车轮轮毂轧制技术

李 慧

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000)

1 专利申请趋势分析

1.1 中国专利分析

2000年以前，我国的相关专利申请量较少，增长速度缓慢，这说明我国的车轮轮毂轧制技术处于起步阶段，市场需求还不大，相关的技术应用较少；在2001-2012年期间，增长幅度较大，技术生长率呈上升趋势，属于技术发展期，中国市场需求逐步打开，这是因为随着中国加入WTO，经济全球化加快，国外企业加速抢占中国市场，同时由于中国汽车工业的快速发展以及高铁走出去战略的实施，对车轮轮毂数量和质量的需求急剧提升，因此申请量急剧上升。2012年之后，申请量有下降的趋势，这可能是由于2011年的温州动车组事故，政府对高铁的发展速度进行了控制和产业的重新规划，高铁带来的产业经济增速暂时放缓，火车车轮数量的需求减少，但是随着中国高铁技术的进一步成熟和全球市场的进一步扩大以及汽车工业的进一步强大，车轮轮毂轧制技术的专利也将随着中国的发展得到了量和质的提升。

1.2 全球专利分析

1991年之前，专利申请量较少，之后迅速膨胀式增长，2000年左右达到顶峰。1991年之前，汽车等轮式交通工具在全球还不是太普及，市场有限。过了1991年，随着经济全球化的进程加快，汽车、高铁等轮式交通工具市场高速膨胀，各国企业都开始投入大量资金研发交通工具技术，例如轮毂的轧制，因此专利申请量一路飙升。2006年之后，全球经济增速放缓，市场增量有限，企业不断限制发展规模，技术投资相对降低，因此专利的申请量也相对下降。

在车轮轮毂轧制领域的中国专利申请中，申请量排名前3位的分别为中国、日本、德国，显然这与车轮轮毂轧制技术水平高低的实际情况不相符。欧美强国在中国的申请量之所以较少，一是因为中国的专利制度实施较晚，同时他们的企业进入中国市场较晚。欧美企业的专利申请往往是注重质量而非数量，中国的专利申请量之所以独占鳌头，当然与中国经济的快速发展是有一定原因的。另一方面，中国政府鼓励专利申请，并为之制定了相关的奖励措施、优惠政策等，因此中国专利数量庞大。

最早在1888年，德国就出现了利用简单设备轧制火车轮毂的技术(申请号：DE48559DA)，通过轧制不仅简化了轮毂的成型过程，同时提高了轮毂的强度，之后利用轧制技术制备轮毂的方法得到快速发展和传播，1916年美国SLICK EDWIN E提出一种可以调节轧制坯料大小的车轮轧机(申请号：US1916 0138741A)，1921年德国的GEORGE BAKER提出了可轴向进给的立式轧机(申请号：DEB0100104D)，1977年苏联的NIZHNEDNEPROVSKIJ TRUBOPROKATN提出来可倾斜式轧机(申请号：SU2542708A)。直到20世纪90年代末，大部分有关列车车轮轧制的专利申请都集中在轧机结构的改进上，通过不断设置轧机结构来获得所需的技术效果。进入21世纪之后，人们开始关注轧制工艺而非轧机本身的改变(如轧制的热处理工艺、轧制与其他工艺的结合等)对轧制产品质量和性能的影响，例如1997年，申请人BOCHUMER VER VERKEHRSTECHNIK G提出了通过控制淬火过程来提高轧制产品的综合性能(申请号：EP97114160A)，2011年申请人ROSSIJSKIE ZHELEZNYE DOROGI AOOT SIEMENS AG 提出了通过设计车轮尺寸的公差来提高轧制的精度与质量(申请号：RU2011108018A)，2015年，申请人KOLAKOWSKI D提出了焊接工艺与轧制相结合，制备多层复合车轮(申请号：PL41299715A)。

汽车车轮的轧制技术相对于列车车轮出现相对较晚，1915年英国首次出现了利用轧制技术制备汽车轮的轧制技术(申请号：GB191509791DA)，汽车车轮的轧制主要是集中在工艺的改变(热处理，材料成分等)，同时汽车车轮的强度要求比列车低，可以选择更多的材料和更多的与其他工艺的结合。1979年，申请人 FURUKAWA ALUMINIUM提出了利用铝合金轧制出高强轻轮毂(申请号：JP5169279A)，随后出现大量轧制工艺控制的专利申请。1989年，申请人NIZH-R提出了连续热轧工艺(申请号：SU4676 352A)。1998年，申请人提出了控制淬火温度和速度来调节晶粒大小的工艺(申请号：US6539765A)。2011年，申请人NIPPON SPINDLE提出了一种不等厚度轧机，通过该技术可以缩短成型时间(申请号：JP2011223211A)。2013年申请人HYEO-N提出了一种轧制重型汽车的工艺，通过与弯曲工艺的结合(申请号：KR20130096701A)。

2 国内外产研究现状

2.1 国内现状

中国作为目标市场的主要专利申请人的专利申请量，在国内，申请量排名在前4位的是马钢、山东小鸭精工机械有限公司、浙江远大重工锻压有限公司、雷斯工程株式会社；其中，马钢的申请量显著超出其他申请人，由此可见其在中国市场上的主导地位，马钢车轮公司是我国第一个建立车轮生产线的企业，是中国铁路车轮最主要的生产基地，其技术实力代表国内车轮生产的最高水平。为实现高速动车组车轮的国产化，马钢2008年申请了科技部“863”重点项目“高速动车组用车轮的研究与开发”(2008AA030703)，旨在基于现有生产装备制造时速 200～350 km 的高速动车组车轮，通过技术创新，获得了许多先进技术进行了专利申请，马钢在专利布局方面已经走在国内其他企业的前面。

2.2 国外现状

俄罗斯的轧制装备可以达到年产80万件，领先其他国家，而乌克兰也能达到年产量60万件，仅次于俄罗斯，其次是法国(20～25万件)和德国(20万件)。由此可见，作为传统重型工业强国的俄罗斯并没有随着苏联的解体而导致轧制技术的落后，苏联当年重型工业的产业布局，为俄罗斯等欧洲国家打下了良好的基础。

3 结语

针对当前的发展现状，笔者提出以下建议：(1)开发出新材料，探索出除了钢、铝等材料的轧制工艺，例如钛合金轧制、高熵合金轧制。(2)中国企业应积极进行全球专利布局，不仅仅只在国内申请，还要注重专利申请质量。(3)政府加大研发的资金投入，积极引导科研机构进行产学研的平台建设。总之，研发合理的成形工艺设计模型，科学地设计车轮各部位的余量，解决经验法带来的余量过大问题是提高车轮材料率的关键。为此，需要深入研究车轮多工步成形过程变形规律和热处理过程的形位尺寸变化。