姚寅群 安 超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

在材料加工領(lǐng)域，材料輕量化以及材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一直是材料研究中的2個(gè)重要方向，在材料研究中發(fā)現(xiàn)，鎂、鋁合金，高強(qiáng)鋼等符合上述要求的材料越來(lái)越多地在工業(yè)中得以應(yīng)用，但是這些材料屬于難變形材料。因此，難變形材料的特種成形技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注，而解決難變形材料的電液成形技術(shù)也成為特種加工領(lǐng)域的很受關(guān)注的研究方向。電液成形技術(shù)實(shí)質(zhì)，在填充有流體的腔室中的2個(gè)電極上提供高壓放電，電能儲(chǔ)存在電容器中，電容器組在很短的時(shí)間段內(nèi)在浸入水中的2個(gè)電極之間放電[1]。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇和檢索

為了解電液成形技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)情況，通過(guò)檢索CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)和DWPI以及SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)獲得專利分析樣本?？紤]到該文所分析主題的特點(diǎn)，分類(lèi)號(hào)和關(guān)鍵詞的表達(dá)都相對(duì)比較準(zhǔn)確，因此，主要采用分類(lèi)號(hào)結(jié)合關(guān)鍵詞的檢索方式。檢索時(shí)，主要通過(guò)IPC分類(lèi)號(hào)B21D26/12（···用火花放電的）進(jìn)行檢索。

2 電液成形技術(shù)專利申請(qǐng)狀況分析

2.1 電液成形技術(shù)全球/中國(guó)專利申請(qǐng)量數(shù)據(jù)變化

對(duì)于全球電液成形技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)40年代～50年代是該技術(shù)萌芽期，在20世紀(jì)60～70年代是該技術(shù)快速發(fā)展時(shí)期，專利數(shù)量明顯增多；到了20世紀(jì)80年代～21世紀(jì)10年代，電液成形技術(shù)研究趨于成熟，申請(qǐng)量逐漸放緩，相較于此前的20世紀(jì)60～70年代，專利申請(qǐng)量?jī)H為其的1/3左右。

在萌芽期的文獻(xiàn)量不多，僅有4篇專利，并且申請(qǐng)國(guó)都為前蘇聯(lián)，即（SU33067A 1940.06.07；SU595262A 1958.03.22；SU468216A 1958.04.08；SU606001A 1958.08.14）。1940年，前蘇聯(lián)專利（SU33067A）首次公開(kāi)了電液成形技術(shù)，通過(guò)將水中放電產(chǎn)生的沖擊波用于加工領(lǐng)域，同時(shí)，在后續(xù)的研發(fā)過(guò)程中，專利（SU606001A）公開(kāi)了帶有多對(duì)電極的雙電級(jí)液體介質(zhì)擊穿式放電的技術(shù)，專利（SU595262A）公開(kāi)了雙電級(jí)電液成形的技術(shù)，前蘇聯(lián)在19世紀(jì)40～50年代對(duì)電液成形領(lǐng)域的研究，為電液成形加工工藝奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)60～70年代是該技術(shù)快速發(fā)展時(shí)期，該階段的專利申請(qǐng)主要集中在美國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)及前蘇聯(lián)等國(guó)家，其中日本的申請(qǐng)量最大，占到該階段申請(qǐng)量的39%，依次為前蘇聯(lián)（28%）、美國(guó)（18%）、法國(guó)（8%）、德國(guó)（7%）。在快速發(fā)展時(shí)期大體上可以分為2個(gè)發(fā)展過(guò)程，在第一個(gè)發(fā)展過(guò)程，主要是在20世紀(jì)60年代，在該時(shí)期主要是美國(guó)、法國(guó)申請(qǐng)了大量專利，其他國(guó)家申請(qǐng)量較少，在20世紀(jì)70年代情況正好相反，前蘇聯(lián)和日本申請(qǐng)了大量專利，在電液成形領(lǐng)域，前蘇聯(lián)研究最早，早在1940年就開(kāi)始申請(qǐng)首個(gè)專利，但是在后續(xù)的研究中，直至1966年，前蘇聯(lián)才繼續(xù)申請(qǐng)?jiān)擃?lèi)專利；而日本在1969年才出現(xiàn)大量專利申請(qǐng)，但基于日本在基礎(chǔ)性研究方面的優(yōu)勢(shì)，在開(kāi)始研究后期專利申請(qǐng)出現(xiàn)一個(gè)井噴式的發(fā)展，特別是在20世紀(jì)60～70年代，日本汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，通過(guò)電液成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)用輕質(zhì)合金等難成形材料的成形成為日本主要的研究方向。

