专利名称: | 汽车用耐碰撞部件 | ||
专利名称(英文): | Anti-collision part for automobile | ||
专利号: | CN201510686503.3 | 申请时间: | 20151021 |
公开号: | CN105539332A | 公开时间: | 20160504 |
申请人: | 株式会社神户制钢所; 大同工业株式会社 | ||
申请地址: | 日本兵库县 | ||
发明人: | 石飞秀树; 桥本成一; 津吉恒武; 下赤真吾; 大谷知伦; 中谷宪治; 千野启 | ||
分类号: | B60R19/02 | 主分类号: | B60R19/02 |
代理机构: | 中科专利商标代理有限责任公司 11021 | 代理人: | 海坤 |
摘要: | 本发明提供一种减小了长度方向端部的外形尺寸的保险杠加强件等汽车用耐碰撞部件,其中,防止端部的强度降低,防止耐碰撞性能降低。汽车用耐碰撞部件由金属制中空型材构成,具有碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘、与所述两个凸缘连接的腹板。金属制中空型材的长度方向的端部(2)通过模锻加工而使剖面形状变形,两个凸缘(6a、7a)之间的尺寸减小。在将端部(2)处的腹板的壁厚设为tW、且将不使剖面形状变形的中央部(3)处的腹板的壁厚设为TW时,tW>TW,在将中央部(3)处的所述腹板与所述凸缘所成的拐角部的内侧拐角半径设为RCI时,RCI≥(tW-TW)。 | ||
摘要(英文): | An anti-collision component consisting of a metal hollow profile for automobiles includes a collision side flange, a body side flange, and a web connected to the flanges. The hollow profile has a longitudinal end at which a cross-sectional configuration is deformed by swaging to reduce a dimension between the flanges. The following relations are established : tW>TW RCI≧(tW-TW) where tW is a wall thickness of the web at the end, TW is a wall thickness of the web at a portion where the cross-sectional configuration is not deformed, and RCI is an inside corner radius of a corner formed of the web and each flange at the portion. |
1.一种汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 该汽车用耐碰撞部件由金属制中空型材构成, 该汽车用耐碰撞部件具备: 碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘; 腹板,其与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘连接;以及 端部, 通过使所述端部的剖面形状变形而减小所述碰撞侧凸缘以及车身侧 凸缘之间的尺寸, 所述端部通过模锻加工而变形,在将所述端部处的腹板的壁厚设为 tW、且将不使剖面形状变形的部位处的腹板的壁厚设为TW时,tW>TW, 在将不使剖面形状变形的部位处的所述腹板与所述凸缘所成的拐角 部的内侧拐角半径设为RCI时,RCI≥(tW-TW)。
2.根据权利要求1所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 所述腹板包括彼此平行且与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘连接的 一对腹板。
