在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域的精密制造中，鈦材矯直精度的高低直接影響著整個(gè)產(chǎn)品的性能與可靠性。

　　鈦及鈦合金因其高比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性和良好的生物相容性，已成為航空航天、醫(yī)療植入物、化工等領(lǐng)域的核心材料。然而，這些優(yōu)異的性能也帶來了加工上的挑戰(zhàn)——尤其是矯直工序。

　　鈦材的高強(qiáng)度和低塑性變形能力使其成為典型的難矯直材料。輥式矯直技術(shù)作為解決鈦材變形的關(guān)鍵工藝，直接決定了最終產(chǎn)品的幾何精度和質(zhì)量性能。

　　01 鈦材矯直的難點(diǎn)與特殊性

　　鈦合金的比強(qiáng)度和比剛度高，很難被反彎，與矯直輥的接觸區(qū)域較小，屬于難矯直的材料6。這與鈦材的晶體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性密切相關(guān)。

　　在簡單反彎矯直法基礎(chǔ)上發(fā)展出的旋轉(zhuǎn)反彎矯直理論，特別是斜輥式矯直機(jī)，已成為小規(guī)格管棒材矯直的主流技術(shù)。

　　鈦材矯直不僅需要考慮幾何精度，還要關(guān)注組織性能變化。研究表明，純鈦棒材的環(huán)狀缺陷就是精整加工中兩輥矯直和熱處理兩個(gè)工序共同作用產(chǎn)生的一種低倍環(huán)狀組織缺陷。

　　02 主流矯直技術(shù)及其特點(diǎn)

　　二輥矯直技術(shù)

　　二輥矯直機(jī)采用壓扁加反彎的方法對鈦合金管材獲得很好的矯直效果。這種矯直機(jī)的關(guān)鍵零件是矯直輥，是由復(fù)雜曲面構(gòu)成的。

　　矯直精度取決于矯直輥設(shè)計(jì)是否正確1。研究表明，采用基于滾壓反彎理論的輥型設(shè)計(jì)方法，能夠提高矯直效果，對細(xì)棒材變形的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系描述更為準(zhǔn)確。

　　二輥矯直機(jī)的主要優(yōu)勢是沒有空矯區(qū)且矯直精度高。這對于價(jià)值昂貴的鈦合金材料尤為重要，可以減少材料浪費(fèi)。

　　多輥矯直技術(shù)

　　多輥矯直（如六輥、十輥矯直機(jī)）兩端輥?zhàn)硬捎脭M雙曲線輥形，中間矯直輥則采用深淺凹輥形。這種設(shè)計(jì)通過采用恰當(dāng)?shù)姆磸澢�，解決靠輥系反彎不能矯直的“鵝頭彎”問題。

　　對于超細(xì)鈦合金管材，十輥矯直機(jī)通過優(yōu)化壓扁量和傾角參數(shù)，可顯著提高矯直精度。多輥矯直的優(yōu)勢在于矯直力更小，能夠避免二輥矯直可能產(chǎn)生的環(huán)狀缺陷。

　　03 矯直精度影響因素與優(yōu)化策略

　　矯直精度是衡量矯直技術(shù)水平的核心指標(biāo)。影響鈦材矯直精度的因素眾多，需要系統(tǒng)優(yōu)化。

　　矯輥斜角與棒材直徑?jīng)]有形成嚴(yán)格的線性關(guān)系�？紤]到材料塑性硬度對矯直反彎曲線的影響，對于塑性差、硬度大的牌號要適當(dāng)減小矯輥斜角。

　　壓扁量的選擇也至關(guān)重要。研究表明，需要通過分析不同壓扁量時(shí)的接觸狀況、矯直力、殘余應(yīng)力、直線度和橢圓度，確定合理的壓扁量取值范圍，為輥縫調(diào)節(jié)提供參考。

　　矯直過程中的應(yīng)力應(yīng)變控制也不容忽視。建立鈦合金管材二輥矯直過程的三維彈塑性有限元模型，有助于分析管材從咬入到拋出過程中的應(yīng)力應(yīng)變，分析矯后管材殘余應(yīng)力。

　　04 創(chuàng)新矯直技術(shù)與方法

　　隨著技術(shù)進(jìn)步，新型矯直方法不斷涌現(xiàn)。

　　一種具有改進(jìn)鈦合金板材矯直精度的帶前端卷起裝置的矯直方法，通過在矯直裝置外加入板材前端卷起裝置，與輥式矯直機(jī)一起形成新的矯直系統(tǒng)。

　　這種方法在液壓缸增加壓力條件下，降低了板材的彎曲度，從而改善板材質(zhì)量，使得矯正效率由78%提高到81.6%。

　　熱三輥縱向軋制和熱張力矯直技術(shù)則針對Ti-Zr-Nb形狀記憶合金，這種組合工藝可優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)，顯著提高材料的機(jī)械和功能性能。

　　05 應(yīng)用案例與經(jīng)濟(jì)效益

　　鈦、鉭和鈮等稀有金屬的管棒材由于其優(yōu)良的力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、、原子能、醫(yī)學(xué)等高科技領(lǐng)域。

　　該項(xiàng)目研究成果已應(yīng)用到陜西寶雞、寧夏、上海等地的多家金屬管棒材的制備企業(yè)。對于已經(jīng)具有矯直機(jī)的企業(yè)，可通過更換或修復(fù)矯直輥，達(dá)到提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

　　這項(xiàng)投入產(chǎn)出比極高：僅此一項(xiàng)較少的投入，每年每臺(tái)矯直機(jī)就可為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益100余萬元。

　　06 技術(shù)發(fā)展趨勢與展望

　　鈦及鈦合金輥式矯直技術(shù)正朝著高精度、高效率、低損傷方向發(fā)展。矯直精度從原來的1-2mm/m提高到0.3mm/m以下。

　　矯直過程的數(shù)字化仿真技術(shù)日益成熟，通過建立的有限元模型，可以預(yù)測不同工藝參數(shù)下的矯直效果，優(yōu)化輥型設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)。

　　智能化矯直系統(tǒng)也開始應(yīng)用，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測矯直力和變形量，自適應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

　　高科技領(lǐng)域?qū)︹伈牧慵木纫笕栽诓粩嗵岣�。醫(yī)療植入物需要更的幾何特性，航空航天部件需要更好的疲勞性能。

　　這些需求正在推動(dòng)矯直技術(shù)向超精密、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，未來的矯直系統(tǒng)將能夠自適應(yīng)材料特性變化，實(shí)現(xiàn)零缺陷制造。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　Φ12~Φ20mm鈦合金管材二輥矯直機(jī)輥型曲線及矯直精度研究。

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