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摘要：采用专利分析方法，从专利申请情况、地域分布、申请人等方面对汽车热冲压模具专利布局进行分析，对汽车B柱热冲压模具、汽车纵梁等重要专利进行分析。梁热冲压模具为例。技术方案解读，从专利角度，从宏观和微观角度分析汽车热冲压模具技术的发展现状，为汽车热冲压模具技术领域后续研发和创新方向提供参考。

关键词：汽车热冲压模具专利分析

1 前言

汽车热冲压是高强钢汽车零部件的关键制造技术。其核心技术是连续加热炉和淬火模具。

对于具有定制性能要求的车身零件，可以通过模具优化和适当的热冲压工艺来实现其最佳的晶体结构和机械性能分布。与冷冲压模具相比，热冲压模具不仅用于成形，还用于零件的冷却和淬火，使零件获得良好的机械性能和尺寸精度[1]。热冲压模具在结构上有零件冷却系统，一般由外部冷却剂循环动力系统、模具内部冷却回路和连接管道组成。许多热冲压件的形状非常复杂，例如汽车框架。特殊的曲面设计，使得制造相应形状的冲压模具变得非常困难。

因此，如何实现模具表面质量好、抗热震性能好、强度高、冷却均匀、速度可控是热冲压模具设计的重点和难点。利用专利分析方法从专利申请情况、地域分布、申请人等方面分析汽车热冲压模具目前的专利布局，并采用汽车B柱热冲压模具和汽车纵梁热冲压模具以重要专利技术为例进行分析。该规划解读，从专利角度，从宏观和微观两个角度分析了汽车热冲压模具技术的发展现状。

2 汽车热冲压模具专利布局趋势分析

本文使用的专利检索数据库是中国汽车技术研究中心有限公司自主开发的全球汽车专利数据库，包含来自全球104个国家的超过1.3亿件汽车及相关领域的专利。专利评选范围以公开日期为切入点，自2001年1月1日起至2022年12月31日止。

2.1 专利申请情况分析

从历年专利申请量数据（见图1）可以看出，国内热冲压模具技术起源于2007年之前。从2007年开始，每年都有少量专利申请量。技术创新处于起步阶段，尚未大规模产业化应用。 ，现阶段，拥有先进技术的国外企业将专有技术引入中国，并布局相关专利。例如，专利[2]公开了热冲压模具和冲压方法。该技术可以在短时间内获得强度和尺寸精度优异的冲压制品，并且可以减少冲压过程中模具的热量积累，解决了工业化过程中的生产问题。效率问题是关键技术；专利[3]公开了一种更简单、更实用的热冲压模具，可以使工件的冷却和保压在同一工序中完成，减少工件的变形，更好地满足大规模生产的要求。是一项关键技术。

从2012年开始，专利申请量大幅增加。 2014年以后，专利申请量大幅增加。 2019年以后，专利申请量进入稳定期，技术创新持续并以产业化为主。例如，专利[4]公开了一种模具热处理技术，可以减少模具磨损，延缓工件裂纹的发生，降低工业化过程中的生产成本，提高工件质量；专利[5]公开了一种抑制模具磨损并获得表面优良外观的热冲压工件的制造方法，进一步提高了热冲压工件的质量。

2011年之前，热冲压模具的专利申请量很少，但从2011年开始申请量有所增加，表明主申请人在2011年开始进行专利布局，该技术领域的专利量在2012年增长了3倍、2014年和2019年。2013年有明显下降，但没有持续下降的趋势。总体增幅保持稳定，表明该技术产业化取得有效进展。创新进入可持续发展时期。

考虑到专利公开的滞后性，2022年申请的专利尚未完全公开，因此专利申请数量有所下降。因此，有必要继续关注2022年该领域的热点和专利申请情况。

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2.2 技术来源区域分布

对申请人所在国家/地区的汽车热冲压模具技术来源地地域分布进行分析表明，汽车热冲压模具技术专利的技术来源国家主要集中在中国、韩国、美国和日本，如图所示表1，其中中国的申请量排名第一。可见，这些国家也是汽车的主要市场和主要生产国。巨大的市场需求和产业规模推动了热冲压模具技术的快速发展。

