文/方婷·FM 記者

隨著汽車輕量化的發(fā)展，高強鋼、熱成形鋼、鋁合金等輕量化材料的應用越來越多，目前國內熱沖壓成形材料、工藝、模具及相關裝備的研究成果及相關技術難點有哪些？在哪些方面還需要突破？帶著這些疑問，本期《鍛造與沖壓》雜志記者走進華中科技大學材料科學與工程學院，采訪了熱沖壓研究團隊的領軍人物張宜生教授，請他為我們一一做解答。

以教研為己任，為行業(yè)添磚加瓦

張宜生教授1974 年從華中工學院(今華中科技大學)塑性成形工藝及裝備專業(yè)畢業(yè)后，回到工廠，成為當時廠里唯一一名技術人員，負責鑄、鍛、焊全部工藝生產，為后續(xù)的科研工作打下扎實的專業(yè)基礎。他1978 年回到學校，從事教學工作。1989 年獲得華中理工大學(今華中科技大學)材料加工工程碩士學位，此后從1993 年開始一直從事教學和科研工作。在近38 年教學生涯里，張宜生教授培養(yǎng)了一批又一批的碩士、博士生走向各科研院所、高校和企業(yè)，為材料成形領域培養(yǎng)了眾多的高精尖人才。

張宜生教授研究團隊隸屬于華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室，該實驗室是國家在材料成形、新材料和模具技術領域建設的國家重點實驗室。實驗室現(xiàn)有固定研究人員71 人，其中教授62 人，副教授6 人。近年來，共投資近億元建設了先進的材料測試分析平臺、精密成形研究平臺、材料制備研究平臺、快速成形研究平臺，為開展材料成形領域的基礎研究、技術創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和對外開放提供了良好的支撐條件。

張宜生教授研究團隊在先進鋼材料、先進加熱方法及裝備，數(shù)字伺服壓力機和變強度成形模具，熱成形模具的摩擦與磨損，高強鋼板熱沖壓成形零件的無損檢測，高強鋁合金板熱沖壓的接觸加熱及潤滑、多工位成形方面多有建樹。從2013 年到2019 年間，團隊在國際熱成形會議上發(fā)表論文50 多篇，發(fā)表SCI論文60 多篇。到2019 年，團隊已經有王義林和朱彬副教授，以及4 名博士后研究人員組成團隊的核心力量。先后參與國家自然基金重點項目2 項，國家04 重大數(shù)控專項。從2014 年開始到2020 年，組織ICHSU 高強鋼暨熱沖壓成形國際會議五屆，出版國際學術會議論文集5 集，發(fā)表論文400 余篇。與英國帝國理工學院，澳大利亞Deaken 大學有長期的合作。

緊扣行業(yè)發(fā)展，聚焦亟待解決的問題

隨著汽車輕量化的發(fā)展，高強鋼熱成形的鋼板在國內已經可以大規(guī)模高質量生產，熱沖壓零件的數(shù)量大大增加，熱沖壓零件從初級階段發(fā)展到高級階段，從簡單的前保險杠、門內防撞梁發(fā)展到B 柱，目前到了門環(huán)的制造。國內的生產能力水平基本保持了與國際先進水平同步發(fā)展。前幾年國外單臺車用高強鋼熱沖壓成形零件達50 多件，今年以來，國產單臺車架用高強鋼熱沖壓成形零件數(shù)也達到了28 件，甚至達到40 件。由此，引發(fā)了企業(yè)高度關注。隨著成套交付的零件數(shù)量激增，這樣的迸發(fā)生產導致出現(xiàn)階段性的產能不足，因此諸多企業(yè)繼續(xù)在擴大產能，新增熱沖壓生產線。因此，企業(yè)間的產能合作成為一個重要的話題，也對產業(yè)鏈管理提出了新的要求。

對于目前國內熱沖壓成形材料、工藝、模具的狀況，張教授介紹說：“目前國內鋼材已可以全系列、全規(guī)格生產，質量已達到國際先進水平，如鋁硅鍍層板的兩邊鍍層的均勻性和厚度和國外相當，質量有保障，熱沖壓成形加工穩(wěn)定。對于高強度1800MPa 和2000MPa 的鋼材，由于隨著強度的提高，鋼材減薄到一個極限值后，受結構失穩(wěn)的影響，應用受到一定的限制。所以目前國內普遍使用1500MPa 的鋼材，完全滿足生產需求。

