沖擊吸收零件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種即使承受沖擊載荷的方向是與沖擊吸收方向交叉的方向、也可更穩(wěn)定地產(chǎn)生波紋狀的壓扁變形的且輕量的沖擊吸收零件。本發(fā)明專利技術(shù)的沖擊吸收零件由對(duì)在芯層(5)的兩側(cè)面接合層疊由金屬板形成的表層(3A、3B)而成的層疊金屬板(1)進(jìn)行成形而成的構(gòu)件構(gòu)成。通過(guò)對(duì)構(gòu)成沖擊吸收零件的層疊金屬板(1)的中心層的變形率進(jìn)行控制，無(wú)論沖擊載荷的承受方向如何，都以較小的波長(zhǎng)變形，因此，本發(fā)明專利技術(shù)的沖擊吸收零件能夠更穩(wěn)定地進(jìn)行波紋狀的壓扁變形。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】沖擊吸收零件
本專利技術(shù)涉及汽車等輸送機(jī)車所使用的沖擊吸收零件。
技術(shù)介紹
輸送機(jī)車的安全基準(zhǔn)年年提高，重要的是，在碰撞時(shí)即使損傷輸送機(jī)車的功能，也要保護(hù)駕駛室的乘員。因此，出于吸收碰撞時(shí)的能量而對(duì)向駕駛室內(nèi)傳遞的沖擊進(jìn)行緩和的目的，駕駛室周圍的框架應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板，謀求了碰撞安全性的提高。而且，近年來(lái)，不僅考慮碰撞安全性，還考慮碰撞后的修復(fù)性，增多了通過(guò)沖撞盒那樣的能夠更換的沖擊吸收零件吸收沖擊的車種。該沖擊吸收零件以沖擊吸收零件的沖擊吸收方向成為汽車的長(zhǎng)度方向的方式安裝在駕駛室的前面以及后面，在碰撞時(shí)沿著沖擊吸收方向呈波紋狀壓扁變形，從而吸收沖擊能量。另外，所述沖擊吸收零件的形狀由于車種的不同而略微不同，但受到設(shè)置空間的制約。在此，波紋狀的壓扁變形是指，如圖1的(a)～(e)所示，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行以一定壓曲波長(zhǎng)H形成的壓曲折皺bw被折疊那樣的變形，從而呈波紋狀壓扁變形。除了該變形以外，存在產(chǎn)生整個(gè)零件彎折的不穩(wěn)定的變形的情況，但在這樣的變形中，無(wú)法充分地吸收沖擊能量是顯而易見(jiàn)的。另外，汽車的碰撞未必與沖擊吸收零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，與沖擊吸收方向交叉的交叉角度為10度的傾斜方向)承受沖擊載荷的情況下也需要吸收沖擊能量。根據(jù)以上內(nèi)容，沖擊吸收零件所要求的是，出于將輕碰撞時(shí)(例如，15km/h時(shí)的碰撞)的沖擊能量全部吸收并抑制其他構(gòu)件的損傷這樣的觀點(diǎn)考慮，無(wú)論承受沖擊載荷的方向如何，都切實(shí)且穩(wěn)定產(chǎn)生波紋狀的壓扁變形。另外，出于提高燃料經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)考慮，構(gòu)件的輕量化也是非常重要的課題。以往，為了使沖擊吸收零件更穩(wěn)定地進(jìn)行波紋狀的壓扁變形，進(jìn)行了將沖擊吸收零件的材料以及形狀參數(shù)嚴(yán)密地控制的研究。例如，在非專利文獻(xiàn)1中報(bào)告了如下內(nèi)容：受到軸向的壓縮載荷的薄壁圓筒構(gòu)件的壓扁行為由材料的屈服應(yīng)力σy與縱彈性系數(shù)(楊氏模量)E之比σy/E支配，在σy/E較小的情況下，容易產(chǎn)生軸對(duì)稱的壓曲模式，在σy/E較大的情況下，產(chǎn)生非軸對(duì)稱的壓曲模式。同樣，在非專利文獻(xiàn)2中報(bào)告了如下內(nèi)容：對(duì)于薄壁圓筒構(gòu)件的壓扁行為，由于構(gòu)件的直徑d與板厚t之比d/t，壓扁模式發(fā)生變化。另外，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了如下研究：通過(guò)將具有截面形狀為四邊形以上的多邊形截面的沖擊吸收零件的板厚t與截面的周長(zhǎng)M之比t/M控制在0.0025以上，使沖擊吸收零件呈波紋狀壓扁變形。