3.根据权利要求2所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 作为所述腹板,在剖面内部还包括与所述一对腹板平行的中间腹板, 在将所述端部处的所述中间腹板的壁厚设为tI、将不使剖面形状变形的部 位处的所述中间腹板的壁厚设为TI、且将不使剖面形状变形的部位处的所 述中间腹板与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘的连接部的圆角半径设为 RI时,RI≥(tI-TI)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在 于, 所述汽车用耐碰撞部件采用铝合金挤压型材。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在 于, 所述汽车用耐碰撞部件是通过滚压成型对钢板进行成形而成的。
1.一种汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 该汽车用耐碰撞部件由金属制中空型材构成, 该汽车用耐碰撞部件具备: 碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘; 腹板,其与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘连接;以及 端部, 通过使所述端部的剖面形状变形而减小所述碰撞侧凸缘以及车身侧 凸缘之间的尺寸, 所述端部通过模锻加工而变形,在将所述端部处的腹板的壁厚设为 tW、且将不使剖面形状变形的部位处的腹板的壁厚设为TW时,tW>TW, 在将不使剖面形状变形的部位处的所述腹板与所述凸缘所成的拐角 部的内侧拐角半径设为RCI时,RCI≥(tW-TW)。
2.根据权利要求1所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 所述腹板包括彼此平行且与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘连接的 一对腹板。
3.根据权利要求2所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在于, 作为所述腹板,在剖面内部还包括与所述一对腹板平行的中间腹板, 在将所述端部处的所述中间腹板的壁厚设为tI、将不使剖面形状变形的部 位处的所述中间腹板的壁厚设为TI、且将不使剖面形状变形的部位处的所 述中间腹板与所述碰撞侧凸缘以及车身侧凸缘的连接部的圆角半径设为 RI时,RI≥(tI-TI)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在 于, 所述汽车用耐碰撞部件采用铝合金挤压型材。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车用耐碰撞部件,其特征在 于, 所述汽车用耐碰撞部件是通过滚压成型对钢板进行成形而成的。
翻译:技术领域
本发明涉及例如保险杠加强件(bumperreinforce)、车门防撞梁(boor impactbeam)、车顶加强件(roofreinforce)、卡车用FUP(前侧行人保护 装置(frontunderrunprotector))、卡车用RUP(后侧行人保护装置(Rear underrunprotector))等汽车用耐碰撞部件。
背景技术
近年来,汽车的碰撞基准逐步强化,作为针对重叠(overlap)量小的 正面或者后面碰撞(也称作偏置(offsetbarrier)碰撞或者小重叠(smalllap) 碰撞)、斜向碰撞(也称作端部摆动碰撞或者斜角(oblique)碰撞)、侧面 碰撞(也称作侧面冲击(sideimpact))的部件,设置有保险杠加强件、车 门防撞梁、车顶加强件、FUP、RUP等耐碰撞部件。
这些耐碰撞部件有时要求减小长度方向端部的外形尺寸。更具体而 言,对于保险杠加强件、FUP、RUP等,例如出于减小汽车的转弯最小半 径等操作性提高的目的以及外观设计(design)上的要求,要求减小长度 方向端部的车身前后方向尺寸(L尺寸)。对于车门防撞梁,例如出于用 于向车门(door)的内板(innerpanel)安装或者外观设计上的要求,需要 减小长度方向端部的车身宽度方向尺寸(W尺寸)。对于车顶加强件,例 如出于用于向车顶侧导轨(roofsiderail)安装或者外观设计上的要求,需 要减小长度方向端部的车身高度方向尺寸(H尺寸)。
由于这些耐碰撞部件设置在远离汽车的重心的位置,因此对于惯性力 矩的影响大。因此,耐碰撞部件不仅出于燃油效率提高的要求,出于提高 运动性能的目的也要求轻型化,使用铝(aluminum)挤压型材等。
专利文献1记载有对铝挤压型材的端部进行压扁加工而减小了剖面的 L尺寸的保险杠加强件。专利文献2记载有斜向切掉铝挤压型材的端部而 减小剖面的L尺寸、并且在该位置从正面侧紧固槽形的加强部件而成的保 险杠加强件。专利文献3中记载有对铝挤压型材的端部进行压扁加工而减 小了剖面的W尺寸的车门梁(doorbeam)。专利文献4中记载有斜向切掉 铝挤压型材的端部而减小了剖面的W尺寸的车门梁。专利文献5中记载 有对铝挤压型材的端部进行压扁加工或者斜向切掉铝挤压型材的端部而 减小了剖面的H尺寸的车顶加强件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平07-025296号公报
专利文献2:日本特开平2006-151095号公报
专利文献3:日本特开平09-58386号公报
专利文献4:日本特开平10-94844号公报(图8)
专利文献5:日本特开2010-36746号公报(段落0019)
对于保险杠加强件等耐碰撞部,要求长度方向端部的外形尺寸小并且 变形强度高的构造。但是,在例如由铝挤压型材构成的保险杠加强件中, 若对长度方向端部进行压扁加工而减小剖面的L尺寸,由于使腹板(Web) 弯曲(参照专利文献1),因此碰撞时的变形负载变小。因此,例如在重叠 量小的正面碰撞中,存在碰撞物向车身侵入而车身损伤增大的问题。另外, 为了增大碰撞时的变形负载,也能够安装其他部件来增大端部的强度(参 照专利文献2),但存在因部件数增加、焊接工时增加等而使得成本增大的 问题。
对于车门梁、车顶加强件,在对端部进行压扁加工或者斜向切断而减 小剖面的W尺寸或者H尺寸的情况下,端部的强度也会降低。另外,若 为了补偿强度的降低而使例如托架(Bracket)等加强部件大型化,则存在 成本(cost)、重量增大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供减小了长度方向端部的外形尺寸的保险杠加 强件等耐碰撞部件,从而防止端部的强度降低,无需使用其他部件就可以 防止碰撞性能降低。
用于解决课题的手段
本发明对由具有碰撞侧凸缘(flange)以及车身侧凸缘、与所述两个 凸缘连接的腹板的金属制中空型材构成、且使所述中空型材的长度方向的 端部的剖面形状变形而减小了所述两个凸缘之间的尺寸的汽车用耐碰撞 部件进行了改进,其特征在于,所述端部通过模锻(swaging)加工而变形, 在将所述端部处的腹板的壁厚设为tW、且将不使剖面形状变形的部位处的 腹板的壁厚设为TW时,tW>TW,在将不使剖面形状变形的部位处的所述 腹板与所述凸缘所成的拐角部的内侧拐角半径设为RCI时,RCI≥(tW- TW)。
需要说明的是,型材是指在长度方向上实质具有相同剖面形状的纵长 材料。
所述汽车用耐碰撞部件例如具有如下的具体实施方式。
(1)所述中空型材具有彼此平行的一对腹板,所述一对腹板与所述 的两个凸缘连接。
(2)在所述(1)的情况下,所述中空型材在剖面内部具有一个以上 的与所述一对腹板平行的中间腹板,在将所述端部处的所述中间腹板的壁 厚设为tI、将不使剖面形状变形的部位处的所述中间腹板的壁厚设为TI、 且将不使剖面形状变形的部位处的所述中间腹板与所述两个凸缘的连接 部的圆角(fillet)半径设为RI时,RI≥(tI-TI)。
(3)所述中空型材是铝合金挤压型材。
(4)所述中空型材是通过滚压成型对钢板进行成形而成的。
发明效果
本发明的耐碰撞部件在金属制中空型材的长度方向端部实施模锻加 工,减小该端部处的两个凸缘间的尺寸(缩短腹板的长度),并且使该端 部处的腹板的壁厚tW比最初的(模锻加工前的)壁厚TW大(tW>TW)。 由此,提高了使用该耐碰撞部件的汽车的外观性、操作性,同时无需使用 其他部件就能够防止耐碰撞部件的长度方向端部的强度降低,防止耐碰撞 性能的降低。
对于本发明的耐碰撞部件,将所述腹板与所述凸缘的拐角部的内侧拐 角半径(最初的拐角半径)RCI设为所述端部处的腹板的模锻加工前后的 壁厚之差(tW-TW)以上的大小(RCI≥(tW-TW))。另外,将所述中 间腹板与所述两个凸缘的连接部的圆角半径(最初的圆角半径)RI设为所 述端部处的中间腹板的模锻加工前后的壁厚之差以上的大小(RI≥(tI- TI))。由此,在模锻加工时,材料在所述拐角部或者连接部顺畅地流动, 形成模锻加工后的腹板以及中间腹板在其整个厚度上与两个凸缘连接的 状态。其结果是,防止了模锻加工后的所述端部处的碰撞时的破裂等,耐 碰撞性能提高。
附图说明
图1是对铝合金挤压材料进行模锻加工而成的保险杠加强件(弯曲加 工前)的俯视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是对将金属制中空型材的最初的内侧拐角半径RCI设为腹板的模 锻加工前后的壁厚之差(tW-TW)以上的大小(RCI≥(tW-TW))的理由 进行说明的图。
图5是包括本发明的保险杠加强件在内的保险杠(bumper)构造体的 俯视图。
图6是示出本发明的金属制中空型材的剖面形状的其他例的图。
图7是本发明的金属制中空型材的模锻前后的剖视图的其他例。
图8是本发明的金属制中空型材的模锻前后的剖视图的其他例。
图9是在CAE(ComputerAidedEngineering)分析中使用的试验材料 A(本发明例)的端面图。
图10是在CAE分析中使用的试验材料B(以往例)的端面图。
图11是示出模拟重叠量小的正面碰撞而成的CAE分析模型的图。
图12是根据CAE分析的结果而得到的负载-位移曲线。
附图标记说明
1:保险杠加强件(弯曲加工前)
2:端部
3:中央部
4、5、4a、5a:腹板
6、6a:碰撞侧凸缘
7、7a:车身侧凸缘
8、8a:中间腹板
具体实施方式
接下来,参照图1~8对本发明的汽车用耐碰撞部件进行具体说明。
在图1~3中,作为本发明的汽车用耐碰撞部件的具体例而示出由铝 合金挤压型材构成的保险杠加强件1(弯曲加工前)的右半部分。保险杠 加强件1通过对端部2进行模锻加工而使剖面形状变形(碰撞面侧倾斜), 中央部3保持最初的铝合金挤压型材的剖面形状。
保险杠加强件1的中央部3(或者最初的铝合金挤压型材)如图2的 剖视图所示,与挤压方向垂直的剖面的轮廓为四边形,包括与假定的碰撞 负载方向(水平面内)平行的腹板4、5、与腹板4、5连接的碰撞侧凸缘 6以及车身侧凸缘7、中间腹板8。碰撞侧凸缘6以及车身侧凸缘7相互平 行,并且与腹板4、5垂直。中间腹板8存在于所述剖面内,与腹板4、5 平行,与所述凸缘6、7垂直地连接。
在图2所示的剖面形状中,将剖面的车身前后方向的尺寸设为L,将 车身高度方向的尺寸设为H,将腹板4、5的壁厚设为TW,将中间腹板8 的壁厚设为TI,将碰撞侧凸缘6的壁厚设为TFF,将车身侧凸缘7的壁厚 设为TFR。另外,将腹板4、5与凸缘6、7的拐角部的内侧拐角半径设为 RCI,将所述拐角部的外侧拐角半径设为RCO,将中间腹板8与凸缘6、7 的连接部的圆角半径设为RI。需要说明的是,腹板4的壁厚与腹板5的壁 厚不需要相同,碰撞侧凸缘6的壁厚与车身侧凸缘7的壁厚不需要相同。 另外,所述拐角部(4处)的各内侧拐角半径不需要相同,同样地,所述 拐角部(4处)的各外侧拐角半径不需要相同,所述圆角半径在4处也不 需要相同。
如图3的剖视图所示,保险杠加强件1的端部2处的剖面的轮廓同样 为四边形,包括与假定的碰撞负载方向平行的腹板4a、5a、与腹板4a、5a 连接的碰撞侧凸缘6a以及车身侧凸缘7a、中间腹板8a。碰撞侧凸缘6a 以及车身侧凸缘7a与腹板4a、5a垂直。中间腹板8a存在于所述剖面内, 与腹板4a、5a平行且与所述凸缘5a、6a垂直地连接。需要说明的是,对 于在端部2的剖面的各部位添加的附图标记,为了与中央部3或者最初的 铝合金挤压型材的剖面的各部位进行区别,在编号后标注有附图标记“a”。
在图3所示的剖面形状中,将剖面的车身前后方向的尺寸设为l,将 车身高度方向的尺寸设为h,将腹板4a、5a的壁厚设为tW,将碰撞侧凸缘 6a的壁厚设为tFF,将车身侧凸缘7a的壁厚设为tFR,将中间腹板8a的壁 厚设为tI。另外,将腹板4a、5a与凸缘6a、7a的拐角部的内侧拐角半径 设为rCI,将所述拐角部的外侧拐角半径设为rCO,将中间腹板8a与凸缘 6a、7a的连接部的圆角半径设为rI。
对于保险杠加强件1,通过模锻加工使端部2的碰撞侧凸缘6a从挤压 方向倾斜,并且车身前后方向的尺寸l整体比最初的尺寸L小。在端部2, 两个凸缘6a、7a之间的尺寸比最初的尺寸(两个凸缘6、7之间的尺寸) 小,并且越靠近端部越小,腹板4a、5a以及中间腹板8a的车身前后方向 的长度也能够设为,越靠近端部越短。另外,腹板4a、5a的壁厚tW与中 间腹板8a的壁厚tI设为,比原始的壁厚TW、TI更厚(tW>TW,tI>TI), 并且越靠近端部厚度越增加。
这样的模锻加工例如能够通过日本专利第3023657号公报、日本专利 公开2004-25214号公报所记载的方法而实施。在模锻加工中,通过改变 芯金属以及加工量,能够对端部2的轮廓(前后方向尺寸l以及车身高度 方向尺寸h)、腹板4a、5a、中间腹板8a的壁厚进行各种调整。
为了适当地实施该模锻加工,在最初的铝合金挤压型材中,将所述拐 角部的内侧拐角半径RCI设定为模锻后的腹板4a、5a的壁厚tW与最初的 腹板4、5TW的壁厚之差(tW-TW)以上的大小(RCI≥(tW-TW))。特别 是,对于端部2中的最靠前端侧的部分2a处的腹板4a、5a的壁厚tW,该 关系成立。另外,所述连接部的圆角半径RI也设定为模锻后的中间腹板 8a的壁厚tI与最初的中间腹板8的壁厚TI之差(tI-TI)以上的大小(RI≥ (tI-TI))。特别是,对于端部2中的最靠前端侧的部分2a处的中间腹板 8a的壁厚tI,该关系成立。
在图4中重叠示出模锻加工后的端部2的剖面与最初(模锻加工前) 的剖面。在图4中如两个箭头所示,在该例中,拐角部的内侧拐角半径 RCI的大小设定为比模锻加工后的腹板4a的壁厚tW与最初(模锻加工前) 的腹板4的壁厚TW之差(tW-TW)小(RCI<(tW-TW))。在这种情况下, 在所述拐角部中的((tW-TW)-RCI)的范围内,材料在模锻加工时难以 顺利地流动,比如在所述范围内,形成在腹板4a与两个凸缘6a、7a之间 产生裂缝的状态。在碰撞时,容易以该位置为起点而产生破裂,耐碰撞性 能降低。在该例中,在腹板5a中同样地产生破裂。
模锻加工后的腹板4a以及中间腹板8a为了形成在其整个厚度(tW、 tI)上与两个凸缘6a、7a连接的状态(避免形成产生了所述裂缝的状态), 需要满足所述关系式(RCI≥(tW-TW)、RI≥(tI-TI))。
通过模锻加工,腹板4a、5a与凸缘6a、7a的拐角部的内侧拐角半径 rCI比最初的(模锻加工前的)内侧拐角半径(RCI)小。并且,在最初的 内侧拐角半径RCI比1mm小的情况下,在模锻加工时,材料难以在所述拐 角部顺利地流动,有可能产生与参照图4进行说明的现象相同的现象。因 此,优选最初的内侧拐角半径RCI满足所述关系(RCI≥(tW-TW)),同时 为1mm以上。最初的内侧拐角半径RCI更优选为2mm以上。
另外,中间腹板8a与凸缘6a、7a的连接部的圆角半径rI也比最初的 (模锻加工前的)圆角半径(RI)小。并且,在最初的圆角半径RI比1mm 小的情况下,在模锻加工时,材料难以在所述连接部顺利地流动,有可能 产生与参照图4进行说明的现象相同的现象。因此,优选最初的圆角半径 RI满足所述关系(RI≥(tI-TI)),同时为1mm以上。原始的圆角半径RI更优选为1.5mm以上。
在保险杠加强件1中,腹板4、5与凸缘6、7的拐角部的最初的外侧 拐角半径RCO优选为1mm以上。在外侧拐角半径RCO比1mm小的情况下, 在模锻加工时,产生于模具的局部应力增大,因此模具的寿命显著降低。 在保险杠加强件1由强度高的材料构成的情况下,模具的损伤尤为显著。 因此,最初的外侧拐角半径RCO优选为1mm以上,更优选为2mm以上。
