沖擊吸收部件制造技術(shù)

提供一種沖擊吸收部件，該沖擊吸收部件能夠與沖擊負(fù)載的負(fù)荷方向無(wú)關(guān)地進(jìn)行穩(wěn)定的蛇紋狀的擠壓變形，并且屈曲波長(zhǎng)小，屈曲負(fù)載大。所述沖擊吸收部件構(gòu)成為，部件截面的最長(zhǎng)周長(zhǎng)的50％以上是將層疊金屬板(9)(沖擊吸收部件)加工成具有至少兩條棱線(3)的形狀而成的部件，該層疊金屬板(9)在芯層(10)的兩面層疊有由與芯層(10)相比楊氏模量以及密度更大的金屬板構(gòu)成的表層(5A、5B)，表層(5A、5B)的板厚(tf)與芯層的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】沖擊吸收部件
本專利技術(shù)涉及在汽車等的輸送設(shè)備中使用的沖擊吸收部件。
技術(shù)介紹
輸送設(shè)備的安全基準(zhǔn)逐年提高，最重要的是在碰撞時(shí)，即便損傷輸送設(shè)備的功能，也要保護(hù)客艙的乘坐人員。因此，基于吸收碰撞時(shí)的能量，緩和傳遞至客艙內(nèi)的沖擊的目的，推行在客艙周圍的框架中應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板，實(shí)現(xiàn)碰撞安全性的提高。此外，近年來(lái)，不僅考慮碰撞安全性、還考慮碰撞后的維修性而利用吸能盒這樣可更換的沖擊吸收部件吸收沖擊的車型增多。該沖擊吸收部件以沖擊吸收部件的沖擊吸收方向成為汽車的長(zhǎng)度方向的方式裝配在客艙的前面以及后面，在碰撞時(shí)，沖擊吸收部件在沖擊吸收方向上擠壓變形，從而吸收沖擊能量。因此，該沖擊吸收部件要求以下特性。[1]具有較高的沖擊能量吸收性能。[2]由于汽車的碰撞不一定與沖擊吸收部件的沖擊吸收方向平行，因此，在從與沖擊吸收方向交叉的方向(例如，與沖擊吸收方向的交叉角度為10度的傾斜方向)加載沖擊負(fù)載的情況下，也能夠吸收碰撞能量。[3]輕量，以確保油耗效率。對(duì)于沖擊吸收部件的形狀，如汽車技術(shù)會(huì)論文集no.7(1974)，p.60)所記載，一般采用通過(guò)設(shè)置于帽形截面形狀的部件上的凸緣焊接背板而成的閉口截面的箱型形狀(參照?qǐng)D1E)等中空形狀。根據(jù)圖1A～圖1H說(shuō)明沖擊吸收部件吸收沖擊能量時(shí)的變形行為。這里，圖1A～圖1D是從變形前到最初的屈曲(buckling)變形結(jié)束期間的立體圖。本說(shuō)明書中所說(shuō)的沖擊吸收方向指的是，在沖擊吸收部件1的棱線方向設(shè)置為上下方向時(shí)相對(duì)于設(shè)置面4垂直的方向(圖1A的箭頭P2)。此外，圖1E～圖1G示出相對(duì)于各變形時(shí)的沖擊吸收方向(箭頭P2)垂直的水平截面的形狀。此外，圖1B的虛線示出剛施加沖擊之后的側(cè)面2的中央部的變形行為，圖1F以及圖1G的虛線是變形前的水平截面。當(dāng)沿沖擊吸收方向(箭頭P2)施加沖擊負(fù)載P1時(shí)，首先，在剛性小的側(cè)面2的中央部，周期性地(周期H)產(chǎn)生向面外方向(相對(duì)于面垂直地貫通的方向)鼓起(或凹陷)的彈性變形(圖1B的虛線以及圖1F的實(shí)線)。另一方面，剛性大的棱線3在高度方向上壓縮變形。這里，如鐵木辛柯著，屈曲理論，CORONA公司，1971，p221－225(以下，簡(jiǎn)稱為“鐵木辛柯”。)所示，在側(cè)面產(chǎn)生的彈性變形與單純支承周邊的板的彈性屈曲等價(jià)，根據(jù)變分原理，屈曲波長(zhǎng)H與板寬度(側(cè)面2的寬度(棱線間的間隔))相等。此外，若在沖擊吸收方向(箭頭P2)上進(jìn)行變形，則側(cè)面2的彈性變形從中央部沿棱線3的方向擴(kuò)展，并且面外方向的變形也增大。另一方面，對(duì)于棱線3，壓縮變形量也增大。并且，在側(cè)面2的面外變形到達(dá)棱線3的時(shí)刻，在彈性變形量最多的位置發(fā)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生棱線3的彎折。并且，在側(cè)面2以及棱線3的雙方開始出現(xiàn)局部的塑性屈曲(褶皺狀的變形)(圖1C的虛線部以及圖1G)。若進(jìn)一步進(jìn)行變形，則棱線3、側(cè)面2完全彎折并接觸，第一個(gè)周期的屈曲變形結(jié)束(圖1D)。