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了如下研究：通過(guò)將構(gòu)成截面形狀為多邊形的沖擊吸收零件的截面的多邊形的邊中的鄰接的邊的長(zhǎng)度之比控制在2.3以下，使沖擊吸收零件呈波紋狀壓扁變形。將上述的沖擊吸收零件的材料以及形狀參數(shù)嚴(yán)密地控制的研究對(duì)于使由一般的金屬材料形成的沖擊吸收零件呈波紋狀壓扁變形是有用的見(jiàn)解。另一方面，在是由在芯層的兩側(cè)面接合層疊由金屬板形成的表層而成的層疊金屬板形成的沖擊吸收零件的情況下，僅通過(guò)控制上述的材料以及形狀參數(shù)，難以提供一種最大限度地應(yīng)用了重量與金屬板相比較輕量、且以較小的壓曲波長(zhǎng)變形的層疊金屬板的特征的沖擊吸收零件。關(guān)于由層疊金屬板形成的沖擊吸收零件，報(bào)告了如下內(nèi)容：通過(guò)對(duì)表層的金屬板的楊氏模量與芯層的楊氏模量之比進(jìn)行控制，使該由層疊金屬板形成的沖擊吸收零件以較小的壓曲波長(zhǎng)呈波紋狀壓扁變形，該變形的機(jī)理如下所述。層疊金屬板的芯層對(duì)兩面的金屬板進(jìn)行接合約束，因此層疊金屬板能夠模型化成用彈性彈簧11將彼此約束的兩張金屬板12、12(圖2的(a))。金屬板12的變形自由度存在差異，但該兩張金屬板12、12的壓扁變形模式與彈性基底(日文：弾性床)13上的金屬板12的壓扁變形模式(圖2的(b))是等價(jià)的。彈性基底13相當(dāng)于約束彈性彈簧。在由彈性彈簧11約束的兩張金屬板12、12(圖2的(a))中，兩張金屬板12是非固定的，在彈性基底13上的金屬板12(圖2的(b))中，僅1張金屬板12是非固定的。因此，在使由彈性彈簧11約束的兩張金屬板12、12壓扁變形的情況下的彈性彈簧11的變形相當(dāng)于剪切變形，使彈性基底13上的金屬板12壓扁變形的情況下的彈性彈簧11的變形相當(dāng)于拉伸變形。然而，哪一種情況都通過(guò)彈性體的變形和金屬板的變形來(lái)吸收壓扁能量。并且，在變形時(shí)，成為變形能量的總和最小的變形。在此，表層的金屬板12在以與直線部相等的壓曲波長(zhǎng)H1(圖2的(c))變形時(shí)，能量ef最小。另一方面，彈性基底的變形能夠縮小使拉伸極小的情況下的能量。其結(jié)果，在如圖2的(d)所示那樣以較小的壓曲波長(zhǎng)H2變形時(shí)，能量ec最小。因而，彈性基底上的板的壓曲波長(zhǎng)由ec、ef的大小的平衡決定，成為小于H1且大于H2的值(圖2的(c)、(d))。層疊金屬板也基于同樣的原理以較小的壓曲波長(zhǎng)壓扁變形。即、在以較大的壓曲波長(zhǎng)變形的情況下變形能量小的表層和在以較小的壓曲波長(zhǎng)變形的情況下變形能量小的芯層之間的變形能量的大小關(guān)系上平衡、且以雙方的變形能量的和最小那樣的壓曲波長(zhǎng)變形。在以較小的壓曲波長(zhǎng)變形的情況下存在變形能量小的芯層的變形貢獻(xiàn)，因此，與由單一材料構(gòu)成的沖擊吸收零件相比較，由層疊金屬板形成的沖擊吸收零件能夠以較小的波長(zhǎng)壓扁變形。然而，在芯層的楊氏模量較高、且接合材料使用了焊料那樣的難以變形的材料的層疊金屬板中，芯層幾乎不變形，難以以較小的壓曲波長(zhǎng)變形，因此，沖擊吸收零件存在無(wú)法穩(wěn)定地獲得波紋狀的壓扁變形的可能性。另外，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)一種沖擊吸收零件，該沖擊吸收零件由具有朝向內(nèi)部凹陷的槽部的多邊形閉合截面構(gòu)成，且在截面的一部分的彎曲力矩設(shè)置有差異。示出了如下內(nèi)容：通過(guò)設(shè)為這樣的復(fù)雜的截面形狀，使壓曲波長(zhǎng)縮小，相對(duì)于來(lái)自傾斜方向的碰撞也能獲得穩(wěn)定的波紋狀的壓扁變形，能夠進(jìn)行充分的沖擊能量吸收。然而，上述研究以金屬板為對(duì)象，在用層疊金屬板設(shè)為同樣的復(fù)雜的形狀的情況下，在成形時(shí)產(chǎn)生表層的斷裂等成形不良，無(wú)法獲得所期望的形狀的可能性較高。如上所述，以往，為了即使是與沖擊吸收零件的沖擊吸收方向交叉的方向、也呈波紋狀壓扁變形，對(duì)沖擊吸收零件的材料以及形狀參數(shù)進(jìn)行了控制，但通過(guò)以輕量的材料構(gòu)成且更穩(wěn)定地呈波紋狀壓扁變形，無(wú)法達(dá)到兼顧提高輸送機(jī)車的燃料經(jīng)濟(jì)性和確保充分的沖擊能量吸收量。