一種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、以金屬材料為原料，用柔性軋輥技術(shù)制成預(yù)設(shè)的TRB板板，切成所需TRB板件，軋制過程中，在TRB板件上形成特定變厚度的區(qū)域及及定位槽；步驟2、將TRB板件彎折成管件；步驟3、焊接管件，制成所需厚度梯度化的薄壁吸能結(jié)構(gòu)。本發(fā)明涉及的加工方法，加工步驟少，加工時間短，適宜批量化生產(chǎn)。本發(fā)明加工出的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)能以更合理的方式來利用材料，使得吸能器的吸能效率更高，初始最大沖擊力也較小，相比傳統(tǒng)的吸能器，本結(jié)構(gòu)既可以降低吸能結(jié)構(gòu)的重量，又可以提高吸能結(jié)構(gòu)的碰撞安全性。
【專利說明】一種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，尤其涉及一種薄壁厚度在周向和縱向上梯度變化的緩沖吸能結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車輕量化越來越被關(guān)注，其要求包括吸能器在內(nèi)的車身結(jié)構(gòu)要輕質(zhì)和高效。對于應(yīng)用最為廣泛的薄壁結(jié)構(gòu)吸能器，在發(fā)生碰撞時，能量通過薄壁結(jié)構(gòu)的連續(xù)褶皺變形來被吸能器吸收。顯然在該吸能器的不同部位，其變形情況是不一樣的，能量的吸收量也是不一樣的。一般傳統(tǒng)薄壁結(jié)構(gòu)的吸能器由均勻厚度的金屬薄壁構(gòu)成。如果薄壁結(jié)構(gòu)吸能器的材料不變，厚度均勻，密度統(tǒng)一，那么在這種不同部位能量吸收量不同的情況下，這種吸能器的設(shè)計顯然是不合理的。一系列已發(fā)表的研究結(jié)果表明作為緩沖吸能結(jié)構(gòu)的薄壁結(jié)構(gòu)，起主要作用的為邊角部的材料。通過在邊角部分增加加強(qiáng)筋、加多胞結(jié)構(gòu)或邊角局部加厚等方式，可以有效的提高薄壁結(jié)構(gòu)的比吸能，提高吸能器的效率。另外，軸向變厚度，增加碰撞時發(fā)生連續(xù)褶皺變形的穩(wěn)定性，并且可以降低初始最大峰值力，增大平均碰撞力，同時可以保證力位移曲線的平緩。由此設(shè)計出的一些厚度變化的薄壁吸能管件，其加工方法至今少有人涉及。尤其對于鋼材，由于成型性能，不能用壓塑成型的方法，只能在一般均勻厚度管材的基礎(chǔ)上，用線切割或激光切割等的切割方法來切掉多余材料獲得。這樣不僅費(fèi)時，成本高,還會造成材料的浪費(fèi)。
[0003]柔性軋輥技術(shù)是于二十世紀(jì)九十年代初由德國Archen工業(yè)大學(xué)金屬研究所(IBF)的Tainer Kopp教授提出，它是在鋼板軋制過程中，通過計算機(jī)實時控制和調(diào)整軋輥的間距，來獲取沿軋制方向上按照預(yù)先定制的厚度連續(xù)變化的板材，即連續(xù)變截面板(TRB)0 IBF與2000年，在德國Mubea公司的軋機(jī)上第一次實現(xiàn)了連續(xù)變厚度帶鋼的生產(chǎn)。柔性軋輥技術(shù)能夠連續(xù)性生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、操作容易、可靠性好，厚度控制容易，厚度過渡區(qū)的長度和形狀可以控制。在原柔性軋輥技術(shù)的基礎(chǔ)上，將軋輥的角度調(diào)整或采用多個軋輥同時壓軋，即可以生產(chǎn)出在與軋制方向垂直的方向上的厚度也變化的鋼板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0005]步驟1、以金屬材料為原料，用柔性軋輥技術(shù)制成預(yù)設(shè)的TRB板，切成所需TRB板件，軋制過程中，在TRB板件上形成特定變厚度的區(qū)域及定位槽；
[0006]步驟2、將TRB板件彎折成管件；
[0007]步驟3、焊接管件，制成所需厚度梯度化的薄壁吸能結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步地，步驟I中，軋制的TRB板，在板縱向上，有板最厚區(qū)、板最薄區(qū)和板變厚區(qū)，板變厚區(qū)的厚度變化要按照冪指數(shù)函數(shù)的形式變化。
[0009]進(jìn)一步地，步驟I中，軋制的TRB板，在同一橫向平行線上，板最薄端的厚度是最薄的，距離板最薄端越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，板最厚端的厚度是最厚的。進(jìn)一步地，步驟2中，彎折成管件的過程中，用步驟I軋制的定位槽定位。
[0010]進(jìn)一步地，最終制得的薄壁吸能結(jié)構(gòu)為周向變厚度的，在同一橫截面上，管壁中間部位厚度最小，而在管壁邊角部位厚度最大，管的變厚區(qū)按照設(shè)計的冪指數(shù)函數(shù)的形式變化。
[0011]進(jìn)一步地，最終制得的薄壁吸能結(jié)構(gòu)為軸向變厚度的，在同一軸向平行線上，管薄端厚度最小，距離管薄端越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，管厚端厚度最大。
[0012]進(jìn)一步地，所述冪指數(shù)函數(shù)為，t=x+a(y/L)n，其中t為該處板厚，x為板最薄區(qū)厚度，a為板最厚區(qū)與板最薄區(qū)的厚度差，y為該處與最近的板最薄區(qū)在板橫向上的距離，L為相鄰的板最厚區(qū)與板最薄區(qū)在板橫向上的距離，η為指數(shù)參數(shù)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014](I)這種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，加工步驟少，加工時間短，適宜批量化生產(chǎn)。
[0015](2)本發(fā)明加工出的薄壁吸能結(jié)構(gòu)能以更合理的方式來利用材料，使得吸能器的吸能效率更高，初始最大沖擊力也較小。相比傳統(tǒng)的吸能器，本結(jié)構(gòu)既可以降低吸能結(jié)構(gòu)的重量，又可以提高吸能結(jié)構(gòu)的碰撞安全性。
[0016](3)本發(fā)明中變厚區(qū)采用的冪指數(shù)函數(shù)，可以通過一個參數(shù)η來調(diào)整厚度的變化方式，更容易優(yōu)化出最佳的厚度變化方式來實現(xiàn)材料利用的最大化。相比其他變化控制函數(shù)，冪指數(shù)函數(shù)更靈活，達(dá)到了意料不到的技術(shù)效果。
[0017](4)本發(fā)明可以充分的利用柔性軋制技術(shù)，在TRB板上軋制出定位槽，使得彎折加
工非常方便。
[0018](5)本發(fā)明可以充分的利用柔性軋制技術(shù)，在TRB板上軋制出預(yù)設(shè)的凹陷和突起，加工完成后形成誘導(dǎo)槽，這種加工誘導(dǎo)槽的加工方式非常簡單方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為TRB板的等軸測視圖；
[0020]圖2為TRB板的正視圖；
[0021]圖3為焊接成方管的等軸測視圖；
[0022]圖4為焊接成方管的正視圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，是以鋼為原材料，制成梯度化分配的薄壁吸能管。以下具體實施例是加工梯度化厚度的薄壁吸能方形鋼管的過程。
[0024]步驟1、由柔性軋輥技術(shù)批量生產(chǎn)得到預(yù)定形狀的TRB鋼板(軋輥變厚度鋼板)。將TRB鋼板切割成制造薄壁吸能管所需的板材。
[0025]如圖1和2所示，命名軋輥方向為板縱向，與軋輥方向垂直的方向為板橫向。TRB板在板橫向上和板縱向上的厚度都是梯度變化的。
[0026]在板橫向上，該板厚度為梯度變化的:對于同一橫向平行線上，板最薄端I的厚度是最薄的，距離板最薄端I越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，板最厚端2的厚度是最厚的。[0027]在板縱向上，該板厚度為梯度變化的:板的厚度為周期性變化，即板最薄區(qū)4為板橫向上的一條線，板最厚區(qū)5為彎折區(qū)，并保證板進(jìn)行下一步彎折處理后能滿足設(shè)計厚度，板最薄區(qū)4與板最厚區(qū)5中間為預(yù)設(shè)的板變厚區(qū)3，該區(qū)厚度變化要按照設(shè)計曲線進(jìn)行，可以按照冪指數(shù)函數(shù)的形式變化，如t=x+a(y/L)n，其中t為該處板厚，X為板最薄區(qū)4厚度，a為板最厚區(qū)5與板最薄區(qū)4的厚度差，y為該處與最近的板最薄區(qū)4在板橫向上的距離，L為相鄰的板最厚區(qū)5與板最薄區(qū)4在板橫向上的距離，η為指數(shù)參數(shù)。η是控制該曲線變化形式的主要控制參數(shù)，在η=1時曲線變?yōu)橹本€，即板最厚區(qū)5與板最薄區(qū)4之間均勻變化。圖1和2中具體實施例的板變厚部分3的設(shè)計曲線按照冪指數(shù)函數(shù)的形式變化，其中n=0.1。在不同的X和a值下，有對應(yīng)吸能器的材料利用率最大的η值。
[0028]步驟2、利用彎折機(jī)將TRB板彎折成管件。由于TRB板的厚度是變化的，彎折時，對彎折處的定位要求較高。定位準(zhǔn)確性的問題可以用以下方法解決:在步驟I中，在彎折處軋制定位槽6來幫助彎折管件時的定位，如圖2中所示。
[0029]步驟3、將彎折成的管件沿設(shè)計焊縫7焊接，得到所需的梯度化厚度的薄壁吸能結(jié)構(gòu)。
[0030]如圖3和4所示，由于TRB板的厚度經(jīng)過預(yù)設(shè)，加工后得到的薄壁吸能結(jié)構(gòu)在管件的軸向上和周向上都是厚度梯度化的。