此時(shí)的擠壓位移與周期H一致。并且，在另一個(gè)截面開始發(fā)生相同的屈曲變形。公知通過(guò)反復(fù)進(jìn)行以上這樣的屈曲變形，沖擊吸收部件1擠壓變形為圖1H這樣的蛇紋狀(風(fēng)琴狀)，吸收沖擊能量(上述汽車技術(shù)會(huì)論文集)。此外，以下，在本說(shuō)明書中，將H定義為擠壓變形時(shí)的屈曲波長(zhǎng)，將在沖擊吸收方向上變形并如圖6所示那樣變形為蛇紋狀的擠壓定義為軸向擠壓，將垂直于沖擊吸收方向剖切而成的截面定義為部件截面。接下來(lái)，根據(jù)圖2說(shuō)明此時(shí)的沖擊吸收方向的位移與負(fù)載的關(guān)系。在施加沖擊負(fù)載而產(chǎn)生棱線3的彎折之前(對(duì)應(yīng)于從圖1B到圖1C之間的變形)，負(fù)載上升(圖2，O→A)，在第一次屈曲變形時(shí)達(dá)到最大負(fù)載Pm1。之后，當(dāng)開始棱線3的塑性屈曲時(shí)，隨著塑性屈曲的進(jìn)行(對(duì)應(yīng)于從圖1C到圖1D之間的變形)而減少能夠通過(guò)棱線3吸收的能量，因此負(fù)載降低(圖2，A→B)。當(dāng)側(cè)面2完全彎折并接觸，第一次屈曲變形結(jié)束時(shí)，第二周期的變形同樣地開始，負(fù)載在棱線3彎折之前上升(圖2，B→C)，局部的塑性屈曲開始，負(fù)載在局部的塑性屈曲結(jié)束之前下降(圖2，C→D)。以后，反復(fù)進(jìn)行該位移－負(fù)載行為。其結(jié)果，伴隨著周期H的蛇紋狀(風(fēng)琴狀)變形，所施加的負(fù)載也如圖2那樣以周期H反復(fù)上升、下降。這里，圖2的C點(diǎn)、E點(diǎn)分別是第二次屈曲變形時(shí)的最大負(fù)載Pm2、第三次屈曲變形時(shí)的最大負(fù)載Pm3。另外，與Pm1相比第二次之后的最大負(fù)載小的原因在于，因第一次屈曲而產(chǎn)生軸向偏移，兩個(gè)周期之后，施加于棱線3的負(fù)載成為偏負(fù)載。由于沖擊吸收部件顯示出上述圖1A～圖1H、圖2的位移－負(fù)載曲線輪廓、擠壓變形，因此為了滿足上述[1]，必需采用以下對(duì)策。碰撞時(shí)的吸收能量等于位移－負(fù)載曲線下部面積，即(W：平均負(fù)載)×(位移)。因此，重要的是增大W，Pmi(i＝1，2，3···，n)以及屈曲變形次數(shù)n越大，W越大。因此，增加所構(gòu)成的板材的拉伸強(qiáng)度或彎曲力矩而增加Pmi、并且減小屈曲波長(zhǎng)而增加屈曲變形次數(shù)n是有效的。另外，在從傾斜方向加載沖擊負(fù)載的情況下，施加于沖擊吸收部件的負(fù)載變成偏負(fù)載。因此，對(duì)于偏負(fù)載，也需要設(shè)計(jì)部件形狀、材料強(qiáng)度，以便增大位移－負(fù)載曲線下部面積。另一方面，近年來(lái)從CO2減少、燃油經(jīng)濟(jì)性提高的觀點(diǎn)出發(fā)，強(qiáng)烈要求車身的輕量化。另外，在電動(dòng)汽車等的新生代汽車中，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度的CO2減少，但由于搭載電池而使得車身總質(zhì)量增加，因此無(wú)法獲得足夠的航續(xù)距離，對(duì)新生代汽車的普及造成較大的阻礙。基于這樣的觀點(diǎn)，也強(qiáng)烈要求構(gòu)成汽車的材料以及部件的大幅輕量化。為了實(shí)現(xiàn)上述[3]的輕量化，不僅部件本身的輕量化是重要的，減小部件體積來(lái)防止周邊部件的容量增加也是重要的。因此，在利用輕量部件構(gòu)成部件的同時(shí)，需要設(shè)計(jì)能夠省略構(gòu)成材料、提高單位體積的沖擊吸收能量的材料、形狀。以往，為了滿足上述[1]～[3]的特性，公知以下技術(shù)等。從材料以及部件形狀的雙方面完成了對(duì)策。例如，在日本專利第2783100號(hào)公報(bào)中，公開了殘留奧氏體的形態(tài)會(huì)對(duì)沖擊吸收能力造成影響。并且，公開了以下方案：通過(guò)規(guī)定能夠得到顯示出良好碰撞性能的殘留奧氏體鋼的形態(tài)的化學(xué)成分以及制造工序，由此提高具有殘留奧氏體的鋼板的碰撞性能。其目的在于提高鋼板的拉伸強(qiáng)度并增大Pmi。