2.3 专利申请人分析

我国汽车热冲压模具专利申请人排名前10位的主要申请人如表2所示，排名前2位的专利申请人分别是东莞东斯特和宝钢。在华外资企业德国本特勒已申请专利5项。国内申请人以企业为主，但较为分散。其中，与华中科技大学合作的东莞东道和江西东道专利申请数量最多，共计21件。总体来看，国内企业在热成型模具领域还没有建立起具有绝对优势的专利壁垒。建议企业未来继续加大研发创新力度，进行专利挖掘、规划和布局，打造高价值专利资产，向市场转移技术。创新优势转化为市场竞争优势。

3 汽车热冲压模具专利布局分析

热冲压模具除具有成形功能外，还具有加热或冷却功能，以控制工件的成形温度，或在模具型腔内完成工件的淬火。热冲压模具的特点之一是保证工件在冲压过程中和冲压后处于最佳温度范围，并完成淬火或保温功能。因此，热冲压模具一般具有冷却功能、加热功能或加热冷却一体化功能。此外，工件的修边、成型、淬火一次完成、工件的公差补偿、模具的耐磨性等也是热冲压模具的重要功能。如图2所示，汽车热冲压模具专利按功能分类。可见，模具冷却功能和加热冷却功能一体化专利申请数量较多，是重要的申请方向。同时，热冲压模具优良的加热和冷却功能是减少工件皱纹和裂纹、实现模内淬火的重要手段。申请人在这些方向上有很多专利布局。

3.1模具冷却结构

根据冷却结构在模具中的位置，热冲压模具的冷却结构专利可分为三种：上下模有冷却结构、下模有冷却结构、上模有冷却结构。冷却结构。其中，具有上下模冷却结构的专利占比最高，占73.3%；其次是具有冷却结构的下模专利，占比20.0%；带冷却结构的上模专利数量相对较少，占6.67%。主要原因是上下模同时具有冷却功能已逐渐成为主流。这种结构不仅可以提高工件的质量，而且对提高生产效率也起到一定的作用。此外，将上下模具冷却结构纳入一项专利也扩大了知识产权的保护范围，更有利于在市场竞争中占据主导地位。

该专利中上下模均具有冷却结构，通过多种方式形成和调整冷却液通道，使冷却效果更加均匀，工件平整度高、变形小。例如，专利[6]采用分水块形成冷却剂通道，冷却管直径可调，不同位置冷却速率不同。传统模具的水道基本是固定的。如需调整，只能重新设计模具、重新布置水道。该专利提供了同一个模具灵活适应加工不同工件的思路。对于U型管组成的水道，专利[7]在工件的各个部位采用不同的U型管布置方式进行冷却，可以避免工件成型后因冷却不均匀而造成的变形偏差。专利[8]提出的成型模具由多个镶件组成。嵌件中有随形冷却水道。底板与安装板之间的安装腔内有与冷却系统相连的部件，这些部件与冷却水道相连，使模具更具可变性。柔性好，解决了直管无法贴合形状复杂的汽车零部件模具复杂曲面而造成的冷却效果差、圆角温度过高的问题。下模冷却腔设计主要是为了方便脱模和工件淬火。专利[9]在下模座下方设计了冷却供给腔和冷却腔。冲压过程中，胶囊首先受到缓冲，然后利用剩余的冲击力压缩胶囊，使胶囊内的冷却材料进入冷却腔，实现瞬间冷却。

3.2 模具加热结构

具有加热功能的模具可以通过不同区域的变温对工件进行加热，使工件光滑，降低工件的开裂率。从图3可以看出，模具加热解决方案的专利数量相对较少。原因是模具在冲压加工前已达到高温且温度均匀。此工艺对工件的质量影响不大。另外，炉内热处理一般采用快速冷却或自然保温。未来还可以在提高加热效率、热处理加热保温等方面布局相关专利，保护创新技术。典型的模内加热和隔热专利有专利[10]。本发明用于加工空心型材构件。冲压后不同区域的变温加热可以实现部件的高弯曲模量和高剪切模量，提高强度，实现工件的轻量化。该专利在上下模冲头上设计了多个均匀分布的加热通道。每个通道均设有独立开关，控制局部冲头温度，使工件不同区域的加热温度不同，从而提高工件的性能。

