丝路技术
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宋 航
（1.西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055；
2.宝钛股份有限公司线材厂，陕西 宝鸡 721000）
摘 要：板形是金属板材质量控制的重要质量指标，其板形控制技术是现代高精度板材生产工艺的关键技术。当前各个工业行业对原料板材的平直度提出的要求越来越高，而板材生产过程中板材平直度的调节由矫直环节来完成。本文首先介绍了钛及钛合金的性能特点及应用，然后结合宝钛集团线材厂使用矫直机的生产经验梳理了钛矫直设备的分类与发展现状，最后分析研究了矫直机的相关控制技术，总结了矫直机的发展。 关键词：钛及钛合金 矫直机分类 矫直机控制DOI ：10.12319/j.issn.2096-1200.2020.18.107对钛塑性加工后的产品的形状缺陷进行矫正的工序，称为矫直。金属的矫直方法很多，目前大多为机械矫直。
常用的方法有压力矫直、辊式矫直和张力矫直，这也是钛材常用的矫直方法。在加热、成型、热处理等过程中，钛或者钛合金工件往往会出现较多的缺陷，包括弯曲、歪扭等，产生这些缺陷主要的原因是加工过程中温度分布不均匀或者剪切、堆放过程所导致的。需要矫正工件的形状，通过整形消除工件内部的残余应力。 vi40精英版一、钛及钛合金的性能特点及应用
钛是一种主要的稀有金属类型，自然界中分布较为分散而且提取过程也很困难，但是由于其产量较高，在所有元素中排名居第十的位置。钛合金就是在钛元素基础之上加入其他元素构建形成的合金，钛主要包括两种同质异晶体。当温度处于882℃以下，它则会在结构上体现出6方构造的α肽。如果当温度处于882℃以上的话，则钛会呈现为体心立方的β肽。因此，借助于以上这一性质，则需要以温度为划分依据，将钛合金元素划分为三种不同类型。第一种则是稳定的α相，将该合金性能稳定的相关元素称之为α稳定元素，这些元素常见的以铝、氧、氮、碳等元素为主。在铝钛合金中应用最为广泛的一类元素以铝元素为主，该类元素能够有效地提高钛合金在常温以及高温下自身的结构强度，也能降低比重，有着良好的应用效果。第二种类型则为稳定的β相，在该相态下加入的相应相变温度元素被称之为β稳定元素，而这部分元素可以划分为同晶和共析型两种类别，同晶型的稳定元素以铌、钒、钼等元素为主，后者包括铬、锰、铜、铁、硅等。第三种是对温度不敏感的相应元素，被称之为中性元素，这些元素以锡和锆等元素为主。钛合金中现存的主要杂质以氮、氢和碳元素为主，钛金属
的发展最早可以追溯到1950年左右，它在许多方面有一定的优点，其特性主要分为以下几个层面：第一，虽然钛的密度比较低，但是具有较高的金属强度，最大能够承受1.17千兆帕的抗拉强度，但是它的密度仅仅只达到了钢的60%，因此，该元素的比强度较高；第二，钛合金硬度很高，在退火状态下，钛合金就能达到32—38左右的洛氏硬度；第三，钛合金弹性模量很低，它的对应弹性模量最大能够达到不锈钢材质的一半；第四，钛具有超低温以及高温特性；钛金属在高温下仍能保持稳定的物理性能，其耐温性远远超过铝合金型材，而且操作温度范围较广，新式耐高温钛金属的操作温度在550-600℃之间；超低温下钛金属的抗压强度反而比常温下高，且具备优良的延展性，超低温钛金属在-253℃时还能保持稳定的延展性；
第五，钛合金同样也具有较强的耐腐蚀性，常温状况下，其稳定性较高，而当其加热到500度左右的条件下，表层会快速产生薄而高密度的氧化钛膜，故在空气、海面、和盐酸等氧化性介质及强碱中，它的耐腐蚀性要比常见的不锈钢板更好；第六，钛合金也有较强的抗阻尼性，无毒无磁，另外，换热性能也比较优越。
二、钛矫直设备的分类与发展现状
评判一个国家的钛工业规模需要从两项指标开展分析，第一个指标就要考虑海绵钛的产量，另一个指标需要对钛材的产量进行评价。海绵钛反映的是钛材料的生产能力，而钛材则是反映的对钛深度加工