然而，由于沒(méi)有使屈曲波長(zhǎng)H減小的效果，因此屈曲變形次數(shù)不增加。其結(jié)果，即便Pmi增大，也難以大幅增加吸收能量。特別是，若減小沖擊吸收方向的沖擊吸收部件，則難以充分吸收沖擊，因此難以使部件緊湊并實(shí)現(xiàn)輕量化。另外，日本特開平7－224874號(hào)公報(bào)中公開了由纖維強(qiáng)化樹脂構(gòu)成的沖擊吸收部件。通過(guò)使用具有脆性的樹脂材料而產(chǎn)生逐次的破壞，能夠增大沖擊能量吸收效率。并且，其目的在于通過(guò)利用高強(qiáng)度的纖維進(jìn)行加強(qiáng)來(lái)提高屈曲強(qiáng)度。在該專利技術(shù)中，由于使用脆性材料，因此與鋼材這樣的塑性材料的變形不同，屈曲變形部整體能夠吸收沖擊能量，沖擊能量吸收效率高。此外，Pmi也因加強(qiáng)纖維而增大。并且，由于利用輕量材料構(gòu)成，因此也容易實(shí)現(xiàn)輕量化。然而，存在制造性低且成本高的課題。此外，由于是脆性破壞，因此破片向周圍飛散，也考慮到這會(huì)危害周圍的人、物體的可能性。汽車技術(shù)，vol.47，no.4(1993)，p.57中公開了在側(cè)面加工有稱作破碎補(bǔ)強(qiáng)筋(crashbead)的凹槽的沖擊吸收部件。該技術(shù)的目的在于，通過(guò)在側(cè)面以小間隔加工成為碰撞時(shí)的屈曲變形的起本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種沖擊吸收部件，在部件的沖擊吸收方向的一側(cè)的端部受到?jīng)_擊負(fù)載時(shí)，吸收沖擊能量，其中，所述沖擊吸收部件構(gòu)成為，部件截面的最長(zhǎng)周長(zhǎng)的50％以上是將層疊金屬板成形加工成具有至少兩條棱線的形狀而成的部件，該層疊金屬板在芯層的兩面接合層疊由與所述芯層相比楊氏模量以及密度更大的金屬板構(gòu)成的表層，且截面相同，所述表層的板厚(tf)與所述芯層的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2013.03.04 JP 2013-0422081.一種沖擊吸收部件，在部件的沖擊吸收方向的一側(cè)的端部受到?jīng)_擊負(fù)載時(shí)，通過(guò)軸向擠壓變形來(lái)吸收沖擊能量，其中，所述沖擊吸收部件構(gòu)成為，部件截面的最長(zhǎng)周長(zhǎng)的50％以上是將層疊金屬板成形加工成具有至少兩條棱線的形狀而成的部件，該層疊金屬板在芯層的兩面接合層疊由與所述芯層相比楊氏模量以及密度更大的金屬板構(gòu)成的表層，且截面相同，所述表層的板厚(tf)與所述芯層的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊吸收部件，其中，所述沖擊吸收部件的部件截面的形狀是全開口截面形狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊吸收部件，其中，所述沖擊吸收部件的部件截面的形狀是局部開口截面形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊吸收部件，其中，所述沖擊吸收部件的部件截面的形狀是全閉口截面形狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的沖擊吸收部件，其中，所述層疊金屬板的所述表層的楊氏模量(Ef)與所述芯層的楊氏模量(Ec)的楊氏模量比(Ec/Ef)是1/10～1/100000。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖擊吸收部件，其中，所述楊氏模量比(Ec/Ef)是1/10～1/1000。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的沖擊吸收部件，其中，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：古賀敦雄，大石浩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：新日鐵住金株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP