車輪輪轂軋制技術(shù)

李 慧

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000)

1 專利申請趨勢分析

1.1 中國專利分析

2000年以前，我國的相關(guān)專利申請量較少，增長速度緩慢，這說明我國的車輪輪轂軋制技術(shù)處于起步階段，市場需求還不大，相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用較少；在2001-2012年期間，增長幅度較大，技術(shù)生長率呈上升趨勢，屬于技術(shù)發(fā)展期，中國市場需求逐步打開，這是因為隨著中國加入WTO，經(jīng)濟全球化加快，國外企業(yè)加速搶占中國市場，同時由于中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及高鐵走出去戰(zhàn)略的實施，對車輪輪轂數(shù)量和質(zhì)量的需求急劇提升，因此申請量急劇上升。2012年之后，申請量有下降的趨勢，這可能是由于2011年的溫州動車組事故，政府對高鐵的發(fā)展速度進行了控制和產(chǎn)業(yè)的重新規(guī)劃，高鐵帶來的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟增速暫時放緩，火車車輪數(shù)量的需求減少，但是隨著中國高鐵技術(shù)的進一步成熟和全球市場的進一步擴大以及汽車工業(yè)的進一步強大，車輪輪轂軋制技術(shù)的專利也將隨著中國的發(fā)展得到了量和質(zhì)的提升。

1.2 全球?qū)＠治?/h3>

1991年之前，專利申請量較少，之后迅速膨脹式增長，2000年左右達到頂峰。1991年之前，汽車等輪式交通工具在全球還不是太普及，市場有限。過了1991年，隨著經(jīng)濟全球化的進程加快，汽車、高鐵等輪式交通工具市場高速膨脹，各國企業(yè)都開始投入大量資金研發(fā)交通工具技術(shù)，例如輪轂的軋制，因此專利申請量一路飆升。2006年之后，全球經(jīng)濟增速放緩，市場增量有限，企業(yè)不斷限制發(fā)展規(guī)模，技術(shù)投資相對降低，因此專利的申請量也相對下降。

在車輪輪轂軋制領(lǐng)域的中國專利申請中，申請量排名前3位的分別為中國、日本、德國，顯然這與車輪輪轂軋制技術(shù)水平高低的實際情況不相符。歐美強國在中國的申請量之所以較少，一是因為中國的專利制度實施較晚，同時他們的企業(yè)進入中國市場較晚。歐美企業(yè)的專利申請往往是注重質(zhì)量而非數(shù)量，中國的專利申請量之所以獨占鰲頭，當然與中國經(jīng)濟的快速發(fā)展是有一定原因的。另一方面，中國政府鼓勵專利申請，并為之制定了相關(guān)的獎勵措施、優(yōu)惠政策等，因此中國專利數(shù)量龐大。

最早在1888年，德國就出現(xiàn)了利用簡單設(shè)備軋制火車輪轂的技術(shù)(申請?zhí)枺篋E48559DA)，通過軋制不僅簡化了輪轂的成型過程，同時提高了輪轂的強度，之后利用軋制技術(shù)制備輪轂的方法得到快速發(fā)展和傳播，1916年美國SLICK EDWIN E提出一種可以調(diào)節(jié)軋制坯料大小的車輪軋機(申請?zhí)枺篣S1916 0138741A)，1921年德國的GEORGE BAKER提出了可軸向進給的立式軋機(申請?zhí)枺篋EB0100104D)，1977年蘇聯(lián)的NIZHNEDNEPROVSKIJ TRUBOPROKATN提出來可傾斜式軋機(申請?zhí)枺篠U2542708A)。直到20世紀90年代末，大部分有關(guān)列車車輪軋制的專利申請都集中在軋機結(jié)構(gòu)的改進上，通過不斷設(shè)置軋機結(jié)構(gòu)來獲得所需的技術(shù)效果。進入21世紀之后，人們開始關(guān)注軋制工藝而非軋機本身的改變(如軋制的熱處理工藝、軋制與其他工藝的結(jié)合等)對軋制產(chǎn)品質(zhì)量和性能的影響，例如1997年，申請人BOCHUMER VER VERKEHRSTECHNIK G提出了通過控制淬火過程來提高軋制產(chǎn)品的綜合性能(申請?zhí)枺篍P97114160A)，2011年申請人ROSSIJSKIE ZHELEZNYE DOROGI AOOT SIEMENS AG 提出了通過設(shè)計車輪尺寸的公差來提高軋制的精度與質(zhì)量(申請?zhí)枺篟U2011108018A)，2015年，申請人KOLAKOWSKI D提出了焊接工藝與軋制相結(jié)合，制備多層復(fù)合車輪(申請?zhí)枺篜L41299715A)。

