CN102632854A - 压铸铝合金制溃缩盒 - Google Patents

Abstract

本发明的溃缩盒(1)是压铸铝合金制溃缩盒，设置在纵梁(2)与保险杠加强件(3)的端部之间，纵梁(2)在车辆左右分别沿前后方向延伸，保险杠加强件(3)沿车宽方向延伸。溃缩盒(1)具备沿车辆前后方向延伸且剖面为十字状的凹多边形的筒状部(5)，筒状部(5)的凸角部(5a)及凹角部(5b)的至少一个角部中形成有薄壁部(11、12)。由此，在碰撞负荷施加于溃缩盒(1)时该溃缩盒能够效率良好地吸收碰撞能量。

Description

压铸铝合金制溃缩盒

技术领域

本发明涉及作为车辆用的溃缩盒而被使用的压铸铝合金制溃缩盒。

背景技术

车辆中具有冲击吸收装置，以便在车辆彼此碰撞时或因驾驶操作失误导致碰撞到建筑物时确保乘员安全及减轻车身损伤。作为其代表例如有在车辆的保险杠内侧的保险杠加强件与车身的纵梁端部之间设置的溃缩盒。

上述溃缩盒通常由钢材形成，在车辆正面碰撞时或侧偏碰撞时，在一面呈波纹状压曲变形(意味着压缩变形或压垮)一面沿车辆前后方向溃缩的过程中吸收碰撞能量。因此，以往的由钢材形成的溃缩盒通过由车辆内侧与车辆外侧的剖面“コ”字形状的两个部件接合而形成为内部中空的筒状。此外，还已知有将溃缩盒的闭合剖面形状设为十字形或不倒翁形、或在溃缩盒的内侧壁面及外侧壁面设置肋部的结构。例如日本专利公开公报特开2010-70038号(专利文献1)中记载有由钢材形成的剖面大致十字形状的溃缩盒，此外还记载有在溃缩盒前端面设置凹部并且使该凹部与沿保险杠梁后表面的沿车宽方向延伸且剖面“コ”字状的凸部嵌合的结构。

此外，还已知有将溃缩盒设定为铝合金制的尝试。例如日本专利公开公报特开2002-39245号(专利文献2)中记载有在圆筒状的压铸铝合金制溃缩盒中，使其壁厚在轴向上连续或局部地变化的结构。此外，日本专利公开公报特开2002-12165号(专利文献3)中记载有在由铝合金挤压材形成的中空矩形剖面的溃缩盒中设置使其壁面向外侧突出的沿轴向延伸且剖面“コ”字状的凸部的结构。

构成车身的溃缩盒并非为大件零件，但如果使制作该溃缩盒的材料从钢材改为铝合金材料，即便为确保强度而需要稍微增加壁厚，也会因铝合金材料较轻而有利于车身轻量化。然而，由铝合金挤压材料制作溃缩盒时(专利文献3)，由于溃缩盒基本上在整个轴向上呈相同的剖面形状，因此为获得有效的冲击吸收性而使剖面形状在轴向上变化或在两端设置接合凸缘则较为困难。相对于此，在专利文献2所记载的压铸铝合金制溃缩盒的情况下，虽然可使筒状部的壁厚发生变化或者可设置凸缘等，但还存在进一步获得更有效的冲击吸收性的要求。

即，当碰撞负荷施加于溃缩盒时，溃缩盒与碰撞负荷相对抗，因此出现所谓的初始峰值，即车身侧在产生最初的压曲为止所承受的负荷增高，之后随着产生压曲而负荷下降。当因该最初的压曲而导致溃缩盒整体一下子成为溃缩的破坏状态时，之后便无法获得由溃缩盒实现的碰撞能量的吸收效果，从而车身所受到的损伤及乘员所受到的冲击增大。

即便在最初的压曲中溃缩盒未一下子被破坏，但由于车身侧在产生下一压曲为止所承受的负荷增大，因此如果压曲未在最初的压屈之后不断适当地产生时溃缩盒便无法实现碰撞能量的有效吸收，从而车身侧所受到的冲击增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压铸铝合金制溃缩盒，以在碰撞负荷施加于该溃缩盒时该溃缩盒能够效率良好地吸收碰撞能量。

