冲击吸收部件制造技术

提供一种冲击吸收部件，该冲击吸收部件能够与冲击负载的负荷方向无关地进行稳定的蛇纹状的挤压变形，并且屈曲波长小，屈曲负载大。所述冲击吸收部件构成为，部件截面的最长周长的50％以上是将层叠金属板(9)(冲击吸收部件)加工成具有至少两条棱线(3)的形状而成的部件，该层叠金属板(9)在芯层(10)的两面层叠有由与芯层(10)相比杨氏模量以及密度更大的金属板构成的表层(5A、5B)，表层(5A、5B)的板厚(tf)与芯层的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冲击吸收部件
本专利技术涉及在汽车等的输送设备中使用的冲击吸收部件。
技术介绍
输送设备的安全基准逐年提高，最重要的是在碰撞时，即便损伤输送设备的功能，也要保护客舱的乘坐人员。因此，基于吸收碰撞时的能量，缓和传递至客舱内的冲击的目的，推行在客舱周围的框架中应用高强度钢板，实现碰撞安全性的提高。此外，近年来，不仅考虑碰撞安全性、还考虑碰撞后的维修性而利用吸能盒这样可更换的冲击吸收部件吸收冲击的车型增多。该冲击吸收部件以冲击吸收部件的冲击吸收方向成为汽车的长度方向的方式装配在客舱的前面以及后面，在碰撞时，冲击吸收部件在冲击吸收方向上挤压变形，从而吸收冲击能量。因此，该冲击吸收部件要求以下特性。[1]具有较高的冲击能量吸收性能。[2]由于汽车的碰撞不一定与冲击吸收部件的冲击吸收方向平行，因此，在从与冲击吸收方向交叉的方向(例如，与冲击吸收方向的交叉角度为10度的倾斜方向)加载冲击负载的情况下，也能够吸收碰撞能量。[3]轻量，以确保油耗效率。对于冲击吸收部件的形状，如汽车技术会论文集no.7(1974)，p.60)所记载，一般采用通过设置于帽形截面形状的部件上的凸缘焊接背板而成的闭口截面的箱型形状(参照图1E)等中空形状。根据图1A～图1H说明冲击吸收部件吸收冲击能量时的变形行为。这里，图1A～图1D是从变形前到最初的屈曲(buckling)变形结束期间的立体图。本说明书中所说的冲击吸收方向指的是，在冲击吸收部件1的棱线方向设置为上下方向时相对于设置面4垂直的方向(图1A的箭头P2)。此外，图1E～图1G示出相对于各变形时的冲击吸收方向(箭头P2)垂直的水平截面的形状。此外，图1B的虚线示出刚施加冲击之后的侧面2的中央部的变形行为，图1F以及图1G的虚线是变形前的水平截面。当沿冲击吸收方向(箭头P2)施加冲击负载P1时，首先，在刚性小的侧面2的中央部，周期性地(周期H)产生向面外方向(相对于面垂直地贯通的方向)鼓起(或凹陷)的弹性变形(图1B的虚线以及图1F的实线)。另一方面，刚性大的棱线3在高度方向上压缩变形。这里，如铁木辛柯著，屈曲理论，CORONA公司，1971，p221－225(以下，简称为“铁木辛柯”。)所示，在侧面产生的弹性变形与单纯支承周边的板的弹性屈曲等价，根据变分原理，屈曲波长H与板宽度(侧面2的宽度(棱线间的间隔))相等。此外，若在冲击吸收方向(箭头P2)上进行变形，则侧面2的弹性变形从中央部沿棱线3的方向扩展，并且面外方向的变形也增大。另一方面，对于棱线3，压缩变形量也增大。并且，在侧面2的面外变形到达棱线3的时刻，在弹性变形量最多的位置发生应力集中，产生棱线3的弯折。并且，在侧面2以及棱线3的双方开始出现局部的塑性屈曲(褶皱状的变形)(图1C的虚线部以及图1G)。若进一步进行变形，则棱线3、侧面2完全弯折并接触，第一个周期的屈曲变形结束(图1D)。此时的挤压位移与周期H一致。并且，在另一个截面开始发生相同的屈曲变形。公知通过反复进行以上这样的屈曲变形，冲击吸收部件1挤压变形为图1H这样的蛇纹状(风琴状)，吸收冲击能量(上述汽车技术会论文集)。此外，以下，在本说明书中，将H定义为挤压变形时的屈曲波长，将在冲击吸收方向上变形并如图6所示那样变形为蛇纹状的挤压定义为轴向挤压，将垂直于冲击吸收方向剖切而成的截面定义为部件截面。接下来，根据图2说明此时的冲击吸收方向的位移与负载的关系。在施加冲击负载而产生棱线3的弯折之前(对应于从图1B到图1C之间的变形)，负载上升(图2，O→A)，在第一次屈曲变形时达到最大负载Pm1。之后，当开始棱线3的塑性屈曲时，随着塑性屈曲的进行(对应于从图1C到图1D之间的变形)而减少能够通过棱线3吸收的能量，因此负载降低(图2，A→B)。当侧面2完全弯折并接触，第一次屈曲变形结束时，第二周期的变形同样地开始，负载在棱线3弯折之前上升(图2，B→C)，局部的塑性屈曲开始，负载在局部的塑性屈曲结束之前下降(图2，C→D)。以后，反复进行该位移－负载行为。其结果，伴随着周期H的蛇纹状(风琴状)变形，所施加的负载也如图2那样以周期H反复上升、下降。这里，图2的C点、E点分别是第二次屈曲变形时的最大负载Pm2、第三次屈曲变形时的最大负载Pm3。另外，与Pm1相比第二次之后的最大负载小的原因在于，因第一次屈曲而产生轴向偏移，两个周期之后，施加于棱线3的负载成为偏负载。由于冲击吸收部件显示出上述图1A～图1H、图2的位移－负载曲线轮廓、挤压变形，因此为了满足上述[1]，必需采用以下对策。