的能力。当前在工业领域内，各行各业对钛以及钛合金有了更高的需求，与此同时，也要求该类材料的质量也要满足相应要求，特别是对钛材平直度的要求。由于钛材在生产过程中容易受到挤压，同时运输、堆放过程中也有多种外力作用，最终就会导致其外观出现扭曲或者弯曲等缺陷。往往在许多长度比宽度更大的这部分材料上，出现纵向的变形状况非常明显。因此，为了得到更加平直的产品，生产过程中应该加入矫直环节对钛材平直度进行调节。另外，也要在具体矫直过程中以现有的钛材形状为基础合理选择相应矫直设备。
针对纵轴呈现对称同时宽度和厚度没有太大相差的这部分材料而言，例如，线材、棒材、管材等，这类材料表现出来的弯曲主要以纵向弯曲为主。详细可以参考图1所示，如果假设钛材料它的纵轴是X轴，那么沿着该轴出现弯曲的具体形状可能表现为许多不同类别的波浪弯曲。这些弯曲可以存在于x-y面内，也可能存在于x-z平面内，如果当某一个平面内的弯曲称之为一维弯，那么如果某一个弯在两个平面内同时存在的话，此时可以将其称之为二维弯曲。而对于斜面的波浪弯，在其他弯曲类型都不存在的状况下，它同样也属于的是一维弯曲。
图1 二维弯曲图
x-y 面
x-z 面
x-yz 面
x
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y
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z
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斜面内的波浪弯在有其他弯曲的条件下可分解为水平和垂直两个平面的弯曲，仍属于二维弯曲。往往在扁平材料以及窄带材料这类材料中，通常它的二维弯曲具体表现形式以波浪弯和镰刀弯等形状为主。而针对于薄板以及宽带材料这类材料而言，常见产生的二维弯曲往往是纵向弯曲和横向弯曲共同存在的。
对于现代化的矫直设备而言，它的规格较多，一般而言，可以结合其工作原理具体划分为以下几种类别。第一种矫直设备是反复弯曲式，包括压力矫直机和辊式矫直机等设备，在该类设备中需要借助于压头不断重复作用于同一平面内，逐渐减小其压弯量，最终直到压弯量和弹性回复量相等的情况下，则可以实现矫直。第二种类别则为旋转弯曲式，这类设备能够在工件处于塑性弯曲的前提之下，通过旋转变形这样的方式让材料从大的等弯矩逐步过渡为小等弯矩，并保证材料能够从塑性区出来的时候实现弹复变直。常见的类型以斜辊矫直机为主。第三种类型则是拉伸矫直式，这是以拉伸变形为主要原理构建而成的矫直设备，它将原来的变形材料拉伸为长度相等的材料，在塑性之后，以卸载或者弹性回复这样的方式实现矫直。第四种类型为拉弯矫直式，这种设备能够将拉伸和弯曲变形共同结合起来，保障工件在两个表层之间的拉伸以及截面区域内的拉伸不会同时发生，这样的方式不仅能够有效防止板带断裂，同时，也能够让矫直的质量得到进一步改善。第五种类型则是拉胚矫直设备，这类设备需要借助于拉动设备让连铸坯在下行的过程中，保障坯体的弧形弯曲得到逐步的拉伸，并让其外观形状更平直，这种拉力存在的主要意义在于可以克服外界阻力。最后一类则是张力矫直机，该类设施
可以在材料上施加对应的屈服极限拉力，纵向拉力保障材料可以出现塑性延伸，从而对该材料上形状的缺陷也可以起良好的矫正作用。其原理是借助于张力让部件产生弹性塑性拉伸形变，这样可以达到良好的矫直目的。
精整是钛材产品质量控制的最后一道工序，通过对钛材产品进行热处理、表面净化、切断、矫直、表面处理等工序，则可使产品达到特定的要求，且符合客户所需，与此同时，还可使产品的附加值得以显著提升。随着市场经济发展步伐的逐渐加快，很多高科技领域对钛材提出了更高的精度要求，矫直机在钛材精整过程中扮演着越来越重要的角，比如通信领域、电子领域等。实际上，精整的产量主要是由矫直机的稳定性所决定的。一些大规格高合金钛棒材，其屈服强度高，在缓冷收集后端的位置有着较大的弯曲度，之前人们使用的是平行辊矫直机矫直管棒材。而在矫直的过程中，圆材出现自转现象的可能性较大。所以，对精整矫直将会有更多的需求，另外，还会要求矫直机设备要不断地提升性能。
