【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，属于金属管件成型。
技术介绍
1、近年来国内外高速铁路建设得到了快速发展，但铁道车辆碰撞事故仍在不断发生。考虑如何快速地降低机车车辆发生碰撞等意外事故时受到的冲击载荷，稳定地耗散机车车辆碰撞产生的重大能量，有效地减轻机车车辆在冲击中受到的损伤，开展机车车辆被动安全防护能力提升的研究显得尤为重要。
2、当机车车辆的被动安全防护措施大多数为金属薄壁管、多孔结构等压缩，金属大厚度管的切削，新型复合材料的撕裂等单一的变形模式，但随着列车速度的逐渐提升和安全保护标准的提高，单一的吸能结构愈发难以满足实际生产需求，将多种吸能方式进行组合得到的全新组合式吸能模式应运而生。组合式吸能装置耦合多种吸能方式的优点，具有更为优异的能量吸收特性，更能满足机车车辆结构耐撞性要求，受到了越来越多研究者的青睐。
3、基于已有的吸能方式研究结果可知，利用金属管件轴向切削形成切屑变形和径向挤压向内凹陷形成凹槽来分别吸收因碰撞产生的能量是可靠的，两种能量吸收方式吸能特性具有相似性，同时运用到一个吸能装置中是可行的，而如何将两个吸能方式耦合在一起并得到具有更为优异吸能特性的组合式吸能装置将成为重要研究内容。
4、现有装置结构设计，如图14，仅考虑了应用在车辆追尾事故时吸能装置设计上的创新，但其本质上还是一个仅考虑了切削式吸能的装置结构设计，能量吸收方式单一。并且切削刀具固定在导向柱上，工艺复杂可靠性低；且吸能部件为空心吸能柱，设计的导向部件却为实心导向柱，能量吸收效率较差
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，目的在于实现金属管件轴向受剪切力形成切屑和沿径向受力向内凹陷。该方案可以确保各零部件精准定位，多模具同时作用，受力端稳定且不偏载，金属管件按照预期的塑性变形方式发生形变来吸收大量能量。本次提出的装置具有定位准确、安装可靠、便于拆卸、可重复利用和作用力平稳的优点。
2、一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，包括上面板、挤压模具、活动块、隔板、夹具、切削刀具、十字肋板、金属圆管、下底板；
3、四个挤压模具对称的固定连接在上面板的下方；
4、挤压模具下端连接活动块，形成一个模块化整体，即挤压模块；连接处设有与加强筋；
5、夹具的中间设计有中心圆孔，用于十字肋板和金属圆管通过；
6、四个活动块安装在夹具上表面，并且对称的环形分布在中心圆孔周围，活动块与夹具之间还设有隔板；
7、夹具的下表面固定有四个切削刀具，四个切削刀具对称的环形分布在夹具的中心圆孔周围；
8、每个切削刀具在夹具上的固定位置，位于相邻两个活动块在夹具上固定位置的中间处；
9、十字肋板的肋板侧面设计有圆弧过渡，十字肋板底面与下底板固定连接；
10、金属圆管套在十字肋板外，内壁与十字肋板的肋板侧面接触；十字肋板的肋板侧面与切削刀具呈0°夹角、与挤压模具呈45°夹角放置，使切削刀具在切削金属圆管时有十字肋板作为支撑；挤压模具在挤压金属圆管时十字肋板相邻的肋板之间留有的活动空间，确保金属圆管稳定变形。
11、四个挤压模具朝向夹具的中心圆孔轴心线的内侧设计有光滑的圆角。
12、切削刀具通过内六角螺钉连接固定在夹具上，刀背与刀尖间通过圆角光滑过渡
13、本专利技术的结构与现有技术对比，主要有以下突出的优点：
14、(1)能量吸收方式的创新
