在航空航天和医疗领域的精密制造中，钛材矫直精度的高低直接影响着整个产品的性能与可靠性。
钛及钛合金因其高比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，已成为航空航天、医疗植入物、化工等领域的核心材料。然而，这些优异的性能也带来了加工上的挑战——尤其是矫直工序。
钛材的高强度和低塑性变形能力使其成为典型的难矫直材料。辊式矫直技术作为解决钛材变形的关键工艺，直接决定了最终产品的几何精度和质量性能。
01 钛材矫直的难点与特殊性
钛合金的比强度和比刚度高，很难被反弯，与矫直辊的接触区域较小，属于难矫直的材料6。这与钛材的晶体结构和力学特性密切相关。
在简单反弯矫直法基础上发展出的旋转反弯矫直理论，特别是斜辊式矫直机，已成为小规格管棒材矫直的主流技术。
钛材矫直不仅需要考虑几何精度，还要关注组织性能变化。研究表明，纯钛棒材的环状缺陷就是精整加工中两辊矫直和热处理两个工序共同作用产生的一种低倍环状组织缺陷。
02 主流矫直技术及其特点
二辊矫直技术
二辊矫直机采用压扁加反弯的方法对钛合金管材获得很好的矫直效果。这种矫直机的关键零件是矫直辊，是由复杂曲面构成的。
矫直精度取决于矫直辊设计是否正确1。研究表明，采用基于滚压反弯理论的辊型设计方法，能够提高矫直效果，对细棒材变形的应力-应变关系描述更为准确。
二辊矫直机的主要优势是没有空矫区且矫直精度高。这对于价值昂贵的钛合金材料尤为重要，可以减少材料浪费。
多辊矫直技术
多辊矫直（如六辊、十辊矫直机）两端辊子采用拟双曲线辊形，中间矫直辊则采用深浅凹辊形。这种设计通过采用恰当的反弯曲线，解决靠辊系反弯不能矫直的“鹅头弯”问题。
对于超细钛合金管材，十辊矫直机通过优化压扁量和倾角参数，可显著提高矫直精度。多辊矫直的优势在于矫直力更小，能够避免二辊矫直可能产生的环状缺陷。
03 矫直精度影响因素与优化策略
矫直精度是衡量矫直技术水平的核心指标。影响钛材矫直精度的因素众多，需要系统优化。
矫辊斜角与棒材直径没有形成严格的线性关系。考虑到材料塑性硬度对矫直反弯曲线的影响，对于塑性差、硬度大的牌号要适当减小矫辊斜角。
压扁量的选择也至关重要。研究表明，需要通过分析不同压扁量时的接触状况、矫直力、残余应力、直线度和椭圆度，确定合理的压扁量取值范围，为辊缝调节提供参考。
矫直过程中的应力应变控制也不容忽视。建立钛合金管材二辊矫直过程的三维弹塑性有限元模型，有助于分析管材从咬入到抛出过程中的应力应变，分析矫后管材残余应力。
04 创新矫直技术与方法
随着技术进步，新型矫直方法不断涌现。
一种具有改进钛合金板材矫直精度的带前端卷起装置的矫直方法，通过在矫直装置外加入板材前端卷起装置，与辊式矫直机一起形成新的矫直系统。
这种方法在液压缸增加压力条件下，降低了板材的弯曲度，从而改善板材质量，使得矫正效率由78%提高到81.6%。
热三辊纵向轧制和热张力矫直技术则针对Ti-Zr-Nb形状记忆合金，这种组合工艺可优化材料的微观结构和织构，显著提高材料的机械和功能性能。
05 应用案例与经济效益
钛、钽和铌等稀有金属的管棒材由于其优良的力学性能，被广泛应用于航空、航天、、原子能、医学等高科技领域。
该项目研究成果已应用到陕西宝鸡、宁夏、上海等地的多家金属管棒材的制备企业。对于已经具有矫直机的企业，可通过更换或修复矫直辊，达到提高生产率和产品质量的目的。
这项投入产出比极高：仅此一项较少的投入，每年每台矫直机就可为企业增加经济效益100余万元。
06 技术发展趋势与展望
钛及钛合金辊式矫直技术正朝着高精度、高效率、低损伤方向发展。矫直精度从原来的1-2mm/m提高到0.3mm/m以下。
矫直过程的数字化仿真技术日益成熟，通过建立的有限元模型，可以预测不同工艺参数下的矫直效果，优化辊型设计和工艺参数。
智能化矫直系统也开始应用，通过实时监测矫直力和变形量，自适应调整工艺参数，实现智能化控制。
高科技领域对钛材零件的精度要求仍在不断提高。医疗植入物需要更的几何特性，航空航天部件需要更好的疲劳性能。
这些需求正在推动矫直技术向超精密、数字化和智能化方向发展，未来的矫直系统将能够自适应材料特性变化，实现零缺陷制造。
参考文献：
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范钦红等。 基于滚压反弯理论的钛合金二辊矫直辊型研究。
刘志亮等。 钛合金管材二辊矫直机辊型曲线与矫直精度分析。
旋转反弯矫直技术在钛合金精锻棒材生产中的应用。
Φ12~Φ20mm钛合金管材二辊矫直机辊型曲线及矫直精度研究。
邓家彬。 纯钛棒材环状缺陷分析与改进。
Sheremetyev V。 等。 矫形植入物用超弹性Ti-Zr-Nb合金的热三辊纵向轧制和拉伸矫直。
TA9管材十辊矫直过程仿真。
陈修琳等。 具有改进钛合金板材矫直精度的带前端卷起装置的矫直方法。
