DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.115-125

Theoretical Study of the Technological Process of Machining the Outer Edge of Screw Elements of Agricultural Machinery

Andrii Diachun, Ivan Hevko, Oleg Stibailo, Roman Leshchuk, Roman Komar

About the Authors

Andrii Diachun, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1354-9468, e-mail: dyachun_andriy@ukr.net

Ivan Hevko, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automobiles, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000- 0001-5170-0857, e-mail: gevkoivan1@ukr.net

Oleg Stibailo, PhD student in Applied Mechanics, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0009-0007-9680-5426, e-mail: oleh.stibailo@gmail.com.

Roman Leshchuk, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Dean of the Faculty of Machine, Construction and Technology Engineering, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0380-2063, e-mail: r_leshchuk@ukr.net.

Roman Komar, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies, Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7965-4784, e- mail: rkomar@ukr.net.

Abstract

Despite previous studies of the grinding of the outer edge of screw elements, the dynamics of grinding and sharpening of the outer edge of the screw element were not considered, taking into account the vibrations of the workpiece, tool, elements of basing and fastening of the workpiece, and the tool holder of the machine tool. In addition, previous studies are related to grinding the outer edge of the screw element with a small feed of the through cutter (0.1…0.3 mm/rev), respectively, the length of the working edge of the cutter involved in the cutting process is several times smaller than when grinding the outer edge of the screw element. This leads to a significant increase in the cutting force, and accordingly to the vibrations of the tool and the workpiece. And the instantaneous value of the cutting force and its influence on the dynamic parameters of the process of grinding the outer edge of the screw element determine the quality of the machined surface and require further theoretical and experimental research. A theoretical study of the technological process of machining the outer edge of screw elements of agricultural machinery has been conducted. During the process of turning and sharpening the outer edge of the screw element, the cutting tools are moved along the axis of rotation of the screw element with a feed equal to the pitch of the turns, the rotational movement of the screw element, geometric parameters, their deviations, and the material of the initial workpiece determine the parameters of the quality of shaping the outer edge of the screw element. In addition, the quality of the machined surface is determined by: the accuracy of the machining system (which includes the tool, workpiece positioning and clamping elements, and the machine tool), variable cutting force parameters, workpiece deformation, tool wear, and the rigidity and vibration resistance of the workpiece machining system elements. It has been established that increasing the width of the cut part of the screw element's turn and the distance between the top of the sharpened edge of the screw element to the center of the circular cutting plate of the cutter leads to an increase in the area of the part of the screw element's material that is cut, and, accordingly, the cutting force, while increasing the radius of the cutting insert of the cutter leads to a decrease in the value of the specified parameters. A significant increase in the area of the part of the material of the screw element that is cut, and therefore the cutting force, is observed when the distance between the tip of the edge of the screw element that is sharpened approaches to the center of the circular cutting insert of the cutter to the value of the radius of the cutting insert of the cutter with the ratio of the radius of the cutting insert of the cutter to the distance between the tip of the edge of the screw element that is sharpened less than 1.1. At the same time, increasing the radius of the cutter's cutting plate leads to an increase in the sharpening angle of the screw element's edge, and increasing the distance between the tip of the sharpening screw element's edge to the center of the circular cutter's cutting plate leads to a decrease. Therefore, rational ratios of the radius of the cutter's cutting plate to the distance between the tip of the edge of the sharpening screw element to the center of the circular cutter's cutting plate in the cutter design are values from 1.4 to 1.8, which allow reducing the area of the part of the material of the screw element that is cut from 1.54 to 2.21 times, providing a sharpening angle of the edge of the screw element from 47 degrees to 57 degrees. The width of the cut part of the screw element's turn has a minor effect on the angle of sharpening of the screw element's edge. Also, to provide a different angle of sharpening of the edge of the screw element, as well as to change the load on the cutter, the distance between the top of the sharpening edge of the screw element to the center of the circular cutting plate of the cutter must be adjustable.

