[科普中国]-大国制造“东北狼”——记三获国家技术发明奖的团队

“我们就是一群‘东北狼’。”大连理工大学现代制造技术科研团队代表在接受记者采访时开门见山。这群“东北狼”有30余位核心成员，来自材料、力学、机械和控制等领域。近9年内，他们三获国家技术发明奖。

2008年，团队创始人、中国工程院院士郭东明等获国家技术发明奖一等奖。2014年，团队领军人贾振元的研究成果获国家技术发明奖二等奖。2018年1月8日，贾振元等获2017年度国家技术发明奖一等奖。

“三次获奖，都是解决关键零部件的加工原理及相关工艺，既有关联更有差别。”贾振元对中新社记者说。

今年获奖项目名为“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”，是从源头上解决航空、航天、交通领域高端装备所选用的新型材料“碳纤维增强树脂基复合材料”在构件加工中面临的世界性难题。

“强度比钢强，比重比铝轻，导电性能比铜好。”贾振元说，由碳纤维为增强相制备的树脂基复合材料，易实现材料与结构整体同步制造，可减少连接，已成为航空、航天、交通等领域高端装备减重增效的优选材料。但用传统加工方式极易产生毛刺、撕裂等损伤，继而影响性能，“毛刺、撕裂将使疲劳寿命和拉伸强度下降9%至30%”。

国内外研究中缺乏系统的共性基础理论，国际通行做法是花费大量时间和精力，采用多次实验对比加工效果来改进传统刀具。中国科学家无法得到实际经验，致使“中国制造”受制于人。

比如，复合材料占机身比重是衡量航空飞机先进性的一项重要指标，空中客车A380达到25%，波音787达到50%，中国国产支线客机ARJ仅为2%。然而中俄正在合作研制的远程宽体客机C929的目标是“超过50%”。

“科研工作一定要服务于国家重大需求。”贾振元说，想要在短时间内从并跑到领跑，“没有基础研究做支撑，你就超不过去”。

这支科研团队决定突破传统金属等均质材料切削理论体系的束缚，开辟和建立一个适应碳纤维复合材料加工的全新的理论体系。得益于团队内交叉融合，又有国家项目经费支持，他们终于啃下“硬骨头”。

“我们要弄清楚损伤是怎么产生的，整个研究过程充满挑战，往往要经过成百上千次的实验。”团队成员、大连理工大学教授王福吉回忆说，有些实验做了半年都没有一点进展。不过，得益于领头人方向把得准，“我们的弯路走得少”。

最终，贾振元团队揭示了碳纤维复合材料去除机理和损伤形成机制，提出针对碳纤维复合材料加工的切削理论，建立了切削力和切削过程动态仿真模型，实现了“源头创新”。

工欲善其事，必先利其器。研发团队在基础理论上取得重大突破后，反过来进行应用实践研究，先后发明三类9个系列的制孔、铣削等刀具。他们找到碳纤维复合材料切削质量随温度变化的规律，研发出13台套数控加工工艺装备，填补国内空白。

贾振元说，新研制的技术装备及刀具从2010年开始应用，使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减到0.1毫米内。这些刀具的寿命高于进口刀具2至7倍，价格仅是后者的四分之一。还有一些以往无法加工或只能手工加工的装备，如今做到低损伤数字化加工。

团队成员、大连理工大学教授高航还记得有一次到企业推广刀具，对方提出“如果能当场连续加工100个孔，我们就信服”。结果，他们用刀具干净利落地在一块复合材料板上钻出100个孔，赢得用户信任。

据不完全统计，上述装备及刀具授权发明专利27项、软件著作权3项，发表论文54篇，相继应用于航天一院、航天三院、中航工业、中国商飞等企业，成为中国航空航天多个重点型号关键复合材料构件高质高效加工的“利器”。

既是“东北狼”，他们也以振兴东北老工业基地为使命。以这支团队为主要骨干创建了国家级辽宁省重大装备制造协同创新中心，主动牵头对接当地老厂，把科研做到国家需要的地方。(记者 张素)

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