從目前來(lái)看，該電液成形領(lǐng)域的專利在中國(guó)起始于20世紀(jì)80年代末，一直以來(lái)發(fā)展都較為緩慢，申請(qǐng)量數(shù)量很少，僅23篇，在1988年普爾薩焊接有限公司申請(qǐng)了兩篇專利后時(shí)隔16年，在2004年才開(kāi)始申請(qǐng)，在國(guó)內(nèi)存在一定時(shí)間的空窗期，且在后續(xù)申請(qǐng)年中平均申請(qǐng)量每年僅為2～3篇，申請(qǐng)量不大。這是由幾個(gè)方面的因素導(dǎo)致的，首先是由于電液成形的控制，電液成形是要保證良好的密封性及絕緣性，由于在電液成形時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)壓，要使沖擊波完全作用于工件，必須要保證模具的良好的密封性，否則極易造成壓力泄露。同時(shí)，電液成形需要的電流極大，而且直接作用于材料，因此要保證模具的絕緣性，否則容易漏電，從而對(duì)材料成形及生產(chǎn)的安全性造成嚴(yán)重的影響；其次，力作用位置難以控制，電液成形通過(guò)高壓脈沖大電流在水中放電，強(qiáng)大電場(chǎng)擊穿液體，產(chǎn)生巨大的能量瞬間釋放于放電通道內(nèi)，通道內(nèi)的液體迅速汽化、膨脹并引起爆炸，形成能量巨大的沖擊波，通過(guò)沖擊波產(chǎn)生的沖擊載荷對(duì)材料進(jìn)行加工，但是，對(duì)于沖擊波的傳遞極難精確控制；最后，在研究過(guò)程中，有學(xué)者提出，并不是所有的材料在電液成形中表現(xiàn)出良好的成形性，只有當(dāng)應(yīng)變速率敏感型材料處于某種應(yīng)變狀態(tài)下，其成形性才會(huì)提高，該方法并不是普適性的一種成形方式。因此，電液成形在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量不大。

2.2 電液成形技術(shù)全球/中國(guó)專利申請(qǐng)量目標(biāo)國(guó)分布情況

電液成形技術(shù)專利申請(qǐng)主要集中在美國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)及前蘇聯(lián)等國(guó)家，其中日本的申請(qǐng)量最大，占到該階段申請(qǐng)量的39%，依次為前蘇聯(lián)（28%）、美國(guó)（18%）、法國(guó)（8%）、德國(guó)（7%）。日本在1969年后申請(qǐng)了大量專利申請(qǐng)，這主要基于日本在基礎(chǔ)性研究方面的優(yōu)勢(shì)，在開(kāi)始研究后專利申請(qǐng)出現(xiàn)一個(gè)井噴式的發(fā)展，特別是在20世紀(jì)60～70年代，日本汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，通過(guò)電液成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)用輕質(zhì)合金等難成形材料的成形成為日本主要的研究方向。

2.3 國(guó)內(nèi)電液成形技術(shù)專利申請(qǐng)人分析

從表1所示申請(qǐng)人及申請(qǐng)量的關(guān)系可以看出，美國(guó)在中國(guó)的申請(qǐng)主要是福特全球技術(shù)公司，達(dá)到11件申請(qǐng)，這是由于福特公司在汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的電液成形的研究，對(duì)于汽車(chē)用高強(qiáng)鋼板材難變形材料的室溫成形一直是難以解決的技術(shù)難題，福特公司基于電液成形這一高能率成形技術(shù)成功解決了這一技術(shù)難題，并將其運(yùn)用到汽車(chē)用高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)中。

表1 中國(guó)申請(qǐng)中電液成形的申請(qǐng)人

3 線爆式電液成形專利技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

在線爆電液成形中，由于線爆成形是在整條金屬絲上進(jìn)行導(dǎo)電，使周?chē)后w迅速汽化產(chǎn)生高壓氣團(tuán)，因此，其控制相較于電極擊穿式放電難度要大一些，因此，該技術(shù)一般應(yīng)用于管材脹形，而對(duì)于板材的拉伸成形等工藝上應(yīng)用較少。