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平9－277953號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2011－218935號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2006－207724號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1：M&M材料力學(xué)會(huì)議2008，“OS0905-1”-“OS0905-2”非專利文獻(xiàn)2：一般社團(tuán)法人日本機(jī)械學(xué)會(huì)關(guān)西支部報(bào)告會(huì)報(bào)告論文集2005(80)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的問(wèn)題本專利技術(shù)的目的在于提供一種即使承受沖擊載荷的方向?yàn)榕c沖擊吸收方向交叉的方向、也更穩(wěn)定地產(chǎn)生波紋狀的壓扁變形的且輕量的沖擊吸收零件。用于解決問(wèn)題的方案本專利技術(shù)人等為了解決上述問(wèn)題對(duì)于由層疊金屬板形成的沖擊吸收零件進(jìn)行了更詳細(xì)的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如下內(nèi)容：在芯層的楊氏模量較高、且接合材料使用了焊料那樣的難以變形的材料的層疊金屬板中，芯層幾乎不變形，難以以較小的壓曲波長(zhǎng)變形，因此，存在由于承受載荷的方向而無(wú)法穩(wěn)定獲得波紋狀的壓扁變形的可能性。針對(duì)該問(wèn)題反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果得到了如下結(jié)論：為了使層疊金屬板更穩(wěn)定地以小的壓曲波長(zhǎng)壓扁變形，接合層的變形行為也為本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種沖擊吸收零件，其在零件的沖擊吸收方向的一個(gè)端部承受沖擊載荷時(shí)吸收沖擊能量，其特征在于，該沖擊吸收零件是對(duì)在芯層的兩面接合層疊由金屬板形成的表層而成的層疊金屬板進(jìn)行成形加工而構(gòu)成的，所述層疊金屬板的除了表層之外的中心層的變形率為7.0％～75.0％，該變形率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出的彎曲剛度相對(duì)于能夠根據(jù)所述層疊金屬板的結(jié)構(gòu)算出的計(jì)算剛度的減小率。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2013.11.27 JP 2013-2450921.一種沖擊吸收零件，其在零件的沖擊吸收方向的一個(gè)端部承受沖擊載荷時(shí)吸收沖擊能量，其特征在于，該沖擊吸收零件是對(duì)在芯層的兩面接合層疊由金屬板形成的表層而成的層疊金屬板進(jìn)行成形加工而構(gòu)成的，所述層疊金屬板的除了表層之外的中心層的變形率由下述式子(101)定義，層疊金屬板的中心層的變形率＝100×(Dcal－Dexp)/Dcal…(101)Dcal＝Eb(H3－h(huán)3)/12…(102)在此，Dcal是根據(jù)所述式子(102)算出的所述層疊金屬板的計(jì)算剛度，Dexp是所述層疊金屬板的彎曲剛度的實(shí)測(cè)值，E是所述表層的楊氏模量，b是所述層疊金屬板的樣品寬度，H是所述層疊金屬板的厚度，h是所述芯層的厚度，所述中心層的變形率為7.0％～75.0％，該沖擊吸收零件的與沖擊吸收方向垂直的任意的截面的形狀具有最小曲率半徑為7.0mm以上的曲線部，該截面的周長(zhǎng)中的所述曲線部為30.0％以上，而且，所述截面的形狀為閉合構(gòu)造、或者所述截面的形狀具有小于截面周長(zhǎng)的15.0％的開(kāi)口部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊吸收零件，其特征在于，所述表層由楊氏模量比所述芯層的楊氏模量大的金屬板形...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：古賀敦雄，田所健一郎，
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