为达到上述目的，本发明采用压铸铝合金制溃缩盒，该压铸铝合金制溃缩盒具备剖面形成为十字状的凹多边形(至少一内角的大小超过180°的多边形)的筒状部，该筒状部中具备按指定形态诱发产生压曲变形的变形诱发部。

具体而言，本发明的压铸铝合金制溃缩盒设置在纵梁与保险杠加强件的端部之间，所述纵梁在车辆左右分别沿前后方向延伸，所述保险杠加强件沿车宽方向延伸，所述压铸铝合金制溃缩盒具备沿车辆前后方向延伸且剖面形状为十字状的凹多边形的筒状部，所述筒状部的凸角部及凹角部的至少一个角部中形成有薄壁部。更具体而言，本发明的压铸铝合金制溃缩盒设置在纵梁与保险杠加强件的端部之间，所述纵梁在车辆左右分别沿前后方向延伸，所述保险杠加强件沿车宽方向延伸，所述压铸铝合金制溃缩盒具备沿车辆前后方向延伸且剖面形状为十字状的凹多边形的筒状部，所述筒状部具有多个角部，所述多个角部包括至少一个凸角部和至少一个凹角部，所述筒状部的凸角部及凹角部的至少一个角部中形成有薄壁部。

即，碰撞负荷施加于溃缩盒而在筒状部上发生的压曲在负荷达到极限值时，引起筒状部的壁部沿横向(与车辆前后方向正交的方向)变形的现象。简而言之，基于上述的碰撞负荷而对筒状部作用有使其周壁向内侧或外侧变形的力。在筒状部为十字状的凹多边形的情况下，当对朝外侧突出的四个凸部中的一组相对的凸部分别作用有向外侧的力时，会对另一组相对的凸部分别作用有向内侧的力。

本发明所涉及的溃缩盒中，由于筒状部的角部为薄壁，因此在碰撞负荷施加于溃缩盒时，筒状部因向上述的内侧或外侧作用的力而易于以角部的弯曲伸展的方式变形。这意味着在对上述的一组相对的凸部作用有向外侧的力时，该凸部的角部的弯曲伸展，由此该凸部的远端易于变窄而向外侧突出变形，而且在对另一组相对的凸部作用有向内侧的力时，该凸部的角部的弯曲伸展，由此该凸部的远端易于变宽而向内侧变形。即，上述薄壁部诱发使一组相对的凸部变窄而向外侧突出而且使另一组相对的凸部变宽而向内侧变形的压曲变形。

于是，上述溃缩盒的筒状部随着上述一组相对的凸部向外侧的变形及另一组相对的凸部向内侧的变形而压曲。在凸部向外侧或内侧变形而压曲时，与该压曲部在车辆前后方向上邻接的部位上作用有使凸部向反方向(内侧或外侧)变形的力。即接着，筒状部随着上述一组相对的凸部变宽而向内侧位移变形及上述另一组相对的凸部变窄而向外侧突出变形而压曲。在此情况下，也由于筒状部的角部为薄壁，因此易于产生这种变形形态的压曲。

这样，在采用本发明所涉及的溃缩盒时，当碰撞负荷施加于溃缩盒时，在车辆前后方向上交替呈现第一压曲变形模式和第二压曲变形模式，其中，第一压曲变形模式是一组相对的凸部向外侧变形而另一组相对的凸部向内侧变形的模式，第二压曲变形模式是一组相对的凸部向内侧变形而另一组相对的凸部向外侧变形的模式，从而筒状部以呈波纹状折叠的方式变形。在上述薄壁部的作用下，基于上述第一及第二变形模式的压曲变形顺利地进行。由此，根据本发明，可实现碰撞能量的有效吸收，可减轻车身所受到的损伤及乘员所受到的冲击。

