陳亞娟 任晶 刁金鳳 賈文杰

摘要：本文對(duì)超硬材料砂輪修整技術(shù)的全球以及中國(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)地域、重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析，并梳理了各技術(shù)分支的發(fā)展路線，對(duì)了解超硬材料砂輪修整技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：超硬;金剛石;CBN;砂輪;磨具;修整

中圖分類號(hào)：G306;TQ163文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）27-0135-05

1 引言

超硬材料砂輪硬度極高，可用于加工各種高硬度材料，特別是普通磨料所難以加工的材料。為了使超硬材料砂輪在磨削零件時(shí)，可以保持正確的幾何形狀以及銳利性，需要及時(shí)對(duì)砂輪進(jìn)行修整 [1]。本文從專利分析的角度出發(fā)，檢索、篩選、統(tǒng)計(jì)2019年以前全球范圍內(nèi)的超硬材料砂輪修整技術(shù)的專利申請(qǐng)，對(duì)其技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)、申請(qǐng)量、申請(qǐng)地域、主要申請(qǐng)人進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)分析，以便對(duì)提高超硬材料砂輪的利用率以及其在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供借鑒和指導(dǎo)。

2 專利申請(qǐng)分析

2.1 關(guān)鍵詞和數(shù)據(jù)庫(kù)

采用INCOPAT專利數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)源，檢索年份截止到2019年，選用的中文關(guān)鍵詞為：修整、修銳、整形、整修、修補(bǔ)、修復(fù)、砂輪、磨輪、拋光輪、滾輪、磨具、超硬、金剛石、立方氮化硼、正方體氮化硼、立方體氮化硼;對(duì)應(yīng)的英文關(guān)鍵詞為：finish、dress 、trim 、truing、repair、shap、sharpen、condition、wheel、disc、 disk、grinder、grindstone、buzzer、diamond 、CVD、cbn、abn、cubic boron nitride、c-bn。IPC分類號(hào)為：B24B、B24C、B24D。根據(jù)以上檢索要素檢索得到的專利申請(qǐng)進(jìn)行篩選，建立專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)，作為本文的研究對(duì)象。

2.2 技術(shù)分支和技術(shù)路線分析

目前超硬材料砂輪的修整方法主要有：車削法、磨削法、超聲振動(dòng)法、電加工法、滾壓擠軋法、激光法、噴射法以及復(fù)合修整法。圖1標(biāo)示出了超硬材料砂輪修整技術(shù)分支圖，由圖可知，車削法、磨削法、電加工法以及復(fù)合修整法共占超硬材料砂輪修整技術(shù)專利申請(qǐng)總量的95.54%，其中，車削法和磨削法的申請(qǐng)量分別為48.92%和39.37%。數(shù)據(jù)表明，雖然開始嘗試新的方法來改善砂輪修整的效率和精度問題，但是現(xiàn)階段超硬磨料砂輪修整技術(shù)主要還是集中在傳統(tǒng)的機(jī)械磨削修整或者是以傳統(tǒng)機(jī)械磨削修整為基礎(chǔ)改進(jìn)的技術(shù)方法。

通過對(duì)去噪后的專利申請(qǐng)人工逐篇閱讀，作者從砂輪修整專利中篩選出多篇重要專利，其中，早期砂輪修整主要是以傳統(tǒng)機(jī)械修整方法為主，如金剛石筆修整（GB101787A）、金剛石滾輪修整（JP54111193A）、彈性修整（JP61146472A）、游離磨料砂輪修整（US05681603）、高壓空氣噴射磨料砂輪修整（JP63278763A）;隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，人們對(duì)砂輪修整精度要求逐步提高，開始出現(xiàn)電火花修整（CH321993A）、電解修整（JP59076771A）、激光修整（JP58094968A）、超聲波修整（JP54032893A）等新型修整方法;近年來，為進(jìn)一步提高磨削精度和效率，復(fù)合修整成為行業(yè)工作人員研發(fā)的熱點(diǎn)，如金剛石筆與磨料噴射修整（US3244162A），激光和超聲波修整（CN204366734U），杯型砂輪與電火花修整（CN104742020A），超聲波與杯型砂輪修整（CN105563332A）。

