安 超
（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）
机械除鳞法由于环境友好，获得越来越多金属制品生产厂家的关注，并呈现出取代酸洗除鳞的趋势[1]，目前机械除鳞法在金属管线表面除鳞技术中占据79%的比重，因此对其技术分析具有重要的现实意义。
本文主要以专利为依托，对该领域专利申请数据进行统计分析。分析得出，该领域最早的相关申请出现在1966年，之后截止到20 世纪80 年代均为平稳增长阶段，进入21 世纪后为迅猛发展阶段。日本、德国、美国、欧洲各国以及前苏联的专利申请量在上个世纪占了较大比重，中国虽然在该领域起步较晚，但近年来的发展十分迅猛，截至目前中国专利申请总量已占全球申请总量的51%。
机械除鳞法技术分支较多，占据前三的分别是反复弯曲法、钢丝刷除鳞法、喷砂法，以下对这些重要分支分别进行发展脉络梳理。
机械除鳞技术中应用最多的是反复弯曲除鳞法，其主要是通过多个剥壳轮对线材进行反复弯曲，以实现除鳞的目的。
反复弯曲法历史悠久，在专利领域最先出现的时间是1973年，专利申请DE2328109A 将线材弯曲到弹性极限后用滚轮进行打磨，取出残留氧化皮，达到除鳞的目的。随后1979 年专利申请FR7926620A中，将一次性弯曲发展为反复弯曲，其通过5 个剥壳轮对线材进行反复弯曲后，进一步结合模具刀对残留氧化皮进行打磨，并将除去的氧化皮进行收集，该方法达到了较好的除鳞效果；
同年11月，专利申请SU2837213A 对剥壳轮的滚轮布置进行了详细研究，线材先穿过多个剥壳轮构成的水平辊，然后经过竖直布置的滚轮，最后在经过一组剥壳轮构成的水平辊，对线材进行全方位除鳞。随后1994年，专利申请JP15002394A 对弯曲辊的转速进行研究，并首次采用对线材进行扭曲的方法，将线材以便扭曲以便经过多个剥壳轮进行反复弯曲。2001 年专利申请JP2001033006A 首次采用反复弯曲法与喷砂相结合，线材经剥壳轮反复弯曲后进入喷砂室，进行氧化皮的去除。
进入21 世纪，中国的专利申请如同雨后春笋一般的发展起来。2002 年专利申请CN02137851A，如图1 所示，工件进入一组剥壳轮后进行氧化铁皮的疏松剥壳，然后采用钢丝刷对氧化铁皮进行刷除。2011 年专利申请CN201110247032A 首次采用反复弯曲后采用钢丝刷处理，并随后进行电解的方法除鳞，实现钢绞线生产过程的无酸洗拉拔和在线电解轮滑，节省能源消耗和人员配置，提高了生产效率。2012 年专利申请CN201310012758A 提供一种对钢筋外表面全方位除氧化皮，多个平面布置的剥壳轮实现了较好的除鳞效果。2015 年专利申请CN201520072492，采用剥壳轮对盘条进行反复弯曲破坏氧化皮层，然后通过吹气喷嘴对盘条高压吹气吹掉氧化皮，校直后再次通过吹气喷嘴清理细小氧化皮等杂质，对盘条进行彻底清洁。
反复弯曲法经历了从单独弯曲到反复弯曲，再到结合其他除鳞手段，并改进剥壳轮结构以提高除鳞效果的发展过程，加工方法及效果均较为稳定。
该方法通过在刷轮上设置钢丝，线材穿过转动的刷轮实现氧化铁皮的清洁。钢丝刷最早的结构见于1981 年专利申请SU3259047A，其通过可动夹持线束的夹具去除氧化皮，但是由于线材不能完全接触线刷，导致除鳞效果欠佳。1999 年专利申请DE29918411U 解决了上述问题，其采用一对倾斜布置的钢丝刷轮，线材表面与钢丝刷轮进行了彻底的接触，除鳞效果较好。2003 年专利申请CA2516692A中，首次出现在刷除氧化层时，保留一层未完全氧化的氧化铁层，以防止线材除鳞后被氧化，并在钢丝刷清理后采用喷嘴对钢丝刷进行清洗。2005 年专利申请RU2005105980A 对钢丝刷的布置角度进行了详细的研究，多个不同角度布置的钢丝刷对线材进行了全方位除鳞，该国专利申请RU2006137073A 采用电控钢丝刷的移动，提高了除鳞效率。中国于 2009 年申请的专利CN200920228664U，对刷轮提出了一种新的布置方案，其采用V 字形设置的刷轮，带动刷轮高速旋转去除线材表面的氧化铁皮。2015 年专利申请CN201510113087A 对钢丝刷的结构进行了详细的研究，保证刷轮与盘条表面全方位、无死角接触，极大提高氧化层的清除效果。
对钢丝刷除鳞法的发展过程进行分析可知，该方法出现较早，之后发展过程主要围绕钢丝刷的结构以及布置结构进行，以期提高线材与钢丝刷表面接触面积以及提高除鳞效率，这种方法紧随反复弯曲除鳞法，成为机械除鳞中应用较多的一种方法，也具有举足轻重的地位。
喷砂法是机械除鳞法中应用较多的一种除鳞方法，其包括离线式整卷除鳞和在线单根除鳞。一般来说，喷砂是通过使具有从大约1mm 到大约40mm 的直径的线材或棒材纵向穿过喷砂机来实现。在喷砂机中，金属丸粒借助于设有径向叶片的转子向线材或棒材的表面投射，它们从中心轴线向地供应并靠离心力沿径向以很高的速度投射丸粒。通常，一台喷砂机设有彼此按120°排列的三个转子，或者彼此按90°排列的四个转子，以致所述线材或棒材的表面暴露于丸粒射束。转子安装成其旋转轴线正交于线材或棒材的纵轴线，最好是相对于棒材的前进方向交错。喷砂法最早出现在1968 年日本申请的专利JP659468A，其经历了在单独的喷砂除鳞的技术内容的基础上，研究通过采用高压空气或者高压水辅助进行喷砂处理，以及研究喷射的速度，以提高线材除鳞的效率，高压水除鳞在实际工业应用中也较为广泛。随后在发现较高的压力会对线材表面造成加工变质问题后，又开始对喷射的压力以及喷射方式进行进一步的调整，在保证较好的除鳞效果的同时兼顾线材质量。
机械除鳞法是目前金属管线除鳞领域主要的加工方法，今后发展方向主要是在现有除鳞技术基础上，进行细节的优化研究，例如刷轮角度、除鳞水压、喷嘴位置布置等精细除鳞，此外，还出现了从源头解决除鳞问题的研究，例如，针对线材除鳞前的运输过程中，氧化鳞皮不能脱落，防止运输过程中基体金属暴露生成铁锈，同时又要满足除鳞过程中比较容易剥落的要求，研究人员针对氧化铁皮的成分以及性能进行了针对性研究，通过控制鳞皮的组成、控制基体金属与鳞皮接触界面的粗糙度、控制鳞皮的厚度等方式，实现了提高除鳞效率、质量，以及节约能量的技术效果。
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