金屬板料漸進(jìn)成形專利技術(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)具有無需專用模具、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。本文通過對金屬板料漸進(jìn)成形的專利申請從申請年度分布、技術(shù)原創(chuàng)國分布、申請目標(biāo)國分布進(jìn)行了分析，并列出國外和國內(nèi)的主要申請人，分析了金屬板料漸進(jìn)成形的技術(shù)演進(jìn)過程，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層），并生成各等高線層面上的加工軌跡，成形工具在計(jì)算機(jī)控制下沿該等高線層面上的加工軌跡運(yùn)動，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，正向成形在與工具頭相對的一側(cè)設(shè)置有支撐模型，工具頭對板料位于支承模與夾具之間的部分加壓，同時夾具與工具頭同向運(yùn)動，從而在板料上形成凸起；而反向成形時，夾具固定不動，工具頭對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單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡單的夾具，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，在加工過程中夾具夾緊板料始終不動。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，托板都要帶動板料與成形工具頭共同向下移動相同距離。正向成形原理示意圖如圖2所示。

二、漸進(jìn)成形專利分析

本節(jié)將從專利分析角度對漸進(jìn)成形技術(shù)的專利申請進(jìn)行分析，主要從申請分布、主要申請人等方面進(jìn)行。

2.1申請分布

圖3示出了在中國專利申請的年度分布情況，中國申請最早始于1999年，申請量從1999-2007年一直維持在個位數(shù)，2008年達(dá)到10個，2009年有所回落，然后從2011年開始顯著上升，到2013年之后一直維持在20個以上，可以預(yù)見，在未來一段時間內(nèi)，在中國的漸進(jìn)成形技術(shù)的專利申請量會維持在一定數(shù)量。

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

由圖5可見，該技術(shù)來自中國的申請量最大，超過申請總量的一半，其次是日本，然后是美國。

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

2.1申請人分布

由于技術(shù)原創(chuàng)主要為中國和日本，主要的申請人集中在中國和日本，見圖7。中國的申請主體為高等院校、研究院所，而日本的申請主體為企業(yè)，由此可以推斷，中國在漸進(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。

雖然中國申請人的申請量最大，但通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，中國的申請人幾乎都是高等院校，而且由圖8可見，中國申請人的申請全是中國專利申請，即沒有向國外提交專利申請，主要的非中國申請主體都在本國之外申請了一定數(shù)量的專利。美國是除申請的技術(shù)原創(chuàng)國之外的主要目標(biāo)國，幾乎所有的主要申請人都在美國投放有專利申請，說明美國是漸進(jìn)成形技術(shù)的重要市場，這也和漸進(jìn)成形技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域集中于汽車覆蓋件、飛機(jī)蒙皮等的成形，而美國是上述領(lǐng)域的重要市場直接相關(guān)。

結(jié)語

漸進(jìn)成形技術(shù)源于日本，日本和中國是漸進(jìn)成形技術(shù)專利申請的主要技術(shù)原創(chuàng)國，但源于日本專利申請的峰值已過，源于中國專利申請還在高位，中國的申請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：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）