2.3 國(guó)內(nèi)外超硬材料砂輪修整技術(shù)專利申請(qǐng)量分析

超硬材料砂輪修整技術(shù)全球發(fā)展情況大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：萌芽時(shí)期（1909年至1926年）、技術(shù)推動(dòng)期（1927年至1981年）、發(fā)展增長(zhǎng)期（1982年至2012年）以及技術(shù)成熟期（2013年至2019年）[2-4]。1926年之前是該技術(shù)專利申請(qǐng)的起步階段。該階段砂輪修整技術(shù)及其應(yīng)用一直處于摸索階段，其專利申請(qǐng)量一直處于較低狀態(tài)，每年申請(qǐng)量不超過4件。隨著工業(yè)的發(fā)展，砂輪修整技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用增多，涉及機(jī)械式修整砂輪，主要有金剛石車削修整法和磨削修整法。因此，砂輪修整技術(shù)專利年申請(qǐng)量相比于萌芽時(shí)期有所增長(zhǎng)，年申請(qǐng)量比較穩(wěn)定，但均未超過15件。在1982年至2002年，砂輪修整專利申請(qǐng)量總體相比于前一時(shí)期有所增長(zhǎng)，但無顯著變化趨勢(shì)，這一時(shí)期，由于英國(guó)、日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，申請(qǐng)量較大，在該領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的專利布局。2003至2012年，砂輪修整技術(shù)在世界各個(gè)國(guó)家蓬勃發(fā)展，專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)。從2013年開始專利申請(qǐng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這說明在經(jīng)過了10年的快速增長(zhǎng)期之后，砂輪修整技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，所以專利申請(qǐng)量呈下降趨勢(shì)。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，相應(yīng)的專利申請(qǐng)量從2002年至2014年總體呈大幅上升趨勢(shì)，2014年至2019年申請(qǐng)量稍有下降，但申請(qǐng)量仍較大，需要指出的是，由于發(fā)明專利可以在申請(qǐng)日起18個(gè)月后公開，以及公開后數(shù)據(jù)整理入庫(kù)也需要一定時(shí)間，2019年的專利申請(qǐng)有部分尚未公開，使得圖3中2019年數(shù)據(jù)下降，但并不能說明相關(guān)專利申請(qǐng)量的下降，也并不能反映該領(lǐng)域進(jìn)入衰退期。總體來看，超硬材料砂輪修整技術(shù)在中國(guó)大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：萌芽時(shí)期（1985年至2001年）、快速發(fā)展期（2002年至2014年）以及發(fā)展成熟期（2015年至2019年）。2001年之前是砂輪修整技術(shù)的起步階段，在這一時(shí)期，中國(guó)在砂輪修整技術(shù)方面申請(qǐng)的專利極少，每年申請(qǐng)量基本不超過4件。此階段國(guó)內(nèi)砂輪修整技術(shù)發(fā)展水平較低。2002年至2007年，申請(qǐng)量穩(wěn)定增長(zhǎng)，特別是從2008年開始，該技術(shù)專利申請(qǐng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，2014年申請(qǐng)了131件，該階段是國(guó)內(nèi)砂輪修整技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期。自2015年，砂輪修整技術(shù)專利申請(qǐng)量總體呈下降趨勢(shì)，這說明砂輪修整技術(shù)達(dá)到一個(gè)較為成熟的階段。該時(shí)期在下降趨勢(shì)中有一定的波動(dòng)，說明砂輪修整技術(shù)在不斷尋求探索和進(jìn)步。

