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从专利技术角度分析复合管液压胀形技术发展

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姚寅群

摘要：本文通过CNABS和VEN专利检索系统，检索了世界范围内关于复合管液压胀形相关技术领域的专利申请，从专利申请的年度分布、国别分布、技术主题分布等方面进行统计分析，并重点介绍了复合管液压胀形的几种不同的技术分支。在上述分析的技术上，总结了该技术的发展趋势、技术分布情况等一些规律，为进一步研究复合管液压胀形技术提供参考资料。

关键词：复合管;液压;胀形

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0?引言

在航空航天、汽车等领域，高强轻量材料是人们长期追求的目标，也是现代先进制造技术发展的趋势之一。采用复合结构如多层管结构零件可以实现多种功能，采用复合结构如多层管结构零件可以实现多种功能，如零件既具有强度，也具有一定的功能如防腐性能等，比如零件的内层可以采用钢板或不锈钢等强度较高的零件，外层可以采用铝合金等防腐蚀性能好的管材等。

当前，一般采用以下三种方式实现复合管的加工：①常用的双重或多重复合管材的制造技术都是将粘合剂或者合成树脂填充到内部管材和外部管材之间使之结合，但此种方法粘合剂或合成树脂容易受周围环境或温度的影响而导致化学性能变化丧失结合性能，从而会降低内、外部钢管之间的结合力;②对内部或外部管材加热或冷却处理以收缩配合的方式制造，该方法对于长度较长的管材加工时难以通过热处理加工而均匀地结合所有的面;③将内部管材和外部管材套接后再利用刚性凸凹模进行成形，但此种方法成形质量难以保证，层与层之间往往在成形过程中分离。

现在，对于复合管材的加工多采用液涨成型技术，通过管材高压液胀成型的方式，使内部管材扩管成型，使其产生塑性变形以使其紧贴外部钢管，从而通过内部管材的扩管力使外部管材产生弹性变形及塑性变形，并通过弹性恢复将其机械结合[1]。

1?复合管液压胀形技术原理

复合管液压胀形装置的原理为：把内层管与外层管先套在一起后将芯杆装入内层管內，在胀头的两端依次装上O形密封圈及异形密封圈;旋紧两端的螺母使密封圈的两侧面与螺母及胀头贴紧。胀合操作开始时，按密封圈初始密封条件要求所需压强的高压液体先通过左胀头的上部通道和右胀头下部通道同时进入异形密封胶圈的凹腔内，在高压液体的压力下，密封圈径向胀大，其外径与内管的内径接触形成密封面，同时在液压下密封圈两翼轴向张开，由于自紧密封原理，诸密封面比压均远高于液压力，达到预紧密封的目的。然后开启阀门再将此高压液体水从左胀头的下部通道注入内层管与芯杆组成的胀合腔内，腔内气体从右胀头上部通道排除。然后提高液体压力，随着内部液体压力的升高，密封腔内压力也不断同步升高，以提供足够的密封比压。加压到工艺规定的胀合压力并保压，以达到复合管的胀合。随后密封腔内及胀合腔内同步卸压，完成一根复合管的整个胀合工艺[2-3]。

2?数据库选择和检索

为了解复合管液压胀形相关专利的申请情况，通过检索CNABS数据库和VEN数据库来获得专利分析样本。考虑到本文所分析主题的特点，分类号和关键词的表达都相对比较准确，因而，主要采用分类号结合关键词的检索方式。检索时，主要通过IPC分类号B21B26/051（使双壁管变形）以及关键词双金属、复合管、液压等进行检索，在CNABS上检索得到68篇公开专利，VEN上进行检索后得到196件相关的专利样本。

3?专利申请趋势分析

在确定了复合管液压胀形技术的技术领域之后，在中国专利文摘数据库（CNABS）进行了检索，经初步检索后，由于检索出的文献显示，电液成形领域的国内专利申请文件在1990年就出现，因此，将检索对象限定在1990-2020年。图1显示了随时间的发展，复合管液压胀形技术的国内专利申请量的变化情况。

从图1中可以看出，该液压胀形技术的专利在1991年就开始申请，但申请量并不大，从1991-1999年仅申请了两件，其中是天津市有色金属轧延厂和谭伟雄，谭伟雄所在的联系地址为湖南省岳阳市长岭炼油化工厂，从上述资料可以看出，最早的复合管的申请主要在于金属轧制以及炼油企业，均属于重工企业，但在这十年间，在该领域的发展均较为缓慢，申请量较少;进入二十一世纪以后，该领域的申请量逐渐增加，从2001年到2009年，共申请了15篇专利，特别是进入到2010年后，专利申请量井喷式发展，2010年到2020年共申请了51件专利，在2000年距1992年8年后重新开始出现该领域的专利申请，在国内存在一定时间的空床期，且在后续申请年中平均申请量每年仅为1-2件，申请量不大，直到2009年以后才开始出现较多的专利申请，在2009年申请了5件专利，进入到