从专利角度简析管材有芯弯曲的发展

廖超

摘要：本文基于CNABS和DWPI数据库，通过检索、筛选、统计和分析国内外有关管材有芯弯曲技术的专利申请，梳理了管材有芯弯曲技术发展脉络，对各个主要技术分支的申请进行统计分析，同时，对管材有芯弯曲技术领域的核心专利进行分析。

关键词：管，弯曲，芯轴，芯杆，填充，缺陷，畸变，裂，塌

引言

管材弯曲成形是将管材毛坯弯制成具有一定弯曲半径、一定弯曲角度和形状工件的塑性加工方法。由于管材具有空心横截面的几何特点，使得其在弯曲过程中变形区中性层外侧材料受到切向拉应力作用而伸长变薄，内侧材料受到切向压应力而增厚，易出现外壁减薄破裂、内壁失稳起皱、横截面畸变等缺陷。国内外的申请人针对管材有芯弯曲技术展开广泛的研究，使其成为目前弯制良好质量管件最常用的有效方法之一。

一、技术概况

在管材弯曲变形过程中外加的“芯”为管壁提供有效的支撑，改善塑性变形区金属的流动以平衡管材内壁的压缩和外壁的拉伸，防止管件截面畸变和管壁起皱开裂。外加“芯”分为芯棒和填充物两类。

二、技术发展状况

1、数据源与关键词

本文基于CNABS、DWPI数据库，并结合读秀、中国知网的非专利数据，对国内外涉及管材有芯弯曲成形的专利申请进行统计和分析研究。检索涉及到的IPC分类号（第8版[2006.01]）：B21D9/+，B21D11/00，B21D11/02，B21D11/06，B21D11/07，B21D11/08;中文关键词：管、弯曲、芯棒、芯轴、芯杆、撑芯、心轴、心杆、心棒、填充、畸变、缺陷、皱、裂、凹陷、塌陷、变形、瘪、破；英文关键词：pipe+，tube+，curve+，bend+，crook+，inflect+，mandrel+，spindle+，mandril+，fill+，pad+，distortion，split+，crack+，crinkl+，wrinkl+，creas+，break+，broken。

首先通过整理数据库中管材有芯弯曲相关专利文献并参考相关非专利文献，对管材有芯弯曲成形技术所涉及的技术进行分解，然后，采用总分式的检索策略，初步得到所需要研究的专利数据样本，再经过去噪、人工筛选以及数据标引获得最终所要分析的专利数据样本，在对专利数据样本进行分析时，重点分析申请日、申请人、原创国、摘要、权利要求、被引用次数和同族等信息

2.数据统计与分析

本次检索时间截止2018年3月，经过检索式检索及简单的人工筛选，最终确定的涉及管材有芯弯曲技术的全球专利申请共计628项（同族专利算1项），其来自全球52个国家或地区，总体发展趋势呈现增长态势。

2.1核心专利

核心专利的认定方法通常有两种：一是利用被引证的频次来判定，被引频次越高说明该专利的技术含量越高；另外一种是利用同族专利数量来判定，同族专利是申请人就同一专利技术在不同的国家和地区产权组织重复申请，从而形成一个专利族群，同族专利数量越大说明专利技术的市场经济价值越高。本研究采用被引频次来判定核心专利，列举出被引频次数排名前10的专利申请，详见表1。

表1 管材有芯弯曲专利申请的前—项高频被引核心专利

如表1所示，这10篇被引频次最高的专利申请集中在美国，而德国和欧专局也有涉及，从而看出美国在管材有芯弯曲技术领域的研究处于领先地位。同时上述核心专利大多都有较多的同族专利，可见申请人对全球专利布局的重视。

2.3专利技术发展演进

通过对各个时期的专利文献进行浏览、梳理和分析，得到了关于管材有芯弯曲技术的专利发展演进路线，如下图2-1所示。从图看出，该专利技术申请的发展大致经历了以下三个主要阶段：

