推動金屬塑性加工先進技術再向前

縱觀歷史，以材料劃分時代是一大特色，如石器、青銅器、鐵器時代等，這足以說明人類文明與材料的關系。長久以來，先進材料的研發和制造成為我國制造業及諸多高技術產業發展的軟肋，加大對新材料、新工藝的工程化應用研究力度，趕超世界先進材料水平，建立具有中國特色的材料技術體系需要我們長期努力。

作為材料科學與工程領域國內一流并具有重要國際影響力的研究機構和我國高性能材料研究與發展的重要基地，中國科學院金屬研究所(以下簡稱“金屬研究所”)攻關科學技術，為國家若干重大工程提供關鍵零部件。成立以來，金屬研究所累計取得科技成果獎400 余項，其中不乏國內最高科技獎項。

中國鍛壓協會歷來與金屬研究所保持著良好的溝通和合作關系，2021 年雙方合作舉辦了管板材成形會議，今年由雙方牽頭發起的“管板材成形專業委員會”也進入了籌備階段。近日，本刊記者采訪了金屬研究所徐勇研究員，并就個人學術生涯、課題組科研成果、人才培養、前沿技術等進行了深入交流。

苦心不負，終成中流砥柱

2009 年，徐勇進入金屬研究所塑性加工先進技術課題組攻讀博士學位，師從我國塑性加工界知名專家/學者——張士宏研究員。博士階段的課業量和研究工作量是本碩期間的數倍，壓力也是成倍增加。憑借堅實的理論基礎和超越常人的刻苦努力，2013年，徐勇榮獲師昌緒一等獎學金，同年，順利獲得材料加工工程專業博士學位。

滬大劇社的男女合演西劇《值得登廣告》曾經公演過兩次。都很受人歡迎，得著社長陳春波君力量不少。現在他們又選定三月二日假座愛普盧影戲院作第三次的公演。據說，這部戲劇情很是曲折，言辭也很滑稽，加這幾位戲里的名角，都是幾個美于色長于辭的社員所任，一經粉墨登場，莫不有聲有色。今該社已將座券開始發售。上海交際花如唐瑛，閨秀如夏璐敏、陳皓明等均已預定座位。預料那天愛普盧中又有一個無形的時裝展覽會了。[11]2

采訪中，徐勇向我們介紹了當前液壓成形技術國內外的研發和應用情況：

博士畢業后，徐勇留組繼續從事科研工作，于2016 年、2020 年先后受聘金屬研究所副研究員、研究員。

目前,對于旅游公路的理論研究,主要從概念界定[5-6]、屬性特征[7]、類型劃分[8-9]和建設效應[10]等維度開展。針對鄉村旅游公路的選線適宜性的研究涉略較少。本文在明確鄉村旅游公路概念的基礎上,以鄉村旅游發展較快的溧陽南山片區的鄉村旅游公路為研究對象,通過充分的現場調查,對現狀進行梳理和分析,構建縣域鄉村旅游公路選線適宜性評價模型,以使用者視角對鄉村旅游公路進行評價,以期為此類公路的選線、改建提供依據。

前沿技術，助力大國重器

新一代航空航天飛行器、新能源汽車和軌道交通等領域向大型化、輕量化、高性能化、長壽命和高可靠性方向發展，對高性能復雜整體薄壁構件的需求更為迫切。但同時，這類輕質高強構件往往又因為材料塑性低、結構特征復雜以及性能要求高等，整體成形難度極大。

著名數學家波利亞指出，一個完整的解題步驟包括：弄清問題、擬訂解題計劃、實現解題計劃和解題回顧四個環節.在解題回顧環節中，學生們可以對解題過程進行總結和反思，回顧每一個步驟的合理性和必要性，對比聯想相關的解題思想，長期堅持下去，就有可能升華為解題策略([12])．對于懶于做題后回顧的同學，我們強制要求他們寫“數學作文”，將自己的解題探究過程中遇到的挫折和后來的聽課體會如實記敘下來.

追憶求學時光，徐勇無不透露著對恩師的感激：“我非常慶幸自己能在張士宏老師的課題組，對我來說張老師既是恩師也是摯友。我仍然清楚地記著，讀博時我的課題研究沒有進展，是張老師的鼓勵與幫助讓我堅持了下來。”

采訪中我們了解到，上述系列技術已應用到航空航天、汽車、核電等領域管板零部件的精確制造中，先后開發出小彎曲半徑超薄壁整體彎管、重卡中冷器、Ω 形空心件、排氣歧管、整體橋殼、空心凸輪軸、高強度輪輞和雙層帶間隙異形排氣管等零部件。此外，實現了航空鋁合金復雜框體零件、盤形零件等成形沖孔一體化制造，摒棄了中間熱處理，實現了從8 道次到2 道次的工藝轉變，生產效率提高4 倍以上，同時具有良好的除皺和定型效果。

