專利名稱：機動車用部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及保險杠梁、車門梁、框架構件等機動車用部件。
背景技術：
機動車的骨架構件中存在進行變形來對車輛碰撞時的沖擊力吸收能量的部件、為了防止車身的變形而用于確保強度/剛性的部件。這些部件設計成相對于軸載荷、彎曲載荷、扭轉載荷等各種沖擊載荷而確保必要的性能。專利文獻I公開一種車輛用車門的車身腰線加強結構。在此，通過將外加強件(outer reinforcement)和內加強件(inner reinforcement)接合，來形成具有單獨的閉合截面的車身腰線加強件(belt line reinforcement)。通過利用該車身腰線加強件和車門內板來形成跨車門主體的前后方向全長延伸的第一、第二閉合截面，從而使車門主體相對·于車輛碰撞時的沖擊力的剛性提高。在該結構中，需要有相對于作用在長度方向上的沖擊載荷(軸向載荷)的強度，從而即使從前方受到?jīng)_擊力，車門也不較大地發(fā)生變形。此外，要求將車門向車身外側折彎，從而即使因沖擊載荷而車門發(fā)生變形，變形后的車門也不會進入駕駛室內。該結構為了對折彎方向進行控制，而使載荷的作用點比構件截面的中心向駕駛室側偏心，由此使軸載荷和偏心了的彎曲載荷一起作用于構件。這樣，在車身內側產(chǎn)生彎曲壓縮應力，因此內側承擔比外側高的壓縮應力，從而車門以向車身外側凸出的方式發(fā)生變形。另外，專利文獻2公開一種機動車的車身腰線部結構。在此,在前支柱(frontpillar)的支柱外側的后縱壁的與車身腰線加強件對置的部分形成有比其它通常面向車門主體側突出的鼓出部。由此，在車輛碰撞時，使車身腰線加強件向支柱構件的扎入可靠。根據(jù)該結構，可將來自前方的碰撞載荷可靠地向車身腰線加強件傳遞。這樣，與單純的軸抗壓部件(前縱梁等)、彎曲抗壓部件(保險杠、防撞梁)不同，在強度和變形的方向都被控制的部件上同時作用有壓縮力和彎矩。因此，對該部件特有的設計下功夫。專利文獻3公開一種車輛用車門及面板構件載荷吸收結構。這里，在與載荷吸收部抵接的按壓部進一步按壓載荷吸收部時，以面板側棱線部向沿著內板主體的厚度方向的另一側移動的方式使載荷吸收部變形。由此，沿著車輛的車寬方向的載荷被吸收，相對于沿著車輛的前后方向的外力的剛性被確保 提高。另外，專利文獻4公開一種車身側面結構。在此，內板的板厚比外板的板厚厚，在內側鼓出部設有位于比閉合截面部的彎曲中立軸靠車寬方向外側的凸部。由此，對于車寬方向及車輛前后方向的載荷這雙方都可抑制變形。上述的部件通常通過將沖壓成形的薄鋼板點焊而組裝。例如，車門門肩加強件大多由具有I 2mm的板厚的鋼板形成，具有接近雙帽形材料(double hat shapedmaterial)的形狀。尤其在需要承擔大的載荷的情況下，使用具有2mm左右的板厚的鋼板。但是，從最近的CO2削減/機動車輕量化的必要性出發(fā)，要求更輕量且高性能的機動車用部件。因此，不僅在鋼板的截面形狀上下工夫，還采用新的觀點下的輕量化對策。專利文獻5公開一種提高能量吸收量的機動車用沖擊吸收構件。在此，通過承受沖擊的梁材料使用輕量 高強度的CFRP材料，從而實現(xiàn)輕量化且能量吸收量提高。另外，專利文獻6公開一種彎曲強度構件。在此，在作用有彎曲載荷時成為拉伸側的凸緣面設有FRP材料，并且將作用有彎曲載荷時成為壓縮側的凸緣的寬度b與厚度t之比(b/t)設定為12以下。由此，即使在碰撞等彎曲載荷變大的情況下，也可提高能量吸收量。另外，專利文獻7公開一種車輛的復合結構構件。在此，在閉合截面的薄壁鋼管內插入有輕合金制或合成樹脂制的加強管。該加強管具有大致沿著鋼管的內壁的外側形狀，且在內部形成有肋。由此，可長期地實現(xiàn)充分的強度和輕量化。

