板材液壓成形專利技術綜述

劉嬌姣 周 靜

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北 武漢 430070）

隨著成形設備及相關控制技術的發展，以流體作傳力介質的液壓成形技術在國外發展迅速，廣泛應用在汽車制造業，并開始在其他工業領域引起人們的重視，前景十分廣闊。我國液壓成形技術發展較晚，自我國江陰拖拉機廠采用這種方法生產出第一件產品—油底殼后，眾多大學也紛紛開始理論研究并運用于實際生產中。

本文通過對液壓成形相關專利文獻進行統計分析，以揭示板料液壓成形專利技術的現狀，為板料液壓成形技術的發展提供參考。

1 專利數據來源

板材液壓成形專利文獻樣本選自中國專利文摘數據庫（CNABS）和德溫特世界專利庫（DWPI）。以專利申請時間為對象，從1965年開始統計，至2014年為止。在中國專利文摘數據庫中，采用板材液壓成形的分類號B21D26/021，為了保證數據完整，也采用純關鍵詞檢索，總共獲得專利529篇，經過篩選后選擇其中的172篇作為中文專利分析對象；在外文專利文摘數據庫中，采用B21D26/021分類號檢索并合并之后獲得525篇專利，經過篩選后選擇其中的425篇并將其作為外文專利分析對象。

2 板材液壓成形國內外專利申請情況

2.1 專利申請趨勢

圖1為板材液壓成形技術在華和全球申請量隨時間分布情況。在20世紀50年代，國外就提出了橡皮囊液壓成形技術，并進行了專利申請，但是年申請量一直處于較低水平，隨著技術積累和研究的深入，從1990年開始，液壓成形技術在國外申請量突飛猛進，并且在長達15年內一直保持較高水平。

由于技術封閉，國內一直到1987年左右才開始對液壓成形技術進行研究并申請專利，但是由于研究人員較少，也并未對這一新興技術產生重視，所以液壓成形技術并未得到太大突破。自2001年，隨著中國加入世界貿易組織，全民族的知識產權意識得到提升，另一方面，大量國外先進技術被引進，出于保護本土民族企業的需要，也為了打破國外企業的技術壁壘，2002-2013年，板材液壓成形技術在中國的專利申請量出現了大幅度增長，并在2010年之后幾年內均超越了全球專利申請量［1］。

圖1 板材液壓成形申請量分布

2.2 國內外重要申請人比較

2.2.1 國內重要申請人

如圖2所示，國內申請量最高的申請人是哈爾濱工業大學，其次是福特環球技術公司和北京航空航天大學，可以看出國內的液壓成形技術研究主要集中在高校。并且由于國外技術發展成熟，并且為了涉足中國這個巨大的市場，很多國外公司紛紛來華申請，如福特環球技術公司，其從2008-2014年期間連續都有在華申請。然而，從申請人統計結果中可以看出，國內公司申請量較少，表明液壓成形技術在產業中的應用并不多，這可能是由于技術掌握不夠成熟、設備制造難、成形精度差、未帶來顯著的經濟效益等多方面原因造成的［2］。

圖2 國內重要申請人分布

隨著全球信息共享更加快捷，國內高校能夠在前人研究的基礎上更加有的放矢地開展研究，選擇更加適合國內企業和行情的研究方向。高校的研究不僅有利于國內技術的發展和進步，也對企業上的廣泛應用提供重大的理論支持。

2.2.2 國外重要申請人

如圖3所示，國外申請中日本申請量占據了總申請量的50%，是排在第二位的德國申請量的三倍。如圖4所示，國外申請人中排名第一位的是日產汽車公司，排名前十位的申請人中有三個是日本公司，且前十位申請人主要來自于汽車公司以及航空航天領域，汽車車身復雜構件以及航空航天零件成形工藝復雜，精度要求高，并且隨著汽車行業和航空航天領域占據市場份額越來越大，為了降低成本，大公司紛紛將液壓成形技術投入生產［3］。

如圖5所示，對比全球申請量和日本申請量，二者發展趨勢大致相當，可見日本在該技術領域的發展首屈一指，其研究對全球整體申請量以及其他國家的申請數量和發展趨勢有著深遠的影響，國內企業可以對其研究重點加以借鑒。

圖3 液壓成形技術在全球申請量分布

圖4 國外重要申請人分布

圖5 全球申請量與日本申請量對比圖

3 板材液壓成形的主要應用及代表專利

板材液壓成形技術分支較多，現對幾種典型專利進行介紹。

3.1 板材對向液壓拉深技術

在板材液壓成形中，應用最廣泛、技術最成熟的是對向液壓拉深技術。其成型過程如下：首先將板材放置于凹模上，壓邊圈壓緊板材，使凹模型腔形成密封狀態。當凸模下行進入型腔時，型腔內的液體由于受到壓縮而產生高壓，最終使毛坯緊緊貼向凸模而成形。