2.4 國(guó)內(nèi)外超硬材料砂輪修整技術(shù)專利申請(qǐng)地域分析

專利申請(qǐng)的地域分布能夠反映不同國(guó)家和地區(qū)在一定領(lǐng)域內(nèi)的專利技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品市場(chǎng)重心。從圖4和5可以看出，在超硬材料砂輪修整技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)、英國(guó)和日本占據(jù)總申請(qǐng)量的前三位，分別為50.05%、18.49%、16.86%，美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)家對(duì)于超硬材料砂輪修整技術(shù)也有研究，但申請(qǐng)量較少。中國(guó)在該領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，專利申請(qǐng)量最多，中國(guó)的早期申請(qǐng)量較少，但后來居上，中國(guó)大多數(shù)專利申請(qǐng)集中在2010年以后，其中以江蘇、河南和浙江申請(qǐng)量最大，這說明隨著我國(guó)工業(yè)化快速發(fā)展，對(duì)磨削加工的要求不斷提高，砂輪修整技術(shù)也在不斷進(jìn)步，我國(guó)開始重視超硬材料砂輪修整技術(shù)的研究，同時(shí)國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究中心都看好我國(guó)的巨大市場(chǎng)需求，積極在我國(guó)進(jìn)行專利保護(hù)，占領(lǐng)我國(guó)技術(shù)市場(chǎng)。

2.5 國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人

由圖6可以看出，申請(qǐng)量前10位的全球?qū)＠暾?qǐng)人中有6個(gè)是中國(guó)申請(qǐng)人，另外4個(gè)為國(guó)外申請(qǐng)人，由此可知，中國(guó)是該技術(shù)領(lǐng)域的主要研究者和應(yīng)用市場(chǎng)，由于該技術(shù)領(lǐng)域研究在中國(guó)起步較晚，對(duì)于車削、磨削等傳統(tǒng)的修整方法，已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，而對(duì)于一些新的修整方法，如激光修整方法、超聲修整方法，目前仍處于理論研究階段，此外，日本也非常重視該技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，日本對(duì)于超硬材料砂輪修整技術(shù)研究較早，全球早期專利申請(qǐng)中涉及日本專利較多，其專利申請(qǐng)人主要集中在企業(yè)，這說明日本的超硬材料砂輪修整技術(shù)發(fā)展穩(wěn)定，正逐步走向成熟階段。

由圖7中可以看出，國(guó)內(nèi)超硬材料砂輪修整技術(shù)領(lǐng)域主要專利申請(qǐng)人集中在企業(yè)和高校，其中企業(yè)占72.38%，是專利申請(qǐng)的主力軍，高校占17.26%，高校的專利申請(qǐng)主要涉及傳統(tǒng)修整方法的工藝改進(jìn)、磨料預(yù)處理和磨具結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及新的修整方法如激光修整方法的激光參數(shù)等對(duì)修整效果的影響的理論研究。有些專利申請(qǐng)為企業(yè)和高校的共同申請(qǐng)，這說明企業(yè)和高校存在一定程度上的產(chǎn)學(xué)研合作。

3 結(jié)論

第一，車削、磨削、滾壓擠軋修整是較為傳統(tǒng)的砂輪修整方法。近些年來，隨著修整要求的不斷提高，開發(fā)了激光修整、電加工、超聲振動(dòng)等新型修整方法，集機(jī)、電、聲、熱（光）、化等多種方法于一體的復(fù)合修整方法成為行業(yè)工作人員研發(fā)的熱點(diǎn)，如激光輔助修整、電火花輔助修整等。

第二，從專利申請(qǐng)量來看，超硬材料砂輪修整技術(shù)專利申請(qǐng)已相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)入了技術(shù)成熟期，傳統(tǒng)修整方法如車削、磨削技術(shù)已發(fā)展成熟，大規(guī)模投入應(yīng)用;新型修整技術(shù)如激光修整，目前尚處于理論研究階段，面臨一些技術(shù)瓶頸，需要尋求技術(shù)突破。

第三，美國(guó)、日本等國(guó)家的工業(yè)發(fā)展早于中國(guó)，磨削行業(yè)也發(fā)展相對(duì)成熟，形成了較為全面的專利布局。中國(guó)的磨削行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快，近些年中國(guó)超越了其它國(guó)家在超硬材料砂輪修整方面進(jìn)行了大量的專利布局，中國(guó)也成為了該技術(shù)領(lǐng)域的主要應(yīng)用市場(chǎng)。但中國(guó)仍需要避開國(guó)外的專利壁壘，開展自主研發(fā)，形成自身優(yōu)勢(shì)，將傳統(tǒng)修整方法中的砂輪結(jié)構(gòu)、工藝和磨料處理方面進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)加大科研力度尋求新興修整方法技術(shù)突破與應(yīng)用，快速占領(lǐng)技術(shù)市場(chǎng)。

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