■實習記者 溫若愚 金屬材料成(chéng)型是將(jiāng)金屬材料通過(guò)特定工藝方法塑造成(chéng)所需形狀和尺寸的過(guò)程，涉及塑性變形、熱處理和機械加工等環節。該技術廣泛應用于汽車、航空航天、建築、電子等領域，可制造各種(zhǒng)複雜形狀的零件和構件。成(chéng)型過(guò)程中需選擇合适的工藝參數，确保産品質量和性能(néng)，并嚴格檢驗測試材料以符合标準。金屬材料成(chéng)型技術綜合性強，需豐富理論和實踐經(jīng)驗，随著(zhe)科技進(jìn)步不斷創新發(fā)展，爲現代工業提供有力支持。

金屬材料成(chéng)形理論與技術山西省重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）于2013年由山西省科技廳立項建設，曆經(jīng)兩(liǎng)年的精心籌建，于2015年成(chéng)功通過(guò)驗收，正式跻身山西省重點實驗室的行列。該實驗室以二級學(xué)科材料加工工程爲堅實支撐，該學(xué)科不僅是山西省的重點學(xué)科，更曾是原機械部的重點學(xué)科。

匠心傳承至科技革新 深耕行業築未來

從人類社會(huì)的發(fā)展和曆史進(jìn)程的宏觀來看,材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，也是社會(huì)現代化的物質基礎和先導，而材料和材料技術的進(jìn)步和發(fā)展,首先應歸功于金屬材料制備和成(chéng)型加工技術的發(fā)展。金屬材料是指具有光澤、延展性、容易導電、傳熱等性質的材料。一般分爲黑色金屬和有色金屬兩(liǎng)種(zhǒng)。黑色金屬包括鐵、鉻、錳等，其中鋼鐵是基本的結構材料，稱爲“工業的骨骼”。

随著(zhe)工業的蓬勃發(fā)展，金屬成(chéng)型技術也曆經(jīng)了顯著的變革，從最初的手工操作逐漸演變爲現今的高度自動化。金屬成(chéng)型，即將(jiāng)金屬材料通過(guò)加工、變形和組裝等工藝步驟塑造爲所需形狀的過(guò)程。在手工時(shí)代，金屬成(chéng)型依靠匠人的工藝技巧完成(chéng)。他們運用鍛打、壓制、拉伸等傳統手法，賦予金屬靈活多變的形态，猶如雕塑般細膩。然而，這(zhè)種(zhǒng)方式受限于匠人的技術水平、生産效率和質量穩定性，嚴重制約了産業的規模化發(fā)展。進(jìn)入20世紀以後(hòu)，随著(zhe)各類技術的發(fā)展，金屬成(chéng)型逐漸擺脫了手工的束縛，迎來了機械化和自動化的新時(shí)代。早期機械化階段，雖然金屬成(chéng)型機僅能(néng)完成(chéng)簡單的剪切、沖裁等操作，但已顯著提升了生産效率。而在現代自動化技術的推動下，金屬成(chéng)型技術更是實現了質的飛躍。數控金屬成(chéng)型機械、柔性生産線、自動化倉儲設備等先進(jìn)工具的應用，不僅大幅提高了生産效率，降低了制造成(chéng)本，還(hái)拓展了金屬成(chéng)型的應用領域。

實驗室長(cháng)期緻力于我國(guó)重大技術裝備領域和山西省材料成(chéng)形領域的理論、關鍵技術及裝備研發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的研究、合作與融合，實驗室形成(chéng)了金屬材料成(chéng)形基礎理論、金屬零件成(chéng)形/成(chéng)性一體化調控、成(chéng)形裝備設計理論與控制三個穩定的研究方向(xiàng)。近年來，實驗室共承擔科研課題63項，其中國(guó)家自然科學(xué)基金重點項目1項、面(miàn)上和青年基金項目18項，973項目子課題1項，省部級項目25項，國(guó)際合作項目1項，橫向(xiàng)合作項目17項。實驗室獲國(guó)家技術進(jìn)步獎二等獎1項，省部級獎10餘項，授權發(fā)明專利50餘件，發(fā)表學(xué)術論文300餘篇，SCI和EI收錄100餘篇。

鑄輾合一 開(kāi)啓環件制造新篇章

金屬環形零件在重大裝備、石油化工、風電、機械運輸等諸多行業中扮演著(zhe)至關重要的角色，其廣泛的應用範圍和龐大的需求量，随著(zhe)我國(guó)經(jīng)濟的持續增長(cháng)而不斷擴大 。爲應對(duì)這(zhè)一挑戰，環形零件生産企業紛紛尋求擴容和工藝創新。實驗室研究的“環類零件鑄輾複合成(chéng)形新工藝”展現出了顯著的推廣應用前景和社會(huì)效益。

