冲击吸收部件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在汽车等的输送设备中使用的冲击吸收部件。
【背景技术】
[0002] 输送设备的安全基准逐年提高，最重要的是在碰撞时，即便损伤输送设备的功能， 也要保护客舱的乘坐人员。因此，基于吸收碰撞时的能量，缓和传递至客舱内的冲击的目 的，推行在客舱周围的框架中应用高强度钢板，实现碰撞安全性的提高。
[0003]此外，近年来，不仅考虑碰撞安全性、还考虑碰撞后的维修性而利用吸能盒这样可 更换的冲击吸收部件吸收冲击的车型增多。该冲击吸收部件以冲击吸收部件的冲击吸收方 向成为汽车的长度方向的方式装配在客舱的前面以及后面，在碰撞时，冲击吸收部件在冲 击吸收方向上挤压变形，从而吸收冲击能量。因此，该冲击吸收部件要求以下特性。
[0004] [1]具有较高的冲击能量吸收性能。
[0005] [2]由于汽车的碰撞不一定与冲击吸收部件的冲击吸收方向平行，因此，在从与冲 击吸收方向交叉的方向（例如，与冲击吸收方向的交叉角度为10度的倾斜方向）加载冲击 负载的情况下，也能够吸收碰撞能量。
[0006] [3]轻量，以确保油耗效率。
[0007]对于冲击吸收部件的形状，如汽车技术会论文集no. 7 (1974)，p. 60)所记载，一般 采用通过设置于帽形截面形状的部件上的凸缘焊接背板而成的闭口截面的箱型形状（参 照图1E)等中空形状。
[0008] 根据图IA~图IH说明冲击吸收部件吸收冲击能量时的变形行为。这里，图IA~ 图ID是从变形前到最初的屈曲（buckling)变形结束期间的立体图。本说明书中所说的冲 击吸收方向指的是，在冲击吸收部件1的棱线方向设置为上下方向时相对于设置面4垂直 的方向（图IA的箭头P2)。此外，图IE~图IG示出相对于各变形时的冲击吸收方向（箭 头P2)垂直的水平截面的形状。此外，图IB的虚线示出刚施加冲击之后的侧面2的中央部 的变形行为，图IF以及图IG的虚线是变形前的水平截面。
[0009] 当沿冲击吸收方向（箭头P2)施加冲击负载Pl时，首先，在刚性小的侧面2的中 央部，周期性地（周期H)产生向面外方向（相对于面垂直地贯通的方向）鼓起（或凹陷） 的弹性变形（图IB的虚线以及图IF的实线）。另一方面，刚性大的棱线3在高度方向上压 缩变形。这里，如铁木辛柯著，屈曲理论，CORONA公司，1971，p221 - 225 (以下，简称为"铁 木辛柯"。）所示，在侧面产生的弹性变形与单纯支承周边的板的弹性屈曲等价，根据变分原 理，屈曲波长H与板宽度（侧面2的宽度（棱线间的间隔））相等。
[0010] 此外，若在冲击吸收方向（箭头P2)上进行变形，则侧面2的弹性变形从中央部沿 棱线3的方向扩展，并且面外方向的变形也增大。另一方面，对于棱线3,压缩变形量也增 大。并且，在侧面2的面外变形到达棱线3的时刻，在弹性变形量最多的位置发生应力集 中，产生棱线3的弯折。并且，在侧面2以及棱线3的双方开始出现局部的塑性屈曲（褶皱 状的变形）（图IC的虚线部以及图1G)。若进一步进行变形，则棱线3、侧面2完全弯折并 接触，第一个周期的屈曲变形结束（图ID)。此时的挤压位移与周期H-致。并且，在另一 个截面开始发生相同的屈曲变形。公知通过反复进行以上这样的屈曲变形，冲击吸收部件 1挤压变形为图IH这样的蛇纹状（风琴状），吸收冲击能量（上述汽车技术会论文集）。
[0011] 此外，以下，在本说明书中，将H定义为挤压变形时的屈曲波长，将在冲击吸收方 向上变形并如图6所示那样变形为蛇纹状的挤压定义为轴向挤压，将垂直于冲击吸收方向 剖切而成的截面定义为部件截面。
[0012] 接下来，根据图2说明此时的冲击吸收方向的位移与负载的关系。在施加冲击负 载而产生棱线3的弯折之前（对应于从图IB到图IC之间的变形），负载上升（图2,0 -A)， 在第一次屈曲变形时达到最大负载Pm1。之后，当开始棱线3的塑性屈曲时，随着塑性屈曲 的进行（对应于从图IC到图ID之间的变形）而减少能够通过棱线3吸收的能量，因此负 载降低（图2,A-B)。当侧面2完全弯折并接触，第一次屈曲变形结束时，第二周期的变 形同样地开始，负载在棱线3弯折之前上升（图2,B-C)，局部的塑性屈曲开始，负载在局 部的塑性屈曲结束之前下降（图2,C-D)。以后，反复进行该位移一负载行为。其结果， 伴随着周期H的蛇纹状（风琴状）变形，所施加的负载也如图2那样以周期H反复上升、下 降。这里，图2的C点、E点分别是第二次屈曲变形时的最大负载Pm2、第三次屈曲变形时的 最大负载Pm3。另外，与Pm1相比第二次之后的最大负载小的原因在于，因第一次屈曲而产 生轴向偏移，两个周期之后，施加于棱线3的负载成为偏负载。
[0013] 由于冲击吸收部件显示出上述图IA~图1H、图2的位移一负载曲线轮廓、挤压变 形，因此为了满足上述[1]，必需采用以下对策。