本发明的一技术方案中，所述筒状部中还在相邻的角部间的平坦部的局部上形成有薄壁部。由此，角部间的平坦部易于压曲，从而易于产生凸部变窄而向外侧突出的变形及凸部变宽而向内侧位移的变形。即，能够使基于上述的第一及第二变形模式的压曲变形顺利地进行。

此外，本发明的另一技术方案中，所述薄壁部通过在所述筒状部的外表面或内表面上设置沿车辆前后方向延伸的槽而形成。由此，通过在筒状部设置槽状的薄壁部从而以简单结构使筒状部容易地屈伸，从而能够使基于上述第一及第二变形模式的压曲变形顺利地进行。

另外，本发明的另一技术方案中，所述薄壁部通过使所述筒状部的凸角部及凹角部的至少一个角部的壁厚连续地变化而形成。该结构中，也能够使基于上述第一及第二变形模式的压曲变形顺利地进行。

另外，本发明的另一技术方案中，所述筒状部形成为从所述纵梁侧随着向车辆前方延伸而前端变窄的形状。由此，筒状部在施加有碰撞负荷时，从前端变窄的前端侧起开始压曲，基于上述第一变形模式的压曲与基于第二变形模式的压曲向着后端侧交替产生，波纹状折叠变形便顺利地进行。

本发明中较为理想的是，所述压铸铝合金具有以下的机械特性：0.2％耐力为70MPa以上、抗拉强度为120MPa以上且延伸率为10％以上。由具有该机械特性的压铸铝合金形成的溃缩盒在随着碰撞负荷的作用而沿车辆的前后方向被压溃的过程中难以产生破裂，因此能够效率良好地吸收所述碰撞负荷。

根据本发明，由于溃缩盒具备沿车辆前后方向延伸且由剖面形状为十字状的凹多边形形成的筒状部，并且在该筒状部的凸角部及凹角部的至少一方中设置有壁厚变薄的沿车辆前后方向延伸的薄壁部，因此在车辆发生碰撞时，可顺利地进行由一组相对的凸部向外侧变形而另一组相对的凸部向内侧变形的第一变形模式、及一组相对的凸部向内侧变形而另一组相对的凸部向外侧变形的第二变形模式在车辆前后方向上交替地呈现而形成的波纹状压曲变形，从而可实现碰撞能量的有效吸收，有利于减小车身所受到的损伤及乘员所受到的冲击。而且，由于采用在筒状部的角部设置沿车辆前后方向延伸的薄壁部的结构，因此不会出现使溃缩盒的压铸成形难以进行的情况。

附图说明

图1是表示包括本发明的实施方式所涉及的溃缩盒的车辆前部车身结构的分解立体图。

图2是本发明的实施方式所涉及的溃缩盒的立体图。

图3是所述溃缩盒的筒状部的横剖视图。

图4是示意性地表示所述溃缩盒的制造用模具的剖视图。

图5是表示所述溃缩盒筒状部的第一变形模式的说明图。

图6是表示所述溃缩盒筒状部的第二变形模式的说明图。

图7是将所述溃缩盒筒状部的变形形态放大表示的省略影线的横剖视图。

图8是表示所述溃缩盒筒状部的变形状态的立体图。

图9是表示实施例及比较例各自的溃缩盒的负荷-位移特性的曲线图。

图10是本发明的另一实施方式所涉及的溃缩盒的横剖视图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。以下的具体实施方式的说明本质上只不过为例示，并未意图限制本发明及其适用物或其用途。

图1是表示车辆前部车身结构的分解立体图。该图中，1为压铸铝合金制溃缩盒，2为在车辆左右分别沿前后方向延伸的前纵梁，3为沿车宽方向延伸的保险杠加强件(保险杠梁)。各溃缩盒1以分别将各前纵梁2的前端与保险杠加强件3的各端部连接的方式设置。

前纵梁2为沿车辆前后方向延伸的闭合剖面结构体，其为通过接合设置在车宽方向内侧的剖面帽形的内构件2a与设置在车宽方向外侧的平板状的外构件2b而形成的结构体。在该前纵梁2的前端面固定有使板面朝向前方的安装板4。保险杠加强件3为通过接合平板状的前构件3a与剖面帽形的后构件3b而形成的加强件。在该保险杠加强件3上安装有保险杠罩面(省略图示)。

