如何用一張薄板直接成形出直徑3米級的火箭燃料貯箱整體箱底，哈工大材料學(xué)院苑世劍教授團(tuán)隊從根本上攻克了大尺寸薄壁曲面構(gòu)件整體成形中起皺和開裂并存的國際性難題，使我國火箭結(jié)構(gòu)制造關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
10月13日，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和中國航天科技集團(tuán)有限公司八院149廠等聯(lián)合打造的國內(nèi)首條運(yùn)載火箭3米級箱底批量產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了第100件充液拉深整體箱底下線，相比國外第一代技術(shù)此次雙方自主研制的流體高壓成形第二代技術(shù)在高質(zhì)量、高可靠、低成本方面優(yōu)勢顯著。
【資料圖】
破解國際難題 摘下火箭上的“皇冠”
運(yùn)載火箭是國之重器，運(yùn)載能力有多大，航天的舞臺就有多大。燃料貯箱是火箭的主體結(jié)構(gòu)，占火箭結(jié)構(gòu)干重的80%。貯箱的箱底承受內(nèi)壓、軸壓、振動和沖擊等復(fù)雜載荷聯(lián)合作用，是關(guān)系火箭整體可靠性的核心關(guān)鍵構(gòu)件，被譽(yù)為火箭上的“皇冠”。
2012年以來，哈工大材料學(xué)院苑世劍教授帶領(lǐng)流體高壓成形技術(shù)研究所團(tuán)隊，另辟蹊徑，提出板材成形失穩(wěn)起皺流體均布加載應(yīng)力場調(diào)控理論，發(fā)明可控加壓板坯流體成形工藝，用“以柔克剛”“如影隨形”的方式，讓無形的液體聽得懂“指令”，從根本上解決了薄壁結(jié)構(gòu)整體成形發(fā)生起皺國際難題。為將新理論和工藝物化到裝備中形成現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，2018年，苑世劍帶領(lǐng)團(tuán)隊研制出大型板材流體高壓成形裝備，攻克了10余項(xiàng)工藝核心關(guān)鍵技術(shù)，首次采用超薄板材直接成形出直徑3米級火箭整體箱底并成功批產(chǎn)，摘下火箭上的這一技術(shù)“皇冠”，大幅提升箭體結(jié)構(gòu)承載能力和可靠性，使我國火箭結(jié)構(gòu)制造關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
解決“卡脖子”難題 練就“?？杏补穷^”的作風(fēng)
上世紀(jì)90年代，優(yōu)勢明顯的流體高壓成形技術(shù)在國外開始應(yīng)用。但在國內(nèi)，這一技術(shù)的研發(fā)還是道阻且長的“冷板凳”。哈工大苑世劍團(tuán)隊毅然選擇這一“冷板凳”，一坐就是三十年。
多年來，苑世劍帶領(lǐng)團(tuán)隊引領(lǐng)流體成形技術(shù)從簡單形狀到三維復(fù)雜構(gòu)型、從常溫成形到高溫成形的跨越發(fā)展，研究出殼坯、管坯、板坯和難變形合金薄殼四類整體構(gòu)件流體成形技術(shù)及裝備，取得理論突破、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研制一體化的系統(tǒng)成果，推動我國金屬薄壁構(gòu)件整體成形技術(shù)進(jìn)入國際領(lǐng)先行列，形成中國獨(dú)有的流體壓力成形技術(shù)體系。
劉鋼教授是最早加入苑世劍教授團(tuán)隊的成員，他見證了團(tuán)隊如何把“冷板凳”坐熱，怎樣另辟蹊徑實(shí)現(xiàn)彎道超車?！霸防蠋煷_定科研方向有個不變的標(biāo)準(zhǔn)，就是必須有理論突破和應(yīng)用價值！要能解決真問題！這也練就了團(tuán)隊‘?？杏补穷^’的作風(fēng)?！边\(yùn)載火箭“長七”的高可靠性，對整體結(jié)構(gòu)五通件要求極高。苑世劍帶領(lǐng)團(tuán)隊迎難而上，大膽提出制造整體結(jié)構(gòu)五通件的全新技術(shù)：利用流體介質(zhì)以柔克剛、如影隨形的特點(diǎn)，把簡單的一張平板坯料成形為整體結(jié)構(gòu)五通件，成功助力“長七”火箭一飛沖天。一汽集團(tuán)某自主品牌轎車底盤構(gòu)件內(nèi)高壓成形技術(shù)遇到難題。
苑世劍帶領(lǐng)團(tuán)隊攻堅八年，不斷摸索，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)轎車底盤構(gòu)件向高強(qiáng)度、輕量化和整體結(jié)構(gòu)的換代發(fā)展。苑世劍的“定力”對團(tuán)隊成員影響很大：“苑老師不允許跟風(fēng)，炒熱點(diǎn)，要做就深挖，往根上挖，要做就做頂尖水平，手上要有‘絕活’?！边@種“一錐子扎到底”的勁頭，在長期積累中不斷鞭策著年輕人成長，團(tuán)隊踏實(shí)務(wù)實(shí)、敢打硬仗的作風(fēng)愈發(fā)鮮明。“我們團(tuán)隊核心成員只有十多位，但每一位都能負(fù)責(zé)一個子方向，有所成就和作為?！痹肥绖υu價。多年來，該團(tuán)隊科研成果獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎2次、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2次。
“交鑰匙工程”確?？蒲谐晒D(zhuǎn)化落地
實(shí)驗(yàn)取得成功后，苑世劍并沒有滿足于出成果、發(fā)論文，而是把目光投向了成果轉(zhuǎn)化。他帶領(lǐng)團(tuán)隊將工藝技術(shù)物化到裝備上，以“交鑰匙工程”的形式，確保企業(yè)能夠拿到直接發(fā)揮效用的設(shè)備。