“目前，歐美日韓的主要汽車廠商均已投入設備進行管板材先進柔性成形技術和零部件的開發，從凸輪軸、散熱器支架、副車架、排氣歧管、前擺臂、后橋殼、懸架到A/B 柱、門檻梁、座椅骨架及儀表板支架等，悉數有應用案例。此外，在飛機、機載設備和武器裝備制造中也有廣泛應用，如美國ACM 巡航導彈、F-117 隱形飛機、F-16 和F-18 采用埋入式S 形彎曲進氣道方案。成形裝備方面，國際上能夠提供柔性成形成套技術與設備的制造商多數集中在歐洲和北美，其中，以德國SPS 公司、舒勒公司，瑞典AP&T 公司，美國ITC 公司、HDT 公司為主要代表。

“深入一線，學以致用。我們課題組的科研方向側重實際應用，學以致用尤為重要。張士宏老師常常鼓勵年輕人應該更多地深入一線，了解企業實際生產過程，這樣才能真正發現和解決問題，讓他們在工程實踐中取得技術創新，并最終實現技術成果的轉移轉化，真正做到‘用得上，說得清，有影響’，將科研成果遍布祖國大地。”

十年磨劍，攻關液壓成形

徐勇所在的塑性加工先進技術課題組研究方向即是針對航空航天、核電以及汽車等國家重大科技工程中迫切需求的具有大膨脹率和大截面變化比等復雜結構特征的高性能金屬管板類零部件，開展新型柔性成形基礎理論和關鍵技術的研究并實現工程化應用。數十年的鉆研創新，課題組成績斐然，一些技術甚至是國際首創。

⑴脈動液壓成形技術。脈動加載是在傳統線性單調加載的基礎上通過先進電氣和液壓控制技術使管內成形壓力隨著時間成周期性加卸載的波動變化。脈動液壓成形能夠有效提高進給補料量，從而抑制或消除成形過程中管材的破裂和起皺，可以顯著提高管材在成形過程中的貼模率，使成形零件壁厚分布更加均勻，從而提高材料的成形性能和成形形狀精度。此外，脈動成形針對不銹鋼的成形能力有額外的提高作用，通過特殊的脈動加載方式能夠使奧氏體不銹鋼在形變卸載過程中馬氏體相變行為得到激發，導致相變增塑效益增強，從而使成形能力得到進一步的提升。

面對紛繁復雜的外界影響，如何保持潛心鉆研的初心，這一點是成為優秀科研人必須具備的品質。為此，徐勇對年輕人做了如下寄語和希冀：

⑶液壓柔性鍛造技術。在管內充入液體介質作為支撐內壓，左右沖頭將管材兩端密封，通過注入柔性液體調節內部壓力，并配合剛性機構對工件局部實施加載，從而迫使管材發生屈服變形并貼合模具。與傳統工藝相比，液壓柔性鍛造工藝優勢在于改變了管材僅受液壓時單一的應力狀態，模具或剛性機構運動產生的機械力作用配合液壓加載路徑，可實現管材局部材料應力狀態的控制。在這種液力加載的條件下，材料的成形極限得到提升，避免了零件成形因為減薄量過大而破裂，實現零件的局部大變形量成形。根據零件幾何結構特征和施加載荷的方向不同，可以進一步將該技術分為軸向加載液壓鍛造成形、徑向加載液壓鍛造成形以及多向復合加載液壓鍛造成形。

⑷內外壓復合成形技術。通過在管材的內外表面分別施加高壓液體，從而實現單層管材或多層管材的同步或非同步變形，具體是將管坯放入模具后，以一定的合模力保持目標成形的型腔，管坯內部充滿液體，再通過合理控制內壓與軸向補料量，使管坯貼上外模，最終得到所需復雜形狀的零件。管材內外高壓復合成形技術是常規內高壓技術的補充，突破了原有內高壓成形技術的局限性，通過內外高壓的同步或非同步加載，以及對內外壓差的變化調控，可以有效降低成形難度，實現復雜多截面形狀零件的短流程、高效生產，可廣泛應用于復雜形狀零件的加工制造，如大尺寸多截面零件以及雙層變截面空心構件等。

羅譯：Anyone who was born before me and learned the doctrine before me...[6]62

“機械工程測試技術”課程是機械設計制造及其自動化專業學生必修專業基礎課程之一。測試技術基本任務在于研究如何獲取、分析和處理工程應用中的有用信息，學習本課程目的在于培養學生正確選取機械工程領域的測試方法、合理選擇測試儀器/裝置，初步掌握靜、動態測量和工程實驗所需基本知識和技能，為進一步學習、科學研究和處理機械工程技術問題奠定基礎。

千秋基業，當以人才為本

創新是第一動力，人才是第一資源。科研工作中，人才是最寶貴的財富，也是最重要的一環。隨著更多的90 后甚至是00 后進入塑性加工先進技術領域，為科研創新注入了新的力量，帶來了更開放的思維。但同時也帶來了新的問題——如何更好地培養這些年輕人，使其由學生轉變為優秀的科研人甚至成為國之棟梁。