另外，專利文獻8公開一種機動車用保險杠梁。在此，從外側將鋼板張貼在鋁型材的前側凸緣及后側凸緣。通過使該鋼板的屈服應力O yl、鋼板的比重P I、鋁型材的屈服應力O y2、招型材的比重P 2滿足O yl/p I > O y2/p 2的關系,可將重量增加抑制成最小限度，并同時使彎曲強度提高。另外，專利文獻9公開一種保險杠結構。在此，在金屬制的保險杠主體上安裝有金屬制的第一加強板。另外，使保險杠主體的楊氏模量Est、保險杠主體的密度P st、第一加強板的楊氏模量E2、第一加強板的密度P2滿足(Est/pst3) < (E2/P23)的關系。由此，可將重量增加抑制成最小限度，并同時使彎曲強度提高。在先技術文獻專利文獻專利文獻I :日本國特開2002-219938號公報專利文獻2 :日本國特開2006-88885號公報專利文獻3 :日本國特開2008-94353號公報專利文獻4 :日本國特開2007-216788號公報專利文獻5 :日本國特開2005-225364號公報專利文獻6 :日本國特開2003-129611號公報專利文獻7 :日本國特開2003-312404號公報專利文獻8 :日本國特開2009-184415號公報專利文獻9 :日本國特開2009-255900號公報

發(fā)明內容
然而，在具有將兩端部彼此相互接合的外板和內板的機動車用部件中，存在作用有從截面的中心向內板側偏心的偏心壓縮載荷的情況。作為決定這樣的機動車用部件的強度的主要原因，假定有彎曲壓縮側(內板)的壓曲、內板的屈服、彎曲拉伸側(外板)的屈月艮。即，在這樣的機動車用部件上，除了壓縮載荷之外，還作用有由偏心載荷產(chǎn)生的彎矩，因此在內板上作用有壓縮應力，在外板上作用有拉伸應力。由于壓縮應力的絕對值比拉伸應力的絕對值大，因此在將內板和外板由同一材料/板厚構成的情況下，作用在內板上的壓縮應力的影響變大。因此，機動車用部件的強度由內板的壓曲或內板的屈服決定。因此，期望在作用有偏心壓縮載荷的機動車用部件中，在不使其性能降低的情況下使其輕量化。本發(fā)明的目的在于，使作用有偏心壓縮載荷的機動車用部件在不降低性能的情況下輕量化。本發(fā)明中的機動車用部件具備在兩端部彼此相互接合的外板和內板，所述機動車用部件的特征在于，所述外板由鋼鐵材料構成，所述內板在中央具有向外側凸出的凸緣，構成所述內板的材料的密度P板厚t、楊氏模量E、屈服應力oy及所述內板的所述凸緣的寬度B滿足以下的式⑴、⑵、(3)。
·
P X t 彡 15. 0 (kg/m2)…(I)(B/t) ^oylE ^1.5 …(2)EXt2X O y ^ 380 (kN2/mm2)…(3)根據(jù)上述結構，在從機動車用部件的截面的中心向內板側偏心了的偏心壓縮載荷作用在機動車用部件上的情況下，在作為彎曲拉伸側的外板上作用有拉伸應力，在作為彎曲壓縮側的內板上作用有壓縮應力。此時，機動車用部件的強度由內板的壓曲或內板的屈服決定。在本發(fā)明中，由于構成內板的材料同時滿足上述的三個式子(I)、(2)、(3)，因此不會使機動車用部件的重量增加，并且，機動車用部件的性能也與外板及內板由同一鋼板制作的情況同等或為其以上。即，內板難以壓曲，且可抑制內板的屈服決定的最大載荷的降低。因此，在機動車用部件上作用有偏心壓縮載荷的情況下，能夠使機動車用部件在不降低性能的情況下輕量化。另外，在本發(fā)明的機動車用部件中，構成所述內板的材料可以為5000系、6000系或7000系的鋁合金。根據(jù)上述結構，能夠在不使性能降低的情況下使內板輕量化。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的機動車用部件，由于構成內板的材料同時滿足上述的三個式子⑴、
(2)、(3)，因此不會增加機動車用部件的重量，內板不易壓曲，且可抑制內板的屈服決定的最大載荷的降低。因此，本發(fā)明能夠使機動車用部件在不降低性能的情況下輕量化，其中，在機動車用部件上作用有從機動車用部件的截面的中心向內板側偏心了的偏心壓縮載荷。


圖I是表示本發(fā)明的機動車用部件的簡要剖視圖。圖2是表示實施例的分析中使用的機動車用部件的簡要剖視圖。圖3是表不壓曲與最大載荷的關系的圖表。圖4是表示(EXt2X O y)的值的變化與最大載荷的變化率的關系的圖表。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。(機動車用部件的結構)本實施方式的機動車用部件I為保險杠梁、車門梁、框架構件等，如圖I所示，其具有配置在車輛的外側的外板2和配置在車輛的內側的內板3。外板2與內板3在兩端部彼此相互接合。外板2由鋼鐵材料構成，在中央具有相對于車輛的外側凸出的凸緣2a。內板3由5000系、6000系或7000系的鋁合金構成，在中央具有相對于車輛的內側凸出的凸緣3a。在機動車用部件I上作用有從機動車用部件I的截面的中心向內板3側以距離C發(fā)生了偏心的偏心壓縮載荷D時,外板2成為彎曲拉伸側，內板3成為彎曲壓縮側。在作為彎曲拉伸側的外板2上作用有拉伸應力，在作為彎曲壓縮側的內板3上作用有壓縮應力。在機動車用部件I的截面形狀不變化的情況下，外板2及內板3的重量與板厚t和密度P之積成正比。在此，內板3由鋼鐵材料構成時的該鋼鐵材料的密度、板厚分別為P l、tl。另外，內板3由5000系、6000系或7000系的鋁合金構成時的該鋁合金的密度、板厚分別為P 2、t2。此時,上述P UtU P 2、t2滿足以下的式⑷。P IXtl 彡 P 2Xt2... (4)S卩，內板3由鋁合金構成時的內板3的重量為內板3由鋼鐵材料構成時的內板3 的重量以下。這樣，通過使內板3由鋁合金構成，可抑制機動車用部件I的重量的增加。在此，構成內板3的5000系、6000系或7000系的鋁合金的板厚、楊氏模量及屈服應力分別為t、E、oy。另外,外板2及內板3的凸緣寬度為B。此時,上述t、E、O y、B滿足以下的式(5)。(B/t)」oyiE 彡1.5 ■■■ (5)在此，(B/t)的值是在鋼結構的領域內通常使用的壓曲參數(shù)。需要說明的是，在機動車用部件I的截面形狀不變化的情況下，B固定。在使上述的偏心壓縮載荷D作用于機動車用部件I的情況下，由作為彎曲壓縮側的內板3的屈服來決定最大載荷。當上述壓曲參數(shù)的值為I. 5以下時，最大載荷成為理論分析結果的90%以上，因此內板3難以壓曲。在此，內板3由鋼鐵材料構成時的該鋼鐵材料的板厚、楊氏模量、截面積及屈服應力分別為tl、E1、Al、oyl。另外，內板3由5000系、6000系或7000系的鋁合金構成時的該鋁合金的板厚、楊氏模量、截面積及屈服應力分別為t2、E2、A2、oy2。此時，tl、El、Al、
oyl、t2、E2、A2及o y2滿足以下的式(6)。(E2 A2) X (t2 o y2)彡 0. 9 X (El Al) X (tl o yl)…(6)在此，在不變更機動車用部件I的截面形狀的情況下，截面積A1、A2的代表值為板厚tl、t2，因此上述的式(6)可以如以下的式(7)那樣進行替換。E2Xt22X o y2 ^ 0. 9XElXtl2X o yl... (7)由內板3的屈服來決定最大載荷的因子為內板3的屈服強度和機動車用部件I的彎曲剛性。在機動車用部件I的截面形狀不變化的情況下，內板3的強度的代表值為板厚t2與屈服應力O y2之積。另外，內板3的伴隨材料變更及板厚變更的對機動車用部件I的彎曲剛性的貢獻由楊氏模量E2與截面積A2之積表示。并且，如上所述，在不變更截面形狀的情況下，截面積A的代表值為板厚t，因此內板3的伴隨材料變更及板厚變更的對機動車用部件I的彎曲剛性的貢獻由楊氏模量E與板厚t之積表示。通過滿足式(7)，機動車用部件I的最大載荷成為90%以上，從而可抑制由內板3的屈服決定的最大載荷的降低。需要說明的是，E2Xt22X O y2的實際上的上限值約為ElXtl2X oyl的三倍。在機動車用部件I上作用有從機動車用部件I的截面的中心向內板3側偏心了的偏心壓縮載荷的情況下，機動車用部件I的強度由內板3的壓曲或內板3的屈服決定。此時，構成內板3的材料同時滿足式(4)、(5)、(7)這三個關系，因此不會使機動車用部件I的重量增加，并且，機動車用部件的性能也與外板2及內板3由同一鋼板制作的情況同等或為其以上。S卩，內板3變得難以壓曲，可抑制內板3的屈服決定的最大載荷的降低。因此，即使在機動車用部件I上作用有偏心壓縮載荷時，也能夠在不使性能降低的情況下使機動車用部件I輕量化。另外，由于構成內板3的材料為5000系、6000系或7000系的鋁合金，因此能夠在不使性能降低的情況下使內板3輕量化。需要說明的是，能夠適用上述要件的機動車部件的截面尺寸通常為IOOmmXlOOmm左右，最大為200mmX 200mm。另外，機動車部件的長度通常為Im左右或其以下，最大為2m
左右。(分析)利用圖2所示的機動車用部件11，對其作用從截面的中心向內板13側偏心了距離C = 8mm的偏心壓縮載荷D,并對其實施基于材料力學的理論分析(使由壓縮力與偏心產(chǎn)生彎矩重疊的應力計算)和有限元(FEM)分析。在此，機動車用部件11的進深方向的長度為900mm，截面寬度為100mm，截面高度為29mm。另外，圖2中，R5意味著曲率半徑為5mm。機動車用部件11具有將兩端部彼此相互接合的外板12和內板13，外板12及內板13的凸緣寬度B分別為54mm。另外，機動車用部件11的外板12使用板厚t為2. Omm的590MPa級冷軋鋼板。需要說明的是，機動車用部件11的截面形狀固定，在寬度方向上截面形狀不發(fā)生變化。其結果是，可知理論分析的結果與FEM分析的結果大致一致，在該條件下，最大載荷由內板13的屈服決定。在此，為了弄清壓曲極限，不改變形狀，假定材料為兩種鋼鐵材料，并利用減少板厚后的截面來實施理論分析和FEM分析。然后，對理論分析的結果(由內板13的屈服決定的最大載荷)和FEM分析的結果進行比較，由此確認出壓曲決定的強度降低的比例。圖3表示其結果。圖3表示壓曲對最大載荷產(chǎn)生的影響。在圖3中，橫軸的壓曲參數(shù)為在鋼結構的領域內通常使用的(B/t/￡的值。在此，利用了 B = 54mm、t = I. 2 2. 