一種車用縱向變壁厚金屬吸能盒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料產(chǎn)品領域，特別涉及一種車用金屬吸能盒及其制備方法。
【背景技術】
[0002]我國汽車數(shù)量正在快速增加，交通事故也在逐年增多，其中汽車正面或者主要是正面的碰撞事故約占全部碰撞事故的66.9%。如何提高汽車正面碰撞過程中的防撞性能成為了至關重要的環(huán)節(jié)。吸能盒安裝于防撞梁和車體縱梁之間，是汽車前、后部緩沖吸能區(qū)的重要組成部件。當車輛與其它車輛或障礙物發(fā)生碰撞時，為了保護乘員室和乘客的人身安全，吸能盒首先發(fā)生變形，吸收了很大一部分碰撞動能。因此，開展汽車吸能盒特性的研宄，對提高汽車安全性、保護乘員的健康和生命具有實用意義。
[0003]現(xiàn)有吸能盒具有利用鋼鐵材料制作的等壁厚壓型焊接結構，然而存在以下問題:
[0004]1、為了在汽車受到撞擊時能夠發(fā)揮吸能作用，以控制在其壓潰過程中出現(xiàn)定向、定位變形，需要對吸能盒橫向壓制出誘導槽，以使其在被撞時的潰縮部位得到控制，但是在吸能盒上制作出誘導槽時，需要增加一道成形工序，使吸能盒的加工成本明顯增加；
[0005]2、帶有誘導槽的等壁厚吸能盒，其潰縮所需的外力變化范圍小，吸能效果受到限制，且在達到壓潰條件(即發(fā)生整體性壓潰)時，不能實現(xiàn)以逐步壓潰的方式來增加吸能效果O
[0006]針對上述存在的技術問題，提出縱向變壁厚吸能盒的方案，以期使現(xiàn)有使用的吸能盒材料性能及造價有所改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種車用縱向變壁厚吸能盒及其制備方法，與帶誘導槽的等壁厚吸能盒相比，可以在提高吸能效果的同時，減輕重量、降低成本。
[0008]本發(fā)明所提供的吸能盒為一種縱向變壁厚的金屬吸能盒，該吸能盒的安裝位置如圖1所示，吸能盒3的兩端通過前連接板2和后連接板4安裝于防撞梁I和車身縱梁5之間。在車輛碰撞時發(fā)生潰縮變形，從而減少撞擊力對乘員室和乘員的損傷。
[0009]本發(fā)明提供了一種具有縱向變壁厚特點的新型金屬吸能盒及其制作方法。吸能盒的具體結構如圖2至圖13所示。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種車用金屬吸能盒，其特征在于吸能盒的縱向或稱為軸向方向上的壁厚至少由一個厚度過渡區(qū)組成，或者至少由一個等厚度區(qū)和至少一個厚度過渡區(qū)組成，且不同等厚度區(qū)的厚度可以相同也可以不同，不同厚度的等厚區(qū)之間由厚度過渡區(qū)相連。例如:
[0011](I)前面所說的吸能盒壁厚的變厚度方式可以是沿縱向中間薄、兩端厚，如圖2和圖3所示，此時中間首先出現(xiàn)屈服；
[0012](2)前面所說的吸能盒壁厚的變厚度的方式可以是沿縱向中間厚、兩端薄，如圖2和圖4所示，此時兩端首先出現(xiàn)屈服；
[0013](3)前面所說的吸能盒壁厚的變厚度的方式可以是沿一端向著另一端逐漸增厚，如圖2和圖5所示，此時從薄端首先出現(xiàn)屈服；
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，連接具有相同或不同厚度等厚區(qū)的厚度過渡區(qū)，其厚度過渡形式可以是線性的，也可以是曲線、折線和多段曲線形式的，因此其所用鋼板的變厚度過渡曲線形狀可以是直線、曲線、折線及多段曲線，變厚度的直線或曲線長度及形狀可根據(jù)吸能盒負載情況及吸能要求來進行設計，如圖6、圖7和圖8所示。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，車用縱向變壁厚金屬吸能盒的橫截面可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形及多邊形，如圖9、圖10、圖11、圖12和圖13所示，吸能盒的一端與汽車防撞梁連接，另一端與車身縱梁連接。
[0016]根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供一種制備上述車用縱向變壁厚金屬吸能盒的生產(chǎn)工藝如下:
[0017]1、利用變厚度軋制技術將等厚度鋼板軋制成縱向變厚度板，其縱向變厚度的方式與吸能盒所需要的變壁厚方式相同；
[0018]2、將上述變厚度鋼板按照吸能盒所需要的規(guī)格尺寸切斷，作為吸能盒坯料使用；
[0019]3、利用冷彎成形方法將上述坯料成形為吸能盒的形狀，如圖9、圖10、圖11、圖12和圖13所示的形狀；
[0020]4、將成形后的吸能盒沿著成形后所出現(xiàn)的縫隙焊接起來，構成封閉的吸能盒部件。
[0021]將上述吸能盒部件裝配到防撞梁與車身縱梁之間，構成防撞一吸能結構。
[0022]本發(fā)明所實現(xiàn)的吸能盒具有如下特點:
[0023](I)、本發(fā)明的新型變壁厚吸能盒，采用壁厚沿著縱向逐漸變化的思路，利用具有縱向變厚度特點的差厚鋼板制作。該吸能盒具有在壁厚較薄處首先屈服的特點，即使在不做壓型的情況下，受到撞擊時也會發(fā)生定向、定位屈服，從而簡化生產(chǎn)工序，降低生產(chǎn)成本；
[0024](2)、由于具有變壁厚的特點，本發(fā)明的新型吸能盒可減輕結構重量，節(jié)省金屬材料，降低生產(chǎn)成本；
[0025](3)、通過控制變壁厚程度，可以控制在吸能盒初始壓潰之后，繼續(xù)增加壓潰量需要增加載荷，從而控制整體的吸能效果。
【附圖說明】
[0026]圖1為車用吸能組件裝配示意圖。其中I為防撞梁，2為前連接板，3為吸能盒，4為后連接板，5為車身縱梁。
[0027]圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的吸能盒的示意圖。其中6為前端面、8為后端面，安裝使用時分別與前連接板(2)和后連接板(4)相連；7為壁厚變化的盒體部分。
[0028]圖3為沿圖2的A-A面截取的剖視圖，壁厚變化模式為兩端厚、中間薄。9為厚度過渡區(qū)，厚度過渡形式可以是線性的，也可以是曲線、折線和多段曲線形式的。
[0029]圖4為沿圖2的A-A面截取的剖視圖，壁厚變化模式為兩端薄、中間厚。10為厚度過渡區(qū)，厚度過渡形式可以是線性的，也可以是曲線、折線和多段曲線形式的。
[0030]圖5為沿圖2的A-A面截取的剖視圖，壁厚變化模式為一端厚、一端薄。11為厚度過渡區(qū)，厚度過渡形式可以是線性的，也可以是曲線、折線和多段曲線形式的。
[0031]圖6為圖3中9所指區(qū)域的局部放大圖，表示厚度過渡形式為曲線形式，實際上也可以是線性、折線或多段曲線形式的。
[0032]圖7為圖4中10所指區(qū)域的局部放大圖，表示厚度過渡形式為多段折線形式，實際上也可以是線性、曲線或多段曲線形式的。
[0033]圖8為圖5中11所指區(qū)域的局部放大圖，表示厚度過渡形式為線性形式，實際上也可以是折線、曲線或多段曲線形式的。
[0034]圖9為吸能盒圓形端面示意圖。
[0035]圖10為吸能盒正方形端面示意圖。
[0036]圖11為吸能盒橢圓形端面示意圖。
[0037]圖12為吸能盒矩形端面示意圖。
[0038]圖13為吸能盒六邊形端面示意圖。
【具體實施方式】
[0039]實施例1:
[0040]采用變厚度軋制技術，乳制出周期變厚度帶鋼，寬度為440mm。在一個周期內(nèi)長度為200mm，且厚度由2mm逐漸過渡到Imm再到2mm，厚度過渡形式為圖6所示的曲線過渡形式。
[0041]將周期變厚度帶鋼切斷為長度200mm、寬度440mm的差厚板坯料，差厚板長度方向兩端的厚度為2_，中間厚度逐漸過渡為1_，然后再過渡到2_。
[0042]將差厚板坯料卷圓并焊接成直徑為140mm的圓形截面的吸能盒，兩端的壁厚為2_，中間壁厚逐漸過渡為1mm，縱向剖面如圖3所示。
[0043]制備的變壁厚圓形截面吸能盒沒有誘導槽，簡化了生產(chǎn)工藝，降低成本。同時，由于中間部分的厚度僅為等厚度吸能盒的一半，因此變壁厚吸能盒比等厚度吸能盒減少約1/4重量，實現(xiàn)了輕量化。
