鈦及鈦合金不僅具有熔點(diǎn)高、無磁性、熱膨脹系數(shù)低、比強(qiáng)度（材料的強(qiáng)度與其密度之比）和比剛度（材料的彈性模量與其密度的比值）高的綜合力學(xué)性能，還擁有耐腐性能好、耐生物侵蝕等許多優(yōu)異特性。TA9鈦合金（TA9鈦棒、TA9鈦管）主要應(yīng)用于稀鹽酸、稀硫酸、稀磷酸環(huán)境，也廣泛用于鈦設(shè)備以防止縫隙腐蝕，如用作列管式換熱器和紡織的噴絲頭等部件。

1、矯直方法及矯直原理

1.1　斜輥矯直法

所謂斜輥矯直法，即上下兩個(gè)輥?zhàn)右砸欢ń嵌冉诲e(cuò)分布，軋材從上下兩排相互交錯(cuò)排列的輥?zhàn)又g通過時(shí)因受到多次反復(fù)彎曲而得到的對(duì)形狀缺陷的矯正，斜輥矯直機(jī)多用于管棒材的矯直。

1.2　矯直原理

矯直輥表面呈一定曲線形狀，并且與軋件成α 角布置。在矯直輥的帶動(dòng)下，軋件既轉(zhuǎn)動(dòng)又軸向移動(dòng)，作螺旋前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。軋件通過由交錯(cuò)布置的矯直輥所構(gòu)成的幾個(gè)彈塑性彎曲矯直單元，各個(gè)斷面得到多次反彎，達(dá)到一定程度的矯直。同時(shí)，軋件在旋轉(zhuǎn)中得到不同方向的反彎，也就能夠矯直多方向的原始曲率。軋件通過矯直輥時(shí)，每轉(zhuǎn)半周彎曲一次，軋件容易得到多次彈塑性彎曲，所以一般斜輥矯直機(jī)的輥數(shù)不多，構(gòu)成1～ 3 個(gè)彈塑性彎曲單元，就能達(dá)到所要求的矯直精度。對(duì)于管材，除沿長度方向上彎曲的曲率得到消除或減小外，斷面形狀也同時(shí)得到矯直[1]。

2、矯直參數(shù)的計(jì)算

2.1　輥?zhàn)拥妮佇卧O(shè)計(jì)

矯直機(jī)的輥?zhàn)硬糠纸Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了適應(yīng)有限元的模擬計(jì)算，根據(jù)矯直機(jī)輥?zhàn)颖旧淼奶攸c(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行合理簡化，利用SOLIDWORKS 建立矯直過程的三維模型，得出的矯直輥 軸向的剖線方程如下：

式中，r0 為管材半徑，mm；R0 為矯直輥輥腰半徑，mm；c0 為輥腰半徑與管材半徑之和，mm。

利用origin 得出輥型曲線及輥?zhàn)幽Ｐ停鐖D1 所示。

2.2　輥?zhàn)觾A角的選擇

輥?zhàn)觾A角的取值范圍為25°～ 43°。如果傾角過小，則會(huì)降低矯直速度，從而使生產(chǎn)效率下降；傾角過大，輥?zhàn)优c管材的接觸線長度過短，接觸應(yīng)力就會(huì)變大，越容易產(chǎn)生缺陷。隨著傾角的變大，管材旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的導(dǎo)程也變大，彎曲矯直次數(shù)為彈塑性變形區(qū)長度就會(huì)減少，這會(huì)影響管材的最終矯直質(zhì)量[2-4]。綜合以上因素，筆者選取的輥?zhàn)咏嵌葹棣?30°。

2.3　輥長及輥距的選擇其輥距為：

其輥距為：

P=(2~2.5)L                                                  （3）

式中，L 為輥?zhàn)尤L，L=Lg+2Rg；Rg 是輥?zhàn)觾啥藞A角半徑。

本文選用的管材直徑為7mm，故可得輥距為P=80mm。

2.4　矯直速度的選擇

矯直速度是一個(gè)影響產(chǎn)量的最直接的因素。但是，工件的轉(zhuǎn)速又要受到其原始的彎曲程度的限制。原始的彎曲過大，工件咬入后的甩擺嚴(yán)重，很容易損壞設(shè)備，甚至造成人員傷害。

