在斜轧穿孔过程中,轧辊对于管坯的作用力会沿轧制线的方向传递到顶头及顶杆上。当此轴向力过大时,会导致顶杆失稳发生弯曲,从而使轧制出来的钢管发生弯曲变形。为了防止这种情况的发生,则需要安装定心装置来保证毛管轴线和轧制中心线保持一致,确保顶杆在轧制过程中具有较高的稳定性。同时,会降低顶头和顶杆的消耗,提高生产作业率。然而现有的斜轧穿孔机出口装置定心辊的位置是均匀布置的,定心辊的安装位置与顶杆的实际失稳位置不一致,进而引起失稳防控能力低并增加不必要的设备投资及维修费用。针对上述问题,本文采用理论分析以及有限元模拟方法对顶杆定心辊安装位置以及失稳控制效果进行研究分析,主要研究内容和分析如下:根据压杆失稳力学分析建立了u及ω的模型,对顶杆的失稳位置和弯曲挠度值进行分析计算,确定顶杆的失稳条件、失稳位置以及定心装置的布置形式。计算分析表明:顶杆的失稳危险点是非对称的,一般10~12m长的顶杆,从顶杆尾端至顶头端的排布位置依次是:采用ABAQUS有限元模拟软件建立顶杆受力弯曲模型,模拟不同因素在非均布定心装置与均布定心装置条件下对顶杆失稳弯曲过程的影响。模拟结果表明:顶杆一端固定一端铰支时的失稳危险点在距离固定端2/3L处,非均布定心装置比均布定心装置的防控效果好。在Φ240mm二辊斜轧穿孔机设备条件下,模拟了顶杆受力的弯曲过程。用ABAQUS软件结合实际顶杆受力情况建立有限元模型,模拟了不同因素对顶杆临界失稳力、最大挠度值以及等效应力的影响。模拟结果表明:随着顶杆直径的增加,临界失稳力增加,弯曲的最大挠度值减小,等效应力增加;随着顶杆长度的增加,失稳临界力减小,弯曲的最大挠度值增加,等效应力增加。在1600KN四柱液压机设备条件下,进行顶杆受力弯曲的试验检验。试验结果表明:顶杆受力弯曲后的失稳位置均在距离顶杆固定端2/3处,弯曲时所受轴向力、挠度值的变化趋势与理论计算及模拟结果相符。然而,由于试验条件受到限制,试验并不是在理想状态下进行的,导致挠度值与理论计算及模拟结果之间存在一定的误差,但误差都在±10%以内。