2008年底，苑世劍教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊首次實(shí)現(xiàn)了汽車關(guān)鍵件的批量生產(chǎn)，內(nèi)高壓零件比傳統(tǒng)零件減重顯著，材料利用率明顯提高，廣泛應(yīng)用于一汽、上汽等30多個自主品牌車型，為我國汽車工業(yè)化走自主創(chuàng)新道路作出了重要貢獻(xiàn)。
“交鑰匙”的成果轉(zhuǎn)化方式，讓苑世劍結(jié)交了一大批生產(chǎn)一線的朋友。“好多人問我，怎么總能把握住技術(shù)發(fā)展的方向，這就是訣竅。只有在生產(chǎn)一線才能掌握一手信息，及時發(fā)現(xiàn)瓶頸和需求?！币舱且?yàn)楹蜕a(chǎn)一線的緊密結(jié)合，他對產(chǎn)學(xué)研結(jié)合培養(yǎng)“實(shí)用型人才”格外重視?！安荒苤话l(fā)表幾篇論文就完事了，我們的工業(yè)級用戶是零件，不是材料，從材料變成零件、產(chǎn)品，要有工藝、設(shè)備等。所以，自始至終我們都堅持材料-工藝-裝備一體化，解決國家重大需求?！痹谲囬g現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，一直是劉偉教授的習(xí)慣?！斑@不僅僅是我一個人的習(xí)慣，也是我們團(tuán)隊的一項(xiàng)準(zhǔn)則。
苑老師要求，學(xué)生進(jìn)入車間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的初期，指導(dǎo)老師要親自到場指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。他經(jīng)?！椴椤覀?，是否清楚學(xué)生的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力的提升?！蓖跣∷山淌趶?999年開始跟隨苑世劍學(xué)習(xí)、工作?！霸防蠋熞笪覀冏隹蒲幸プ深^，一頭是基礎(chǔ)理論和規(guī)律，絕不能含糊。另一頭就要抓應(yīng)用，現(xiàn)在很多企業(yè)的研發(fā)能力還十分有限，高校尤其是工科院校責(zé)無旁貸，這是國家需要?！?/p>
功夫到家的老師才能培養(yǎng)出能打硬仗的學(xué)生
做個好老師，一直是苑世劍樸素的理想。他對哈工大“規(guī)格嚴(yán)格，功夫到家”的校訓(xùn)感受頗深。他認(rèn)為，“規(guī)格嚴(yán)格”是教師對學(xué)生的要求。“學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識必須扎實(shí)，不能說外行話，得有專業(yè)素養(yǎng)，這一點(diǎn)上必須嚴(yán)格?！?018級博士生莫琛直言，“苑老師嚴(yán)是真的嚴(yán)，但也讓我們受益匪淺?！彼e例：“苑老師要求實(shí)驗(yàn)前要做詳盡的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方案和理論推導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)后要把所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析透徹，3天內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報告。漸漸發(fā)現(xiàn)，這樣確實(shí)把問題分析得更透、考慮得更全面。這種方法已經(jīng)成為我們科研過程中長期秉承的思想?！薄拔覀兊恼撐囊趫F(tuán)隊內(nèi)部認(rèn)真修改多次，達(dá)到了團(tuán)隊認(rèn)可的水平才可以外送。不過，質(zhì)量確實(shí)更有保證。”2021級博士生孫文笑言：“在我們團(tuán)隊，論文是絕不可能‘水’的！”老師對學(xué)生要求嚴(yán)格，對自己更要嚴(yán)格要求，苑世劍這樣解讀校訓(xùn)里的“功夫到家”?！肮ご髿v史上有教師要‘過三關(guān)’的傳統(tǒng)，教學(xué)關(guān)、科研關(guān)、水平關(guān)。直到現(xiàn)在，我也經(jīng)常問我自己和團(tuán)隊的老師們，這‘三關(guān)’你敢說都過了嗎？還有沒有不足？‘功夫到家’不是一種結(jié)果，而是一種過程和狀態(tài)，始終保持這種狀態(tài)才能培養(yǎng)出真正高水平的人才?！?/p>
苑世劍大力弘揚(yáng)教育家精神，不斷地把科研成果總結(jié)形成新知識，融入課堂教學(xué)，傳授給學(xué)生們?！白寣W(xué)生們開眼界、有視野、有啟發(fā)?！边@也成為團(tuán)隊所有成員的一項(xiàng)規(guī)定動作，定期更新講義，把最新的研究成果融入進(jìn)去，讓老課常新，傳統(tǒng)課程內(nèi)涵更豐富。多年來，苑世劍獲授權(quán)發(fā)明專利80項(xiàng)，出版專著4部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文190余篇，并獲得全國創(chuàng)新爭先獎。
數(shù)十年如一日的持之以恒和“不破樓蘭終不還”的矢志不渝，讓苑世劍教授這支規(guī)模不大的團(tuán)隊凸顯出“硬朗”的底色。對此，苑世劍總結(jié)：“只要國家有需要、產(chǎn)業(yè)有需求，我們的硬仗就還要繼續(xù)打，硬骨頭就還要繼續(xù)啃，這是高?？蒲泄ぷ髡叩氖姑?，也是一代代哈工大人的傳承?！?/p>
馬曉雪 哈爾濱日報記者 王越
