冲击吸收零件制造技术

本发明专利技术提供一种即使承受冲击载荷的方向是与冲击吸收方向交叉的方向、也可更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件。本发明专利技术的冲击吸收零件由对在芯层(5)的两侧面接合层叠由金属板形成的表层(3A、3B)而成的层叠金属板(1)进行成形而成的构件构成。通过对构成冲击吸收零件的层叠金属板(1)的中心层的变形率进行控制，无论冲击载荷的承受方向如何，都以较小的波长变形，因此，本发明专利技术的冲击吸收零件能够更稳定地进行波纹状的压扁变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冲击吸收零件
本专利技术涉及汽车等输送机车所使用的冲击吸收零件。
技术介绍
输送机车的安全基准年年提高，重要的是，在碰撞时即使损伤输送机车的功能，也要保护驾驶室的乘员。因此，出于吸收碰撞时的能量而对向驾驶室内传递的冲击进行缓和的目的，驾驶室周围的框架应用高强度钢板，谋求了碰撞安全性的提高。而且，近年来，不仅考虑碰撞安全性，还考虑碰撞后的修复性，增多了通过冲撞盒那样的能够更换的冲击吸收零件吸收冲击的车种。该冲击吸收零件以冲击吸收零件的冲击吸收方向成为汽车的长度方向的方式安装在驾驶室的前面以及后面，在碰撞时沿着冲击吸收方向呈波纹状压扁变形，从而吸收冲击能量。另外，所述冲击吸收零件的形状由于车种的不同而略微不同，但受到设置空间的制约。在此，波纹状的压扁变形是指，如图1的(a)～(e)所示，通过反复进行以一定压曲波长H形成的压曲折皱bw被折叠那样的变形，从而呈波纹状压扁变形。除了该变形以外，存在产生整个零件弯折的不稳定的变形的情况，但在这样的变形中，无法充分地吸收冲击能量是显而易见的。另外，汽车的碰撞未必与冲击吸收零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，与冲击吸收方向交叉的交叉角度为10度的倾斜方向)承受冲击载荷的情况下也需要吸收冲击能量。根据以上内容，冲击吸收零件所要求的是，出于将轻碰撞时(例如，15km/h时的碰撞)的冲击能量全部吸收并抑制其他构件的损伤这样的观点考虑，无论承受冲击载荷的方向如何，都切实且稳定产生波纹状的压扁变形。另外，出于提高燃料经济性的观点考虑，构件的轻量化也是非常重要的课题。以往，为了使冲击吸收零件更稳定地进行波纹状的压扁变形，进行了将冲击吸收零件的材料以及形状参数严密地控制的研究。例如，在非专利文献1中报告了如下内容：受到轴向的压缩载荷的薄壁圆筒构件的压扁行为由材料的屈服应力σy与纵弹性系数(杨氏模量)E之比σy/E支配，在σy/E较小的情况下，容易产生轴对称的压曲模式，在σy/E较大的情况下，产生非轴对称的压曲模式。同样，在非专利文献2中报告了如下内容：对于薄壁圆筒构件的压扁行为，由于构件的直径d与板厚t之比d/t，压扁模式发生变化。另外，在专利文献1中公开了如下研究：通过将具有截面形状为四边形以上的多边形截面的冲击吸收零件的板厚t与截面的周长M之比t/M控制在0.0025以上，使冲击吸收零件呈波纹状压扁变形。另外，在专利文献2中公开了如下研究：通过将构成截面形状为多边形的冲击吸收零件的截面的多边形的边中的邻接的边的长度之比控制在2.3以下，使冲击吸收零件呈波纹状压扁变形。将上述的冲击吸收零件的材料以及形状参数严密地控制的研究对于使由一般的金属材料形成的冲击吸收零件呈波纹状压扁变形是有用的见解。另一方面，在是由在芯层的两侧面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板形成的冲击吸收零件的情况下，仅通过控制上述的材料以及形状参数，难以提供一种最大限度地应用了重量与金属板相比较轻量、且以较小的压曲波长变形的层叠金属板的特征的冲击吸收零件。关于由层叠金属板形成的冲击吸收零件，报告了如下内容：通过对表层的金属板的杨氏模量与芯层的杨氏模量之比进行控制，使该由层叠金属板形成的冲击吸收零件以较小的压曲波长呈波纹状压扁变形，该变形的机理如下所述。层叠金属板的芯层对两面的金属板进行接合约束，因此层叠金属板能够模型化成用弹性弹簧11将彼此约束的两张金属板12、12(图2的(a))。金属板12的变形自由度存在差异，但该两张金属板12、12的压扁变形模式与弹性基底(日文：弾性床)13上的金属板12的压扁变形模式(图2的(b))是等价的。弹性基底13相当于约束弹性弹簧。在由弹性弹簧11约束的两张金属板12、12(图2的(a))中，两张金属板12是非固定的，在弹性基底13上的金属板12(图2的(b))中，仅1张金属板12是非固定的。因此，在使由弹性弹簧11约束的两张金属板12、12压扁变形的情况下的弹性弹簧11的变形相当于剪切变形，使弹性基底13上的金属板12压扁变形的情况下的弹性弹簧11的变形相当于拉伸变形。然而，哪一种情况都通过弹性体的变形和金属板的变形来吸收压扁能量。并且，在变形时，成为变形能量的总和最小的变形。在此，表层的金属板12在以与直线部相等的压曲波长H1(图2的(c))变形时，能量ef最小。另一方面，弹性基底的变形能够缩小使拉伸极小的情况下的能量。其结果，在如图2的(d)所示那样以较小的压曲波长H2变形时，能量ec最小。因而，弹性基底上的板的压曲波长由ec、ef的大小的平衡决定，成为小于H1且大于H2的值(图2的(c)、(d))。层叠金属板也基于同样的原理以较小的压曲波长压扁变形。即、在以较大的压曲波长变形的情况下变形能量小的表层和在以较小的压曲波长变形的情况下变形能量小的芯层之间的变形能量的大小关系上平衡、且以双方的变形能量的和最小那样的压曲波长变形。在以较小的压曲波长变形的情况下存在变形能量小的芯层的变形贡献，因此，与由单一材料构成的冲击吸收零件相比较，由层叠金属板形成的冲击吸收零件能够以较小的波长压扁变形。然而，在芯层的杨氏模量较高、且接合材料使用了焊料那样的难以变形的材料的层叠金属板中，芯层几乎不变形，难以以较小的压曲波长变形，因此，冲击吸收零件存在无法稳定地获得波纹状的压扁变形的可能性。另外，在专利文献3中公开一种冲击吸收零件，该冲击吸收零件由具有朝向内部凹陷的槽部的多边形闭合截面构成，且在截面的一部分的弯曲力矩设置有差异。示出了如下内容：通过设为这样的复杂的截面形状，使压曲波长缩小，相对于来自倾斜方向的碰撞也能获得稳定的波纹状的压扁变形，能够进行充分的冲击能量吸收。然而，上述研究以金属板为对象，在用层叠金属板设为同样的复杂的形状的情况下，在成形时产生表层的断裂等成形不良，无法获得所期望的形状的可能性较高。如上所述，以往，为了即使是与冲击吸收零件的冲击吸收方向交叉的方向、也呈波纹状压扁变形，对冲击吸收零件的材料以及形状参数进行了控制，但通过以轻量的材料构成且更稳定地呈波纹状压扁变形，无法达到兼顾提高输送机车的燃料经济性和确保充分的冲击能量吸收量。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平9－277953号公报专利文献2：日本特开2011－218935号公报专利文献3：日本特开2006－207724号公报非专利文献非专利文献1：M&M材料力学会议2008，“OS0905-1”-“OS0905-2”非专利文献2：一般社团法人日本机械学会关西支部报告会报告论文集2005(80)
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于提供一种即使承受冲击载荷的方向为与冲击吸收方向交叉的方向、也更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述问题对于由层叠金属板形成的冲击吸收零件进行了更详细的研究，结果发现了如下内容：在芯层的杨氏模量较高、且接合材料使用了焊料那样的难以变形的材料的层叠金属板中，芯层几乎不变形，难以以较小的压曲波长变形，因此，存在由于承受载荷的方向而无法稳定获得波纹状的压扁变形的可能性。针对该问题反复进行了深入研究，结果得到了如下结论：为了使层叠金属板更稳定地以小的压曲波长压扁变形，接合层的变形行为也为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冲击吸收零件，其在零件的冲击吸收方向的一个端部承受冲击载荷时吸收冲击能量，其特征在于，该冲击吸收零件是对在芯层的两面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板进行成形加工而构成的，所述层叠金属板的除了表层之外的中心层的变形率为7.0％～75.0％，该变形率是通过实验测定出的弯曲刚度相对于能够根据所述层叠金属板的结构算出的计算刚度的减小率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.27 JP 2013-2450921.一种冲击吸收零件，其在零件的冲击吸收方向的一个端部承受冲击载荷时吸收冲击能量，其特征在于，该冲击吸收零件是对在芯层的两面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板进行成形加工而构成的，所述层叠金属板的除了表层之外的中心层的变形率由下述式子(101)定义，层叠金属板的中心层的变形率＝100×(Dcal－Dexp)/Dcal…(101)Dcal＝Eb(H3－h3)/12…(102)在此，Dcal是根据所述式子(102)算出的所述层叠金属板的计算刚度，Dexp是所述层叠金属板的弯曲刚度的实测值，E是所述表层的杨氏模量，b是所述层叠金属板的样品宽度，H是所述层叠金属板的厚度，h是所述芯层的厚度，所述中心层的变形率为7.0％～75.0％，该冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的任意的截面的形状具有最小曲率半径为7.0mm以上的曲线部，该截面的周长中的所述曲线部为30.0％以上，而且，所述截面的形状为闭合构造、或者所述截面的形状具有小于截面周长的15.0％的开口部。2.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，所述表层由杨氏模量比所述芯层的杨氏模量大的金属板形...

【专利技术属性】
技术研发人员：古贺敦雄，田所健一郎，
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