[0014] 碰撞时的吸收能量等于位移一负载曲线下部面积，S卩（W:平均负载）X(位移）。 因此，重要的是增大??，!!）以及屈曲变形次数n越大，W越大。因此， 增加所构成的板材的拉伸强度或弯曲力矩而增加Pm1、并且减小屈曲波长而增加屈曲变形 次数n是有效的。
[0015]另外，在从倾斜方向加载冲击负载的情况下，施加于冲击吸收部件的负载变成偏 负载。因此，对于偏负载，也需要设计部件形状、材料强度，以便增大位移一负载曲线下部面 积。
[0016] 另一方面，近年来从ay咸少、燃油经济性提高的观点出发，强烈要求车身的轻量 化。另外，在电动汽车等的新生代汽车中，虽然能够实现大幅度的OV咸少，但由于搭载电 池而使得车身总质量增加，因此无法获得足够的航续距离，对新生代汽车的普及造成较大 的阻碍。基于这样的观点，也强烈要求构成汽车的材料以及部件的大幅轻量化。
[0017] 为了实现上述[3]的轻量化，不仅部件本身的轻量化是重要的，减小部件体积来 防止周边部件的容量增加也是重要的。因此，在利用轻量部件构成部件的同时，需要设计能 够省略构成材料、提高单位体积的冲击吸收能量的材料、形状。
[0018] 以往，为了满足上述[1]~[3]的特性，公知以下技术等。从材料以及部件形状的 双方面完成了对策。
[0019] 例如，在日本专利第2783100号公报中，公开了残留奥氏体的形态会对冲击吸收 能力造成影响。并且，公开了以下方案：通过规定能够得到显示出良好碰撞性能的残留奥氏 体钢的形态的化学成分以及制造工序，由此提尚具有残留奥氏体的钢板的碰撞性能。其目 的在于提高钢板的拉伸强度并增大Pm1。然而，由于没有使屈曲波长H减小的效果，因此屈 曲变形次数不增加。其结果，即便Pm1增大，也难以大幅增加吸收能量。特别是，若减小冲 击吸收方向的冲击吸收部件，则难以充分吸收冲击，因此难以使部件紧凑并实现轻量化。
[0020] 另外，日本特开平7 - 224874号公报中公开了由纤维强化树脂构成的冲击吸收部 件。通过使用具有脆性的树脂材料而产生逐次的破坏，能够增大冲击能量吸收效率。并且， 其目的在于通过利用高强度的纤维进行加强来提高屈曲强度。在该发明中，由于使用脆性 材料，因此与钢材这样的塑性材料的变形不同，屈曲变形部整体能够吸收冲击能量，冲击能 量吸收效率高。此外，Pmi也因加强纤维而增大。并且，由于利用轻量材料构成，因此也容易 实现轻量化。然而，存在制造性低且成本高的课题。此外，由于是脆性破坏，因此破片向周 围飞散，也考虑到这会危害周围的人、物体的可能性。
[0021]汽车技术，vol. 47,no. 4(1993)，p. 57中公开了在侧面加工有称作破碎补强筋 (crashbead)的凹槽的冲击吸收部件。该技术的目的在于，通过在侧面以小间隔加工成为 碰撞时的屈曲变形的起点的凹槽，由此减小屈曲波长，增加屈曲变形次数。然而，通过设置 凹槽，无法发现材料原本的Pmi的可能性增高，无法高效地增大W。此外，对于来自与冲击吸 收方向交叉的方向的冲击负载，有时凹槽不作为屈曲开始起点而发挥功能，无法减小屈曲 波长。
[0022] 此外，在日本特开2006 - 207724号公报中公开了一种冲击吸收部件，该冲击吸收 部件由具有朝向内部凹陷的槽部的多边形闭口截面构成，并且使截面的局部的弯曲力矩不 同。通过设为多边形截面，能够减小棱线的间隔，能够减小屈曲波长。此外，通过形成朝向 内外反方向凹陷的槽部，能够抑制棱线的轴向偏移并防止偏负载。其结果，稳定地进行挤压 变形。并且，通过将弯曲力矩设为不同，对于来自斜方向的碰撞，也能够将挤压变形矫正为 轴向，能够吸收足够的冲击能量。然而，由于屈曲波长由棱线的间隔决定，因此，为了充分减 小屈曲波长并增大W，必须使棱线间隔相当小，形状方面的自由度存在限制。另外，该冲击吸 收部件除了因形状复杂而存在形状限制之外，还因由单一的钢材构成而难以实现车身的大 幅轻量化。
[0023] 另外，日本特开2012 - 81826中公开了利用两张金属制的面材夹住具有多个开口 的金属制的芯材并接合而成的夹层板。然而，夹层板的周缘形成为未形成多个开口的实心 部，与开口形成部相比刚性更高，因此屈曲波长增大，冲击能量吸收量减少。另外，由于一个 面板中的刚性变化大，因此难以稳定地挤压变形。
[0024] 如上，虽然实现了针对材料以及冲击吸收部件的构造的对策，但仍没有达到能够 充分满足特性的冲击吸收部件的开发程度。
【发明内容】
[0025]发明要解决的课题
[0026]本发明的目的在于提供一种冲击吸收部件，该冲击吸收部件能够实现以下特性： [0027] (a)进行稳定的蛇纹状的挤压变形。
[0028] (b)屈曲变形时的最大负载Pm1大。
[0029] (C)屈曲波长H小。
[0030] (d)与冲击负载的负荷方向无关地显示出（a)~（C)。