本文中，速度v=0.36m/s，vg=0.5Dgωg，因Dg=7mm，故ωg=34.28rad/s。

3、有限元模型建立及矯直過程仿真

3.1　模型的建立

本文使用的薄壁細(xì)管模型長200mm，為了咬入的方便以及加快計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度, 將細(xì)管分為兩部分，即直管部分和彎管部分，設(shè)定為直管部分100mm，彎曲部分100mm， 彎曲部分是通過螺旋線投影到基準(zhǔn)面上而建立的掃描路徑，彎管部分設(shè)計(jì)參照正余弦曲線，管材的原始軸線最大偏差為1.8mm。而管材在矯直過程中的變形都很復(fù)染，結(jié)合計(jì)算 機(jī)的分析能力和網(wǎng)格的劃分情況，在建立十棍矯直過程的有限元模型時(shí)，必須進(jìn)行簡化為由五對(duì)上下對(duì)稱布置、呈一定傾斜角度的矯直輥，其模型如圖2所示。

3.2　矯直過程仿真

管材的整個(gè)矯直過程如圖3 所示，管材在矯直開始階段，管材經(jīng)過外部作用進(jìn)入矯直輥中，矯直輥將管材咬住，此時(shí)通過等效應(yīng)力云圖可以看出，管材在咬入過程中，由于管材與矯直輥剛開始接觸產(chǎn)生了碰撞，管材受力不均勻，進(jìn)入矯直輥的端部局部發(fā)生了塑性變形，出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，并且產(chǎn)生集中應(yīng)力的部位相對(duì)對(duì)稱，說明了管材很好地進(jìn)入矯直輥輥腔中。

管材經(jīng)過咬入階段，順利進(jìn)入矯直輥輥腔，由矯直輥與管材之間的摩擦力帶動(dòng)管材前進(jìn)。此時(shí)，管材由咬入階段進(jìn)入穩(wěn)定矯直階段。管材的前部分矯直過程可以看出，管材與矯直輥進(jìn)行了良好的接觸，矯直輥系的第一對(duì)輥與第三對(duì)輥起到了很好的導(dǎo)向作用，使管材的矯直過程平穩(wěn)進(jìn)行，管材并未出現(xiàn)擺動(dòng)、拋出等現(xiàn)象。在矯直過程中，輥?zhàn)优c管材之間接觸產(chǎn)生的最大壓力在420MPa 以下，但大于400MPa，說明輥?zhàn)优c管材之間進(jìn)行接觸時(shí)，管材發(fā)生彈塑性變形，這符合管材矯直原理。

4、結(jié)論

根據(jù)斜輥矯直機(jī)矯直原理，本文所設(shè)計(jì)的矯直輥及各種參數(shù)符合矯直需求且可以很好地對(duì)管材進(jìn)行矯直。管材矯直過程是反復(fù)壓彎、壓扁，低速咬入、低速拋出，可使管材直線度保持在1.5mm 以下。

參考文獻(xiàn)

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[4] 連家創(chuàng). 矯直理論與卷曲理論[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

TA9 Tube Ten Roll Straightening Process SimulationWang Chang, Hu Zhixin(College of Mechanical Engineering, Inner MongoliaUniversity of Science and Technology, Baotou 014010)

Abstract: In this paper, the model of ten roll straighteningmachine is established by using hyperbolic roller type, andthe straightening simulation analysis of the superfine titanium

alloy pipe is carried out with LS-DYNA. The improvement oftube straightening quality is analyzed, and the correctness ofstraightening process parameters is reflected. Because of the finerpipe, the selection of the dip angle is also analyzed to improve theaccuracy of the titanium alloy pipe straightening, and to improve

the practical production of some reference basis.

Key words: titanium alloy pipe, ten roll straightener,flattening quantity, inclination angle, LS-DYNA

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