金屬板料漸進(jìn)成形專(zhuān)利技術(shù)分析

易明軍 賈曉雪

摘要：板材數(shù)字化漸進(jìn)成形技術(shù)具有無(wú)需專(zhuān)用模具、可提高板材成形極限、可用于加工變形程度大、形狀非常復(fù)雜的板材零件、易于實(shí)現(xiàn)板材成形自動(dòng)化等特點(diǎn)，適用于小批量、多品種、難成形的鈑金件加工。本文通過(guò)對(duì)金屬板料漸進(jìn)成形的專(zhuān)利申請(qǐng)從申請(qǐng)年度分布、技術(shù)原創(chuàng)國(guó)分布、申請(qǐng)目標(biāo)國(guó)分布進(jìn)行了分析，并列出國(guó)外和國(guó)內(nèi)的主要申請(qǐng)人，分析了金屬板料漸進(jìn)成形的技術(shù)演進(jìn)過(guò)程，為熟悉的金屬板料漸進(jìn)成形提供一些參考。

關(guān)鍵詞：漸進(jìn)成形；增量成形；逐次成形

一、漸進(jìn)成形簡(jiǎn)介

金屬板材漸進(jìn)成形是引入快速原型制造技術(shù)（rapid prototyping）的分層制造（layered manufacturing）的思想，將復(fù)雜的三維數(shù)字模型沿高度方向離散成許多斷面層（即分解成一系列等高線(xiàn)層），并生成各等高線(xiàn)層面上的加工軌跡，成形工具在計(jì)算機(jī)控制下沿該等高線(xiàn)層面上的加工軌跡運(yùn)動(dòng)，使板材沿成形工具軌跡包絡(luò)面逐次變形。

漸進(jìn)成形包括兩種方式，即正向成形（雙點(diǎn)漸進(jìn)成形TPIF）和反向成形（單點(diǎn)漸進(jìn)成形SPIF），如圖1、2所示，從圖中可見(jiàn)，正向成形在與工具頭相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有支撐模型，工具頭對(duì)板料位于支承模與夾具之間的部分加壓，同時(shí)夾具與工具頭同向運(yùn)動(dòng)，從而在板料上形成凸起；而反向成形時(shí)，夾具固定不動(dòng)，工具頭對(duì)板料位于夾具之間的部分加壓，從而在板料上形成凹腔。負(fù)成形可以成形一些形狀比較簡(jiǎn)單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡(jiǎn)單的夾具，板料由夾具夾緊，然后成形工具頭按設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進(jìn)行第二層的加工，如此直至結(jié)束，在加工過(guò)程中夾具夾緊板料始終不動(dòng)。反向成形及板料成形角原理示意圖如圖1所示。形狀復(fù)雜的零件要用正向成形的方法。在正向成形方法中，需要支撐模型，支撐模型的形狀要與所成形的零件的形狀一致，這種支撐模型與沖壓成形中的模具有很大差別，支撐模型的精度要求不是很高，并且材料的選擇比較靈活。在這種成形方法中，首先加工支撐模型，支撐模型加工完畢后再放上板料，以后的加工步驟與負(fù)向成形基本相同，所不同的是正向成形中成形工具頭每走完一層的路徑，托板都要帶動(dòng)板料與成形工具頭共同向下移動(dòng)相同距離。正向成形原理示意圖如圖2所示。

二、漸進(jìn)成形專(zhuān)利分析

本節(jié)將從專(zhuān)利分析角度對(duì)漸進(jìn)成形技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行分析，主要從申請(qǐng)分布、主要申請(qǐng)人等方面進(jìn)行。

2.1申請(qǐng)分布

圖3示出了在中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的年度分布情況，中國(guó)申請(qǐng)最早始于1999年，申請(qǐng)量從1999-2007年一直維持在個(gè)位數(shù)，2008年達(dá)到10個(gè)，2009年有所回落，然后從2011年開(kāi)始顯著上升，到2013年之后一直維持在20個(gè)以上，可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，在中國(guó)的漸進(jìn)成形技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)量會(huì)維持在一定數(shù)量。

圖4示出了在世界范圍內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)的申請(qǐng)量的年度分布，最早的申請(qǐng)出現(xiàn)在1996年，2002年達(dá)到一個(gè)高點(diǎn)，之后有所下降，從2010年之后開(kāi)始加速上升，近幾年的申請(qǐng)量維持在25-30件之間波動(dòng)。結(jié)合圖2可知，從2010年后申請(qǐng)主要來(lái)自于中國(guó)申請(qǐng)。

由圖5可見(jiàn)，該技術(shù)來(lái)自中國(guó)的申請(qǐng)量最大，超過(guò)申請(qǐng)總量的一半，其次是日本，然后是美國(guó)。

圖6為申請(qǐng)目標(biāo)國(guó)的分布，從圖6可見(jiàn)，在中國(guó)的申請(qǐng)公布量最大，接近總量的一半，其次是日本和美國(guó)。

2.1申請(qǐng)人分布

由于技術(shù)原創(chuàng)主要為中國(guó)和日本，主要的申請(qǐng)人集中在中國(guó)和日本，見(jiàn)圖7。中國(guó)的申請(qǐng)主體為高等院校、研究院所，而日本的申請(qǐng)主體為企業(yè)，由此可以推斷，中國(guó)在漸進(jìn)成形技術(shù)研究方面尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，而日本可能已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)上有所應(yīng)用。

雖然中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量最大，但通過(guò)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的申請(qǐng)人幾乎都是高等院校，而且由圖8可見(jiàn)，中國(guó)申請(qǐng)人的申請(qǐng)全是中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，即沒(méi)有向國(guó)外提交專(zhuān)利申請(qǐng)，主要的非中國(guó)申請(qǐng)主體都在本國(guó)之外申請(qǐng)了一定數(shù)量的專(zhuān)利。美國(guó)是除申請(qǐng)的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)之外的主要目標(biāo)國(guó)，幾乎所有的主要申請(qǐng)人都在美國(guó)投放有專(zhuān)利申請(qǐng)，說(shuō)明美國(guó)是漸進(jìn)成形技術(shù)的重要市場(chǎng)，這也和漸進(jìn)成形技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域集中于汽車(chē)覆蓋件、飛機(jī)蒙皮等的成形，而美國(guó)是上述領(lǐng)域的重要市場(chǎng)直接相關(guān)。

結(jié)語(yǔ)

漸進(jìn)成形技術(shù)源于日本，日本和中國(guó)是漸進(jìn)成形技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的主要技術(shù)原創(chuàng)國(guó)，但源于日本專(zhuān)利申請(qǐng)的峰值已過(guò)，源于中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)還在高位，中國(guó)的申請(qǐng)主體基本為高等院校、研究院所，或許表明漸進(jìn)成形技術(shù)在中國(guó)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，另外也可能是漸進(jìn)成形技術(shù)本身的特點(diǎn)，即適用于小批量生產(chǎn)決定的。

（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心）