金屬板料漸進成形專利技術分析

易明軍 賈曉雪

摘要：板材數字化漸進成形技術具有無需專用模具、可提高板材成形極限、可用于加工變形程度大、形狀非常復雜的板材零件、易于實現板材成形自動化等特點，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成形的專利申請從申請年度分布、技術原創國分布、申請目標國分布進行了分析，并列出國外和國內的主要申請人，分析了金屬板料漸進成形的技術演進過程，為熟悉的金屬板料漸進成形提供一些參考。

關鍵詞：漸進成形；增量成形；逐次成形

一、漸進成形簡介

金屬板材漸進成形是引入快速原型制造技術（rapid prototyping）的分層制造（layered manufacturing）的思想，將復雜的三維數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，成形工具在計算機控制下沿該等高線層面上的加工軌跡運動，使板材沿成形工具軌跡包絡面逐次變形。

漸進成形包括兩種方式，即正向成形（雙點漸進成形TPIF）和反向成形（單點漸進成形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設置有支撐模型，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定好的程序實現分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進行第二層的加工，如此直至結束，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、漸進成形專利分析

本節將從專利分析角度對漸進成形技術的專利申請進行分析，主要從申請分布、主要申請人等方面進行。

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，2008年達到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，可以預見，在未來一段時間內，在中國的漸進成形技術的專利申請量會維持在一定數量。

圖4示出了在世界范圍內的專利申請的申請量的年度分布，最早的申請出現在1996年，2002年達到一個高點，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

由于技術原創主要為中國和日本，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，由此可以推斷，中國在漸進成形技術研究方面尚處于實驗室階段，而日本可能已經在產業上有所應用。

雖然中國申請人的申請量最大，但通過數據可以發現，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量的專利。美國是除申請的技術原創國之外的主要目標國，幾乎所有的主要申請人都在美國投放有專利申請，說明美國是漸進成形技術的重要市場，這也和漸進成形技術的應用領域集中于汽車覆蓋件、飛機蒙皮等的成形，而美國是上述領域的重要市場直接相關。

結語

漸進成形技術源于日本，日本和中國是漸進成形技術專利申請的主要技術原創國，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，或許表明漸進成形技術在中國還處于實驗室階段，另外也可能是漸進成形技術本身的特點，即適用于小批量生產決定的。

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）