碰撞时的吸收能量等于位移－负载曲线下部面积，即(W：平均负载)×(位移)。因此，重要的是增大W，Pmi(i＝1，2，3···，n)以及屈曲变形次数n越大，W越大。因此，增加所构成的板材的拉伸强度或弯曲力矩而增加Pmi、并且减小屈曲波长而增加屈曲变形次数n是有效的。另外，在从倾斜方向加载冲击负载的情况下，施加于冲击吸收部件的负载变成偏负载。因此，对于偏负载，也需要设计部件形状、材料强度，以便增大位移－负载曲线下部面积。另一方面，近年来从CO2减少、燃油经济性提高的观点出发，强烈要求车身的轻量化。另外，在电动汽车等的新生代汽车中，虽然能够实现大幅度的CO2减少，但由于搭载电池而使得车身总质量增加，因此无法获得足够的航续距离，对新生代汽车的普及造成较大的阻碍。基于这样的观点，也强烈要求构成汽车的材料以及部件的大幅轻量化。为了实现上述[3]的轻量化，不仅部件本身的轻量化是重要的，减小部件体积来防止周边部件的容量增加也是重要的。因此，在利用轻量部件构成部件的同时，需要设计能够省略构成材料、提高单位体积的冲击吸收能量的材料、形状。以往，为了满足上述[1]～[3]的特性，公知以下技术等。从材料以及部件形状的双方面完成了对策。例如，在日本专利第2783100号公报中，公开了残留奥氏体的形态会对冲击吸收能力造成影响。并且，公开了以下方案：通过规定能够得到显示出良好碰撞性能的残留奥氏体钢的形态的化学成分以及制造工序，由此提高具有残留奥氏体的钢板的碰撞性能。其目的在于提高钢板的拉伸强度并增大Pmi。然而，由于没有使屈曲波长H减小的效果，因此屈曲变形次数不增加。其结果，即便Pmi增大，也难以大幅增加吸收能量。特别是，若减小冲击吸收方向的冲击吸收部件，则难以充分吸收冲击，因此难以使部件紧凑并实现轻量化。另外，日本特开平7－224874号公报中公开了由纤维强化树脂构成的冲击吸收部件。通过使用具有脆性的树脂材料而产生逐次的破坏，能够增大冲击能量吸收效率。并且，其目的在于通过利用高强度的纤维进行加强来提高屈曲强度。在该专利技术中，由于使用脆性材料，因此与钢材这样的塑性材料的变形不同，屈曲变形部整体能够吸收冲击能量，冲击能量吸收效率高。此外，Pmi也因加强纤维而增大。并且，由于利用轻量材料构成，因此也容易实现轻量化。然而，存在制造性低且成本高的课题。此外，由于是脆性破坏，因此破片向周围飞散，也考虑到这会危害周围的人、物体的可能性。汽车技术，vol.47，no.4(1993)，p.57中公开了在侧面加工有称作破碎补强筋(crashbead)的凹槽的冲击吸收部件。该技术的目的在于，通过在侧面以小间隔加工成为碰撞时的屈曲变形的起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冲击吸收部件，在部件的冲击吸收方向的一侧的端部受到冲击负载时，吸收冲击能量，其中，所述冲击吸收部件构成为，部件截面的最长周长的50％以上是将层叠金属板成形加工成具有至少两条棱线的形状而成的部件，该层叠金属板在芯层的两面接合层叠由与所述芯层相比杨氏模量以及密度更大的金属板构成的表层，且截面相同，所述表层的板厚(tf)与所述芯层的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.04 JP 2013-0422081.一种冲击吸收部件，在部件的冲击吸收方向的一侧的端部受到冲击负载时，通过轴向挤压变形来吸收冲击能量，其中，所述冲击吸收部件构成为，部件截面的最长周长的50％以上是将层叠金属板成形加工成具有至少两条棱线的形状而成的部件，该层叠金属板在芯层的两面接合层叠由与所述芯层相比杨氏模量以及密度更大的金属板构成的表层，且截面相同，所述表层的板厚(tf)与所述芯层的板厚(tc)的板厚比(tc/tf)在10.0以下。2.根据权利要求1所述的冲击吸收部件，其中，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是全开口截面形状。3.根据权利要求1所述的冲击吸收部件，其中，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是局部开口截面形状。4.根据权利要求1所述的冲击吸收部件，其中，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是全闭口截面形状。5.根据权利要求1至4中任一项所述的冲击吸收部件，其中，所述层叠金属板的所述表层的杨氏模量(Ef)与所述芯层的杨氏模量(Ec)的杨氏模量比(Ec/Ef)是1/10～1/100000。6.根据权利要求5所述的冲击吸收部件，其中，所述杨氏模量比(Ec/Ef)是1/10～1/1000。7.根据权利要求1至4中任一项所述的冲击吸收部件，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：古贺敦雄，大石浩，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP