具有非一致横截面的车辆缓冲梁制造技术

一种车辆缓冲器，包括中空管状梁，具有两个侧梁安装部和置于侧梁安装部之间并与之连续成形的前碰撞部。所述前碰撞部包括初始碰撞区和两个附加变形区，且初始碰撞区置于附加变形区之间。所述初始碰撞区具有大致是平的顶面和底面，而每个附加变形区都有大致凸起的顶面和底面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及用于机动车辆的缓冲梁，且尤其涉及用于机动车辆的中空管状缓冲梁。
技术介绍
机动车辆通常包括缓冲器和板件，即一种放在缓冲器上以改善车辆外观和/或空气动力特性的覆盖物。设计车辆缓冲器是为了吸收低速碰撞的能量从而避免损坏车辆的其余部分。这样，在出现这种碰撞时，只需要更换缓冲器和板件，从而降低了维修成本。在板件和缓冲器之间的空间通常用泡沫材料填充。 在低速碰撞中，比如在每小时5英里时，希望用缓冲器吸收一定数量的能量。根据公式e＝(0.5)(m)(v2)，所要吸收的能量数量(e)由车辆的质量(m)和速度(v)限定。从而，在特定速度下特定车辆的测试中，所要吸收的能量(让车辆停止)是不变的。根据公式e＝(F)(s)，被缓冲器吸收的能量是“冲程”(s)和停止车辆时所施加的作用力(F)的函数，冲程(s)是车辆与测试障碍物碰撞后到停下来之前继续移动的距离。因此，较大的作用力和较小的冲程对应的能量吸收可与较小的作用力和较大的冲程的一样。但是，如果作用力太大，超出的能量将转移到车架，导致那里损坏；而如果冲程太大，除了缓冲器外还可能损坏车辆其它部分。因而，作用力与冲程必须平衡，车辆制造商为特定车辆设定了冲程和作用力的标准。这些要求在此称作“性能要求”。 可会影响缓冲器性能的一个因素是沿缓冲梁各点的面积惯性矩(IA)。面积惯性矩是结构元件刚度和强度的度量。对于给定量的特定类型材料，在给定位置的面积惯性矩是在该点的结构横截面形状的函数。对于作用力垂直地施加到实心矩形截面的表面时，IA＝(a3×b)/12，其中a是作用力施加方向上的矩形深度，而b是垂直于作用力施加方向上的矩形高度。对于实心圆柱体，IA＝(π×r4)/4，其中r是半径；而对于空心圆柱体，IA＝(π×(a4-b4))/4，其中a是外表面的半径而b是内表面的半径。对于更复杂的形状，计算更复杂。更大的面积惯性矩对应更大的抗弯力。 除了满足性能要求，缓冲器也必须满足“布置要求”。换言之，缓冲器必须能牢靠地安装到车辆的侧梁上，而侧梁的位置和构造可因车而异。此外，对缓冲器的尺寸会有限制，因为需要安装缓冲器到侧梁的末端之间和车辆板件的后方和下方。另外，车辆制造商可能会为缓冲器设置重量要求和成本要求。 传统上，缓冲器通过辊轧成形，即使用成形轧辊的进行金属成形。当用辊轧成形法成形缓冲器时，把金属板弯成所需的形状，然后把纵向边焊接在一起。用辊轧成形法制作的缓冲器由连续的金属板制作成形，并经制造过程后成为连续的、大体弯曲的管，该管之后被切成合适尺寸的段。因此，当使用辊轧成形来生产缓冲器时，通常会导致缓冲器的弯曲半径整体上不变。换言之，贯穿该管的理论形心线的曲率半径是不变的，此处理论形心线被定义为一条缓冲器元件上任意位置处截取的任何垂直横截面的中心点都会在其上的线。此外，不用进一步的加工步骤，通常仅用辊轧成形制造具有不变横截面的缓冲器。具有这种不变的曲率半径和不变的横截面限制了缓冲器的设计。因此，辊轧成形的缓冲器并不总具有调整现代机动车辆性能要求和/或布置要求所需的设计灵活性。 McKeon等人的美国专利6,349,521公开了具有非恒定横截面的液压成形缓冲梁，其中横截面的前壁和后壁包括具有不同半径的弓形中间部分。该类结构据说能制造具有高能量吸收但有可弯曲中间部分的缓冲梁。 然而，仍然需要有具有做成优化缓冲器在低速碰撞中能量吸收能力而不会导致车辆结构损坏的冲击区的缓冲梁。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及一种包括纵向弯曲的中空管状梁的车辆缓冲器。该梁具有两个侧梁安装部和置于侧梁安装部之间并与侧梁安装部连续成形的前碰撞部。所述前碰撞部包括初始碰撞区和两个附加变形区，其中初始碰撞区置于两个附加变形区之间。所述初始碰撞区具有大致平的顶面、底面，而每个附加变形区都有大致凸起的顶面、底面。 