3.3 具有加热和冷却功能的结构

从前面的分析可以看出，汽车热冲压模具专利中，兼具加热和冷却功能的模具结构作为知识产权保护的对象，是已申请专利布局的重点，如图2所示汽车零部件中，有一些断面不等厚的零件，如一体式拼焊门环、拼焊B柱等，此类零件一般采用热冲压工艺，从而使半成品成型。成品钣金是在保持高于铁素体转变温度的同时进行压力淬火，以满足不等厚断面金属工件的强度要求，降低生产成本。具有加热和冷却功能的模具可以从模具本体和加热和冷却元件两个方面获得专利。

模具本体的典型专利有[11]发明的热压成型模具。将片材在不等厚板冲压模具中成型、淬火，得到不等厚板料。为了防止板材冷却过快，对模具进行成型和淬火。模具内设计有电加热棒。对应工件需要强化的区域，在压力淬火模具内设计冷却管道，控制工件的冷却速度，保证工件内部金相组织由奥氏体转变为马氏体。

对于模具的加热和冷却部件，可以从部件布局和功能特性的角度进行专利布局。典型专利如专利[12]将部件同时固定布置在模具的不同位置，冷却元件可根据工件的需要移动，提高了模具的通用性。还有专利以加热元件的特性为发明点，如专利[13]发明的自电阻加热电极块，可以独立控制加热温度；专利[14]发明的电磁加热器通过电磁感应原理产生电流，从而实现加热。该装置是自供电的。

从以上分析可以看出，具有加热、冷却功能的一体化模具可以从模体结构设计、加热/冷却元件结构、加热/冷却元件布局以及加热/冷却元件功能实现特点等方面进行创新设计。 ，并制定专利布局。另外，模具加热/冷却模式转换控制的专利申请较少，相关专利也可以在这个方向进行创新设计和布局。

4项典型热冲压汽车零部件产品专利

布局专利时，应考虑侵权证据的获取难度。如果更容易获取侵权证据，可以优先考虑布局。在汽车零部件热冲压领域，按照获取侵权证据的难易程度，优先级从高到低依次为：热冲压汽车零部件产品、热冲压汽车零部件模具、热冲压工艺。本文从热冲压汽车零部件产品的角度分析专利布局现状。

4.1 汽车B柱模具

汽车B柱零件中部存在弧形特征，零件中部截面尺寸变化较大，导致相应的凸缘部分在冲压过程中容易起皱甚至叠料，如图3中虚线部分所示。一般采用压边机来防止工件在拉伸、拉深过程中起皱。其结构复杂，成本高，且不能完全消除起皱。同时，经过长时间的批量冲压后，模具镶件的表面会出现明显的凹形。零件的凹坑、起皱缺陷会越来越明显。

为了解决上述问题，专利[15]采用了在冲头中部设计的预压料凸台（图4中的编号3），采用压边工艺，可以很好地控制B的过程-立柱热冲压件。兰花部分有皱纹。预压料凸台3的长度L1、L2为400～，预压料凸台3的上表面与冲头对应凸缘部上表面的高度差H1、H2为30至60毫米。材料凸台3的宽度W1和W2为30～。本发明取消了原有的B柱边环结构，在模具中部易产生褶皱的凸缘部分设计了固定预压料凸台。如图4b所示，凸台3的内边缘线a的形状与冲头相应凸缘部分的边缘线b形状相同且保持平行，距外边缘的距离g1、g2切线为1~15毫米 用于控制冲压过程中毛坯的材料流动，最大程度地消除整个冲压过程中的起皱倾向，保证冲压件上不会出现开裂缺陷。的侧壁的部分。此外，该方案还具有结构简单、制造成本低、使用维护方便等优点，适合制造超高强度汽车B柱零件。