“熱沖壓成形工藝的另一個重要保障就是模具的質量，目前國內模具鋼材的質量參差不齊，基礎理論研究薄弱，企業(yè)在模具材料、加工工藝、模具壽命等研究上還有待提高。模具延壽是個大問題，由于量產車的數(shù)量有限，沒有確定的數(shù)據(jù)來考量模具壽命到底有多長，所以設計時，需要提前考量相關參數(shù)等。目前模具磨損影響工藝尺寸精度是最主要的問題，例如模具圓角磨損，導致沖壓不貼模，冷卻速率不夠，材料組織性能變化大，引起產品回彈，從而影響產品工藝尺寸。目前國內熱沖壓模具質量已得到很大的提升，和國外差距甚小，所以國內熱沖壓成形生產線得到飛躍發(fā)展。而高端模具，一模多件，如一模4 件、一模6 件，由于模具不可靠性，快速冷卻技術不完善，無法穩(wěn)定的大規(guī)模生產。

科研團隊

“新能源車這兩年發(fā)展方興未艾，但是多數(shù)車型的產量不大。因此熱沖壓生產的上游，激光落料將成為主流。隨著拼焊板熱成形零件的增加，激光拼焊坯料的需求也逐漸增加。隨著激光切割機的國產化水平提高，熱沖壓成形的后續(xù)工序，三維五軸激光切割也日益成為主要加工方法。從熱沖壓生產的全流程來看，有2/4 ～3/4 的工序，是激光加工。激光加工設備是極好的數(shù)字化設備，與數(shù)字化熱成形生產線組成的數(shù)字化車間(或者數(shù)字化工廠)，為智能熱沖壓生產奠定了基礎。目前，我們正在聯(lián)合企業(yè)開展基于工業(yè)4.0 的智能生產技術研究與應用，已經取得了初步的進展?！睆埥淌谘a充說到。

接受創(chuàng)新技術，研發(fā)適合我國國情的先進技術

針對前段時間特斯拉推出的“一體鑄造”技術對熱沖壓技術是否有影響這個話題，張教授也表達了他的看法，他說：“‘一體鑄造’技術在熱沖壓成形行業(yè)受到熱議，有的躍躍欲試，認為是一次機會。有的擔心這項技術對熱沖壓生產技術造成沖擊。從汽車輕量化和安全性考量，到目前為止，還沒有替代技術能夠滿足高強鋼熱沖壓成形強化的現(xiàn)有質量和成本競爭力。一體化壓鑄車架零件將取代部分沖壓技術產品，甚至取代部分熱沖壓成形零件。我認為這對汽車制造技術有積極意義的挑戰(zhàn)。

“科技部‘十四五’國家重點研發(fā)計劃‘高性能制造技術與重大裝備’重點專項的2021 申報指南中，強調開展以鑄代鍛、整體成形、短流程、低排放的高效加工技術研究，研發(fā)高綜合性能的先進鋁合金材料；開展先進鋁合金材料綜合性能評價及加工技術效能評價，形成鑄鍛一體成形的新型高綜合性能鋁合金高效加工技術，將鑄造、增材制造等鋁合金提升到變形鋁合金強度水平。這項技術的重點是高強韌鋁合金的開發(fā)以及真空壓鑄技術的應用。隨著這項技術的應用，汽車輕量化的步伐會更快，為節(jié)能減排做出貢獻?！?/p>

理論付諸實踐，產學合作實現(xiàn)研究成果轉化

所有的科學研究都是需要實際應用的，談到科研院所如何將理論付諸實踐時，張教授向我們介紹道：“我們的團隊從2005 年開始研究伺服壓力機技術，一直停留在研究論文和原型機的水平。所以到2009年，特意組建了以博士生和碩士生為主的研究團隊，針對伺服壓力機的保壓功能特性和機械壓力機的結構簡單、響應高的特點，與用戶的需求結合，組織動員設備制造、自動化、模具制造等多家企業(yè)合作，開展熱沖壓生產線的成果轉化。

