专利视角下模具修复技术应用研究

陈 彬，张宇腾

（安徽工业大学，安徽 马鞍山 243032）

0 引言

模具是生产现代工业产品的工艺装备，分为冷作模具、热作模具和型腔模具三大类[1,2]。模具长时间使用过程中其零件会出现断裂、磨损、腐蚀、疲劳和变形等损伤，当损伤影响模具正常使用时称之为模具失效。对失效模具进行修复是一种再制造技术，再制造可以创造良好的经济效益和社会效益。模具修复技术主要有堆焊修复[3,4]、电刷镀修复[5]、热喷涂修复[6,7]、热喷焊修复[8]和激光修复[9,10]等。

对现有技术进行总结，有助于把握未来的技术发展方向。参考文献[11]、[12]分别于2007年和2018年针对各种表面技术在模具修复中的应用开展了综述研究，列举了不同表面技术在模具修复中的应用特点。参考文献[13]在对模具修复技术进行综述的基础上指出新型修复、复合修复和数字化修复是未来模具修复的发展趋势。上述参考文献都从理论角度对模具修复技术开展研究，但从专利视角方面分析国内模具修复技术应用的研究现状和发展趋势未见报道。基于此，现对国内现有模具修复相关专利进行检索，挖掘其技术发展动态，为模具修复技术应用创新提供参考。

1 数据来源与专利检索

为了对国内模具修复专利技术进行准确分析，选择国家知识产权局专利检索及分析平台进行检索，检索方式为：“（发明名称=（模具AND修复）OR发明名称=（模具AND再制造））AND（发明类型=（“I”OR“U”OR“D”））AND（公开国家/地区/组织=（CN））”，共得到检索结果为491项，筛选申请日为建库以来至2020年12月31日，手动去除与该文研究不相关的专利，最终得到研究样本290项。

2 模具修复专利分析

2.1 专利申请时间与类型分析

国内与模具修复相关的290项申请专利中，实用新型专利的申请数量为99项，比例约为34.14%，发明专利的申请数量为191项，比例约为65.86%。经检索，国内第1个与热锻模修复相关的专利出现在2003年，该发明专利涉及一种模具焊合修复工艺[14]，通过对检索数据进行处理，可以得到2003～2020年国内模具修复专利申请趋势，如图1所示。

图1 2003～2020年国内模具修复专利申请趋势

由图1可知，从2003～2020年，与模具修复相关的实用新型专利和发明专利的申请数量均呈上升趋势，说明对知识产权的保护越来越重视，也说明模具修复具有很强的技术可行性和广阔的市场前景。2011年以前模具修复相关专利每年申请数量不超过10项，属于技术应用的摸索阶段，2012年以后专利申请数量每年增长且增幅较大。整体上看，每年发明专利的申请数量超过实用新型专利的申请数量，说明模具修复相关的专利应用价值较高，2016年，国家发布了GB/T 33221-2016《再制造企业技术规范》等相关技术标准和工业绿色发展规划2016～2020年，对模具修复行业具有较强的促进作用，因此模具修复专利在2016年后出现了激增的情况。

2.2 专利申请人分析

对2003～2020年国内模具修复专利申请人进行统计分析，其中企业仍是专利申请的主体，占比50.50%，以荣成日东通用设备有限公司、荣成宏盛模具有限公司、深圳市日升昌模具科技有限公司、十堰派生工贸有限公司、中研智能装备有限公司、丹阳惠达模具材料科技有限公司、南京江联焊接技术有限公司、山东豪迈机械科技股份有限公司和江苏雨燕模业科技有限公司等为代表；大专院校占比19.53%，以山东大学、浙江大学宁波理工学院、北京工业大学、南京航空航天大学、吉林大学、燕山大学、哈尔滨理工大学和武汉理工大学等为代表；科研单位和机关团体占比2.36%；个人占比27.61%。企业既是模具修复的主要技术应用者也是重要的技术研发者，因此专利申请数量最多。大专院校和科研院所作为模具修复技术创新的主要载体，专利申请数量也较多。对合作申请模具修复相关专利进行统计，如表1所示，由表1可知，国内模具修复专利合作申请较少，仅9项，其中高校和科研单位与企业合作申请专利为5项，说明国内模具修复行业的产学研合作交流较少，缺乏技术创新与技术应用的良性互动，从2017年以后专利申请合作较多，说明企业和社会越来越重视技术交流，但力度还不够大。

表1 合作申请模具修复专利统计表

2.3 专利申请的技术领域分析

通过专利的IPC分类号对2003～2020年国内模具修复专利申请技术领域进行统计分析，排名前五的技术领域分别是B23（机床；其他类目中不包括金属加工）、C23（金属材料镀覆；表面化学处理等）、B24（磨削；抛光）、B22（铸造；粉末冶金）和 C22（冶金；黑色或有色金属合金；合金或有色金属的处理），根据IPC分类号的具体含义分析得到表2所示的模具修复专利申请热点领域。

表2 2003～2020年国内模具修复专利申请热点领域

对上述模具修复专利主要IPC分类按照年度统计得到图2所示结果。由图2可知，涉及B23、C23、B24、B22和C22热点领域的专利分别为130、78、32、27、27项，其中B23和C23出现较早，所有的热点领域专利申请数量均处于上升趋势，特别是B23、C23和B24技术领域专利申请数量上升较快。