在研發(fā)這(zhè)一創新工藝的過(guò)程中，實驗室成(chéng)員綜合運用了環形鑄坯冶煉、凝固理論、工藝設計、數值模拟以及實驗研究等多種(zhǒng)技術手段，深入剖析了鑄坯材料在熱成(chéng)形過(guò)程中的熱力學(xué)行爲和微觀組織演變機理，進(jìn)而成(chéng)功構建了基于鑄坯的熱輾擴工藝理論體系，并對(duì)相關工藝參數進(jìn)行了優化。特别是在離心鑄造雙金屬複合環坯方面(miàn)，實驗室取得了重大突破，通過(guò)精心設計的鑄造流程，實現了内、外層材料的冶金級緊密結合，雙金屬環件可充分發(fā)揮兩(liǎng)種(zhǒng)金屬的優勢，展現出極高的結合強度。這(zhè)一成(chéng)果使得鑄造環坯可以直接進(jìn)行輾擴成(chéng)形，從而省去了傳統的鍛坯和沖孔工序，不僅節約了材料、減少了加熱次數，更顯著提高了生産效率，據估算能(néng)節能(néng)、減排約40%，對(duì)清潔生産具有重大意義。

液壓先鋒 爲鍛壓行業注入新活力

當前，裝備制造業的發(fā)展趨勢是，在極端制造領域一方面(miàn)向(xiàng)超微超精發(fā)展，另一方面(miàn)向(xiàng)超大超重發(fā)展。以發(fā)電設備爲例，火電機組今後(hòu)發(fā)展將(jiāng)以60萬千瓦和100萬千瓦級的超臨界、超超臨界機組爲主，需要200噸級真空精煉鋼錠制造汽輪機主軸；核電將(jiāng)以百萬千瓦級機組爲主，其低壓轉子需要600噸級真空精煉鋼錠；水電將(jiāng)以70萬千瓦以上混流式機組和用于抽水蓄能(néng)的軸流式機組爲主，以三峽電站70萬千瓦水輪機爲例，其不鏽鋼轉輪直徑9.8米，重達500噸。石化領域需要2000噸級以上的特大型加氫反應器厚壁筒體，冶金領域5.5米中厚闆軋機的支撐輥淨重230噸，也需要600噸級鋼錠，造船領域組合式船用曲軸長(cháng)度可達18米，重量達到300噸。這(zhè)些超重型裝備對(duì)大型鑄鍛件制造提出了更高要求。

實驗室依托山西省自然科學(xué)基金、山西省青年基金，承接廣州軍區空軍工程建設局、鄭州鍋爐廠和太原重工集團委托項目，對(duì)液壓大系統“灰箱”建模理論與仿真方法進(jìn)行了深入的研究。實驗室成(chéng)員利用液壓系統原理圖，按照系統拓撲結構、節點拓撲約束條件和邊界條件，由子模型生成(chéng)大系統模型。該方法建立的模型階數低、模型簡單，易于标準化、通用化，逐步積累數據形成(chéng)子模型庫，消除了動态模型中常遇到的“病态”現象，對(duì)仿真算法無特殊要求，有利于模型的推廣應用。

實驗室研制開(kāi)發(fā)了1000T鍋爐封頭油壓機電液控制系統，采用先進(jìn)的插裝閥集成(chéng)系統，系統結構簡單、緊湊、通油流量大，可實現系統調壓、限壓、調速、保壓等多種(zhǒng)功能(néng)。同時(shí)，液控系統采用以PLC爲主機的程序控制系統，實現了封頭壓制過(guò)程的自動控制，節約動力消耗50%，改善了車間生産條件。該成(chéng)果榮獲2003年度山西省科技進(jìn)步獎二等獎和2004年度山西省自然科學(xué)獎二等獎。在大型液壓機、礦用支架液壓系統分析、廣州軍區空軍工程建設局“計算機自動控制液壓頂升安裝油罐研究”項目中得到了應用。

今後(hòu)，實驗室將(jiāng)立足于山西省塑性成(chéng)形行業，勇于創新、攻克難題，服務企業。實驗室將(jiāng)開(kāi)發(fā)風電、核電等高端裝備關鍵基礎件制造新工藝、新材料和新設備；突破金屬材料熱成(chéng)形過(guò)程中難以實現線上監測和質量控制的難題，推進(jìn)山西省熱成(chéng)形生産過(guò)程向(xiàng)智能(néng)化發(fā)展；聚焦風力發(fā)電系統中新型氫燃料儲能(néng)技術，研發(fā)風電儲能(néng)燃料電池新材料及工藝，有效提高電堆效率；推進(jìn)現有專利“雙金屬環件鑄輾複合成(chéng)形新技術”等創新技術的轉化應用，降低山西鍛壓企業生産成(chéng)本、能(néng)源消耗和排放，增強特色專業鎮企業競争力。