車輪輪轂軋制技術

李 慧

(國家知識產(chǎn)權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處于起步階段，市場需求還不大，相關的技術應用較少；在2001-2012年期間，增長幅度較大，技術生長率呈上升趨勢，屬于技術發(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，車輪輪轂軋制技術的專利也將隨著中國的發(fā)展得到了量和質的提升。

1.2 全球專利分析

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，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)了利用簡單設備軋制火車輪轂的技術(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，大部分有關列車車輪軋制的專利申請都集中在軋機結構的改進上，通過不斷設置軋機結構來獲得所需的技術效果。進入21世紀之后，人們開始關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合等)對軋制產(chǎn)品質量和性能的影響，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 提出了通過設計車輪尺寸的公差來提高軋制的精度與質量(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合，制備多層復合車輪(申請?zhí)枺篜L41299715A)。

汽車車輪的軋制技術相對于列車車輪出現(xiàn)相對較晚，1915年英國首次出現(xiàn)了利用軋制技術制備汽車輪的軋制技術(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，通過技術創(chuàng)新，獲得了許多先進技術進行了專利申請，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)的解體而導致軋制技術的落后，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。

3 結語

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)應積極進行全球專利布局，不僅僅只在國內(nèi)申請，還要注重專利申請質量。(3)政府加大研發(fā)的資金投入，積極引導科研機構進行產(chǎn)學研的平臺建設?？傊?，研發(fā)合理的成形工藝設計模型，科學地設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。