溃缩盒1如图2所示包括沿车辆前后方向延伸且随着向前方延伸而前端变窄的闭合剖面结构的筒状部5，在该筒状部5的后端设置有向外侧突出的接合凸缘6。如图3等所示，筒状部5形成为具有八个凸角部5a与四个凹角部5b的剖面为十字形状的凹多边形。

在封闭筒状部5前端的前壁7中央开设有用于使溃缩盒1轻量化而设置的减重孔8，此外，在呈十字形向四方突出的前壁7的突出部开设有螺栓孔9。溃缩盒1的前端通过插通该螺栓孔9的安装螺栓而结合于保险杠加强件3。在接合凸缘6的四角也形成有螺栓孔9，溃缩盒1的后端通过插通该螺栓孔9的安装螺栓而结合于前纵梁2前端的安装板4。

另外，构成筒状部5的筒壁的凸角部5a在内表面侧设置有沿车辆前后方向延伸的内槽11而形成为壁厚变薄的薄壁。凹角部5b在外表面侧设置有沿车辆前后方向延伸的外槽12而同样形成为薄壁。此外，在周方向上相邻的凸角部5a、5a之间的平坦部5c、及在周方向上相邻的凸角部5a与凹角部5b之间的平坦部5d上也设置有沿车辆前后方向延伸的内槽11或外槽12，这些平坦部5c、5d局部地形成为薄壁。即，夹着凸角部5a的内槽11而在其两侧的平坦部5c、5d上分别设置有内槽11，夹着凹角部5b的外槽12而其两侧的平坦部5c、5d上分别设置有外槽12。

因此，在平坦部5c上设置有两条内槽11，在平坦部5d上内槽11与外槽12各设置有一条。平坦部5c的两条内槽11分别在距离凸角部5a四分之一的平坦部5c宽度的位置沿车辆前后方向延伸。平坦部5d的内槽11也在距离凸角部5a四分之一的平坦部5d宽度的位置沿车辆前后方向延伸。平坦部5d的外槽12在距离凹角部5b四分之一的平坦部5d宽度的位置沿车辆前后方向延伸。

<溃缩盒的制法>

在制造溃缩盒1时较为理想的是使用模紧固力为500ton的高真空压铸装置。图4示意性地表示用于制造溃缩盒1的模具。该图中，21为下模，22为上模，通过该两模具21、22而形成有溃缩盒成形用模腔23。符号24为型芯用活动板，在该活动板24上设置有用于形成减重孔8的型芯25及用于形成螺栓孔9的型芯26。符号27为熔液注入用柱塞进退的柱塞孔，符号28为浇道。

上述溃缩盒1的筒状部5自身为简单的前端变窄的形状，且内槽11及外槽12也沿车辆前后方向延伸，因此根据图4可知，下模21及上模22均不为分型模，而是作为简单的双方脱离的模具即可成形该溃缩盒1。

作为铸造用铝合金，较为理想的是采用含有以质量％记为Mn：1.4％以上且1.6％以下、Si：0.2％以上且5.0％以下、Cu：0.05％以上且0.35％以下、Mg：0.1％以上且0.3％以下、Fe：0.5％以上且0.7％以下、Ti：0.1％以上且0.3％以下、而且剩余部分为Al及不可避免的杂质的铝合金。由此，可获得0.2％耐力(延伸率为0.2％时的屈服强度)为70MPa以上、抗拉强度为120MPa以上且延伸率为10％以上的溃缩盒1。

例如，当采用含有Mn：1.56％、Si：0.22％、Cu：0.05％、Mg：0.16％、Fe：0.65％、Ti：0.15％、而且剩余部分为Al及不可避免的杂质的铝合金，并且以柱塞速度：1.50m/秒、模腔内真空度：98kPa、模温度150～160℃的条件进行压铸铸造时，可获得具有0.2％耐力为100MPa、抗拉强度为200MPa、延伸率约为18％的机械特性的溃缩盒1。

