■ 單德彬 Shan Debin

長江學(xué)者特聘教授

Chang Jiang Scholar

哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)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(shù)發(fā)展中面臨的“開發(fā)難成形材料的新工藝與實(shí)現(xiàn)大型有限元模擬軟件的國產(chǎn)化”難題？

單德彬：塑性成形技術(shù)是先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，其設(shè)備能力和技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展和國防建設(shè)的主要指標(biāo)之一。近年來，我國塑性成形裝備與技術(shù)的發(fā)展十分迅速，一批具有重大影響的先進(jìn)塑性成形設(shè)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(shù)、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(guān)鍵受力構(gòu)件具有高性能、輕量化和高可靠性，為此在新型飛機(jī)、導(dǎo)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(fù)雜和輕量化結(jié)構(gòu)，這給塑性成形技術(shù)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(shí)現(xiàn)多場耦合作用下復(fù)雜形狀構(gòu)件的精確控形、控構(gòu)和控性，迫切需要加快塑性成形理論、技術(shù)和工藝的自主創(chuàng)新。

(2)材料和結(jié)構(gòu)的需求牽引推動塑性成形技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。此外，大型模鍛壓力機(jī)、板材熱成形機(jī)和內(nèi)高壓成形機(jī)等先進(jìn)設(shè)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(chǔ)。

(3)有限元仿真和優(yōu)化技術(shù)是開展難變形材料復(fù)雜形狀構(gòu)件塑性成形技術(shù)研究的重要手段，對于提高構(gòu)件成形質(zhì)量、縮短開發(fā)周期和降低成本具有重要意義。我國學(xué)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(quán)的軟件，但是模擬精度、算法優(yōu)化和商業(yè)推廣等有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，國內(nèi)缺少大型專業(yè)軟件公司和對軟件知識產(chǎn)權(quán)的有效保護(hù)也是制約大型有限元模擬軟件國產(chǎn)化的瓶頸問題。

：隨著微/納米科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的提出和技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)為塑性微成形技術(shù)的發(fā)展提供了空間，您認(rèn)為目前塑性微成形技術(shù)應(yīng)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(shù)繼承了傳統(tǒng)塑性成形的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，已經(jīng)成為21世紀(jì)塑性加工領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來，微成形技術(shù)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(jī)電系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，微結(jié)構(gòu)和微型構(gòu)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(shù)帶來挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

(1)介觀尺度微成形的尺度效應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜問題，已經(jīng)成為影響塑性微成形工藝的一個(gè)重要因素。

(2)微型構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)行，尺度極限成為微成形技術(shù)的一個(gè)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(dāng)構(gòu)件的特征尺寸非常微小時(shí)，傳統(tǒng)的檢測方法和儀器設(shè)備已經(jīng)無法對坯料的成形性能和構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢測和表征，這方面的研究工作涉及到測量學(xué)、機(jī)械學(xué)、力學(xué)和物理學(xué)等多學(xué)科，是微成形技術(shù)應(yīng)用中面臨的一個(gè)難題。

(3)微成形技術(shù)受到國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)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(jì)劃，投入大量人力和財(cái)力，開展相關(guān)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)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(zhì)材料塑性變形物理本質(zhì)及其對微成形尺度效應(yīng)影響機(jī)制的研究，建立介觀尺度下塑性微成形理論和工藝設(shè)計(jì)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(yīng)，突破微成形尺度極限和擴(kuò)大可加工材料的范圍，實(shí)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(gòu)件質(zhì)量的檢測和表征。

：您所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)獲得了多項(xiàng)專利，近年來更是碩果累累，捷報(bào)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(gè)團(tuán)隊(duì)科研活力的重要表現(xiàn)，同時(shí)，也是團(tuán)隊(duì)未來發(fā)展的不竭動力。在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部我們努力形成輕松自由的科研氛圍，鼓勵(lì)年輕人不囿于已有的理論和方法，勇于探索、敢為人先，同時(shí)也要做一個(gè)腳踏實(shí)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(yàn)來實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證新發(fā)現(xiàn)、新觀點(diǎn)和新方法。