[0031] (e)以较少的形状限制显示出（a)~（d)。
[0032] (f)能够以简单的部件形状提高冲击能量吸收效率，实现大幅变轻。
[0033] 用于解决课题的手段
[0034] 本发明的发明人们为了解决上述课题而反复进行深入研究，结果是发现以下情 况。即，将在由金属板构成的一对表层之间接合层叠有芯层且截面相同的层叠金属板应用 于成形加工为具有至少两条棱线的形状的冲击吸收部件。由此，发现了在部件的冲击吸收 方向的一方的端部受到冲击负载时，平均负载高，能够实现稳定的蛇纹状的挤压变形，基于 该见解而完成了本发明。
[0035] 本发明的主旨如下。
[0036] (1) 一种冲击吸收部件，在部件的冲击吸收方向的一侧的端部受到冲击负载时，吸 收冲击能量，其中，
[0037] 所述冲击吸收部件构成为，部件截面的最长周长的50 %以上是将层叠金属板成 形加工成具有至少两条棱线的形状而成的部件，该层叠金属板在芯层的两面接合层叠由与 所述芯层相比杨氏模量以及密度较大的金属板构成的表层，且截面相同，所述表层的板厚 (tf)与所述芯层的板厚（〇的板厚比（tytf)在10.0以下。
[0038] (2)根据（1)所述的冲击吸收部件，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是全开 口截面形状。
[0039] (3)根据（1)所述的冲击吸收部件，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是局部 开口截面形状。
[0040] (4)根据（1)所述的冲击吸收部件，所述冲击吸收部件的部件截面的形状是全闭 口截面形状。
[0041] (5)根据（1)至（4)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述层叠金属板的所述表层 的杨氏模量（Ef)与所述芯层的杨氏模量（E。）的杨氏模量比（EyEf)是1/10~1/100000。
[0042] (6)根据⑴至（5)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述杨氏模量比（VEf)是 1/10 ~1/1000。
[0043] (7)根据（1)至（6)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述棱线的间隔至少是 10mm〇
[0044] (8)根据（1)~（7)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述表层与所述芯层的剪切 粘合强度在25MPa以上。
[0045] (9)根据（1)~（8)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述表层与芯层的接合层叠 是基于钎料或导电性粘合剂的粘合。
[0046] (10) -种冲击吸收部件，在部件的冲击吸收方向的一侧的端部受到冲击负载时， 吸收冲击能M，其中，
[0047] 所述冲击吸收部件由对层叠金属板进行成形加工而成的部件构成，该层叠金属板 在芯层的两面层叠有由与所述芯层相比杨氏模量较大的金属板构成的表层，所述表层的板 厚（tf)与所述芯层的板厚（〇的板厚比（tytf)是2.0~7.0,且所述层叠金属板的截面 相同。
[0048] (11)根据（10)所述的冲击吸收部件，所述板厚比（tytf)是3. 5~5. 0。
[0049] (12)根据（10)或（11)所述的冲击吸收部件，所述杨氏模量比（EyEf)是1/10~ 1/1000。
[0050] (13)根据（10)~（12)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述层叠金属板成形加 工为具有至少四条棱线的形状，所述棱线的间隔分别为50~80mm。
[0051] (14)根据（10)~（13)中的任一项所述的冲击吸收部件，所述层叠金属板在所述 表层以及所述芯层之间还具备接合层，所述接合层的剪切弹性模量是30~500MPa。
[0052] 发明效果
[0053] 根据本发明，能够提供满足上述（a)~（e)的冲击吸收部件。其结果，若使用本发 明的冲击吸收部件，对于不仅来自正面还来自斜方向的碰撞，也能够保护客舱的乘坐人员。 并且，由于不损伤接合部件地吸收冲击能量，因此维护也容易且高效。此外，由于本发明的 冲击吸收部件在形状上的限制比较少，因此对于上述的碰撞能够充分吸收冲击能量，故而 能够紧凑地收纳，不会导致周围的部件的重量增加。并且，由于由轻量材料构成，因此部件 本身也能够实现轻量化。其结果，对于燃油经济性的提高也是有效的。
【附图说明】
[0054] 图1~图17涉及第一实施方式。图IA是示出沿冲击吸