從求學者到一位優秀科研人，再到如今，成為研究生導師，開始帶教學生，一路走來，徐勇在人才培養和管理上總結了一些自己的心得體會：

“因材施教，給予空間。90 后、00 后已逐漸成為科研骨干，他們有活力，接受新鮮事物快，是推動科技進步的新鮮血液。但是，年輕人往往個性鮮明，初入職場，想法也會比較多。當然，這也不僅僅是90 后、00 后所特有的現象。我在讀博期間以及剛參加工作那幾年，也是棱角鮮明，做事經常會考慮不周全、容易沖動。但我的導師張士宏老師每次都會耐心指導、諄諄教誨，用廣闊的心胸接受、包容我的不足，并從我的自身優點出發，提供給我更大的施展空間，也因為這種潛移默化的培養，一步步引導我走上了真正的科研道路。近朱者赤，所以，在帶教人才方面，我一直在學習張老師，做到耐心、包容，因材施教。

“我國圍繞管板材先進成形技術的研究比國外起步晚，裝備水平也相對落后，但國內市場巨大、需求迫切，技術迭代和應用的速度很快。以哈爾濱工業大學、上海交通大學、北京航空航天大學、華中科技大學以及金屬研究所等為主從事相關研究的科研院所，相繼開發了諸多先進的管板材成形技術，如高強鋼熱成形技術、超低溫成形技術、電磁成形技術、高溫氣脹成形技術、脈動/沖擊液壓成形技術、多向加載液力成形技術等。裝備制造領域也涌現了一批如天鍛、合鍛、興迪源機械等知名設備制造廠商。”

基于此，液壓成形及其衍生技術誕生，這是一種以輕量化和一體化為特征的輕體構件先進塑性加工技術，能夠整體成形形狀非常復雜的中空薄壁結構件，實現工序、工裝種類和數量的壓縮整合以及制造成本的降低。與傳統機械加工、沖壓、焊接相比，相同強度要求下，液壓成形的復雜構件重量只有同樣構形拼焊件的50%～70%。

⑵沖擊液壓成形技術。將高速沖擊波施加在液體介質上，從而替代傳統液壓成形中的靜高壓作用，通過一次或多次沖擊，使工件最終成形。通過將材料帶入與靜態載荷本質不同的動態應力－應變響應過程，將傳統落壓成形技術和現代液壓成形技術二者的優勢相結合，能夠極大提高材料的成形極限、降低回彈量，高效解決鎂、鋁、鈦等難變形輕質合金在加工過程中遇到的起皺、開裂等缺陷，而且該技術具有瞬時高能的特點，成形時間僅為300 ～600μs，能量利用率和生產效率極高，對于有整體大變形量或局部有凸筋等結構特征的復雜異形薄壁零件能夠獲得優異的成形效果。

1)對請求的分析較為復雜，本系統中使用的不僅是簡單的http操作，在查詢時使用的車站代碼也需要通過爬蟲獲取，獲取后才得到車站中文對應名稱。

“不管哪個行業，最重要的是要對自己從事的工作產生興趣。科學研究是一個無比神圣的工作，應該始終保持信仰，沉浸其中，樂在其中。科學研究需要堅持不懈，‘寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來’，要耐得住性子，戒驕戒躁，修煉內功。一項科研成果的產生，往往會需要幾代人的不斷努力和積累，因此，要避免急功近利。蓄勢待發，全身心投入到科學研究中，終將有一日會取得成功。”

選擇遠方，唯有風雨兼程

科研是一條“不歸路”，因為科學研究是沒有盡頭的，永遠會有新的技術在等待發現、新的領域在等待探索。采訪中，徐勇也向我們憧憬了管板材成形技術及裝備未來的研究方向：

利用理想運動學反解模型求得的各移動副運動量L1=(li1,li2,li3)與設定目標位姿進行正解驗證，經過對比，運動學正解所求位姿與目標托架位姿吻合，從而證明了各主動移動副運動量與目標位姿匹配。正解驗證完成后，即開始結構誤差建模。前文提到的誤差模型對應下文中的線性化誤差模型，由于微分算子線性化對誤差辨識結果的影響未知，分析非線性化模型的結構誤差辨識精度，以作參考。

“多能場輔助成形技術。采用脈沖電場、強磁場、激光、超聲以及復合場等特種手段改變材料的本征特性，與現有管板材成形技術相結合，進而實現多特征、多性能耦合的復雜管板零件的精密、高效制造。如高速沖擊液壓成形、電磁/電液成形、超聲增材制造等。

“基于異質異構智能材料的成形技術。依托異質異構智能材料變形特性的可控性，結合復雜管板零件的結構特征，采用成形力差異化調控的手段，精準定位特征結構位置，實現成形過程中坯料應力應變狀態和材料流動時序的精確調控，達到提高難變形材料成形性能的目的。如磁流變流/固介質壓力成形、激光熱處理局部改性等。

“基于數字孿生的管板材智能制造。針對管板材零件的產品開發，集成多能場、多尺度、多維度、多參數的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，實現產品全生命周期的虛擬研發，實現智能生產線的虛擬構建，縮短產品開發周期，實現智能制造。”