对于B柱零件，模具不仅要提供足够的冷却效率，还要具有高强度。因此，其内部冷却管道的布置必须覆盖足够的面积，但又不能太复杂；另一方面，为了保证工件在淬火前内部组织完全为奥氏体，工件在传递和冲压过程中的温降应尽可能低。专利[16]给出的模具冷却水道是从两端向中心钻孔加工而成，两端设计有密封板。当模具对工件进行淬火时，模具内的冷却水从不同方向带走工件的热量。同时，设计的隔热顶块可以防止模具顶块与模具直接接触而导致冷却。冲床模具水道结构如图5所示，整体方向与B柱表面弯曲方向一致。连接点位于B柱表面的弯折处。横管位于两组纵管之间。阴模水道结构如图5所示，如图6所示，它们与冲模内的管道垂直，等间隔分布，覆盖整个型材，并与两侧的汇合槽相连模具的。另外，如图7所示，模具的绝缘顶块与弹簧连接。顶块在冲压前突出于模具表面，承载工件并避免与模具直接接触和冷却。本发明的管道装置结构简单，易于加工。考虑到工程加工和生产，这种结构还有进一步优化的空间。

4.2 汽车纵梁模具

汽车纵梁是汽车的重要组成部分。目前大多采用热成型模具冲压而成，大大提高了整车的碰撞安全性和NVH性能。专利[4]实现了汽车热成型纵梁模具的快速、精确冲压成型，避免了纵梁模具成型后因冷却不均造成的变形偏差，保证了纵梁模具加工后的尺寸精度。本发明模具如图8所示，包括上模、标准块、出水管、下模和挡板。上模顶部设有等间距的标准块，标准块的底端与上模固定连接，标准块下方的上模底部设有下模，模具型腔位于上模底部，位于下模上方。型腔内安装有模芯，其顶部与上模固定连接。模具底部设有4个第一限位块，其顶部与上模固定连接。在第一限位块下方的下模顶部设置有4组第二限位块。第二限位块的底端与下模连接。模具固定连接。本发明的模具分为多个部件，因此可以考虑适当减少模具部件的数量，以减少加工误差的隐患点。因此，将模具从零件转换为零件，也是模具设计的一个新思路，也是一个专利布局方向。

在热成形过程中，零件淬火后的屈服强度将达到1 200 MPa以上，并且在后续步骤中很难再成形。因此，纵梁主体的成形和端部的整体翻边成形需要在同一道热成形工序中完成。

专利[17]使钣金能够在同一套模具中同时完成纵梁件和翼缘件的成形和保压淬火，避免了淬火后零件屈服强度过高的问题且后期加工成型困难。模具如图9所示，包括本体成型模具和翻边模具：本体成型模具用于将板料的一部分成型为纵梁部分；本体成型模具和翻边模具中的一个可以相对于另一个沿指定方向移动提升和下降，直到从本体成型模具突出的片材的剩余部分翻转以形成垂直于本体成型模具的纵向的翻边部分。纵梁部分。基于该发明专利，我们可以考虑将冲裁工艺与成形、翻边工艺合并，不仅进一步提高生产效率，而且扩大了知识产权的保护范围。

5 结论

国内汽车热冲压专利布局较晚。随着我国车身减重和汽车百公里能耗规定日益严格，汽车热冲压模具专利申请量经历了两次快速增长。从专利申请情况来看，热冲压模具技术从2012年开始快速发展，2019年再次出现突破性增长。热冲压过程中板材的加热、保温、冷却温度和时间是影响涂层和表面质量的重要因素零件的性能，也是热冲压模具设计中的关键考虑因素。从专利数量来看，模具加热/冷却细分领域的专利数量相对较多。汽车热冲压模具的技术创新集中在加热和冷却结构的设计上。由于热冲压具有对工件进行加热和淬火的功能，因此模具的技术创新主要集中在加热和冷却结构的设计上。在集成加工、保证零件几何形状和尺寸、提高生产效率方面也有一些专利申请。但从专利申请的细分来看，温控元件和温控方法的专利较少，国内企业可以进一步布局相关专利。

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