李玉芹

航空、航天、交通等領(lǐng)域的高端裝備，質(zhì)量越輕就跑得越快、飛得越遠(yuǎn)，有效載荷也就越大。

那么，該如何減輕重量？

巧妙的設(shè)計(jì)與輕質(zhì)的材料成為減輕重量的兩種途徑。復(fù)合材料因具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞及性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，成為最具潛力的工程材料，并被廣泛地應(yīng)用到航空航天制造業(yè)中。然而，光有好材料還不行，加工技術(shù)必須要跟得上?！皬?fù)合材料雖采用近凈工藝成型，但仍需經(jīng)過(guò)切邊、制孔等系列機(jī)械加工才能連接裝配，用到高端裝備上?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院特別副研究員徐錦泱說(shuō)。

作為一個(gè)從小就對(duì)機(jī)械加工飽含濃厚興趣的人，現(xiàn)在的他正埋身于復(fù)合材料/金屬疊層結(jié)構(gòu)精密制孔與專用刀具開(kāi)發(fā)的研究領(lǐng)域里探索耕耘，追求成為一個(gè)披荊斬棘的科研工作者。他說(shuō)，既然選擇了科研這條路，并在自己所喜歡的領(lǐng)域里，就得風(fēng)雨兼程，就得為滿足國(guó)家需求不斷向前。

一馬當(dāng)先的科研趕路人

在復(fù)合材料家族里，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）因輕巧又具備高比強(qiáng)度、高比模量，且易實(shí)現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)整體同步制造，已成為高端裝備減重增效的優(yōu)選材料?！疤祭w維增強(qiáng)復(fù)合材料，以其優(yōu)異的物理力學(xué)性能，如高比模量、高比強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、低熱膨脹系數(shù)等，在工業(yè)界獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。作為結(jié)構(gòu)材料，它通常與金屬合金組成疊層結(jié)構(gòu)，在減輕重量的同時(shí)利用材料的不同特點(diǎn)獲得更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因此可以滿足大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在極端服役條件下對(duì)性能和輕量化的要求?！毙戾\泱說(shuō)。

然而，復(fù)合材料是一種難加工材料。尤其是用于飛機(jī)機(jī)翼和尾翼的碳纖維復(fù)合材料與金屬合金組成的疊層結(jié)構(gòu)中，在裝配過(guò)程中需要加工大量的鉚接和螺接孔。由于碳纖維復(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和兩種材料性能的巨大差異，使得疊層制孔質(zhì)量難以保證且刀具磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致復(fù)合材料加工過(guò)程中很容易產(chǎn)生毛刺、撕裂、分層等損傷。這些損傷會(huì)影響連接件的承載性能、疲勞壽命和可靠性。因此，研究復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)高效、高質(zhì)量制孔技術(shù)對(duì)其產(chǎn)品連接強(qiáng)度、剛度、安全性以及提高飛機(jī)的機(jī)械性能都具有非常重要的意義。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“CFRP/合金疊層結(jié)構(gòu)制孔界面缺陷物理建模與數(shù)值仿真研究”中，徐錦泱對(duì)航空領(lǐng)域復(fù)合材料/金屬合金制孔缺陷開(kāi)展了一系列的研究。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，復(fù)合材料/金屬合金常通過(guò)一體化制孔方式來(lái)提高疊層連接孔的同軸度和加工效率。然而由于復(fù)合材料和金屬合金具有相異的物理力學(xué)性能和切削加工性，疊層結(jié)構(gòu)在鉆削力熱耦合作用下極易產(chǎn)生嚴(yán)重的制孔缺陷。雖然，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已在復(fù)合材料/金屬合金制孔缺陷、工藝參數(shù)和刀具性能評(píng)價(jià)等方面開(kāi)展了一系列研究工作，但現(xiàn)有研究仍較多集中在疊層材料鉆削進(jìn)出口缺陷及復(fù)合材料分層損傷上，對(duì)于疊層界面鉆削缺陷形成機(jī)理、疊層本構(gòu)建模、界面缺陷仿真預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)與抑制仍缺乏系統(tǒng)深入的研究。

因此，在該項(xiàng)目中，徐錦泱針對(duì)當(dāng)前航空制造領(lǐng)域存在的有關(guān)疊層界面缺陷抑制理論指導(dǎo)缺失、疊層切削本構(gòu)模型與界面缺陷預(yù)測(cè)模型缺乏，以及疊層界面制孔裝配工藝適配性差等問(wèn)題，準(zhǔn)備開(kāi)展CFRP/合金制孔界面缺陷物理建模與數(shù)值仿真的研究，通過(guò)建立適用于疊層界面切削缺陷預(yù)測(cè)的本構(gòu)模型與有限元仿真模型，從微細(xì)觀尺度揭示CFRP/合金界面缺陷形成機(jī)制，建立疊層制孔界面缺陷評(píng)價(jià)體系并制定低缺陷鉆孔工藝方案?！跋Ｍ覀兊难芯磕軌?yàn)閷?shí)現(xiàn)大型飛機(jī)疊層結(jié)構(gòu)件精密制孔裝配工藝規(guī)范化提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。”徐錦泱如是說(shuō)。

