роликового обкатного устройства при частоте вращения обоймы с цилиндрическими роликами около 80 об/мин. Расчётные углы наклона роликов в обойме обкатного устройства и технологические параметры режима обработки позволили при 5…8-ми кратном перекрытии первоначального следа инструмента обеспечить не только условия самоподачи трубы и высокую производительность процесса, но и получение требуемых глубин наклёпа и степени деформационного упрочнения её поверхности. При этом шероховатость поверхности снизилась почти на порядок (до Ra ≤ 0,2 мкм) без заметных следов волнистости и шелушения, а первоначальная некруглость сечения трубы практически совсем исчезла. Разработанная методика ротационной обкатки длинных тонкостенных труб рекомендуется к широкому практическому использованию на машиностроительных предприятиях.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>An analytical solution for the elastic plastic contact strain problem is proposed in relation to the processes of finishing and strengthening machining of long thin-walled pipes by rotary run-in using cylindrical and pseudospheric toroidal rollers. Technological and instrumental support of these processes is viewed. It contributes to the improvement of pipe surfaces quality and eliminates errors in the geometric shape of the cross-section. The conditions for self-feed of pipes being treated are determined. An algorithm has been developed for calculating rational modes of surface plastic deformation of long thin-walled pipes in the Mathcad software package, taking into account their special geometry and increased flexibility, as well as strict requirements for products in terms of accuracy of diametrical size and quality of treated surfaces. The proposed method for calculating some rational technological modes of finishing and strengthening treatment has been experimentally tested on thin-walled pipes (sometimes flattened to 1 mm in diameter) made of 30 steel with a hardness of HB160 with an initial surface roughness of Ra = 1,25...1,6 microns. The pipes were run-in using a 3-roller running-in device at a rotational speed of about 80 rpm with cylindrical rollers. The calculated rollers decline in the shell of the running-in device and the technological parameters of the processing mode made it possible, with a five...eightfold overlap of the initial trace of the tool tip, to ensure not only the conditions for self-feeding of the pipe and high process productivity, but also to obtain the required riveting depths and strain hardening degree for its surface. At the same time, the surface roughness decreased by almost an order of magnitude (to Ra ≤ 0,2 microns) without noticeable traces of undulation and peeling, and the initial out-of-roundness of the pipe section was almost completely prevented. The developed rotary running-in technology for long thin-walled pipes is recommended for wide practical use in machine-building enterprises.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>тонкостенная труба</kwd>
    <kwd>упругопластическая контактная деформация</kwd>
    <kwd>ротационная обкатка</kwd>
    <kwd>тороидальный ролик</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>thin-walled pipe</kwd>
    <kwd>elastic plastic contact deformation</kwd>
    <kwd>rotary run-in</kwd>
    <kwd>toroidal roller</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p> В приведенных выражениях   и   – полные эллиптические интегралы первого и второго рода соответственно, значения которых, как и зависящих от них коэффициентов  ,   и  , определяются либо по справочным таблицам, аналогичным приведённым в работе [3], либо рассчитываются с использованием программного комплекса Mathcad по значениям отношений главных кривизн поверхностей контактирующих тел. Поскольку ротационная обработка труб проводится с малыми степенями деформации поверхностей при небольших углах установки роликов, то получаемые на начальном этапе деформирования на поверхности трубы неглубокие остаточные вмятины имеют достаточно вытянутые эллиптические контуры с большим эксцентриситетом, т.е. с малыми значениями  . В этой связи при расчётном определении приведенного диаметра ролика по формуле (18) необходимо пользоваться более точным выражением для   в уравнении (19), приближенное же применяется достаточно успешно только при УО или ОУО сплошных валов [4].Технологическое обеспечение процессов ротационного обкатывания длинных тонкостенных труб заданных размеров (диаметр   и толщина стенки  ) и известными механическими свойствами материала (предел текучести σТ  или твёрдость HD, предельная равномерная деформация εр ) заключается в определении формы, геометрических размеров инструмента и рациональных режимов обработки. Форма обжимных роликов выбирается конструктивно: либо правильная цилиндрическая, либо тороидальная псевдосферическая, при этом последняя при прочих равных условиях является предпочтительней по обеспечению повышенной производительности процесса.Расчётом производится назначение диаметра dр  роликов в плоскости обкатки, угла   их установки и определение силы   обжатия труб. При этом контролируется и ряд других сопутствующих параметров рациональности техпроцесса, которые должны обеспечить получение требуемой степени упрочнения поверхности и заданной глубины наклёпанного слоя. Кратко, алгоритм расчётного назначения рациональных режимов ротационной обкатки длинных тонкостенных труб включает следующие операции:1. Дополнительно к перечисленным выше исходным данным необходимо задаться значениями интенсивности деформаций:   в центре единичного остаточного отпечатка и   – на поверхности, кроме того, нужны толщина   наклёпанного слоя и угол   установки роликов (предварительно рекомендуется принимать: εi,o=0,4εр ,   и ω&lt;15 0 ).2. Совместным решением уравнений (15) и приближённого (19) при неизвестном пока значении диаметра dр  обкатного ролика с учётом зависимостей (7) и (17) определяются вначале глубина h единичного отпечатка, а затем и диаметр ролика dр  с использованием программного комплекса Mathcad-7, после чего назначается его рациональное значение, и уточняются главные кривизны A и B поверхностей тел. Следует заметить, что принимаемое значение dр  должно быть не ниже расчётного и удовлетворять конструкции обкатного устройства, а для уменьшения волнистости обработанной поверхности, согласно рекомендациям [2], – быть, по возможности, кратным диаметру D трубы. 