图2 2003～2020年国内模具修复专利主要IPC分类变化趋势

2.4 技术生命周期分析

技术生命周期分为导入期、成长期、成熟期和衰退期[15]。通过对2003～2020年国内模具修复专利进行技术生命周期分析，可以确定国内模具修复专利所处的发展阶段，进而推测其发展趋势。模具修复技术生命周期用技术生长率（ν）、技术成熟系数（α）、技术衰退系数（β）和新技术特征系数（N）4个专利指标来表征，判别标准[15]如表3所示。

表3 模具修复专利技术生命周期判别标准

技术生长率（ν）表示为：

式中：a——当年模具修复相关发明专利申请数；A——追溯5年模具修复相关发明专利申请总数。

模具修复技术成熟系数（α）表示为：

式中：b——当年模具修复相关实用新型专利申请数。

模具修复技术衰退系数(β)表示为：

式中：c——当年模具修复相关外观设计专利申请数。

模具修复新技术特征系数(N)表示为：

考虑2003年国内才申请第1个模具修复相关专利，首个专利出现后的几年技术生命周期相关指标波动较大，不具备分析价值，因此将2008～2020年国内模具修复专利申请数据代入式（1）～（4）得到图3所示结果，由于未出现模具修复相关的外观设计专利，技术衰退系数一直保持为1不变。技术生长率、技术成熟系数和新技术特征系数均在2013年达到峰值，说明2013年前后是国内模具修复专利申请的爆发年，同时2010年和2016年出现了拐点，这与上述图1所示的专利申请趋势一致。2016年至今技术成熟系数和新技术特征系数开始缓慢下降，说明当前国内模具修复技术属于成熟期。

图3 2008～2020年国内模具修复专利技术生命周期指标变化

为进一步确定当前国内模具修复专利技术生命周期，选择技术生命周期图法与指标法进行对比分析。将国内模具修复专利申请量与申请人随年份变化数据绘制成技术生命周期图，如图4所示。由图4可知，在2008年以前国内模具修复专利申请数量和申请人数量都较少，说明技术还不成熟且未商业化，之后专利申请数量和申请人数量均大幅增长，说明模具修复技术应用快速发展。当前模具修复专利数量虽然增长，但是申请人变化不大，说明该技术较为成熟，针对现有技术改良优化的专利较多。

图4 2003～2020年国内模具修复专利技术生命周期

2.5 核心引用文献分析

对2003～2020年国内模具修复专利被引证次数进行排序，其中排序前十的专利如表4所示。由表4可知，排序第2的专利是国内模具修复领域的第1个专利，因此被引证次数较多。从专利的主要技术来看，核心专利聚焦的重点是激光熔覆修复和堆焊修复。

表4 2003～2020年国内模具修复核心专利（前十）

2.6 专利摘要词频分析

在Python软件中运用正则表达式和jieba组件对2003～2020年国内模具修复专利文本数据进行词频分析，手动去除检索词和与技术无关的各类词语，得到词频较高的技术关键词，再对技术关键词出现的起止年份进行整理得到图5所示结果。由图5可知，国内模具修复专利的技术关键词有激光、表面、装置、堆焊、工艺、熔覆、制造、加工、焊接、系统、合金、粉末、轮胎、检测、裂纹、打磨、涂层、磨损、汽车、质量、快速、喷涂、型腔、硬度、焊丝、花纹、使用寿命、激光器、强化、增材等。虽然这些技术关键词出现的年份不一样，但目前仍是国内模具修复技术应用创新的焦点，特别是近几年出现的轮胎模具修复、模具修复前后的检测、打磨、模具花纹和增材制造等关键技术应用应重点关注。

图5 模具修复专利高频关键词起止年份

3 结束语

运用多种方法对2003～2020年国内模具修复专利进行了研究，得出以下结论和建议。

（1）从专利申请趋势看，国内模具修复专利申请数量整体呈现上升趋势，发明专利申请数量相对较多，但专利的总量仍然偏少，建议从事模具修复的企业和科研院所等加大知识产权保护力度，注重专利的申请。

（2）从专利申请人角度看，国内模具修复专利的申请人以企业和大专院校为主，但企业与企业之间，企业与大专院校、科研院所之间合作申请专利较少，说明各主体发挥各自优势、合作共赢的发展模式还未构成，建议由政府主导积极推进模具修复的政产学研用合作。

（3）从专利申请的技术领域看，国内模具修复专利热点领域对应的IPC分类号为B23、C23、B24、B22和C22，这些领域均为传统的机械、材料、冶金领域，但自动化、信息化和计算机的智能制造等相关领域涉及较少，建议模具修复行业应加大投入，走数智化发展之路。

（4）从技术生命周期看，国内模具修复技术应用属于成熟期，还未出现衰退期的特征，但新技术特征系数在缓慢下降，关键原因是模具修复的前沿技术还未突破，部分新技术还处在实验室阶段，建议企业、大专院校和科研院所进一步加大模具修复相关技术创新和成果转化。

（5）从核心文献与专利摘要词频上看，国内模具修复技术的焦点集中在激光、表面、装置、堆焊、工艺、熔覆、制造、加工、焊接、系统、合金、粉末、轮胎、检测、裂纹、打磨、涂层、磨损、汽车、质量、快速、喷涂、型腔、硬度、焊丝、花纹、使用寿命、激光器、强化、增材等。建议从事模具修复研究与应用的主体在紧跟上述技术发展与变化的同时，不断发展新的模具修复技术。