單德彬塑性成形技術專家

■ 單德彬 Shan Debin

長江學者特聘教授

Chang Jiang Scholar

哈爾濱工業(yè)大學材料科學與工程學院教授、博士生導師

Professor and Doctor Advisor of School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology

：您如何看待塑性成形技術發(fā)展中面臨的“開發(fā)難成形材料的新工藝與實現(xiàn)大型有限元模擬軟件的國產化”難題？

單德彬：塑性成形技術是先進制造領域的重要發(fā)展方向，其設備能力和技術水平已經成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展和國防建設的主要指標之一。近年來，我國塑性成形裝備與技術的發(fā)展十分迅速，一批具有重大影響的先進塑性成形設備研制成功。但是，如何充分發(fā)揮這些重大裝備的能力，開發(fā)塑性成形新技術、新工藝成為亟待解決的難題。

(1)我國航空航天、艦船和兵器等國防工業(yè)發(fā)展迅速，要求各種關鍵受力構件具有高性能、輕量化和高可靠性，為此在新型飛機、導彈和艦船上大量采用鈦合金、鋁合金、鎂合金和高溫合金等難變形材料以及大型、整體、復雜和輕量化結構，這給塑性成形技術帶來很大的挑戰(zhàn)。目前面臨的主要問題是如何改善難變形材料的成形能力以及如何實現(xiàn)多場耦合作用下復雜形狀構件的精確控形、控構和控性，迫切需要加快塑性成形理論、技術和工藝的自主創(chuàng)新。

(2)材料和結構的需求牽引推動塑性成形技術的不斷進步和發(fā)展。此外，大型模鍛壓力機、板材熱成形機和內高壓成形機等先進設備的研制成功也為難變形材料成形新工藝的提出和研究奠定了很好的基礎。

(3)有限元仿真和優(yōu)化技術是開展難變形材料復雜形狀構件塑性成形技術研究的重要手段，對于提高構件成形質量、縮短開發(fā)周期和降低成本具有重要意義。我國學者在塑性有限元理論和建模方面做了大量研究工作，推出了一些具有自主版權的軟件，但是模擬精度、算法優(yōu)化和商業(yè)推廣等有待進一步提高。同時，國內缺少大型專業(yè)軟件公司和對軟件知識產權的有效保護也是制約大型有限元模擬軟件國產化的瓶頸問題。

：隨著微/納米科學與技術的不斷發(fā)展，微機電系統(tǒng)(MEMS)的提出和技術上的實現(xiàn)為塑性微成形技術的發(fā)展提供了空間，您認為目前塑性微成形技術應用面臨的挑戰(zhàn)有哪些？其未來的發(fā)展方向是什么？

單德彬：塑性微成形技術繼承了傳統(tǒng)塑性成形的優(yōu)點，具有成形效率高、成本低、工藝簡單以及成形零件性能好和精度高等特點，已經成為21世紀塑性加工領域的一個重要發(fā)展方向。近年來，微成形技術的加工尺度范圍不斷延伸，特別是隨著尺度更小的新型微/納機電系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，微結構和微型構件的尺寸從微米尺度延伸到納米尺度，這給建立在介觀尺度范圍的塑性微成形技術帶來挑戰(zhàn)和機遇。

(1)介觀尺度微成形的尺度效應是一個非常復雜問題，已經成為影響塑性微成形工藝的一個重要因素。

(2)微型構件尺度不斷減小，其最小特征尺寸在亞毫米數(shù)量級，而微結構的最小特征尺寸和加工精度要求在亞微米或納米數(shù)量級，使得單純依靠模具施加載荷(力場)的微成形方法難以進行，尺度極限成為微成形技術的一個重要挑戰(zhàn)，需要發(fā)展塑性微成形新原理、新方法和新工藝。此外，當構件的特征尺寸非常微小時，傳統(tǒng)的檢測方法和儀器設備已經無法對坯料的成形性能和構件的質量進行檢測和表征，這方面的研究工作涉及到測量學、機械學、力學和物理學等多學科，是微成形技術應用中面臨的一個難題。

(3)微成形技術受到國內外學者和相關企業(yè)的高度重視，德國、美國、英國和日本等國家制訂了各種研究計劃，投入大量人力和財力，開展相關基礎理論和關鍵技術研究。其未來發(fā)展方向主要有：(1)開展介觀尺度下非連續(xù)、非均質材料塑性變形物理本質及其對微成形尺度效應影響機制的研究，建立介觀尺度下塑性微成形理論和工藝設計規(guī)范；(2)將電場、電磁場和超聲波等特種能場作用于微型坯料，利用特種能場與材料相互作用的新效應，突破微成形尺度極限和擴大可加工材料的范圍，實現(xiàn)跨尺度、多材料和可控的微成形；(3)材料微成形性能和微型構件質量的檢測和表征。

：您所帶領的團隊獲得了多項專利，近年來更是碩果累累，捷報頻傳，怎樣才能做到這樣不斷創(chuàng)新，超越自我？

單德彬：創(chuàng)新是一個團隊科研活力的重要表現(xiàn)，同時，也是團隊未來發(fā)展的不竭動力。在團隊內部我們努力形成輕松自由的科研氛圍，鼓勵年輕人不囿于已有的理論和方法，勇于探索、敢為人先，同時也要做一個腳踏實地、勤于鉆研、耐得住寂寞的人，通過不斷的理論探索和大量試驗來實現(xiàn)和驗證新發(fā)現(xiàn)、新觀點和新方法。