所述初始碰撞区的顶面和附加变形区的顶面每个都优选包括前碰撞部的整个连续顶面的一块区域，而初始碰撞区的底面和附加变形区的底面每个都优选包括前碰撞部的整个连续底面的一块区域。前碰撞部的顶面、底面优选从初始碰撞区的大致平逐渐锥化为附加变形区的大致凸。所述缓冲器可具有前表面，其包括至少沿该前表面的前碰撞部延伸的加强槽。 所述缓冲器的初始碰撞区相对于碰撞方向具有最小面积惯性矩，而每个附加变形区相对于碰撞方向具有最大面积惯性矩，其中初始碰撞区的最小面积惯性矩大于每个附加变形区的最大面积惯性矩。 在一个优选实施方案中，所述缓冲器的梁具有穿过其中的理论形心线，其有中心点，且相对于碰撞方向，前碰撞部的面积惯性矩在对应于中心点的位置处值最大，而在与侧梁安装部相邻的附加变形区的端部处值最小，并且前碰撞部的面积惯性矩从对应于中心点的位置到附加变形区的两端通常持续递减。 所述缓冲器的梁优选由超高强度钢构成，且优选具有周长不变的外表面。贯穿管状梁的理论形心线可在碰撞方向上具有非恒定的曲率半径。 另一方面，本专利技术涉及一种包括具有第一、第二端部和顶面及底面且纵向对称、纵向弯曲的中空管状梁的车辆缓冲器。相对于第一、第二端部而言，该顶面和底面每个都有位于缓冲器中部、大致平的区域。该顶面和底面每个都有位于第一端部和中部之间大致凸起的第一区域和位于第二端部和中部之间大致凸起的第二区域。所述顶面上大致凸起的第一、第二区域可逐渐减锥化成顶面上大致平的区域，而所述底面上大致凸起的第一、第二区域可逐渐锥化成底面上大致平的区域。附图说明图1是根据本专利技术的缓冲器实施方案的主视立体图。 图2是根据本专利技术的缓冲器实施方案的后视立体图。 图3是根据本专利技术的缓冲器实施方案的主视图。 图4是沿根据本专利技术的缓冲器实施方案中心点剖切的且与车辆板件横截面相对准的横截面。 图5是根据本专利技术的缓冲器实施方案的俯视图。 图6是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线6-6剖切的横截面。 图7是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线7-7剖切的横截面。 图8是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线8-8剖切的横截面。 图9是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线9-9剖切的横截面。 图10是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线10-10剖切的横截面。 图11是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线11-11切的横截面。 图12是根据本专利技术的缓冲器实施方案沿图5中线12-12剖切的横截面。 图13是根据本专利技术的缓冲器实施方案的端部的视图。 图14a是其内置有充压环形UHSS管、处于开启位置的液压成形模具的横截面视图。 图14b是其内置有充压且未充分变形的UHSS管、处于不完全闭合位置的液压成形模具的横截面视图。 图14c是其内置有充压且充分变形的UHSS管、处于完全闭合位置的液压成形模具的横截面视图。具体实施方式参见图1至图4，其中所示的是根据本专利技术优选实施方案的缓冲器10。缓冲器10包括具有两个总体在14处标出的侧梁安装部、总体在16处标出的前碰撞部的中空纵向弯曲管状梁12。前碰撞部16置于侧梁安装部14之间并与之连续成形。当将其装到车辆时，缓冲器10置于板件50之后并被其覆盖(如图4所示)。优选地，侧梁安装部14设置在管状梁12的端部17。 前碰撞部16包括初始碰撞区18和两个附加变形区20。初始碰撞区18置于两个附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆缓冲器，包括纵向弯曲的中空管状梁，所述纵向弯曲的中空管状梁具有两个侧梁安装部和置于侧梁安装部之间并与之连续成形的前碰撞部；所述前碰撞部包括初始碰撞区和两个附加变形区，所述初始碰撞区置于两个所述附加变形区之间，其中所述初始碰撞区具有顶面和底面，初始碰撞区的顶面和底面大致是平的，而其中每个附加变形区都有顶面和底面，附加变形区的顶面和底面大致是凸的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-25 10/875,264限定的本发明的范围内。 