<溃缩盒的压缩变形>

当碰撞负荷经由保险杠加强件3施加于溃缩盒1时，该筒状部5在车辆前后方向上交替地重复从图5的点划线所示的“正十字形状”的基本剖面形状BF如图5的实线所示般变形的第一变形模式T1、及如图6的实线所示般变形的第二变形模式T2而进行压曲变形。图5所示的第一变形模式T1为一方面上下的凸部31、32分别变窄而向上下方向外侧突出位移而另一方面左右的凸部33、34分别变宽而向左右方向内侧位移变形的模式。图6所示的第二变形模式T2为一方面上下的凸部31、32分别变宽而向上下方向内侧位移而另一方面左右的凸部33、34分别变窄而向左右方向外侧突出位移变形的模式。

下面基于图7说明筒状部5进行上述变形模式T1、T2的压曲变形时的内槽11及外槽12的作用。该图中，对内槽11及外槽12标以记号，对平坦部5c的内槽标以11A，对凸角部5a的内槽标以11B，对平坦部5d的内槽标以11C，对平坦部5d的外槽标以12A，对凹角部5b的外槽标以12B。

当因碰撞负荷而有向外侧(图7中向上方)的力F1施加于凸部31的平坦部5c时，该凸部31的平坦部5c上作用有向外侧使之凸出的弯曲力，从而应力集中在该平坦部5c的内槽11A部位，由此该部位如该图的点划线所示般弯曲而易于成为凸角(内槽11A→11A’)。

当对凸部31的平坦部5c作用有向外侧(向上方)的力F1时，对该凸部31的平坦部5d作用有向内侧的力F2。此时，凸部31的压曲的凸角部5a因内槽11B而为薄壁，从而在上述F1、F2力的作用下，如该图的点划线所示易于成为伸展状态(内槽11B→11B’)。

当因碰撞负荷而对凸部31施加有向外侧(向上方)的力F1时，也对相邻的凸部34的平坦部5d施加有同方向(向上方)的力F3。因此，弯曲应力集中在凸部31的平坦部5d的外槽12A部位，该部位如该图的点划线所示易于弯曲而成为凹角(外槽12A→12A’)。

此时，凸部31、34之间的压曲的凹角部5b因外槽12B而为薄壁，从而在作用于凸部31的平坦部5d的向内侧的力F2和作用于凸部34的平坦部5d的向外侧的力F3的作用下，如该图的点划线所示易于成为伸展状态(外槽12B→12B’)。

当因碰撞负荷而对凸部34施加有向外侧(向上方)的力F3时，对相邻的该凸部34的平坦部5c施加有向内侧的力F4。此时，凸部34的压曲的凸角部5a因内槽11B而为薄壁，从而在上述F3、F4力的作用下，如该图的点划线所示易于成为伸展状态(内槽11B→11B’)。

由以上可知，当对凸部施加有向外侧的力时，平坦部5c的内槽11A、凸角部5a的内槽11B及平坦部5d的外槽12A诱发该凸部变窄而向外侧突出变形。另一方面，在对凸部施加有向内侧的力时，凸角部5a的内槽11B、平坦部5d的内槽11C及凹角部5b的外槽12B诱发该凸部变宽而向内侧变形。

这样，交替产生上述第一变形模式T1和第二变形模式T2，是由于金属板例如向内侧压曲时，在与其压曲部邻接的部位作用有向外侧变形的力。其结果，溃缩盒1的筒状部5如图8所示那样在车辆前后方向上呈波纹状折叠。

由于上述筒状部5的剖面形状为十字形，因此不仅在正面碰撞时，即便在碰撞负荷的输入方向在上下偏移或在左右偏移时，因向四方突出的十字形的凸部31～34作为支柱而防止筒状部5溃塌变形(在力学上该变形意味着压曲)，从而产生使上述第一变形模式T1和第二变形模式T2交替发生的波纹状折叠变形。

