曾元松,中航工業(yè)制造所副所長、研究員,博士生導(dǎo)師。1971年5月生,1997年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),獲工學(xué)博士學(xué)位;2002-2005年于法國南特中央理工大學(xué)完成博士后研究工作?,F(xiàn)為中航工業(yè)塑性加工技術(shù)首席技術(shù)專家,國家百千萬人才工程人選,全國勞動模范;長期從事飛機(jī)蒙皮和壁板成形技術(shù)、先進(jìn)導(dǎo)管成形與連接技術(shù)、表面強(qiáng)化技術(shù)和鈑金零件數(shù)字化成形技術(shù)的研究開發(fā)。榮獲各類科技成果獎12項(xiàng),其中國家科技進(jìn)步獎二等獎1項(xiàng)、國防科學(xué)技術(shù)獎一等獎2項(xiàng)、航空科學(xué)技術(shù)獎一等獎3項(xiàng);榮獲第8屆光華科技獎青年獎、第11屆中國青年科技獎、第11屆茅以升北京青年科技獎、第九屆中國航空學(xué)會青年科技獎、航空報(bào)國突出貢獻(xiàn)獎、首屆“中航工業(yè)十大杰出青年”、“國防科技工業(yè)優(yōu)秀博士、碩士學(xué)位獲得者”稱號等。在國內(nèi)外專業(yè)刊物發(fā)表論文70余篇,授權(quán)發(fā)明專利9項(xiàng)。
題記:伴隨著中國航空工業(yè)“井噴”式發(fā)展,曾元松在金屬塑性加工技術(shù)領(lǐng)域已奮斗了二十余載。從漫長的求知求學(xué),到獨(dú)立承擔(dān)重點(diǎn)項(xiàng)目、再到帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)解決重大關(guān)鍵技術(shù)問題……在這一步步的歷練中,他完成了從知識的積累到工程的實(shí)踐。伴隨中國航空工業(yè)一路前行,他在航空工業(yè)塑性加工技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列技術(shù)突破,為我國航空工業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn),然而,現(xiàn)已經(jīng)成長為中航工業(yè)首席技術(shù)專家的曾元松卻謙遜地說:“我只是在有限的目標(biāo)中步步為營罷了。”
初露鋒芒 管件彎出世界水平
2000年前后,某飛機(jī)任務(wù)開始立項(xiàng),其中小彎曲半徑管加工這項(xiàng)新技術(shù)成為了中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所(以下簡稱中航工業(yè)制造所)承擔(dān)的攻關(guān)任務(wù)之一。這時,年僅28歲的曾元松擔(dān)任了這項(xiàng)與俄羅斯合作任務(wù)的中方負(fù)責(zé)人,迎接他的是一場嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
小彎曲半徑管是飛機(jī)管路系統(tǒng)的關(guān)鍵零件,它的彎曲半徑小,特別適合飛機(jī)的復(fù)雜管路系統(tǒng),但加工工藝復(fù)雜、成形條件苛刻,在研制過程中經(jīng)常受阻。遇到這樣非常棘手的技術(shù)難題,不僅成形不成合格的零件,而且造價(jià)昂貴的球形芯軸不斷被壓壞。經(jīng)過細(xì)心分析,大膽假設(shè),曾元松提出調(diào)整芯軸位置、增大芯軸接觸面的建議,未曾想遭俄方專家斷然否定,認(rèn)為絕對不可行。因?yàn)槎矸綄<也荒艹姓J(rèn),也不能接受中國人能攻克連自己都無法解決的技術(shù)難題。為了能使方案付諸實(shí)踐,執(zhí)著的曾元松一頭扎進(jìn)主機(jī)廠廠房和工人們反復(fù)分析、試驗(yàn),用準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和合格的零件對自己的方案進(jìn)行了無可辯駁的論證,及時完成了小彎曲半徑壁管零件的研制,保證了系統(tǒng)試驗(yàn)的順利進(jìn)行。在攻關(guān)成功的基礎(chǔ)上,曾元松又苦心鉆研、不斷創(chuàng)新,研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的小彎管成形設(shè)備和滾壓無擴(kuò)口連接設(shè)備。這項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白,并躋身國際先進(jìn)水平。此后小彎曲半徑管成形技術(shù)還由加工鋁合金成功推廣到鈦合金、不銹鋼和高溫合金等難加工材料。
攻堅(jiān)克難 為“翔鳳”翱翔添羽翼
有人說:“沒有民機(jī)制造的航空工業(yè)不是完整的航空工業(yè),沒有自己民機(jī)工業(yè)的國家,更談不上航空強(qiáng)國?!睘榱俗孉RJ21飛機(jī)早日翱翔在祖國的藍(lán)天,曾元松帶領(lǐng)攻關(guān)組不辭辛苦、傾盡全力、放手一搏,創(chuàng)造了一個又一個奇跡。