3.1 管材加工

3.1.1 電極端頭設(shè)置

在對(duì)管材電液脹管加工過(guò)程中，連接放電導(dǎo)線的電極端頭的設(shè)置是極其重要的，能夠很好地提高成形效果。專利FR1458486A記載了一種線爆電液脹管加工的裝置及技術(shù)，將管件30a設(shè)置于脹管模具34a內(nèi)，在管件30a內(nèi)灌滿介質(zhì)液體，將金屬絲131a固定在上下電極120a、92a上，通過(guò)金屬絲131a上通電，引起周?chē)后w汽化形成高壓氣團(tuán)，從而引發(fā)爆炸形成沖擊波對(duì)管件30a進(jìn)行脹管加工。而在專利SU593358A中，在兩端電極端頭處設(shè)置緩沖彈簧9、18，這是由于在線爆成形過(guò)程中形成高壓沖擊波，在對(duì)管材加工完成后能量不能釋放完全，其余能量將作用于電極端頭、管材內(nèi)壁等處，如果電極端頭設(shè)置為剛性的，在沖擊波作用下，極易造成電極端頭的損壞。因此，在兩側(cè)電極端頭處設(shè)置緩沖彈簧可以有效地實(shí)現(xiàn)沖擊波對(duì)電極端頭的沖擊的緩沖作用。

3.1.2 復(fù)合管加工

在管材電液脹形加工中，復(fù)合管加工是極其重要的方面，由于線爆成形能夠瞬間在需要電極之間形成極大的壓力，并通過(guò)沖擊波的形式傳遞給管材，能夠?qū)﹄p金屬管起到很好的復(fù)合效果。專利JPS55-88329U中記載了一種線爆電液復(fù)合管脹管加工，該專利在內(nèi)層管4內(nèi)灌滿介質(zhì)液體7，將金屬絲10貫穿內(nèi)層管4的上下兩側(cè)，一側(cè)連接在外層管3上通過(guò)模具1連接到脈沖電源，另一側(cè)連接至下側(cè)電極8上，通過(guò)線爆電液成形實(shí)現(xiàn)內(nèi)層管4與外層管3的復(fù)合管加工。專利JPS58-61320U則是在專利JPS55-88329U的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)，在線爆成形時(shí)內(nèi)層管產(chǎn)生極大的內(nèi)壓，因此，金屬絲極易受到內(nèi)壓的影響，從外層管3上脫落或者被內(nèi)壓產(chǎn)生的沖擊波而導(dǎo)致?lián)p壞，因此，在專利JPS55-88329U的基礎(chǔ)上，該專利在內(nèi)層管4內(nèi)設(shè)置夾持板14實(shí)現(xiàn)金屬絲8的固定，同時(shí)，將金屬絲8的兩端固定在2個(gè)電極端頭15、16上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬絲8的固定，防止內(nèi)高壓形成的沖擊波對(duì)金屬絲造成損壞。

3.2 板材加工

對(duì)于線爆電液加工來(lái)說(shuō)，對(duì)板材的加工技術(shù)較少，僅有少數(shù)專利申請(qǐng)涉及板材線爆電液加工。專利JPS49-69693A記載了一種線爆電液成形對(duì)板材的加工技術(shù)，該技術(shù)將金屬絲7固定在液體腔式3上側(cè)兩側(cè)側(cè)壁上設(shè)置的電極2上，板材5設(shè)置在下側(cè)模具4上，通過(guò)金屬絲7線爆電液成形對(duì)板材5的拉深成形加工。

4 結(jié)語(yǔ)

電液成形技術(shù)作為一種重要的成形方法，在難變形材料的成形中起到了非常重要的作用。該文通過(guò)對(duì)電液成形技術(shù)的文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)外對(duì)該技術(shù)的研究較早，且經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的研究，達(dá)到了較高的技術(shù)水平，而國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)其研究起步較晚，最近才出現(xiàn)國(guó)內(nèi)大學(xué)對(duì)電液成形技術(shù)的研究，從該領(lǐng)域技術(shù)分析可以看出，電液成形技術(shù)作為難變形材料的成形上具備優(yōu)勢(shì)，具有很大的潛力，可以現(xiàn)有應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究。