“2009 年我參與國家973 項目課題，開始高強鋼板熱沖壓成形的工藝實驗研究和計算模擬方法研究，2010 年在企業(yè)合作經費支持下，于2011 年5 月建成世界上首條數(shù)字伺服熱沖壓試驗線。2014 年與企業(yè)合作實現(xiàn)研究成果轉化，在東莞建成第一條600t伺服機械壓力+多層箱式爐的熱沖壓生產線，開始服務于企業(yè)的熱沖壓生產。隨著汽車輕量化的發(fā)展，2017 年組織建成3 條800t 數(shù)字機械伺服熱沖壓生產線。在這個過程中有10 多名碩士研究生和4 名博士研究生持續(xù)在這個方向攻關，在學術上獲得明顯的進步。壓力機制造企業(yè)后來把熱沖壓伺服壓力機，擴展到冷沖壓領域，在汽車和家電生產獲得應用。

“教師結合國家和企業(yè)的重大需求，是培養(yǎng)學生的正確道路。教師要深入企業(yè)的生產和產品開發(fā)過程，在獲得實際體驗的基礎上，引導學生發(fā)現(xiàn)工程中的科學問題，在理論和實踐相結合的過程中，培養(yǎng)人才是可行的。其次是要打破專業(yè)界線。世界一切先進技術，都應該是我們研究的方向。我近20 年培養(yǎng)的學生，有些在傳統(tǒng)的制造業(yè)工作，但多數(shù)在國家急需的行業(yè)從事先進材料研發(fā)、先進設備開發(fā)，還有不少在軟件行業(yè)，還有在銀行業(yè)服務的。

“我們的碩士研究生到合作企業(yè)，結合企業(yè)的需求，取得創(chuàng)新研究成果。博士后也是長期在企業(yè)從事熱沖壓生產工藝及生產技術的技術服務，特別是在生產的智能化方法的研究與實踐中獲得工程中的科學問題，利用大學的基礎研究能力和資源以及企業(yè)的制造能力，使團隊保持旺盛的研究熱情，獲得國內外較好的影響力?！闭劦饺瞬排囵B(yǎng)這個話題，張教授娓娓道來。

行業(yè)仍有短板，吾輩仍需擔當

采訪結束時，張教授也對目前國內熱沖壓技術不足的地方談了一些他的想法：“目前國內創(chuàng)新能力不足，國外有的好東西，國內會很快學習，介入，取代國外的技術再創(chuàng)新。高質量的金屬材料和特殊的規(guī)格還是不足。在解決材料成形的困難時，資金和社會支持不足，也是影響技術人員創(chuàng)新的因素。

“行業(yè)標準的缺失和陳舊已經成為制約行業(yè)全面快速發(fā)展的瓶頸，我們應當要重視，我自己也在考慮在學術會議組織框架下，建立各專業(yè)委員會來推動行業(yè)標準的發(fā)展。集行業(yè)全部力量一起解決影響沖壓技術發(fā)展的‘卡脖子’技術和難點，鼓勵企業(yè)聯(lián)合，吸收人才，利用大學的人才和學科優(yōu)勢，扎扎實實的攻關逐項取得突破，為我國制造行業(yè)貢獻一份力量。

“2016 年我已經退休，但我仍然一直在華中科技大學做返聘教授。未來是年輕人的，所以我要大力支持團隊的核心骨干，在學術研究及成果應用方面，做好傳幫帶的工作；同時要深入企業(yè)提供技術服務；支持技術服務型企業(yè)的技術和人才扶持，推動技術的普及和升級?！?/p>

編后語

“老驥伏櫪，志在千里”。采訪結束了，但記者的心仍久久不能平靜。張宜生教授的人生經歷和為行業(yè)進步的拳拳之心，深深觸動了我。工人出身，教書育人，產學研用，發(fā)揮余熱……張教授出身平凡，但一步一個腳印，為熱沖壓成形技術在中國的發(fā)展奠定了深厚的基礎。他至今仍然在為行業(yè)傾情奉獻，并毫不吝惜地做好傳幫帶，讓我們不得不為老一代“鍛壓人”的情懷和決心所感動，致敬張老師！致敬鍛壓人！