如果把發(fā)動機(jī)稱作飛機(jī)的“心臟”,那么機(jī)翼就是飛機(jī)的“翅膀”,沒有一雙羽翼豐滿的翅膀,飛機(jī)就永遠(yuǎn)飛不上藍(lán)天。ARJ21飛機(jī)研制成敗的關(guān)鍵在機(jī)翼,而機(jī)翼制造的關(guān)鍵在機(jī)翼整體壁板成形,它是ARJ21飛機(jī)在制造工藝上最大的“攔路虎”。當(dāng)時,國內(nèi)由于整體壁板數(shù)控噴丸成形技術(shù)起步晚、基礎(chǔ)薄弱、外加國外對我國技術(shù)封鎖,使課題正式立項(xiàng)后幾乎沒有任何參考資料,也沒有如何進(jìn)行數(shù)控噴丸成形超臨界機(jī)翼整體壁板的概念和思路,同時也沒有先進(jìn)的數(shù)控噴丸成形設(shè)備。然而,飛機(jī)設(shè)計(jì)總師系統(tǒng)要求ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板只能采用噴丸成形的原則不容商量。
曾元松積極調(diào)動攻關(guān)組集體的聰明才智,經(jīng)過深入調(diào)研分析、充分討論,創(chuàng)新性地提出了“施加彈性預(yù)應(yīng)力,以預(yù)扭預(yù)彎為先導(dǎo)完成噴丸成形”的技術(shù)指導(dǎo)思想,隨后又從下中壁板中曲面最復(fù)雜的局部區(qū)域入手確定模擬件。終于,曾元松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在成功模擬出單個彈坑直至7個彈坑的應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上,提出采用施加溫度場的方法模擬噴丸成形過程,并應(yīng)用到平板件和結(jié)構(gòu)件的變形模擬,最終形成了自己的噴丸成形數(shù)值模擬方法,為噴丸成形數(shù)值模擬技術(shù)在飛機(jī)研制上的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。在隨后的研究中,面對沒有前車之鑒、完全靠自己摸索的局面,曾元松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)又利用CAD數(shù)模分析方法和CAE仿真技術(shù),實(shí)現(xiàn)噴丸軌跡的數(shù)字化設(shè)計(jì)和成形工藝參數(shù)的優(yōu)化,并結(jié)合一系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出一套切實(shí)可行的成形方案,降低了研制成本和風(fēng)險(xiǎn),最終解決了ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼制造的重大關(guān)鍵技術(shù)問題,成功研制出了合格零件,同時建立起了國內(nèi)先進(jìn)的數(shù)控噴丸成形科研和生產(chǎn)體系,為該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步拓展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
再攀高峰 助大飛機(jī)展翅騰飛
能否成功研制大飛機(jī)標(biāo)志著一個國家的工業(yè)制造能力與綜合國力。由于沒有自主研發(fā)的大飛機(jī),在抗震救災(zāi)中我們經(jīng)常會看到國外運(yùn)輸機(jī)的身影。航空人深感責(zé)任重大,希望能早日圓夢大飛機(jī)。
2006年,國家將大飛機(jī)項(xiàng)目列為國家重大專項(xiàng),自此,航空人開啟了大飛機(jī)圓夢之路。作為大飛機(jī)重要零件的機(jī)翼壁板,具有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn),采用傳統(tǒng)的壓彎等方法不可行,而噴丸成形方法成為了設(shè)計(jì)的首選。歷史如此的相似,攻克機(jī)翼整體壁板成形技術(shù)難題的重任又一次交給了中航工業(yè)制造所,落到了曾元松的身上。
“既是航空人,就知責(zé)任重,既做新裝備,就得多辛苦?!庇羞^ARJ21的攻關(guān)歷程,曾元松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)再一次啟航。他默默地告訴自己:“一定要努力為大飛機(jī)插上騰飛的翅膀”。然而,這條路走的無比艱辛。相比于ARJ21壁板,其外形結(jié)構(gòu)、零件尺寸變化巨大,之前的經(jīng)驗(yàn)顯得蒼白無力。曾元松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展了大量基礎(chǔ)試驗(yàn)件的噴丸試驗(yàn),從最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)開始積累摸索。最終經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的不懈努力,全尺寸的零件接近成功。