2006年7月，哈爾濱工業大學申請的專利CN1903474A涉及一種可以提高板材零件成形極限所使用的加工裝置及加工方法，其針對高徑比大、成形極限高的復雜零件難于成形的問題，加工方法依次包括向容腔內注入流體介質、放置板材坯料、施加壓邊力、控制凸模下行進行加壓的過程，如圖6所示。使用該裝置及方法能進一步提高板材零件成形極限，實現通過一道工序成形高徑比更大的復雜板材零件，從而提高效率及零件質量，利于推廣應用［4］。

圖6 專利CN1903474A附圖

3.2 板材成對液壓成形技術

板材成對液壓成形是德國20世紀90年代后期提出的一種板材成形新工藝。因成形液壓力較高，又稱為板材內高壓成形，簡稱HBU。板件成對液壓成形時，首先將疊放的兩塊平板毛坯放置在上下凹模中間，壓邊后充液預成形，邊緣切割，對邊緣采用激光焊接技術焊接。然后，在兩板間充入高壓液體，使其貼模成形，這種成形屬于內高壓成形，適于成形腔體零件。

2011年11月，哈爾濱工業大學申請了專利CN102357584A，涉及一種雙層板材成對脹形成形的方法，其將模具的法蘭區外圍加工后只保留內圈較窄的凸臺；將板材疊放在模具間，設置好介質通道；合模后，對板材施加壓邊力使板材密封；將壓力介質通入板材間使板材發生脹形；成形后，釋放壓力介質，得到零件。該發明的模具法蘭區與板材的直接接觸區域面積小，板材向模具型腔流動阻力小，解決了現有的雙層板材成對脹形時法蘭區材料受到較大摩擦力，材料流動困難的技術問題。

圖7 專利CN102357584A附圖

3.3 多點無模沖壓拉深成形技術

模具成形方法生產效率高、加工件的精度高、適合大批量生產，多年來一直占據著主導地位。但缺點是產品稍作改變后模具需要重新設計更換，隨之應運而生了一種板材多點無模成形機，即通過一系列由一個個小液壓缸獨立控制的、形狀可實時變化的離散單個點模來代替傳統模具。它可以實現一機多用的構想，節省模具制造時間和費用，加速產品的更新換代，特別適用于大型板材的三維成形。

2008年8月，吉林大學的專利CN101342558A，采用分塊式多點調形裝置制備了具有三維曲面的板材。2012年6月，韓國申請的專利KR20130136803A采用多點無模液壓成形技術制備了外形復雜的汽車覆蓋件。

3.4 其他板材液壓成形創新技術

隨著板材液壓成形技術的飛速發展，為了滿足更多零件的制備需求，越來越多的其他成形技術被融入到板材液壓成形中，并且帶來了很好的成形效果。1994年9月，瑞典ELECTROLUX AB公司申請的專利SE9403164A，采用激光加熱和液壓加壓的方式共同實現對板材的成形，省去了模具的制造成本，同時也節省了板材的加熱時間。2010年11月，安徽工業大學申請的專利CN102139304A中，采用了點陣自阻電加熱板料溫熱充液拉深成形方法，通過變化凸緣各質點溫度調整加熱點流動應力實現凸緣上金屬質點流動的不同步控制金屬流動，達到提高板料極限拉深比的目的。

圖8 專利CN102139304A附圖

4 總結

近年來，隨著汽車、飛機、電子和環保行業的發展及減重等方面的要求，德國、日本和其他歐美、亞洲國家在汽車管類零件和板類零件的液壓成形方面取得了重大突破和廣泛應用。

總體來看，我國液壓成形技術起步較晚，尤其是在新產品開發、專用設備研制方面。我國在研發方面已有了一定的基礎和人才條件，但是應該多與發達國家交流，以縮小差距。

目前板材對向液壓拉深技術發展時間最長，且其在復雜、精密零件的制備方面有著巨大的優勢，國內由于設備的原因而發展受限制，國內的高校在這方面的研究要多于并且早于公司和企業，所以為了充分發展和利用這一先進技術，企業應加強與高校之間的合作，以便更快地實現板材液壓成形的產業化。

［1］李濤，等.先進板材液壓成形技術及其進展［J］.塑性工程學報，2006（3）：17-20.

［2］Peter Mett.液壓成形的未來對內高壓成形的新的工藝方法應用可能性的展望［J］.現代金屬加工，2006（5）：72-75.

［3］譚晶，等.液壓成形技術的最新進展［J］.鍛壓機械，2001（2）：32-34.

［4］直妍，等.液壓成形技術及其新進展［J］.熱加工工藝，2004（12）：43-45.