哈爾濱工業(yè)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“哈工大”)苑世劍教授團(tuán)隊(duì)提出的雙向可控加壓流體高壓成形新技術(shù)攻克了火箭燃料貯箱箱底成形中起皺和開(kāi)裂缺陷并存的國(guó)際性難題，突破國(guó)外技術(shù)封鎖，在國(guó)際上首次直接成形出運(yùn)載火箭直徑3m級(jí)燃料貯箱薄壁整體箱底，成功摘下火箭上的“皇冠”。

超大型板材流體高壓成形機(jī)及整體箱底

流體高壓成型技術(shù)，也稱(chēng)高壓流體成型技術(shù)或內(nèi)高壓成型技術(shù)，其原理是將坯料（一般為管材或者板材）裝夾在中空模具里，利用高壓液體（水溶液或者油液）作為成型介質(zhì)，對(duì)坯料施加超高壓，同時(shí)在坯料的適當(dāng)部位施加其他作用力，使得坯料產(chǎn)生塑性變形，并在多種外力作用下與模具緊密貼合，最終形成中空的整體結(jié)構(gòu)零部件。流體高壓成型的過(guò)程大致如下圖所示。

相比于其他成型技術(shù)，流體高壓成型技術(shù)具有突出優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)能大幅提高材料利用率，顯著降低成品零部件的重量，并提高成品零部件的質(zhì)量，還能縮短生產(chǎn)周期。流體高壓成型技術(shù)通常只需要一套模具，只用一道工序就可以從坯料制造出成品。

而制造中空零部件的常規(guī)工藝——薄板沖壓/折彎+焊接則需要至少三道工序，因此需要開(kāi)發(fā)或者購(gòu)置多套工裝和設(shè)備。

同樣由于流體高壓成型技術(shù)的工序基本上只有一道，工藝廢料可因此大幅減少，節(jié)約了材料。

還是因?yàn)榱黧w高壓成型技術(shù)一次成型的特點(diǎn)，復(fù)雜形狀中空零部件在制造過(guò)程中的積累誤差得以大幅減小，從而使得成品零部件的精度得到了提高；而且流體高壓成型技術(shù)屬于冷加工工藝，通過(guò)坯料變形過(guò)程中的加工硬化可大大提高成品零部件的強(qiáng)度。此外，由于少了傳統(tǒng)工藝的多道工序，生產(chǎn)工時(shí)也可得以明顯壓縮。

而流體高壓成型技術(shù)的缺點(diǎn)則是成型介質(zhì)的壓力很高，因此需要很大噸位的合模壓力機(jī)（一般大于10MN），并且相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)技術(shù)難度較大，在設(shè)備方面的投入較高，且成品零部件的形狀厚度和強(qiáng)度等指標(biāo)與加載路徑密切相關(guān)，前期試制階段需要投入的成本也較高。

從1999年開(kāi)始，哈工大流體高壓成型技術(shù)研究所就在苑世劍教授的帶領(lǐng)下開(kāi)始了針對(duì)流體高壓成型基礎(chǔ)理論、工藝、模具與核心設(shè)備的系統(tǒng)性研究工作，自主掌握了該領(lǐng)域的核心和關(guān)鍵技術(shù)，在不到20年的時(shí)間內(nèi)先后研制出的系列化的流體高壓成型設(shè)備，其中管材成型設(shè)備的成型力為3.15MN到10MN，工作臺(tái)尺寸為2000mm×1200mm到3500mm×2000mm，最高充液壓力均為25MPa，高壓介質(zhì)體積均為2L；而板材成型設(shè)備的成型力為13MN到50MN，工作臺(tái)尺寸為2000mm×1800mm到3500mm×3000mm，最高充液壓力均為100MPa，高壓介質(zhì)體積為100L到500L不等。

這些設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)、軌道車(chē)輛、核電、船舶、航空航天和透平式動(dòng)力機(jī)械等領(lǐng)域的大批量應(yīng)用，適用材料則已經(jīng)從傳統(tǒng)的鋁合金和不銹鋼擴(kuò)展到了鈦合金和高溫合金等，一大批采用流體高壓成型技術(shù)制造的核心關(guān)鍵零部件也已經(jīng)服務(wù)于我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域的多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)，有力的提升了我國(guó)的裝備制造水平。

此次哈工大試制的火箭燃料貯箱箱底被稱(chēng)為火箭制造領(lǐng)域的“皇冠”，由于受力環(huán)境極其復(fù)雜，這個(gè)零部件的可靠性與整個(gè)火箭結(jié)構(gòu)的可靠性都密切相關(guān)，是整個(gè)火箭的核心零部件之一。NASA和ESA在制造燃料貯箱整體箱底的時(shí)候都采用對(duì)厚板（50mm以上）先熱旋壓再數(shù)控銑的工藝路線(xiàn)，這一路線(xiàn)工藝復(fù)雜，成本高昂，制造周期長(zhǎng)達(dá)半年左右，且數(shù)控銑工序會(huì)切掉約90%的材料，浪費(fèi)十分嚴(yán)重。

而且更大的問(wèn)題是，歐美的大型熱旋壓設(shè)備長(zhǎng)期以來(lái)都對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)格的禁運(yùn)，因此我國(guó)現(xiàn)役火箭大都采用結(jié)構(gòu)笨重、精度差、廢品率高且可靠性低的分塊成型焊接燃料貯箱箱底。

苑世劍教授的團(tuán)隊(duì)針對(duì)此種情況，提出了“雙向可控加壓流體成型”這一顛覆性創(chuàng)新的技術(shù)路線(xiàn)，用多路增壓器并聯(lián)控制的液壓系統(tǒng)攻克了大體積液體介質(zhì)的增壓與坯料局部液壓載荷和成型力的精準(zhǔn)調(diào)控問(wèn)題，成功的避免了深腔曲面零部件破裂和起皺的“老大難”問(wèn)題，突破了傳統(tǒng)流體高壓成型技術(shù)的尺寸極限，在全球第一次實(shí)現(xiàn)了火箭燃料貯箱整體式薄壁箱底的流體高壓成型，徹底打破了歐美在該領(lǐng)域的技術(shù)封鎖和壟斷，而且生產(chǎn)成本降低了一半，生產(chǎn)周期更是降低了三分之二。

而為此配套研制的超大尺寸板材流體高壓成型設(shè)備則是當(dāng)之無(wú)愧的世界第一，其成型力高達(dá)150MN，是此前全球最大該類(lèi)設(shè)備的1.5倍；高壓液體介質(zhì)體積高達(dá)5000L，是后者的10倍之多。這標(biāo)志著我國(guó)在流體高壓成型技術(shù)領(lǐng)域無(wú)論是基礎(chǔ)研究還是技術(shù)能力都已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，在板材成型方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

實(shí)現(xiàn)流體高壓成型技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新，是我國(guó)在制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)工藝方面自主創(chuàng)新的重大勝利，是我國(guó)在高端制造領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平進(jìn)程的一個(gè)縮影。這些新成果也必將更多的推動(dòng)我國(guó)航空航天、核電、船舶甚至透平式動(dòng)力機(jī)械等高端裝備制造領(lǐng)域的工藝進(jìn)步，最終推動(dòng)我國(guó)整個(gè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展，提升我國(guó)的綜合實(shí)力，為全面實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化添磚加瓦，為廣大人民群眾的美好生活保駕護(hù)航。