一种具有凹多边形截面并一端带有折痕的吸能盒的制作方法

本发明属于汽车及火车等交通工具的结构制造技术领域，是用于在撞击的情况下吸收冲击动能的装置。

背景技术：

交通安全是人们每天生活的重要议题。交通工具中的结构拥有更好的耐撞能力能给驾驶员及乘客在撞击事故中提供更好的保护。为了吸收碰撞中的动能，汽车和火车头前面通常都会安装吸能盒。吸能盒在撞击中受压变扁，其过程中能产生较高的抵抗力，从而使汽车或火车减速，达到缓冲吸能的目的。

理想的碰撞吸能盒需要满足以下条件：(1)高比吸能率(比吸能率定义为：碰撞吸能盒所能吸收的最大能力与其自身质量的比值)；(2)低荷载均匀性系数(荷载均匀性系数定义为：在吸能盒受压过程中，吸能盒所产生的最大反力与其整个变形过程中的平均反力的比值)；(3)较高的可压缩行程；(4)稳定，有预设的破坏模式；(5)成本较低。

通常，吸能盒是由钢或铝合金加工成的具有方形或圆形截面的管状结构，但因为安装和加工的原因，方管的使用更为普遍。为了提高吸能盒的比吸能率，在方管基础上许多改进设计被开发出来。其中较为突出的设计有专利名称为“一种折痕式碰撞吸能盒”，专利公开号为cn101638076b的一种吸能盒。该专利在方管的基础上进行了几何形状的调整，能同时提高比吸能率(增加超过50％)和降低荷载均匀性系数相较于普通的方管，并有稳定的破坏模式。然而在该设计在比吸能率上，仍有较大的提升空间。

凹多边形截面因为具有顶点数量多和边与边间夹角可灵活调整的特点，在理论上有提供超高比吸能率的潜力。然后因为凹多边形管在受压时有高荷载均匀系数，并更倾向于整体的破坏形式(而非渐进式屈曲破坏)，从而也并无法提供理论中的超高比吸能率，因此并不适宜作为吸能盒来使用。本发明的目的就是为了解决以上两个问题，释放凹多边形管的吸能潜力。

技术实现要素：

本发明要提供一类易于制造和安装的设计，并能同时提供超高比吸能率(增加100％到200％)和低荷载均匀系数。

本发明解决技术问题的方案是：调整传统吸能盒的几何结构，具体表现为使用凹多边形截面以及在吸能盒一端增加带有折痕的引导设计。凹多边形可以为多种不同形式，但应具备至少12个及以上数量的边长和顶点，其边长和顶点可表现为不同曲率的弧线。吸能盒一端的折痕引导设计为可展面，即折痕展开后为平面，这样易于加工。

将特殊的折痕纹路引入到凹多边形截面管的一端，使凹多边形截面管在被压时，能按照由折痕引导的预定的方式，稳定的渐进式屈曲破坏，形成新的超高比吸能率破坏模式。同时，由于折痕的引入，管子的刚度下降，从而形成低荷载系数。这也是本发明的核心内容。

另外，碰撞吸能盒的整体形状沿轴向是等截面直的，或变截面倾斜的。

在加工工艺上，本发明可采用整体铸造加工。由于本发明的设计采用可展面，即其表面完全展开后为一个平面，所以也可以采用金属(铝合金或钢等)板压制成型，再焊接而成。采用板材压制成型时，加工更为方便，生产成本较低。

附图说明

附图1是部分凹多边形截面。

附图2是以图1(a)中截面为例，形成的对应等截面的(a)无折痕的普通管，和(b)由普通管，通过局部弯折而形成的一端带有折痕的吸能盒。

附图3是(a)图2(b)中吸能盒的示意图，(b)其半壳平面展开图，(c)其半壳成型后的示意图，以及(d)其两个半壳成型后的装配示意图。

附图4是以(a)图1(b)中截面和(b)图1(h)中截面为例，形成的对应等截面的一端带折痕的吸能盒的示意图。

附图5是以图1(d)中截面为例，分别形成对应的(a)等截面一端带折痕的吸能盒的示意图，(b)基于相同截面的一种变截面吸能盒的示意图，以及(c)另一种变截面吸能盒的示意图。

