磨料水射流切割技術(shù)專利分析

余武

摘 ?要：文章通過專利數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)的篩選、統(tǒng)計與分析結(jié)果，梳理國內(nèi)外有關(guān)磨料水射流技術(shù)的專利申請、磨料水射流領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，主要技術(shù)分支的申請，核心專利和重要申請人等信息，并剖析磨料水射流切割技術(shù)發(fā)展的重點方向。

關(guān)鍵詞：磨料水射流技術(shù);技術(shù)分支;核心專利;重要申請人

中圖分類號：TG48 ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）35-0012-02

Abstract： Through the results of screening， statistics and analysis of the retrieval data of patent database， this paper traces the patent application of abrasive water jet technology at home and abroad， the technical development in the field of abrasive water jet， the application of main technical branches， core patents， important applicants and other information， and analyze the key trend of the development of abrasive water jet cutting technology.

Keywords： abrasive water jet technology; technical branch; core patent; important applicant

前言

磨料水射流技術(shù)是近30年來迅速發(fā)展起來的一種新的冷態(tài)切割技術(shù)，其通過高壓水使磨料粒子加速，從而沖擊工件表面進行切割加工，在加工過程中不會產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)變。受傳統(tǒng)的表面清洗及表面加工技術(shù)中氣力噴砂、噴丸加工和表面磨削加工等技術(shù)的啟示，衍生了后混合式磨料射流技術(shù)，1983年美國開發(fā)出第一臺后混合磨料射流切割機，自此標(biāo)志該技術(shù)進入實用階段[1-2]。磨料射流切割技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)勢，在表面加工中得到了快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。

1 數(shù)據(jù)總體情況

本文基于CPRSABS中文檢索數(shù)據(jù)庫和DWPI檢索數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果，對所獲得的該領(lǐng)域的專利申請進行統(tǒng)計、分析與研究，并對磨料水射流技術(shù)切割主要涉及的技術(shù)進行分解，參見表1。本次檢索時間截止2017年4月，經(jīng)過檢索及篩選，最終確定的涉及磨料水射流技術(shù)技術(shù)的全球?qū)＠暾埞灿?206項，其來自全球39個國家或地區(qū)的總計100位申請人，總體發(fā)展趨勢呈現(xiàn)增長態(tài)勢。

2 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析

2.1 申請量的年度分布

圖1為磨料水射流切割技術(shù)申請量的年度分布，分別從全球范圍和中國范圍展示了磨料水射流切割技術(shù)申請量的年度分布。從圖中可得出，在全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)的專利申請量總體呈上升趨勢，而在中國國內(nèi)的專利申請，由于國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，在2001年以前幾乎沒有申請相關(guān)技術(shù)專利，從2010年開始國內(nèi)專利申請數(shù)量得以迅速增長。

2.2 申請量的地域分布

根據(jù)專利申請的地域分布情況，可反映出企業(yè)對產(chǎn)品的市場戰(zhàn)略布局重心。通過統(tǒng)計磨料水射流技術(shù)專利申請的所在國家和地區(qū)產(chǎn)權(quán)組織，分析得到圖2的地域分布數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，排名前六的國家是中國、美國、日本、韓國、德國和俄國，其總和占據(jù)了所有專利申請量的75%，是磨料水射流技術(shù)最主要的技術(shù)市場。而其中，在中國申請的專利數(shù)量最多達到了16.22%，由此表明國外的企業(yè)，越來越重視其在中國市場的發(fā)展，并積極在中國申請專利技術(shù)保護，以謀求占領(lǐng)中國的技術(shù)市場。

2.3 磨料水射流切割技術(shù)的重點專利技術(shù)領(lǐng)域

統(tǒng)計全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)一級分支下的專利申請量，其中有關(guān)磨料水射流技術(shù)的磨料混合系統(tǒng)的申請量占比為73%，噴射系統(tǒng)的申請量占比為27%，可見，目前在磨料水射流技術(shù)領(lǐng)域的研究還是側(cè)重于磨料混合系統(tǒng)的研發(fā);而在磨料混合系統(tǒng)的二級分支中，如圖2所示，前混合式占比30%，是磨料水射流技術(shù)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的研究熱點，后混合式占比14.29%，新型微磨料混和占比16.43%;在磨料噴射系統(tǒng)的二級分支中，磁力脈沖占比15.71%，超聲增強占比9.29%，螺旋導(dǎo)料占比14.29%。