Keywords

technological process, research, helical spiral, workpiece, tool holder, machining accuracy, cutting tool, machine tool, feed, element, sharpening, edge, operation

Full Text:

PDF

References

1. Hevko, B. M., Pylypets, M. I., Vasylkiv, V. V., & Radyk, D. L. (2009). Tekhnologichni osnovy formoutvorennia riznoprofilʹnykh hvyntovykh zahotovok detalei mashyn [Technological bases of shaping multi-profile screw blanks of machine parts]. Ternopil: TDTU im. I. Puliuia [in Ukrainian].

2. Hevko, B. M., Liashuk, O. L., Hevko, I. B., Drahan, A. P., & Novosad, I. Ya. (2008). Tekhnologichni osnovy formoutvorennia spetsialʹnykh profilʹnykh hvyntovykh detalei [Technological bases of shaping special profile screw parts]. Ternopil: TDTU im. I. Puliuia [in Ukrainian].

3. Pylypets, M. I., Vasylkiv, V. V., Radyk, D. L., & Pylypets, O. M. (2021). Peredumovy rozroblennia kombinovanykh operatsii vyhotovlennia hvyntovykh i shnekovykh zahotovok metodom obrobky metaliv tyskom [Prerequisites for developing combined operations for manufacturing screw and auger blanks by metal forming]. Perspektyvni tekhnolohii ta prylady, 18, 112–123 [in Ukrainian].

4. 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

5. Vasylkiv, V. V. (2015). Rozvytok naukovo-prykladnykh osnov rozroblennia tekhnolohii vyrobnytstva hvyntovykh i shnekovykh zahotovok z vykorystanniam unifikatsii [Development of scientific and applied bases of screw and auger billet manufacturing technologies using unification]. Extended abstract of Doctor’s thesis. Lviv [in Ukrainian].

6. Vasylkiv, V. V., Radyk, L. D., & Hevko, I. B. (2004). Tekhnolohichni ta konstruktyvni osoblyvosti vyhotovlennia hvyntovykh zahotovok z lystovoho prokatu [Technological and design features of manufacturing screw blanks from sheet metal]. Naukovi notatky. LDTU, 14, 12–18 [in Ukrainian].

7. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., Lyashuk, O. L., Martsenko, S. V., & Gypka, A. B. (2016). Research the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering, 49(2), 77–82.

8. Hevko, I., Diachun, A., Lyashuk, O., Vovk, Yu., & Hupka, A. (2021). Study of dynamic and power parameters of the screw workpieces with a curved profile turning. In Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV: Proceedings of the 4th International Conference DSMIE 2021 (Vol. 1, pp. 385–394). Lviv.

9. Lyashuk, O., Rogatynskyy, R., Hevko, I., Navrotska, T., & Diachun, A. (2024). Study of power parameters of the screw spirals forming. In Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proceedings of the 7th International Conference DSMIE 2024 (Vol. 1, pp. 287–298). Pilsen.

10. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., Dubyniak, T. S., Stibailo, O. Yu., & Hupka, A. B. (2025). Tekhnolohichni osoblyvosti vyhotovlennia nozhiv-podribniuvachiv na spiralakh shnekiv [Technological features of manufacturing cutting knives on screw spirals]. Tsentralnoukrainsʹkyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42), part 1, 75–83 [in Ukrainian].

11. Hevko, I. B., Dyachun, A. Ye., Dubyniak, T. S., Stibailo, O. Yu., & Zolotyi, R. Z. (2025). Doslidzhennia operatsii tekhnolohichnoho protsesu vyhotovlennia nozhiv-podribniuvachiv na spiralakh shnekiv [Research of technological process operations of manufacturing cutting knives on screw spirals]. Tsentralnoukrainsʹkyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42), part 2, 99–108 [in Ukrainian].

12. Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Dyachun, A. Ye., Hupka, A. B., & Tretiakov, O. L. (2025). Tekhnolohichne proiektuvannia ta vyhotovlennia hvyntovykh transportno-tekhnolohichnykh robochykh orhaniv [Technological design and manufacturing of screw transport and technological working bodies]. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].

13. Rogatynskyi, R. M., Hevko, I. B., Liashuk, O. L., Hud, V. Z., Dyachun, A. Ye., Melnychuk, A. L., & Slobodian, L. M. (2019). Perspektyvni hvyntovi konveieri: konstruktsii, rozrakhunok, doslidzhennia [Promising screw conveyors: design, calculation, research]. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].