[0031]在薄壁吸能結(jié)構(gòu)的軸向上，其厚度梯度變化:在同一軸向平行線上，管薄端8厚度最小，距離管薄端8越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，管厚端9厚度最大。這樣設(shè)置薄壁吸能結(jié)構(gòu)，可以降低初始最大峰值力，增大平均碰撞力，同時可以保證力位移曲線的平緩。
[0032]在薄壁吸能結(jié)構(gòu)的周向上，其厚度梯度變化:在同一橫截面上，管壁中間部位10厚度最小，而在管壁邊角部位11厚度最大，管的變厚區(qū)12按照設(shè)計的變厚曲線來變化厚度，這樣得到的薄壁吸能結(jié)構(gòu)可以減少對吸能貢獻(xiàn)不大的部位的材料，提高材料利用率，增大吸能效率。
[0033]利用這種加工方法，也可以輕松的在薄壁吸能管上添加誘導(dǎo)槽:只需要在軋制TRB板時，在平行于板縱向上柔性軋制出一條凹槽或突起，在經(jīng)過如上加工后，就可以在完成的薄壁吸能管上獲得一個誘導(dǎo)槽。
[0034]這種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，加工步驟少,加工時間短,適宜批量
化生產(chǎn)。
[0035]需要指出的是，以上實施例只是本發(fā)明一部分，實例中所使用的數(shù)據(jù)和圖表僅用于說明本方法的具體思路。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，可輕易想到的變化或同等替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1、以金屬材料為原料，用柔性軋輥技術(shù)制成預(yù)設(shè)的連續(xù)變截面板(TRB)，切成所需TRB板件，軋制過程中，在TRB板件上形成預(yù)設(shè)的變厚度的區(qū)域及定位槽(6)； 步驟2、將TRB板件彎折彎折成管件； 步驟3、焊接管件，制成所需厚度梯度化的薄壁吸能結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:所述金屬材料為鋼材。
3.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于: 步驟I中，軋制的TRB板，在板縱向上，有板最厚區(qū)(5 )、板最薄區(qū)(4)和板變厚區(qū)(3 )，板變厚區(qū)(3)的厚度變化要按照冪指數(shù)函數(shù)的形式變化。
4.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于: 步驟I中，軋制的TRB板，在同一橫向平行線上，板最薄端(I)的厚度是最薄的，距離板最薄端越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，板最厚端(2)的厚度是最厚的。
5.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于: 步驟2中，彎折成管件的過程中，用步驟I軋制的定位槽(6)定位。
6.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于: 最終制得的薄壁吸能結(jié)構(gòu)為周向變厚度的，在同一橫截面上，管壁中間部位(10)厚度最小，而在管壁邊角部位(11)厚度最大，管的變厚區(qū)(12)按照設(shè)計的冪指數(shù)函數(shù)的形式變化。
7.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:最終制得的薄壁吸能結(jié)構(gòu)為軸向變厚度的，在同一軸向平行線上，管薄端(8)厚度最小，距離管薄端越遠(yuǎn)，厚度梯度增大，管厚端(9 )厚度最大。
8.如權(quán)利要求3或6所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:所述冪指數(shù)函數(shù)為，t=x+a (y/L)n，其中t為該處板厚，X為板最薄區(qū)(4)厚度，a為板最厚區(qū)(5)與板最薄區(qū)(4)的厚度差，y為該處與最近的板最薄區(qū)(4)在板橫向上的距離，L為相鄰的板最厚區(qū)(5)與板最薄區(qū)(4)在板橫向上的距離，η為指數(shù)參數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的梯度化分配的薄壁吸能結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于:在步驟I中，在TRB板上軋制出預(yù)設(shè)的凹陷和突起，加工完成后形成誘導(dǎo)槽。
【文檔編號】B23P15/00GK103878554SQ201410128373
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】孫光永, 李光耀, 崔俊佳, 張哲碩 申請人:湖南大學(xué)