因为钛及钛合金具有强度大、冷变形能力低等特征，比普通金属更难矫直和整形。因此，对于中厚板和大截面工件常用热矫直工艺。有时一些工件弯曲度较大，需要两种矫直联合处理或二次矫直。钛材运用较多的矫直法包括：压力或张力矫直等，下面做以介绍。
在张力矫直中，在张力矫直机上经常出现波浪形缺陷的钛棒、钛丝和钛管，所施加的张应力会比材料
屈服极限更高。该张应力与钛棒的原始残余应力融合在一起，以至于在残余应力的位置，有一部分张应力被抵消，这样实际变形应力会大大减小，且在矫直的时候塑性延伸也会明显降低。除此以外，在残余拉应力的位置，受张应力叠加所影响，使实际变形应力会比之前更大，而且在矫直的过程中会提升其塑性延伸。在完成矫直以后，各大部位的延伸与矫直之前相比会变得更加匀称，所以也便弥补了波浪形缺陷。
辊式矫直在生产中广泛应用于简单的钛材断面工件。其工作原理就是通过各辊对工件连续反复的三点弯曲，则可使工件残余曲率的变化得到有效的控制。通常来说，前几个辊的作用是使工件顺着长度的方向，其残余曲率的差值慢慢地变小，而后几个辊的作用主要是使逐渐变得均匀的残余曲率变小。工件在各辊下的反弯曲率决定着矫直的质量。一般来说，辊径越小、辊数越多，矫直精度越高。当轧辊距离小于5时，有利于工件咬合和矫直工艺的建立。
目前，广泛使用的管棒材矫直设备包括二斜辊和多斜辊矫直机等。结合被矫直工件的形状，可细分为两大类，即管材或棒材矫直机。大多时候和压力矫直搭配起来使用，首先用压力矫直机矫直弯曲度大的工件，然后进行斜辊矫直。把待矫直的工件送往相应的矫直机，开机后也相应依送至矫直机的顺序一根接一根矫直。矫直质量主要取决于矫直机的压力和轧辊的倾角。压力的大小取决于钛材弯曲度的大小，当钛材弯曲度大时矫直压力应大些，反之亦然。辊倾角的大小取决于工件直径，直径大的工件应比直径小的矫直倾角大。矫直完也应将不合格的工件返回重新矫直，当然也可在矫直时使用张力矫
直机。管棒材矫直机基于旋转反弯矫直原理，在旋转前进的时候通过管棒材所承受的塑性弯曲按照从小到大，之后再反向连续变化，以促使矫直的实现。但是，辊系布置和辊形方面是存在显著区别的。一般来说，通过旋转使棒材顺着轴向产生均匀的弹塑性变形，这样则可实现对圆棒的矫直，值得一提的是，在实现的过程中，棒材应该为塑性的状态，这样方可形成与圆材原始曲率相反的残余变形。在辊缝之间，棒材在旋转的同时会前进，而在压力的作用下，圆材会出现较为明显的塑性变形，而为了实现矫直还需达到特定的塑性长度，在该长度范围内，圆材可获得必要的旋转次数，这样在任一长度的四周方向上，圆材每条纵向纤维的塑性变形都是均匀的。
三、矫直技术发展
随着技术的进步，工业各界一直关注着矫直机的自动化调节控制问题。起初，机械领域是关注的重点，一些专家通过对在拉伸张力与弯曲张力的影响下，板材应力和应变之间的关系展开全面深入的剖析，然后提出了选择矫直机工艺参数的具体方法。但是，对于矫直机的调控，身为机械力学理论范畴的矫直理论仅可起到指导的作用，而不能在实际生产中直接使用。现阶段，有关矫直机自动化程度的研究主要是在利用矫直机和PLC控制电路代替工人手工操作的过程中使用自动控制的方法。借助PLC控制电路，很多企业的矫直设备电子化水平得到了明显的提升，这就使研究者所获取的数字化矫直过程信息较为准确、详细。在工业自动化控制的过程中，广泛运用的控制算法就包括了PID控制算法。而华南理工大学以此为指导，然后创建了一种以PLC为重要基础的自适应PID算法，且在矫直机闭环
针刺事件控制中予以应用。
在矫直过程中，影响矫直后板材质量的核心因素即矫直机各工艺参数的选择。通常情况下，操作者在实际生产的过程中，结合实践经验和机械矫直理论来进行工艺参数的设置。由于受人为因素的限制，这种配置方法难以进一步提高板材的平直度。专家系统等智能化方法的出现，被广泛应用