14. Rogatynskyi, R. M., Hevko, I. B., & Dyachun, A. Ye. (2014). Naukovo-prykladni osnovy stvorennia hvyntovykh transportno-tekhnolohichnykh mekhanizmiv [Scientific and applied bases of creating screw transport- technological mechanisms]. Ternopil: TNTU im. I. Puliuia [in Ukrainian].

15. Hevko, I., Pik, A., Komar, R., Stibaylo, O., & Koval, S. (2024). Peculiarities of technological design of U-shaped screw transport and technological working bodies. Scientific Journal of TNTU, 113(1), 5–15.

16. Rogatinskiy, R., Hevko, I., Gypka, A., Garmatyk, O., & Martsenko, S. (2017). Feasibility study of the method choice of manufacturing screw cleaning elements with the development and use of software. Acta Technologica Agriculturae, 2, 36–41. https://doi.org/10.1515/ata-2017-0007

17. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Hud, V. Z., Dmytriv, O. R., Dubyniak, T. S., Navrotska, T. D., & Kruhlyk, O. A. (2019). Hnuchki hvyntovi konveieri: proektuvannia, tekhnolohiia vyhotovlennia, eksperymentalʹni doslidzhennia [Flexible screw conveyors: design, manufacturing technology, experimental research]. Ternopil: FOP Palianytsia V. A. [in Ukrainian].

18. Hevko, I. B. (2011). Modeliuvannia kharakteru navantazhennia na hvyntovi robochi orhany [Modeling the load character of screw working bodies]. Visnyk TNTU, 16(1), 69–77 [in Ukrainian].

19. Hevko, I. B., Leshchuk, R. Ya., Bryksa, A. O., Stibailo, O. Yu., & Koval, S. O. (2023). Osoblyvosti konstruktsii i tekhnolohichnoho proektuvannia robochykh orhaniv lopatevykh hvyntovykh zmishuvachiv [Design features and technological design of working bodies of blade screw mixers]. Tsentralnoukrainsʹkyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 8(39), part 2, 24–34 [in Ukrainian].

20. Hevko, I. B., Rohatynskyi, R. M., Komar, R. V., Tkachenko, I. H., & Hupka, A. B. (2025). Tekhnolohichne proiektuvannia sposobiv vyhotovlennia U-podibnykh hvyntovykh poverkhonʹ transportnykh trub [Technological design of manufacturing methods of U-shaped screw surfaces of transport pipes]. Tsentralnoukrainsʹkyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky, 11(42), part 2, 109–116 [in Ukrainian].

21. Hevko, I. B., Stibailo, O. Yu., Leshchuk, R. Ya., Huryk, O. Ya., & Hupka, A. B. (2025). Tekhniko-ekonomichne obgruntuvannia sposobiv vyhotovlennia shnekovykh spiralei, osnashchenykh lopatevymy, rizalʹnymy ta podribniuvalʹnymy elementamy [Technical and economic justification of methods for manufacturing auger spirals equipped with blade, cutting and shredding elements]. Perspektyvni tekhnolohii ta prylady, 26, 29–37 [in Ukrainian].

30. Hud, V., Hevko, I., Lyashuk, O., Ungureanu, N., Vlăduț, N.-V., Stashkiv, M., Hevko, O., & Pik, A. (2023). Enhancement of agricultural materials separation efficiency using a multi-purpose screw conveyor-separator. Agriculture, 13(4), 870. https://doi.org/10.3390/agriculture13040870.

Citations

1. Гевко Б. М., Пилипець М. І., Васильків В. В., Радик Д. Л. Технологічні основи формоутворення різнопрофільних гвинтових заготовок деталей машин. Тернопіль : ТДТУ ім. І. Пулюя, 2009. 457 с.

2. Гевко Б. М., Ляшук О. Л., Гевко І. Б., Драган А. П., Новосад І. Я. Технологічні основи формоутворення спеціальних профільних гвинтових деталей. Тернопіль : ТДТУ ім. І. Пулюя, 2008. 367 с.

3. Пилипець М. І., Васильків В. В., Радик Д. Л., Пилипець О. М. Передумови розроблення комбінованих операцій виготовлення гвинтових і шнекових заготовок методом обробки металів тиском. Перспективні технології та прилади. 2021. Вип. 18. С. 112–123.