保险杠加强件1通过厚壁化的腹板4a、5a以及中间腹板8a来防止端 部2的强度降低。因此,在重叠量小的正面或后面碰撞、或者斜向碰撞中, 碰撞物向车身侵入的侵入量减少,能够减轻车身、乘坐人员的损伤。
上述例子涉及一种保险杠加强件,但对于其他汽车用耐碰撞部件也是 相同的,对于长度方向端部施加模锻加工,压缩与碰撞负载方向平行的腹 板而增大壁厚。在车门梁的情况下,碰撞负载方向为车身宽度方向,在车 顶加强件的情况下,碰撞负载方向为车辆的高度方向。其他汽车用耐碰撞 部件也需要满足所述关系式(RCI≥(tW-TW)、RI≥(tI-TI))。由此,例 如在车门梁以及车顶加强件的情况下,克服碰撞时的弯曲变形的强度也增 高。另外,对于其他汽车用耐碰撞部件,作为优选的内侧拐角半径RCI、 圆角半径RI以及外侧拐角半径RCO的值,也应用关于保险杠加强件示出的 所述的数值。
在保险杠加强件(或者其他汽车用耐碰撞部件)中,实施模锻加工的 部位可以仅是一方的端部,也可以是两侧的端部。例如,在没有中央分隔 带的道路上的事故多发的国家,出于减少与相向车辆碰撞时的损伤的目 的,有时仅对保险杠加强件的驾驶席侧部分要求特别大的耐碰撞性能。在 该情况下,也能够仅对保险杠加强件的一方的端部施加模锻加工,另一方 的端部通过其他机构进行加工。其他机构能够应用专利文献1~4所记载 的压扁加工、斜向切掉、在斜向切断位置安装其他部件等以往的方法。
在对保险杠加强件(或者其他汽车用耐碰撞部件)的两方的端部施加 模锻加工的情况下,能够增大驾驶席侧以及副驾驶席侧两方的腹板厚度, 无论在哪一侧发生重叠少的正面碰撞或者斜向碰撞,都能够抑制碰撞物向 车身进入的进入量。
在对汽车用耐碰撞部件的两方的端部进行模锻加工的情况下,能够适 当应用日本特开2004-25214号公报所记载的方法。在该方法中,在对中空 型材的一方的端部施加模锻加工之后,从所述一方的端部将分割式的芯金 属插入到中空型材内,对另一方的端部施加模锻加工。
模锻加工一般以冷加工的方式进行,但金属材料越是高强度,在模锻 加工时越容易产生破裂。为了防止该情况,能够根据需要而应用温热加工。 在这种情况下,例如,在对作为材料的金属制中空型材进行加热之后进行 模锻加工,或者使用加热后的模具或者/以及芯金属进行模锻加工。
另外,作为金属制中空型材,在使用6000系或者7000系的热处理型 铝合金挤压型材的情况下,优选在挤压之后、固溶淬火之后、或者进行复 原处理之后施加模锻加工。在挤压之后、固溶淬火之后、或者进行复原处 理之后,材料的伸长较高,能够防止在模锻加工时产生破裂。
保险杠加强件等汽车用耐碰撞部件有时依照汽车的外形而实施弯曲 加工。弯曲加工后的铝合金挤压型材难以进行模锻加工,因而在模锻加工 后无型芯地进行弯曲加工。图5示出弯曲加工后的保险杠加强件1。在图 5中,附图标记11是保险杠支柱,附图标记12是保险杠面板(bumperfascia) (塑料(plastic)外皮)。若以无型芯的方式对铝合金挤压型材进行弯曲加 工,则两个凸缘6、7(参照图2)容易屈折,皱褶容易增大。为了改善该 情况,优选使铝合金挤压型材的凸缘6、7的壁厚比腹板4、5以及中间腹 板8的壁厚大。
作为保险杠加强件等汽车用耐碰撞部件的制造工序的一部分,根据需 要进行弯曲加工、孔加工(作业孔、螺栓孔的加工)、或者时效处理等工 序。在作为汽车用耐碰撞部件的材料而使用例如6000系或者7000系的热 处理型铝合金挤压型材的情况下,制造工序例如以下所示。在模锻加工之 前,能够根据需要进行复原(加热软化)处理。需要说明的是,在通过冲 压进行孔加工的情况下,由于需要型芯,因此孔加工需要在模锻加工前进 行。
(1)挤压加工→孔加工(冲压(press))→模锻加工→弯曲加工→时 效固化处理。
(2)挤压加工→模锻加工→弯曲加工→孔加工(钻孔(drill))→时 效固化处理。
在参照图1~5的说明中,作为汽车用耐碰撞部件的材料(金属制中 空型材)而使用具有一对腹板4、5、一对凸缘6、7以及中间腹板8的铝 合金挤压型材,但也能够使用具有其他剖面形状的铝合金挤压型材。在图 6中例示了其他剖面形状。如图6所示,考虑在四边形的轮廓的内部具有 两个中间腹板的情况(图6(a))、不具有中间腹板的情况(图6(b))、 以及具有突出凸缘13的情况(图6(c)、(d)、(e))等。