如上所述，缓冲器10优选通过液压成形法成形。液压成形在本领域是为人所熟知的，可简要而非限制性地说明如下。如果需要，可在保持横截面大致圆形和基本维持原始周长的同时，先把管状坯料纵向弯成近似于所要的最终构件形状的形状。然后把管状坯料放入分为两部分的模具中，并把模具的两个半部合在一起。把管状坯的两端密封，然后通过封口中的一个注入流体以便向管状坯的内部施加足够大的压力，从而使其外表面与模腔内表面相一致。然后可释放压力、抽出流体，并分开模具的两个半部，从而可以拿出最终构件。为便于参考，都属于Cudini的美国专利4,567,743、RE33,990和4,829,803说明了液压成形法。 为了液压成形超高强度钢(UHSS)，要用特殊工艺以避免钢管破裂。由于UHSS的低延展性，UHSS管易于破裂，因此当试图在缺乏内压的情况下使它们变形时所采用的是冷加工。具体地说，当UHSS管在没有内压或者内压不足的情况下在模具的两个半部内发生变形，那么该管的横截面将呈现双凹形状，并易于在高应力凹陷区域发生断裂。因此，应当避免初始的无压变形。然而在此同时，如果压力太高，管壁将膨胀进模具两个半部之间的空隙或者爆裂，这两种情况都会导致产品缺陷。 图14a、14b和14c显示了用于液压成形UHSS管的优选方法。具体地，用分别包括第一、第二半部102a和102b的模具100来使UHSS管200变形。管200应当在与第二半部102b接触时或者之前，即在它承受挤压时或者之前充压。这通过标记为P1的初始压力在图14a中示出。然后如图14b所示，随着模具100闭合，管200中的压力可逐渐增大，其中的压力称为中间压力P2，P2比P1大。随着模具100闭合，压力逐渐增大到最终压力P3，使得一旦模具100如图14c所示完全闭合，管200中的压力将是最终压力P3且管200将被认为是所要的形状，完成了成形过程。当然，P3比P2和P1都大。 随着模具100闭合，管200中的压力将增大。这种压力的增大只是因为随着模具100的闭合，管200的形状发生了变化。具体地，当管200具有如图14a所示的圆形横截面时，管200的内容积值最大，并随着管的变形从该最大值下降。如果包含在管200内的流体量保持不变，或者流体量下降的速率小于管200内容积的下降速率，则管200内的压力将增大。为了控制最终压力及从P1经P2至P3的压力增大，以便使其按照所要的渐进速率发生，优选使用可改变流体从管200中流出的速率的受控减压阀。为了实现所要的压力增大，经减压阀的流出的流体速率随着模具100的闭合而减小。或者，也可通过使用具有固定流出速率的减压阀而改变模具的两个半部102a、102b合在一起的速率，而使压力能以所要的速率增大。 通过提供适当的初始压力P1，并允许压力随着模具100闭合而逐渐增大到最终压力P3，管200将随着模具100闭合到管200上，被作用而直接流变成模具的形状。可以理解，在模具100闭合时达到最终压力P3，且一旦模具100闭合就不需要进一步增大压力来完成变形过程。然后可选的是，在模具100闭合后，可进一步增大管200内的压力，例如为安装物件提供内部支撑。这些孔通常用安装在模具100内(未示出)且进入模具腔的冲孔机冲出，因而在成形完成后管200仍然是充压的。 合适的初始压力P1、最终压力P3和压力的增大速率取决于成形中的管的尺寸和所用材料的厚度。在本文所描述的特定实施方案中，即直径为100mm、厚度为1.0至2.0mm的UHSS管200中，管200中的初始压力P1应为大约1000到2000磅/平方英寸(psi)，而最终压力P3应为大约5000到6000磅/平方英寸。本领域技术人员可以理解，当管200的厚度较接近1.0mm时，初始压力P1应较接近1000磅/平方英寸，而最终压力P3应较接近5000磅/平方英寸。类似地，当管200的厚度较接近2.0mm时，初始压力P1应较接近2000磅/平方英寸，而最终压力P3应较接近6000磅/平方英寸。还是参...

【专利技术属性】
技术研发人员：B刘，MR梅森，RA赞杰斯，
申请(专利权)人：F技术研发北美有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]