4. 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. P. 33–43. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2021.04.033

5. Васильків В. В. Розвиток науково-прикладних основ розроблення технологій виробництва гвинтових і шнекових заготовок з використанням уніфікації : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 05.02.08. Львів, 2015. 48 с.

6. Васильків В. В., Радик Л. Д., Гевко І. Б. Технологічні та конструктивні особливості виготовлення гвинтових заготовок з листового прокату. Наукові нотатки. ЛДТУ. 2004. Вип. 14. С. 12–18.

7. Hevko I. B., Dyachun A. Ye., Lyashuk O. L., Martsenko S. V., Gypka A. B. Research the force parameters of forming the screw cleaning elements. INMATEH – Agricultural Engineering. 2016. Vol. 49, № 2. P. 77–82.

8. Hevko I., Diachun A., Lyashuk O., Vovk Yu., Hupka A. Study of dynamic and power parameters of the screw workpieces with a curved profile turning. In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV: Proc. of the 4th Int. Conf. DSMIE 2021. Lviv, 2021. Vol. 1. P. 385–394.

9. Lyashuk O., Rogatynskyy R., Hevko I., Navrotska T., Diachun A. Study of power parameters of the screw spirals forming. In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proc. of the 7th Int. Conf. DSMIE 2024. Pilsen, 2024. Vol. 1. P. 287–298.

10. Гевко І. Б., Дячун А. Є., Дубиняк Т. С., Стібайло О. Ю., Гупка А. Б. Технологічні особливості виготовлення ножів-подрібнювачів на спіралях шнеків. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 1. С. 75–83.

11. Гевко І. Б., Дячун А. Є., Дубиняк Т. С., Стібайло О. Ю., Золотий Р. З. Дослідження операцій технологічного процесу виготовлення ножів-подрібнювачів на спіралях шнеків. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 2. С. 99–108.

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. Рогатинський Р. М., Гевко І. Б., Ляшук О. Л., Гудь В. З., Дячун А. Є., Мельничук А. Л., Слободян Л. М. Перспективні гвинтові конвеєри: конструкції, розрахунок, дослідження. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2019. 212 с.

14. 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.

15. Hevko I., Pik A., Komar R., Stibaylo O., Koval S. Peculiarities of technological design of U-shaped screw transport and technological working bodies. Scientific Journal of TNTU. 2024. Vol. 113, № 1. P. 5–15.

16. Rogatinskiy R., Hevko I., Gypka A., Garmatyk O., Martsenko S. Feasibility study of the method choice of manufacturing screw cleaning elements with the development and use of software. Acta Technologica Agriculturae. 2017. № 2. P. 36–41. https://doi.org/10.1515/ata-2017-0007

17. Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Гудь В. З., Дмитрів О. Р., Дубиняк Т. С., Навроцька Т. Д., Круглик О. А. Гнучкі гвинтові конвеєри: проектування, технологія виготовлення, експериментальні дослідження. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2019. 207 с.

18. Гевко І. Б. Моделювання характеру навантаження на гвинтові робочі органи. Вісник ТНТУ. 2011. Т. 16, № 1. С. 69–77.

19. Гевко І. Б., Лещук Р. Я., Брикса А. О., Стібайло О. Ю., Коваль С. О. Особливості конструкцій і технологічного проєктування робочих органів лопатевих гвинтових змішувачів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 8(39), ч. 2. С. 24–34.

20. Гевко І. Б., Рогатинський Р. М., Комар Р. В., Ткаченко І. Г., Гупка А. Б. Технологічне проєктування способів виготовлення U-подібних гвинтових поверхонь транспортних труб. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2025. Вип. 11(42), ч. 2. С. 109–116.

21. Гевко І. Б., Стібайло О. Ю., Лещук Р. Я., Гурик О. Я., Гупка А. Б. Техніко-економічне обґрунтування способів виготовлення шнекових спіралей, оснащених лопатевими, різальними та подрібнювальними елементами. Перспективні технології та прилади. 2025. Вип. 26. С. 29–37.

Copyright (©) 2025, Andrii Diachun, Ivan Hevko, Oleg Stibailo, Roman Leshchuk, Roman Komar