作为铝合金的材质,能够使用6000系或者7000系的铝合金以及其他 铝合金。另外,除了铝合金之外,还能够使用高张力钢板。在高张力钢板 的情况下,通过辊压成型(rollform)方法来成形具有四边形剖面、B形 剖面等的中空型材,以此作为材料。
在参照图1~5的说明中,通过模锻加工增大铝合金挤压型材的全部 腹板(腹板4、5以及中间腹板8)的壁厚(缩短长度),但如图7所示, 能够以使一部分腹板的壁厚增大的方式改变剖面形状。在图7中,仅对剖 面的一半进行模锻加工,仅腹板14a的壁厚增大,并且长度变短。
在参照图1~5的说明中,在模锻加工中增大腹板(腹板4、5)的壁 厚。在模锻加工中,也能够使腹板的壁厚的增量(tW-TW)向原始的轮廓 的外侧流动,扩大外形尺寸(凸缘宽度)。图8示出该情况,能够在凸缘 15a、16a侧确保较大的安装面。
【实施例】
为了研究本发明的汽车用耐碰撞部件的效果,使用CAE(Computer AidedEngineering)分析,针对本发明例与以往例的保险杠加强件而求出 重叠量小的正面碰撞时的变形负载。
金属制中空型材由7000系铝挤压型材构成,具有图2所示的剖面形 状。外形尺寸是40mm×110mm,车身前后方向尺寸是40mm,车身高度方 向尺寸H是110mm。腹板4、5的壁厚TW以及中间腹板8的壁厚TI均为 3.5mm,碰撞侧凸缘6的壁厚TFF是4.0mm,车身侧凸缘7的壁厚TFR是 4.5mm。腹板4、5与凸缘6、7的拐角部(4处)的内侧拐角半径RCI以及 中间腹板8与凸缘6、7的腹板(4处)的圆角半径RI均为6mm,所述拐 角部的外侧拐角半径RCO为1mm。
本发明例的保险杠加强件的试验材料(试验材料A)通过对所述铝挤 压型材的端部实际上施加模锻加工而制成。试验材料A的端部(距离端部 200mm的范围)的车身前后方向尺寸l(参照图3)与图1所示的保险杠 加强件1相同,越靠近端部越小。与图3所示的剖面形状相同,腹板4a、 5a的壁厚tW与中间腹板8a的壁厚tI比原始的壁厚TW、TI更厚,并且越靠 近端部越厚。另外,腹板4、5与凸缘6、7的拐角部的内侧拐角半径rCI以及中间腹板8与凸缘6、7的连接部的圆角半径rI比原始的内侧拐角半 径RCI以及圆角半径RI小,并且越靠近端越小。
图9中示出模锻加工后的试验材料A的端面(车身前后方向尺寸l最 小的位置)的图。如图9所示,车身前后方向尺寸l是20mm,腹板4a、 5a的壁厚tW以及中间腹板8a的壁厚tI均为7.0mm。另外,腹板4a、5a 与凸缘6a、7a的拐角部(4处)的内侧拐角半径rCI、以及中间腹板8a与 凸缘6a、7a的连接部(4处)的圆角半径rI均为2mm。
以往例的保险杠加强件的试验材料(试验材料B)假设通过对所述铝 挤压型材的端部施加压扁加工(参照专利文献1)而成。对于试验材料B, 与试验材料A相同,也减少端部(距端部200mm的范围)的车身前后方 向尺寸l,并且车身前后方向尺寸l越靠近端部越小。
图10中示出外形尺寸最小的端面的图。如图10所示,试验材料B的 端面的车身前后方向尺寸l是20mm,腹板4a、5a向剖面的外侧弯曲变形。 腹板4a、5a以及中间腹板8a在压扁加工前后不发生壁厚变化。
将以上说明的试验材料A、B选择为CAE分析的分析条件。
对于试验材料A与试验材料B,如图11所示,假定为长度300mm的 悬臂梁,假定碰撞吸能盒或者侧梁的外侧壁,在距离各试验材料的端部 200mm的位置限制背面侧,计算从前方施加负载的情况下的负载-位移关 系。所述负载是模仿了重叠量小的正面碰撞的负载。作为其他的分析条件, 对于试验材料A、B而假定7000系铝合金挤压型材,对于其机械特性而 设为屈服强度310MPa、拉伸强度365MPa、伸长率14%。在CAE分析中 使用通用的静态隐式方法软件ABAQUS。图12示出得到的负载-位移曲 线。
如图12所示,相当于以往例的保险杠加强件的试验材料B的变形负 载是30kN左右,相当于本发明例的保险杠加强件的试验材料A的变形负 载是大约2倍的60kN左右。关于对端部进行了压扁加工的试验材料B, 由于腹板从最初状态进行了弯曲,因此变形负载减小。另一方面,关于对 端部进行了模锻加工的试验材料A,由于腹板的壁厚增加,因此强度增高, 并且变形负载增大。