图9表示剖面形成为十字状的凹多边形的压铸铝合金制的溃缩盒的压缩测试结果(负荷-压缩位移数据)。其中，实施例是具有上述内槽11及外槽12的溃缩盒，比较例是不具有上述内槽及外槽的溃缩盒。

比较例中，在碰撞初期出现负荷峰值之后，负荷值大幅降低，以较低的负荷值推进。形成这样的负荷-位移特性的原因在于筒状部因最初的压曲而破裂。

相对于此，实施例中，初始负荷峰值与比较例相同，但之后的负荷值的下降少，在保持比较高的负荷值的状态下进行位移。这意味着筒状部未因最初的压曲而破裂而是不断发生压曲。此原因在于在上述内槽11与外槽12的作用下，基于上述第一及第二变形模式T1、T2的压曲交替且顺利地产生。因此，形成基本无凹凸的平坦的负荷-位移特性。由此，根据本发明，可实现碰撞能量的有效吸收，可减少车身所受到的损伤及乘员所受到的冲击。

(另一实施方式)

图10表示本发明的另一实施方式所涉及的溃缩盒1。在该溃缩盒1中，与前面的实施方式的内槽11及外槽12不同，形成有使设于由剖面十字状的凹多边形形成的筒状部5上的八个凸角部5a及四个凹角部5b的壁厚连续地变化的薄壁部。在上述溃缩盒1的平坦部5c、5d上未设置薄壁部。

即使在本实施方式的情况下，由于筒状部5的八个凸角部5a和四个凹角部5b形成为薄壁，因此这些角部5a、5b也易于从弯曲状态变形为伸展状态。由此，这些角部5a、5b以促进凸部31～34变窄而向外侧突出、及促进凸部31～34变宽而向内侧变形的方式发挥作用，从而筒状部5使基于上述第一变形模式T1的压曲和基于第二变形模式T2的压曲交替且顺利地产生。

另外，上述薄壁部并不一定在筒状部5的车辆前后方向全长的范围形成，也可采用在筒状部5的车辆前后方向上局部性或间断性地形成上述薄壁部的结构。然而，为了使用由简单的双向脱离的上模及下模形成的模具来对上述溃缩盒1的筒状部5进行成形，较为理想的是从上述筒状部5的后端部起在指定范围形成连续的薄壁部。

另外，如上述实施方式所示，在由具有0.2％耐力为70MPa以上、抗拉强度为120MPa以上且延伸率为10％以上的机械特性的压铸铝合金形成上述溃缩盒的情况下，具有以下优点：在溃缩盒随着碰撞负荷的作用而沿车辆的前后方向被压溃的过程中难以产生破裂，能够效率良好地吸收所述碰撞负荷。

Claims (7)

1.一种压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

设置在纵梁与保险杠加强件的端部之间，所述纵梁在车辆左右分别沿前后方向延伸，所述保险杠加强件沿车宽方向延伸，

所述压铸铝合金制溃缩盒具备沿车辆前后方向延伸且剖面形状为十字状的凹多边形的筒状部，

所述筒状部的凸角部及凹角部的至少一个角部中形成有薄壁部。

2.根据权利要求1所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述筒状部中还在相邻的角部间的平坦部的局部上形成有薄壁部。

3.根据权利要求1或2所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述薄壁部通过在所述筒状部的外表面或内表面上设置沿车辆前后方向延伸的槽而形成。

4.根据权利要求1所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述薄壁部通过使所述筒状部的凸角部及凹角部的至少一个角部的壁厚连续地变化而形成。

5.根据权利要求1、2或4所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述筒状部形成为从所述纵梁侧随着向车辆前方延伸而前端变窄的形状。

6.根据权利要求3所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述筒状部形成为从所述纵梁侧随着向车辆前方延伸而前端变窄的形状。

7.根据权利要求1所述的压铸铝合金制溃缩盒，其特征在于：

所述压铸铝合金具有以下的机械特性：0.2％耐力为70MPa以上、抗拉强度为120MPa以上且延伸率为10％以上。

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