0mm、o y = 480，780MPa、E = 205800MPa (鋼的楊氏模量)的結果。由此，隨著壓曲參數(shù)的值變大，通過FEM分析得到的最大載荷比通過理論分析得到的最大載荷小。即，因內板13的壓曲，與截面所具備的性能相比，最大載荷降低。當考慮結果的不均(圖3中，由虛線表示)時，如上述的式(5)所示，使壓曲參數(shù)的值為1.5以下，由此能夠使最大載荷為理論分析結果的90%以上。另外，由內板13的屈服來決定自身最大載荷的因子為內板13的屈服強度和機動車用部件11的彎曲剛性。后者對因偏心產(chǎn)生的彎矩而產(chǎn)生的彎曲壓縮應力的大小產(chǎn)生很大的影響。若不對機動車用部件11的形狀進行變更，則內板13的強度的代表值為板厚t與屈服應力之積。另外，機動車用部件11的彎曲剛性由楊氏模量E與截面慣性矩之積表示，因此當將內板13和外板12分離而表達時，成為以下的式(8)那樣的函數(shù)。彎曲剛性^f (EoXAoX (ho)2、Ei XAi X (hi)2)…(8)在此,Eo表不外板12的楊氏模量,Ei表不內板13的楊氏模量,ho表不外板12的截面高度，hi表示內板13的截面高度，Ao表示外板12的截面積，Ai表示內板13的截面積。需要說明的是，在圖2中，外板12的截面高度ho為12. 5_。因此，在不變更截面形狀的情況下，內板13的伴隨材料變更和板厚變更的對機動車用部件11的彎曲剛性的貢獻由楊氏模量E與截面積A之積表示。并且，如上所述，在不變更截面形狀的情況下，截面積A的代表值為板厚t，因此內板13的與材料變更和板厚變更相伴的對機動車用部件11的彎曲剛性的貢獻由楊氏模量E與板厚t之積表不。利用上述的兩個因子，制作具有通過表I所示的各種材料構成的內板13的比較例I 7及實施例I 4，并算出各自的最大載荷。表I表示這些的結果。需要說明的是，t匕較例I的590MPa級鋼板是比較最大載荷時的基準截面?！?br> 權利要求
1.一種機動車用部件，其具備在兩端部彼此相互接合的外板和內板，所述機動車用部件的特征在于， 所述外板由鋼鐵材料構成， 所述內板在中央具有向外側凸出的凸緣， 構成所述內板的材料的密度P、板厚t、楊氏模量E、屈服應力Oy及所述內板的所述凸緣的寬度B滿足以下的式⑴、(2)、(3)，P Xt 彡 15. O (kg/m2)... (I)、 (B/t) ^Je ^1.5 ■■■ (2)、EXt2X Oy^ 380 (kN2/mm2)... (3)。
2.根據(jù)權利要求I所述的機動車用部件，其特征在于， 構成所述內板的材料為5000系、6000系或7000系的鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于使作用有偏心壓縮載荷的機動車用部件在不降低性能的情況下輕量化。在本發(fā)明中，在具備外板(2)和在中央具有向外側凸出的凸緣(3a)的內板(3)的機動車用部件(1)中，使構成內板(3)的材料的密度ρ、板厚t、楊氏模量E、屈服應力σy及凸緣(3a)的寬度B滿足以下的式(1)、(2)、(3)，ρ×t≤15.0(kg/m2)…(1)、E×t2×σy≥380(kN2/mm2)…(3)。
文檔編號B62D29/00GK102791532SQ201180014098
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者中川知和, 杵淵雅男, 橘美枝 申請人:株式會社神戶制鋼所