附图6是(a)图5(a)的平面展开图，(b)图5(b)的平面展开图，以及(c)图5(c)的平面展开图。

附图7是不同的吸能盒端头折痕设计的例子，其中有(a)图3(b)中整段往一边偏的折法，(b)分两段往一边偏的折法，和(c)分两段往两边偏的折法。

图中：1是图1(a)中的凹多边形截面；2是以1为截面所形成的一端带有折痕的凹多边形吸能盒；3是吸能盒中的折痕；4是半个吸能盒(包括其展开后成为的平面)；5是折痕，其中实线表示峰折痕，虚线表示谷折痕；6是两个半壳装配时的固定点位置示意；7是图1(b)中的截面；8是由7所形成的一端带折痕的凹多边形吸能盒；9为8的折痕；10是图1(h)中的截面；11是由10所形成的一端带折痕的凹多边形吸能盒；12为11的折痕；13是图1(d)中的凹多边形截面；14是由13所形成的等截面的一端带折痕的凹多边形吸能盒(包括其展开后成为的平面形式)；15为14的折痕；16是由13所形成的一种变截面的一端带折痕的凹多边形吸能盒(包括其展开后成为的平面形式)；17为16的折痕；18是由13所形成的另一种变截面的一端带折痕的凹多边形吸能盒(包括其展开后成为的平面形式)；19为18的折痕；20是不同的吸能盒中一端折痕的折法；21为另一种不同的折法。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

对于本说明中所有的图，相同或相对应的元件一般采用相同的数字标记表示。需要指出的是，说明中所有的图只是对该发明解释说明性的表示，而本发明不局限于这些表示。此外，图中各部分并非必然按实际尺寸比例表示。在某些条件下，那些对了解本发明没有影响或者会对其他细节的理解造成影响的细节部分可能会被忽略。

图1展示了若干种凹多边形截面，在这些截面的基础上，还能衍生出更多的截面形式。除图1所示截面外，其他的凹多边形(拥有12条边及以上)皆可作为吸能盒的截面形式，其中也包括将多边形改为曲线形式。

实施例1：以图1(a)中截面为例的一端带有折痕的等截面吸能盒的一种实施方式。

第一步是确定截面形式，以图1(a)中截面为例。第二步是选择加工方式，以使用板材压制而成为例。使用板材压制而成大致分两种方式：第一种是通过压制焊接等传统方式，首先通过截面1制作出图2(a)中所示的普通凹多边形截面管，然后再对其一端进行弯折，形成引导折痕3，从而形成吸能盒2，如图2(b)；第二种是首先通过带有凹多边形截面以及折痕的模具，分别压制两个(或若干个)壳4，如图3(c)所示，然后再将两个(或若干个)壳4通过固定点6连接(焊接)到一起，形成完整的吸能盒2，如图3(d)，其中3为吸能盒一端的折痕。图3(b)为图3(c)被压成形前的平面图，即为板材下料图，其中，实线表示峰折痕，虚线表示谷折痕。完整的吸能盒2制造完成后，便可通过各种连接方式(焊接等)安装到汽车等的结构中进行使用了。

实施例2：以其他不同截面形成的一端带有折痕的等截面吸能盒的一种实施方式。

图4中8和11是分别由截面7(图1(b))和10(图1(h))形成的吸能盒的示意图，9和12是其折痕。这两种截面以及其他凹多边形截面形式可通过与实施例1中同样的方式制作成对应的吸能盒。

实施例3：以图1(d)中截面为例的一端带有折痕的变截面吸能盒的一种实施方式。

变截面的吸能盒设计有助于增加吸能盒的压缩行程。图5中，基于截面13(图1(d))，14为其形成的对应等截面吸能盒，而16和18皆为不同方式形成的对应的变截面吸能盒。图6中分别为其展开后的平面图。加工制造方式参照实施例1。

实施例4：吸能盒一端折痕的几种设计形式。

吸能盒端头的折痕设计可以有多种变化，其中部分变化如图7所示，分别为：折痕3其整段往一边偏折，折痕20其分两段往一边偏折，和折痕21其分两段往不同方向偏折。更多的变化可表现在将折痕分为多段，对其偏折方向进行排列组合，但最简易的折痕3已经足够完成其功能。