然而,由于該飛機(jī)機(jī)翼壁板厚度變化明顯,噴丸之后的零件出現(xiàn)了外形尺寸畸變。前所未有的技術(shù)難題擺在了曾元松面前。在任務(wù)進(jìn)度緊逼的情況下,他臨危不亂,對噴丸全過程進(jìn)行了冷靜分析,對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行大量測量工作,分析找到了零件外形尺寸畸變的原因,并對成形和強(qiáng)化工藝過程進(jìn)行了優(yōu)化。功夫不負(fù)有心人,經(jīng)過幾次試驗(yàn)后,有效解決了零件尺寸畸變問題,成功制造出了國內(nèi)尺寸最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的整體壁板零件,解決了我國大飛機(jī)研制的一個關(guān)鍵技術(shù)難題。
扎實(shí)預(yù)研 時效成形填補(bǔ)國內(nèi)空白
曾元松時刻把握專業(yè)發(fā)展的最前沿,為此申請多項(xiàng)預(yù)研課題,以求為金屬塑性加工領(lǐng)域拓寬道路。
蠕變時效成形技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于A380客機(jī)的機(jī)翼上壁板,而在國內(nèi)相關(guān)成果還是一片空白。曾元松抓住這個突破口,開始了“十一五”的蠕變時效成形研究工作。他帶領(lǐng)課題組先后開展并完成了典型外形和結(jié)構(gòu)時效成形基礎(chǔ)試驗(yàn)、時效成形過程的有限元模擬、時效成形對零件材料性能及組織的影響研究、成形工裝模具的設(shè)計(jì)制造以及典型整體壁板模擬件時效成形等試驗(yàn)。
經(jīng)過近五年的集智攻關(guān),他們突破了時效成形過程中材料組織性能控制技術(shù)、壁板零件時效成形外形精度控制技術(shù)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、大型壁板零件的真空熱壓和密封技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。此外,基于蠕變時效成形工藝特點(diǎn),他們建立了基于實(shí)際零件回彈量和變形傳遞函數(shù)的模具型面優(yōu)化方法,建立了針對大型壁板的卡板式時效成形工裝的設(shè)計(jì)方法,并最終成功研制出大型的壁板零件,為我國時效成形技術(shù)工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
不斷創(chuàng)新 蒙皮拉形創(chuàng)國際一流
創(chuàng)新是曾元松在科研事業(yè)上的執(zhí)著追求。早在法國南特中央理工大學(xué)做博士后研究期間,曾元松在一次技術(shù)會議上捕捉到柔性多點(diǎn)模具的一些信息,憑借敏銳的技術(shù)專業(yè)視角,他相信如果將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到我國航空蒙皮拉形上,將會提升我國蒙皮制造能力,為新型飛機(jī)的研制提供有利的技術(shù)儲備。為此,他馬上收集資料、開拓思路,并于2004年回國后先后成功申報(bào)了“十五”和“十一五”國防重點(diǎn)項(xiàng)目,在國內(nèi)率先開展了柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形工藝的研究。
然而,研究工作并不一帆風(fēng)順,拉形成形精度問題極大地困擾著課題組。曾元松和課題成員經(jīng)過大量拉形試驗(yàn)與分析,提出了改變墊層厚度和硬度的想法,并利用計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)了“基于回彈補(bǔ)償?shù)拿善だ晤A(yù)測分析”方法。他帶領(lǐng)課題組在2006年和2009年分別成功研制出了柔性多點(diǎn)模具工藝驗(yàn)證原型機(jī)和工程驗(yàn)證機(jī),首次實(shí)現(xiàn)了柔性多點(diǎn)模具蒙皮拉形工藝,完成了工程化驗(yàn)證試驗(yàn),使得柔性多點(diǎn)蒙皮拉形技術(shù)達(dá)到世界一流水平。
結(jié)束語
“修身、齊家、治國,平天下”,學(xué)以致用,報(bào)效祖國,這是曾元松刻苦鉆研、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)最根本的追求,這一追求催促他在科研的道路上漸行漸遠(yuǎn),戮心戮力,高歌前行。他用他的智慧報(bào)效祖國,報(bào)效航空,以“航空報(bào)國”的激情和“強(qiáng)軍富民”的責(zé)任,創(chuàng)造了一個又一個奇跡。
科研無止境,曾元松的探索也不停息。他并沒有抱著榮譽(yù)裹足不前,而是以更加飽滿的自信和熱情投身到新的科研工作中去。面對未來,他斗志昂揚(yáng),隨時準(zhǔn)備迎接一個又一個挑戰(zhàn),不斷攀登科學(xué)技術(shù)的新高峰,為航空制造技術(shù)翻開新的篇章,為中國航空工業(yè)全面振興,為祖國航空事業(yè)早日比肩歐美做出不懈努力。