Bakytzhan Serikovich Donenbaev

This study presents a parametric optimization model for the friction disc of a combined friction face milling cutter operating under intensive contact friction, high clamping forces, and cyclic thermomechanical loading. The computational framework integrates ANSYS Workbench, the Static Structural module, Design of Experiments (DOE), Kriging surrogate modeling, and Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) optimization. The friction disc geometry is defined by two design variables: the radial depth of the relief groove, a (3–6 mm), and its axial width, b (3–8 mm). Structural performance is evaluated using the von Mises equivalent stress and axial displacement of the cutting zone. Heat-treated 65G spring steel, with a yield strength of 640 MPa, is selected as the material. Using a safety factor of four, the allowable stress is limited to 160 MPa, while the permissible axial displacement is 0.05 mm to satisfy axial runout requirements for face milling cutters. Finite element analysis and response surface modeling show that parameter a predominantly affects axial deformation, whereas the combined influence of a and b governs the acceptable stress region. Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) optimization identifies design solutions satisfying both strength and stiffness constraints. The proposed approach enables the determination of the minimum admissible values of the geometric parameters a and b while satisfying the prescribed strength, stiffness, and axial displacement constraints.

This study investigates the thermo-mechanical behaviour of titanium alloys during milling with the aim of developing a predictive approach for reducing thermal loading and improving process stability. A three-dimensional finite element model was constructed in Kompas-3D and simulated in ANSYS Workbench using the Johnson–Cook constitutive and damage model. To systematically analyse the effects of process variables, a five-level experimental design was employed, in which cutting depth, feed rate, and spindle speed were varied. The results of 25 simulation runs were processed in ANETR-5 software to establish a regression model linking cutting parameters with the workpiece surface temperature. The findings revealed that heat accumulation is strongly localised at the tool–chip interface, while subsurface temperature stabilises near 101.9 °C. Cutting forces were observed to fluctuate in all coordinate directions, reflecting the intermittent engagement of milling teeth and providing insight into potential process instability. The regression model demonstrated high adequacy with SD = 28.76%, R = 0.948, and F = 12.093. Optimisation indicated that the combination of cutting depth t = 1 mm, feed rate S = 4500 mm/min, and spindle speed n = 4162 rpm yields the most favourable thermal response. The approach provides a reliable basis for optimising titanium machining, improving tool life, surface integrity, and overall cost efficiency.

Берілген мақалада экструдер геометриясының механикалық қасиеттеріне, атап айтқанда, кернеу мен деформацияға әсері жан-жақты зерттелді. Зерттеу ANSYS Workbench (WB) бағдарламасында геометриялық параметрлерді өзгерту арқылы жүргізілді, оның ішінде экструдердің қабырға қалыңдығының механикалық мінез-құлқына әсері терең талданды. Алынған нәтижелер қабырға қалыңдығын ұлғайту құрылымдық қатаңдықтың жоғарылауына, нәтижесінде деформацияның азаюына алып келетінін көрсетті. Сонымен қатар, қабырға қалыңдығы белгілі бір шекке жеткенде, кернеулердің төмендеуі байқалды. Бұл құбылыс экструдерлерді жобалауда қабырға қалыңдығының оңтайлы мәндерін анықтаудың маңыздылығын айқындайды. Қабырға қалыңдығының өзгеруі экструдердің деформацияға және динамикалық жүктемелерге төзімділігін арттырып, оның жұмысындағы сенімділікті едәуір жақсартады. Оңтайлы қабырға қалыңдығын таңдау экструдердің тиімділігін арттырып, жұмыс мерзімін ұзартады. Алынған нәтижелер экструдердің механикалық қасиеттерін жақсартуға, оның беріктігін арттыруға және ұзақ мерзімді сенімділігін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Зерттеу нәтижелері өндіріс саласында экструдерді қолдану тиімділігін арттырып қана қоймай, оның қызмет ету мерзімін ұзартуға бағытталған шешімдерді енгізуге ықпал етеді. Бұл өндіріс сапасын жақсартуға көмектеседі. Мақалада көрсетілген әдістеме жобалау процесін едәуір жылдамдатып, тиімді әрі экономикалық шешімдер жасауға мүмкіндік береді. Жұмыстың нәтижелері инженерлер мен жобалаушыларға экструдердің құрылымдық параметрлерін оңтайландыруға нақты ұсыныстар береді, бұл өндірістің сапасын арттырып, шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Кілтті сөздер: экструдер, параметрлеу, ANSYS Workbench, механикалық қасиеттер, 3Д қүрылыс принтер.

The authors have studied the methods of loading bulk cargo in the railway transport. The developed method of loading bulk cargoes into containers transported by railway platforms has been developed. The article deals with experimental studies ...

The authors developed a special design of a rotary friction tool with a self-rotating cup cutter for rotary friction boring of large holes. This paper presents the results of parametric optimization of stressed components of the rotary friction tool by virtual experiments in ANSYS WB. The authors predicted the cutting force components at the worst position of the cup cutter, which was 20 degrees as contact forces in the process of boring a large diameter hole, and built a design model. Using the Johnson-Cook model as the failure criterion for the elements of the mesh, projections of the cutting forces resulting from the hole processing were obtained. The relation between input and output parameters (stresses) is established, optimization criteria are specified, and optimal parameters of the tool stresses components are chosen. It was also found that the averaged values of the force at the initial moment (cutting into the workpiece) change linearly, then becoming practically constant. The idea of parametric optimization consisted in carrying out several virtual experiments, in which the possible range of variation of the basic dimensions was indicated and the optimization criteria were set, the optimal parameters of the tool design were selected from the presented candidates. The optimization method bypasses the design cycle, which is costly and time-consuming due to prototype testing and subsequent refinement.

When producing large-dimensional parts of heavy machines, the largest specific weight in the general labour input is made by the operations, connected with machining the main holes, i. e. holes of large diameter. To the holes of large diameter of large-dimensional parts, there are specified high requirements in the aspect of accuracy of the size, shape and arrangement. Machining of holes still remains one of the topical problems of present day mechanical engineering, in particular machine-building enterprises of the Republic of Kazakhstan. Solving the problem of ensuring accuracy and quality of machining large holes of large-dimensional parts requires the development of new resource-saving technologies of machining. In this work there are presented the results of studying a resource-saving method of rotation-friction boring of large diameter holes. There has been achieved good results in providing the quality indicators, when machining by the proposed method of rotation-friction boring with the use of the tool (a disk cutter) made of steel 90CrSi5 in comparison with well-known boring of holes. The diagram of chip formation of cutting and the results of studying the zone of chip formation by the metallographic method is also presented.