徐錦泱對(duì)記者說(shuō)，做工程科學(xué)的人，總希望自己做的事情能有意義，把自己的研究和國(guó)家需求結(jié)合起來(lái)，瞄準(zhǔn)工程無(wú)法解決、制約行業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題。現(xiàn)在，徐錦泱以國(guó)家需求為先導(dǎo)，在自己的研究領(lǐng)域憑著“螞蟻啃骨頭”的精神，“啃”出一項(xiàng)項(xiàng)科研成果。除了國(guó)家自然科學(xué)基金“CFRP/合金疊層結(jié)構(gòu)制孔界面缺陷物理建模與數(shù)值仿真研究”項(xiàng)目外，針對(duì)航天領(lǐng)域現(xiàn)存的有關(guān)衛(wèi)星桁架及框架復(fù)合材料/金屬疊層制孔精度低、刀具壽命短、加工成本高、生產(chǎn)效率低及制孔理論與工藝指導(dǎo)缺乏等技術(shù)問(wèn)題，徐錦泱在項(xiàng)目“復(fù)合材料/金屬疊層結(jié)構(gòu)精密制孔與刀具開(kāi)發(fā)研究”中又以常用疊層結(jié)構(gòu)CFRP/鈦合金及CFRP/鋁合金為研究對(duì)象，開(kāi)展疊層制孔基礎(chǔ)切削機(jī)理、疊層制孔專用刀具設(shè)計(jì)及精密制孔工藝的研究。在研究中，徐錦泱制定了適用于疊層結(jié)構(gòu)高效精密制孔工藝方案一套，把復(fù)合材料/金屬鉆孔效率提高了50%以上，為我國(guó)航天制造領(lǐng)域疊層結(jié)構(gòu)精密切削加工提供了理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。在上海市浦江人才計(jì)劃項(xiàng)目“基于航空疊層結(jié)構(gòu)CFRP/Ti的高效精密制孔研究”中，針對(duì)疊層結(jié)構(gòu)CFRP/Ti的各向異性特性和難加工性，徐錦泱以鉆削制孔為研究對(duì)象，開(kāi)展航空疊層結(jié)構(gòu)高效精密加工研究，以此助力我國(guó)飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。

愿學(xué)生都能成為頂梁柱

在“市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)”的語(yǔ)境下，情懷是以精神滿足而非功利得失作為人生選擇標(biāo)準(zhǔn)的一種美好品質(zhì)，它使人們將個(gè)人志趣抱負(fù)融合于國(guó)家、人民的需要和對(duì)科學(xué)的追求之中，來(lái)產(chǎn)生持久動(dòng)力，戰(zhàn)勝各種艱難險(xiǎn)阻。對(duì)徐錦泱來(lái)說(shuō)，把科研做好需要堅(jiān)守情懷，讓他在科學(xué)研究的前進(jìn)途中充滿力量，無(wú)懼前行。也正是把科研做好的這份情懷，讓他在教學(xué)中也傾注心血，無(wú)私付出。

現(xiàn)在，徐錦泱肩上擔(dān)負(fù)的不僅有科研的重任，還有培育領(lǐng)域英才的使命。他告訴記者，作為老師，他希望學(xué)生都能接下自己手中的“這一棒”，希望他們都能成為科研領(lǐng)域的頂梁柱。因此，在教學(xué)上，徐錦泱針對(duì)工程學(xué)科特點(diǎn)，在本科生培養(yǎng)上，重視培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)與技能；并在此基礎(chǔ)上，拓展學(xué)生的知識(shí)面，為學(xué)生講授機(jī)械傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)、企業(yè)加工機(jī)械制造，乃至自動(dòng)化控制等知識(shí)。同時(shí)，在教學(xué)中，徐錦泱重視培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力，讓每個(gè)學(xué)生在做中學(xué)?！霸谄綍r(shí)，我要求我的學(xué)生以團(tuán)隊(duì)分組的形式完成各種課程項(xiàng)目，讓他們?cè)趧?dòng)手的過(guò)程中鞏固所學(xué)的知識(shí)?！倍诖T士與博士培養(yǎng)方面，徐錦泱則注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科敏感度。他說(shuō)，在碩士生與博士生進(jìn)入課題組之后，他會(huì)給他們做一些學(xué)術(shù)前沿報(bào)告，讓他們了解研究領(lǐng)域的熱難點(diǎn)。此外，徐錦泱還定期組織碩博士生開(kāi)展學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，讓大家進(jìn)行思想碰撞，深度交流學(xué)習(xí)。

徐錦泱還注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。他說(shuō)，在創(chuàng)新跑出“加速度”的今天，在人人都談創(chuàng)新的時(shí)代，創(chuàng)新來(lái)源于工程實(shí)踐，需要從源頭抓起，創(chuàng)新要注重原始創(chuàng)新和基礎(chǔ)理論創(chuàng)新，再以基礎(chǔ)理論促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新；同時(shí)，也要注重國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定及參與，因?yàn)橹挥羞@樣才能從一個(gè)跟蹤者邁向創(chuàng)新引領(lǐng)者。徐錦泱表示，身為科技人員，對(duì)于如何邁向創(chuàng)新之路，他有一種使命感、責(zé)任感和緊迫感。雖然創(chuàng)新之路艱難重重，但他仍在不斷訓(xùn)練創(chuàng)新思維，也在不斷朝著這條路奔跑。

干一行愛(ài)一行。在復(fù)合材料和疊層結(jié)構(gòu)精密加工研究中，徐錦泱充滿了熱情與激情。所以，一路走來(lái)的困難都成了他前進(jìn)路上的助推力。展望未來(lái)，徐錦泱說(shuō)，在目前的研究基礎(chǔ)上，他還要開(kāi)辟新的研究方向，如微細(xì)加工、表面工程、多尺度制造等。

哲學(xué)家薩特曾說(shuō)：“世界上有兩樣?xùn)|西是亙古不變的，一是高懸在我們頭頂上的日月星辰，一是深藏在每個(gè)人心底的高貴信仰?！币恢币詠?lái)，為滿足國(guó)家需求不怠探索，便是徐錦泱心中的信仰和追求，讓他在科研路上不斷修煉和升華著自己，讓他越走越快，也越走越寬廣。