2.4 核心專利

判斷核心專利的兩個重要指標(biāo)為數(shù)據(jù)庫中專利文獻的被引頻次數(shù)和同組專利數(shù)量;基于次數(shù)的多少對本領(lǐng)域的專利申請進行排序，一般而言，被引頻次數(shù)越高則說明該專利的比重值越高，另一指標(biāo)同族專利數(shù)量越大，則說明該專利的市場經(jīng)濟價值越高。分析前十篇被引頻次最高的專利申請，看出主要是集中在美國、歐專局以及世界知識產(chǎn)權(quán)組織進行了申請，且這些專利申請大多都有較多的同族專利申請，從這個角度也可看出美國在磨料水射流切割技術(shù)領(lǐng)域的研究一直處于領(lǐng)先地位。從技術(shù)上分析，這些核心專利主要集中在磨料混合系統(tǒng)，從早期磨料水射流切割技術(shù)的引入，到精細加工的應(yīng)用啟蒙，由此可見該領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)還是在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，研究焦點由傳統(tǒng)的混合模式向更加穩(wěn)定的微細磨料水射流加工轉(zhuǎn)變，以及新型的輔助加工系統(tǒng)研究。

2.5 專利技術(shù)發(fā)展演進

根據(jù)磨料水射流切割技術(shù)在各個時期的專利文獻的梳理與分析結(jié)果，可將磨料水射流技術(shù)技術(shù)專利申請的發(fā)展分為以下三個主要發(fā)展階段：第一階段（1966年-1983年）為發(fā)展初期。在該階段該技術(shù)并不是用來切割物體，最初是用來對設(shè)備進行清潔，例如用于液壓系統(tǒng)中清潔的沖洗鉆，低壓水槍等。緊接著由于高壓軟管，增壓器，密封圈，管接頭等液壓元器件的迅猛發(fā)展，為高壓水射流技術(shù)的科研工作奠定了硬件基礎(chǔ)。1980年首臺磨料水射流切割裝置問世，Hashish博士所在的FLOW公司在1983年提出發(fā)明申請EP0110529B1，并在文件中提出將磨粒與高壓液體混合形成水射流進行切割加工。第二階段（1984年-2010年）為快速發(fā)展期。隨著磨料水射流切割機床系統(tǒng)在商業(yè)方面的啟用，航天科學(xué)工作者在研究時中發(fā)現(xiàn)，采用磨料水射流切割用于制造飛行器零部件所需鈦、鋼、高強度復(fù)合纖維等材料時，得到的端面既整潔、也無熱變形而且不需要進行二次加工，同時又很環(huán)保，自此磨料水射流切割技術(shù)發(fā)展成為一門獨立學(xué)科，并開始廣泛運用于冶金、機械、造船和建筑等行業(yè)的金屬材料加工中。第三階段（2011年至今）為全面發(fā)展期。隨著人們對于磨料水射流技術(shù)的進一步認識和研究，其廣闊的發(fā)展?jié)摿σ苍诓粩啾煌诰?，磨料水射流技術(shù)的各個分支都成為了全球企業(yè)和學(xué)者的研究熱點，磨料漿體射流作為對傳統(tǒng)混合模式的改進，也為新型的微細磨料水射流技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，同時多種模式及系統(tǒng)的結(jié)合也開啟了磨料水射流的新方向。

綜合各個時期可以看出，從美國FLOW公司的Hashish博士提出將磨料與純水混合形成射流開始，美國開始大力發(fā)展磨料水射流切割技術(shù)，并一直處于世界領(lǐng)先地位，隨著磨料水射流技術(shù)在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用熱潮，各大企業(yè)及高校都紛紛響應(yīng)并進一步將該技術(shù)壯大，而磨料水射流憑借其較好的冷態(tài)切割效果和效率，能適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和材料工件的切割、鉆孔、拋光加工，且易控制操作的優(yōu)點開始全面發(fā)展。

3 結(jié)束語

通過對磨料水射流技術(shù)相關(guān)的各方專利數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對磨料水射流技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垹顩r與相關(guān)信息的全面掌握，并基于這些信息形成有關(guān)磨料水射流技術(shù)專利態(tài)勢，隨著社會需求不斷增大，同時對磨料水射流技術(shù)提出了更高的要求以及自動化控制技術(shù)的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)，磨料水射流技術(shù)的磨料混合系統(tǒng)目前仍是磨料水射流技術(shù)領(lǐng)域重點發(fā)展方向，其中又以微細磨料射流最受關(guān)注。

隨著社會對使用性及可靠性提出了進一步的需求，磨料水射流技術(shù)磨料混合系統(tǒng)的創(chuàng)新和改進成為了新一時期的主要發(fā)展方向，同時對于磨料水射流技術(shù)與輔助技術(shù)如超聲增強和磁力脈沖等的結(jié)合也逐漸成為研究熱點。

參考文獻：

[1]弓永軍.磨料水射流切割技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].液壓與氣動，2016（10）：1-5.

[2]李海斌.磨料高壓水射流切割關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].武漢大學(xué)，2015.

[3]宋勝偉，趙存友.磨料射流切割技術(shù)[J].煤礦機械，2004（6）：69-71.