第一阶段（1947年—1977年），该阶段属于管材有芯弯曲技术发展的初期，管材的有芯弯曲主要集中在使用芯棒进行管材弯曲支撑，以解决管材弯曲畸变、开裂、坍塌等问题，比如公开号为GB768753A的专利申请，其使用的柔性芯轴是由柔性的扁带编织的管状结构构成；又比如公开号为US3455142A的专利申请，其弯管使用的芯轴是一种典型的球窝式柔性芯棒；但在上述技术发展的早期，填充填料进行管材弯曲也有部分涉及，比如公开号为GB638389A的专利申请是最早涉及管材有芯弯曲的专利，其所采取的技术方案是在待弯曲管材内充填液态水，将其冷冻为冰，在结冰状态下进行管材弯曲，作为进一步改进的，可以在液态水中添加适量的木屑或者氨氯化物等物质，以提高芯轴的强度，又如公开号为GB741115A的专利涉及管材弯曲的装置和方法，其在管材弯曲过程中通过在管材内通入液态水作为管材弯曲的芯轴，以纯液体为填料进行管材弯曲；再如公开号为SU656699A的专利申请，采用在待弯曲管材内填充低熔点填料。在早期的管材有芯弯曲中还是以芯棒为主要的研究对象，极少数（仅上述提到的三篇）涉及到了填充填料。

第二阶段（1978年—1990年），在第一阶段使用芯棒进行管材弯曲的研究基础上，第二阶段对管材的有芯弯曲重心偏向了向管材内填充填料，出现了大量的涉及管材有芯弯曲过程中可使用的填料类型及填料填充设备和方法的专利，比如公开号为JP57152319A的日本专利申请，提出向待弯曲的管材内填充金属颗粒、细热砂、河沙或者钢珠等；又如公开号为DE3218662A的专利申请，再次使用向待弯曲管材内填充液态水的方法，作为改进，将填充有液态水的管材整体浸入一种液体冷却剂（如液氮）中促使液态水转变为固态冰，再进行管材的弯曲；又如专利申请SU1411074A，采用向待弯曲管材内填充水和丙酮的混合液体，将其凝固作为管材弯曲的芯轴；此外，公开号为JP62234621A的专利申请首次提出在待弯曲管材中填充铁磁性细颗粒，待颗粒被磁化后弯曲管材，成型完成后停止通电去除颗粒磁性，排出颗粒；在此阶段中，向管材内插入芯棒进行管材弯曲的技术仍有一定的研究和应用，如公开号为EP115796A、US54475375A的申请。

第三阶段（1991年—2017年），随着制造业的高速发展，弯曲管材的应用越来越广泛，各行业对其的需求量和质量提出了更高的要求，出现了大量新颖的管材有芯弯曲的技术，比如公开号为CN2069315U的专利申请，采用一种组合芯轴进行管材弯曲，组合芯轴由主、副心轴组合而成，主心轴是一个实心圆柱轴，副心轴是偏心月牙形心轴，它能在主心轴上作相应的调节，以保证内外管之间间隙及弯曲后表面的光滑过渡，同时起到防皱作用，该组合心轴适用于双层管的弯曲；又如公开号为JP05104152A的专利申请，提出在待弯曲管材分段填充两组变形阻力不同的填料，如在管材内先填充低熔点合金，在此填充物后段填充第二种填料如石英砂等，这次组合式填充方法能得到外观质量更高、尺寸精度更高的弯曲管材；还如专利申请JP06198349A，提出了将多层柔性薄板连接在一起构成填充芯轴，薄板的形状适应于管材形状可设置为方形、长形、锥形、椭圆形等，该芯轴适应性高、原材料广泛、使用时操作方便，工业价值高；而公开号为CN106825160A的专利申请，再次提出使用可磁化材料填充的想法。

图2-1 管材有芯弯曲技术专利发展演进

结语

本文针对管材有芯弯曲技术领域的技术发展状况进行梳理，通过CNABS、DWPI数据库对该领域专利申请进行了检索，对所得数据降噪、筛选、整理后得出了该技术申请量的年度分布图、地域分布图、IPC分类号分布图，对核心专利及重要申请人进行研究，获得了管材有芯弯曲技术专利发展演进图。对专利技术的分析一方面是为了关注行业发展现状，另一方面是为了服务专利审查业务，通过阅读专利技术综述，可以找到比较相关的分类号号重点申请人，了解前言技术走向，从而确保了审查的全面，提高审查效率。

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