汽車車輪的軋制技術(shù)相對于列車車輪出現(xiàn)相對較晚，1915年英國首次出現(xiàn)了利用軋制技術(shù)制備汽車輪的軋制技術(shù)(申請?zhí)枺篏B191509791DA)，汽車車輪的軋制主要是集中在工藝的改變(熱處理，材料成分等)，同時汽車車輪的強度要求比列車低，可以選擇更多的材料和更多的與其他工藝的結(jié)合。1979年，申請人 FURUKAWA ALUMINIUM提出了利用鋁合金軋制出高強輕輪轂(申請?zhí)枺篔P5169279A)，隨后出現(xiàn)大量軋制工藝控制的專利申請。1989年，申請人NIZH-R提出了連續(xù)熱軋工藝(申請?zhí)枺篠U4676 352A)。1998年，申請人提出了控制淬火溫度和速度來調(diào)節(jié)晶粒大小的工藝(申請?zhí)枺篣S6539765A)。2011年，申請人NIPPON SPINDLE提出了一種不等厚度軋機，通過該技術(shù)可以縮短成型時間(申請?zhí)枺篔P2011223211A)。2013年申請人HYEO-N提出了一種軋制重型汽車的工藝，通過與彎曲工藝的結(jié)合(申請?zhí)枺篕R20130096701A)。

2 國內(nèi)外產(chǎn)研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

中國作為目標市場的主要專利申請人的專利申請量，在國內(nèi)，申請量排名在前4位的是馬鋼、山東小鴨精工機械有限公司、浙江遠大重工鍛壓有限公司、雷斯工程株式會社；其中，馬鋼的申請量顯著超出其他申請人，由此可見其在中國市場上的主導(dǎo)地位，馬鋼車輪公司是我國第一個建立車輪生產(chǎn)線的企業(yè)，是中國鐵路車輪最主要的生產(chǎn)基地，其技術(shù)實力代表國內(nèi)車輪生產(chǎn)的最高水平。為實現(xiàn)高速動車組車輪的國產(chǎn)化，馬鋼2008年申請了科技部“863”重點項目“高速動車組用車輪的研究與開發(fā)”(2008AA030703)，旨在基于現(xiàn)有生產(chǎn)裝備制造時速 200～350 km 的高速動車組車輪，通過技術(shù)創(chuàng)新，獲得了許多先進技術(shù)進行了專利申請，馬鋼在專利布局方面已經(jīng)走在國內(nèi)其他企業(yè)的前面。

2.2 國外現(xiàn)狀

俄羅斯的軋制裝備可以達到年產(chǎn)80萬件，領(lǐng)先其他國家，而烏克蘭也能達到年產(chǎn)量60萬件，僅次于俄羅斯，其次是法國(20～25萬件)和德國(20萬件)。由此可見，作為傳統(tǒng)重型工業(yè)強國的俄羅斯并沒有隨著蘇聯(lián)的解體而導(dǎo)致軋制技術(shù)的落后，蘇聯(lián)當年重型工業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局，為俄羅斯等歐洲國家打下了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

針對當前的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者提出以下建議：(1)開發(fā)出新材料，探索出除了鋼、鋁等材料的軋制工藝，例如鈦合金軋制、高熵合金軋制。(2)中國企業(yè)應(yīng)積極進行全球?qū)＠季郑粌H僅只在國內(nèi)申請，還要注重專利申請質(zhì)量。(3)政府加大研發(fā)的資金投入，積極引導(dǎo)科研機構(gòu)進行產(chǎn)學(xué)研的平臺建設(shè)。總之，研發(fā)合理的成形工藝設(shè)計模型，科學(xué)地設(shè)計車輪各部位的余量，解決經(jīng)驗法帶來的余量過大問題是提高車輪材料率的關(guān)鍵。為此，需要深入研究車輪多工步成形過程變形規(guī)律和熱處理過程的形位尺寸變化。