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于板材的生产过程中，为矫直机的自动化控制选择提供了理论依据；同时，利用在线检测技术和矫直机PLC控制电路，可从实际生产过程中采集足够多的样本，为实现矫直机工艺参数的智能化提供了实验依据。智能化方法实现矫直机的自动化控制正逐渐成为矫直机调节控制研究的热点。北京科技大学机械工程学院创建了矫直机工艺参数设定模型，其是以神经网络为重要基础。该模型通过对矫直变形过程的力学分析和现场实际检测到的数据分析研究，然后选取的训练样本为比较典型的卷材生产数据，将具有良好操作经验的矫直变形工艺转变为数学模型，借助BP网络模型的优势，从而将拉矫加工工艺参数设置出来。智能化自动控制系统的核心即在对矫直机的工艺参数进行设定时，主要借助的是
智能化计算方法，通过对矫直机PLC控制电路进行优化和调节，则可使PLC控制电路产生对应的信号，由此则可更好地操控矫直机。
矫直机的发展由起初的单纯的机械力学理论研究演变到当前的以智能化计算方法为重要基础的矫直机控制方法的研究。搞好矫直理论建设和推进矫直机控制技术发展是相辅相成的，矫直中的相关技术与矫直理论通过互相影响而逐渐走向成熟化。在矫直参数的确定、矫直事故的分析与解剖，以及许多矫直相关理论的建立方面取得的效果不断推动着生产过程中矫直技术的发展。
首先，通过学习矫直过程各种弯曲、弯矩、弯曲变形、弯曲的挠度、弯曲的能量变化，以及这些变化之间的关系，还包括它们沿条材纵轴的分布状态等内容，为矫直机在所有断面型材上的控制提供了坚实的理论支撑。如斜辊矫直过程
中等曲率反弯矫直理论、分段等曲率辊形设计理论、均布压力辊形理论、小反弯矫直理论等。
其次，通过学习矫直过程的变形规律，可以制定一些典型的矫直规程。
最后，通过学习各种矫直参数的内在联系，例如，矫直压弯量，矫直速度，辊形参数的反弯曲率半径值，可建立各种参数的科学确定方法。识破了许多矫直过程中老大难问题，为故障分析提供了清晰的思路并到了解决办法。
现代化的矫直技术除了在最新矫直理论指导下开发出来的矫直技术之外就是将其他技术的新成果应用于矫直生产中，如在线检测技术、信息反馈技术、系统监控技术、参数自动调整技术等。由此，矫直生产也将进入智能调控时代。参考文献
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宫体诗
据了解，厦门大学有一个QQ工作法，让学生通过QQ与心理辅导员发起即时聊天，聊天记录不会保留，因此，学生可以畅所欲言，借助QQ，厦门大学的教师可以迅捷、全面地了解学生的心理，掌握真实的学生动态。利用互联网，可以建立高校与学生的连心桥，更好地开展心理健康教育。
（四）提高教师心理健康专业知识能力
作为心理健康教育的载体，心理健康教师和其他工作人员素质的提高至关重要。在互联网背景下的高校专业心理健康教师要学习网络技术，掌握和学生沟通的技巧，了解学生上网的偏好，善于观察学生，以便更好地揣摩学生的心理，及时与学生交流，解决学生的心理问题。
（五）组织建设大学生心理社团
高校应组织成立大学生自我服务的心理健康社团，在学校学生处和心理咨询室的指导下，定期开展心理教育活动，通过丰富多彩的活动来改善大学生的心理健康状态。大学生心理健康社团还可以举办“心理健康活动月”活动，组织心理健康讲座、心理健康演讲、阅读心理健康书籍等活动，让大学生接触更加丰富的心理健康知识。另外，还可以在日常学习生活中，利用校园树洞、校园广播站等互联网空间，进行心理疏导工作。
四、结语
总而言之，互联网有好的一面也有坏的一面，高校心理健康教育工作者应该“取其精华，去其糟粕”，牢牢抓住互联网给传统的心理健康教育方式带来的机遇，在网络背景下，对学生的心理状况与思想状态进行积极引导，为学生的身心健康发展奠定基础。
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