[0044]將制備的變壁厚吸能盒用連接板固定于防撞梁和車身縱梁之間，進行碰撞試驗。試驗結果表明，這種兩端厚中間薄的變壁厚吸能盒碰撞時首先在中間薄區(qū)發(fā)生壓潰，繼而擴展到整個吸能盒，最終形成穩(wěn)定的對稱疊縮式變形。
[0045]與同樣尺寸且等壁厚的吸能盒相比，采用兩端厚中間薄變壁厚吸能盒時的總吸收能量和碰撞力峰值相當，但是比吸能要高得多。
[0046]實施例2:
[0047]采用變厚度軋制技術，乳制出周期變厚度帶鋼，寬度為360mm。在一個周期內(nèi)長度為250mm，且厚度由Imm逐漸過渡到2mm，厚度過渡形式為圖8所示的線性過渡形式。
[0048]將周期變厚度帶鋼切斷為長度250mm、寬度360mm的差厚板坯料，坯料長度方向一端的厚度為1mm，另一端的厚度為2mm，兩端之間的厚度線性過渡。
[0049]將差厚板坯料冷彎并焊接成形為邊長90mm的正方形截面吸能盒，吸能盒一端的厚度為1mm，另一端的厚度為2mm，縱向剖面如圖5所示。
[0050]制備的變壁厚正方形截面吸能盒沒有誘導槽，簡化了生產(chǎn)工藝，降低成本。同時，此變壁厚吸能盒比原等厚度吸能盒減少約1/4重量，實現(xiàn)了輕量化。
[0051]將制備的變壁厚正方形截面吸能盒用連接板固定于防撞梁和車身縱梁之間，進行碰撞試驗。試驗結果表明，這種從薄到厚均勻線性過渡的變壁厚吸能盒碰撞時首先在薄區(qū)發(fā)生壓潰，繼而擴展到整個吸能盒，最終形成穩(wěn)定的對稱疊縮式變形。
[0052]與同樣尺寸且等壁厚的吸能盒相比，采用從薄到厚均勻過渡的變壁厚吸能盒時的總吸收能量和比吸能都高，且碰撞力峰值降低。
【主權項】
1.一種車用縱向變壁厚金屬吸能盒，其特征在于所述車用縱向變壁厚金屬吸能盒的縱向或稱為軸向方向上的壁厚至少由一個厚度過渡區(qū)組成，或者至少由一個等厚度區(qū)和至少一個厚度過渡區(qū)組成，且等厚度區(qū)的厚度相同或不同，等厚度區(qū)之間由厚度過渡區(qū)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的車用縱向變壁厚金屬吸能盒，其特征在于吸能盒壁厚中連接具有相同或不同厚度的等厚度區(qū)的厚度過渡區(qū)的厚度過渡形式是線性、曲線、折線或多段曲線形式的，所用鋼板的變厚度過渡曲線形狀是直線、曲線、折線或多段曲線。
3.根據(jù)權利要求1所述的車用縱向變壁厚金屬吸能盒，其特征在于車用縱向變壁厚金屬吸能盒的橫截面是圓形、橢圓形、正方形、矩形或多邊形。
4.一種如權利要求1所述的車用縱向變壁厚金屬吸能盒的制備方法，其特征在于所述制備方法按以下步驟進行: (1)利用變厚度軋制技術將等厚度鋼板軋制成縱向變厚度板，其中，縱向變厚度板的縱向變厚度的方式與吸能盒所需要的變壁厚方式相同； (2)將上述變厚度板按照吸能盒所需要的規(guī)格尺寸切斷，作為吸能盒坯料使用； (3)利用冷彎成形方式將上述吸能盒坯料成形為吸能盒的形狀； (4)將成形后的吸能盒沿著成形后所出現(xiàn)的縫隙焊接起來，構成封閉的吸能盒部件，從而得到車用縱向變壁厚金屬吸能盒。
【專利摘要】一種車用縱向變壁厚度金屬吸能盒及其制備方法，屬于金屬制品技術領域。其特征是吸能盒的壁厚至少由一個厚度過渡區(qū)組成，或者由至少一個等厚度區(qū)和至少一個厚度過渡區(qū)組成。厚度過渡區(qū)的形式可以是線性的，也可以是曲線、折線或多段曲線形式的。變壁厚吸能盒的橫截面可以是圓形、橢圓形或多邊形等多種形式；其制備方法為按其厚度要求軋制變厚度板，切斷成坯料；將坯料進行冷彎并焊接成所需要的變壁厚吸能盒。相比等厚帶誘導槽的吸能盒，變壁厚吸能盒具有優(yōu)化碰撞性能、減輕重量、降低成本等優(yōu)點。
【IPC分類】B60R19-02, B23P15-00
【公開號】CN104691464
【申請?zhí)枴緾N201510109092
【發(fā)明人】劉立忠, 盧日環(huán), 付書濤, 雷美娟, 方迪, 劉相華
【申請人】東北大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月10日