15、该装置结构设计方案综合考虑当今金属管件常用的两种塑性变形方式(切削和挤压)的优劣之处，并从塑性变形机理的角度出发将两种塑性变形方式灵活巧妙地耦合在一起，一方的优势覆盖另一方的劣势，强强联合。轴向切削和径向挤压都具有小区域大变形、摩擦散热辅助塑性变形的机理特点，具有很好的耦合适应性；此外，轴向切削具有初始峰值力低、平台力响应快、载荷波动小但平台力可调域小的特点，径向挤压具有初始峰值力低、平台力可调域大、载荷波动小但平台力响应慢的特点。该装置通过将切削刀具和挤压模具错位装配，同时利用十字肋板对金属圆管进行定位固定，合理、完整地使金属圆管完成轴切径压组合式塑性变形。在整个塑性变形过程中，金属圆管先受切削刀具作用发生切削式变形，利用平台力响应快的特点迅速进入平台力阶段(即第一级吸能阶段)；再受到挤压模具作用发生挤压式变形，此时金属圆管同时受到切削力和挤压力作用，装置作用力逐步稳定提升然后进入第二个平台力阶段(即第二级吸能阶段)，直至切削刀具即将触碰到下底板，整个装置的轴切径压工作工况结束，完成一次吸能响应。该装置结构设计方案充分利用轴向切削和径向挤压两者变形模式均是小区域大变形的特点，通过错位排布的方式使金属圆管和装置充分接触，大幅度提升金属圆管的受力范围，同时利用十字肋板规范约束金属圆管变形行为，使变形模式朝向大区域大变形靠近，充分利用材料，显著提高吸能效率，得到具有快速响应、载荷稳定、峰值力低、平台力大且多级响应能量吸收特性的吸能装置。
16、(2)装置结构设计的创新
17、该装置设计方案不仅考虑了能量吸收方式的创新，更考虑到了装置结构设计的问题。该装置结构的加载形式不同于以往单一的轴向切削、径向挤压，而是两者的结合，这就代表着装置结构的设计既要考虑到轴向切削产生的切屑卷曲，又要考虑到径向挤压引起的金属圆管向内凹陷。为合理耦合两种吸能方式，采用两面挖槽的大厚度板来作为夹具，夹具中心设计有圆形空隙来为内部腾出空间，便于金属圆管的移动。切削刀具采用前后角设计，前角的存在可以使切削顺利地卷曲并过渡到刀背上，后角的存在则可以使切削刀具和金属圆管间仅刀头接触，更有利于切屑从金属圆管上掉落，刀尖和刀背间设计有光滑圆角，避免切屑与切削刀具间的互相阻碍而产生的卡刀状况。径向挤压部分设计由挤压模具、加强筋、活动块三者组成的挤压模块完成，径向挤压的模块化设计具有可快速拆卸、规模化生产等特点，并且加强筋的设计可以使挤压模块更好地平衡工作状况下受到的斜向载荷和弯曲扭矩，活动块的设计可以增大挤压模块与夹具的接触面积，提升整体装置的结构稳定性并便于冲击载荷的轴向传递，此外隔板的设计和活动块共同作用，可以更为简洁便利的改变挤压模块的装配方位，从而改变金属圆管的挤压深度。十字肋板的设计既可以在切削刀具作用在金属圆管时提供支撑避免发生弯曲变形，又可以在挤压模具作用在金属圆管时规范约束其变形模式，还可以在初始装配阶段对金属圆管起到定位固定作用，一板三用。
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1.一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，其特征在于，包括上面板(1)、挤压模具(2)、活动块(4)、隔板(5)、夹具(6)、切削刀具(7)、十字肋板(8)、下底板(10)；
2.根据权利要求1所述的一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，其特征在于，四个挤压模具(2)朝向夹具(6)的中心圆孔轴心线的内侧设计有光滑的圆角(21)。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，其特征在于，所述的切削刀具(7)通过内六角螺钉(12)连接固定在夹具(6)上，刀背(71)与刀尖(72)间通过圆角光滑过渡。
【技术特征摘要】
1.一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，其特征在于，包括上面板(1)、挤压模具(2)、活动块(4)、隔板(5)、夹具(6)、切削刀具(7)、十字肋板(8)、下底板(10)；
2.根据权利要求1所述的一种用于金属圆管轴切径压组合式变形的安装结构，其特征在于，四个挤...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢素超，刘子楠，汪浩，井坤坤，张静，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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