3. Решением трансцендентного уравнения (20) относительно эксцентриситета   контура упругой контактной площадки с привлечением программного комплекса Mathcad с подпрограммой root(f(x), x) определяются значения коэффициентов  ,   и  ; затем по точной формуле (19) рассчитывается отношение полуосей   контура единичной остаточной вмятины, и далее по выражению (18) находится Dпр .4. По выражению (7) с учётом (8) рассчитывается рабочая нагрузка F (сила обкатки), далее по уравнению (11) определяется упругая составляющая   полного сближения   тел в контакте, и по зависимостям (9) находятся полуоси   и   контура единичной остаточной вмятины, после чего уточняется принятый ранее угол   установки роликов.5. Контроль адекватности полученного решения осуществляется по удовлетворительному совпадению значений принятой и рассчитанной по уравнению (12) глубинам наклёпа zs. При несовпадении проводится небольшая корректировка значений, принятых ранее коэффициентов   и ξ  в рекомендуемых пределах. В заключении определяется реальное перекрытие роликами начального отпечатка длиной 2a, оцениваемое коэффициентом кп , значение которого должно быть не менее 6-х при 3-х роликовом обкатном устройстве [10]. Экспериментальная проверка предлагаемой методики расчёта рациональных режимов отделочно-упрочняющей обкатки проводилась на предварительно очищенных от заметных следов коррозии и окалины прямошовных тонкостенных трубах из стали 30 (  мм и  мм, твёрдость HB160, εр=0,134 , шероховатость поверхности  1,25…1,6 мкм), местами сплюснутых до 1 мм по диаметру, с использованием 3-х роликового обкатного устройства при частоте вращения обоймы с цилиндрическими роликами около 80 об/мин. Расчётные параметры режима обработки: диаметр упрочняющих роликов dр=16  мм, которые были установлены углом ω  = 7,5 º, и сила обкатки  кН обеспечивали глубину наклёпа zs≈1,4   мм (т.е.≈0,56t ) и степень деформации поверхности εi,п≈0,25εр , при этом происходило почти 8-кратное (кп≈5,0 ) перекрытие начального отпечатка (2а = 22,06 мм и 2b = 1,37 мм) без заметных следов волнистости обработаннойповерхности. Кроме того, шероховатостьповерхности снизилась почти на порядок (до 0,2 мкм), а некруглость сечения практически совсем исчезла.  </p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">ГОСТ 8733-75. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные и теплодеформированные (технические требования); ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные (сортамент).</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">State Standard 8733-75. Weldless steel pipes, cold-formed and heat-formed (technical requirements); State Standard 10704-91. Electric-welded steel LSAW pipes (grade).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. М.: Машиностроение. 1975. 160 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Braslavskiy V.M. Technology of rolling large parts using rollers. Moscow: Mashinostroenie. 1975. 160 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. М.: Машиностроение. 1986. 224 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Drozd M.S., Matlin M.M., Sidyakin Yu.I. Engineering calculations of elastic-plastic contact deformation. Moscow: Mashinostroenie. 1986. 224 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Сидякин Ю.И. Разработка метода расчета упругопластических контактных деформаций в процессах упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: ЦНИИТМАШ. 2002. 34 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Sidyakin Yu.I. Development of methods for calculating elastoplastic contact deformations in the processes of hardening of parts by surface plastic deformation. Moscow: TSNIITMASH. 2002. 34 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Сидякин Ю.И. Повышение эффективности упрочняющей механической обработки валов обкаткой их роликами или шариками // Вестник машиностроения. 2001. № 2. С. 43−49.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Sidyakin Yu.I. Improving the efficiency of rollers hardening by treating with rollers or balls // Bulletin of Mechanical Engineering. 2001. no. 2. P. 43−49.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Sidyakin Y.I., Olshtynsky S.N., Abakumova S.Y. Application of smoothing rollers in processes finishing-strengthening treatment of shafts’ SPD // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. 2020. P. 1213−1222. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_129</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Sidyakin Y.I., Olshtynsky S.N., Abakumova S.Y. Application of smoothing rollers in processes finishing-strengthening treatment of shafts’ SPD // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. 2020. P. 1213−1222. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_129</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Отений Я.Н., Никифоров Н.И., Алабин В.А., Лаврентьев А.М. Обеспечение точности формы при обработке ротационным обкатыванием длинных тонкостенных труб // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 7. C. 12−16.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Oteniy Ya.N., Nikiforov N.I., Alabin V.A., Lavrentiev A.M. Ensuring the accuracy of the form of rotary processing of long thin-walled tubes // Hardening technologies and coatings. 2012. no. 7. P. 12−16.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Коновалов Е.Г. Ротационная обработка поверхностей с автоматической подачей. Минск: Высшая школа. 1976. 192 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Konovalov E.G. Rotary surface treatment with automatic feeding. Minsk: Higher School. 1976. 192 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Сидякин Ю.И. Сферическая модель исследования упругопластической контактной деформации. // Известия ВолгГТУ. Прогрессивные технологии в машиностроении, вып. 6, № 12 (72). ВолгГТУ. Волгоград. 2010. С. 48−52.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Sidyakin Yu.I. Spherical model of elastic plastic contact deformation research. //Izvestia of VolgSTU. Progressive Technologies in Mechanical Engineering, issue 6, no. 12 (72). VolgSTU. Volgograd. 2010. P. 48−52.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Отений Я. Н. Обеспечение точности формы при обработке ротационным обкатыванием длинных тонкостенных труб // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 7. C. 12−16.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Oteniy Ya.N. Ensuring shape accuracy during rotary rolling of long thin-walled pipes //Hardening technologies and coatings. 2012. No. 7. pp. 12−16.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
