ES2824509T3 - Miembro estructural - Google Patents

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Kenichiro Otsuka
Yoshiaki Nakazawa
Ryuichi Nishimura
Yasuhiro Ito
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Abstract

Un miembro estructural (10) hecho de metal, formado de manera que se extiende a lo largo en una dirección predeterminada, y que tiene un fondo de canalón (11), dos nervaduras (12a, 12b) que continúan hasta ambos extremos en una dirección a lo ancho del fondo de canalón (11), y dos paredes verticales (13a, 13b) que continúan hasta las dos nervaduras (12a, 12b), comprendiendo el elemento estructural (10): una brida continua orientada hacia fuera (16), formada continuamente al menos a lo largo del fondo de canalón (11), de las nervaduras (12a, 12b) y de las paredes verticales (13a, 13b), en un extremo según la dirección predeterminada, de tal manera que la anchura del fondo de canalón (11) se reduce a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera (16), de modo que un valor S (mm-1) que representa un grado de reducción de la anchura del fondo de canalón (11) como se define en la fórmula (1) a continuación, está dentro de un intervalo de 0,0002 a 0,0018, **(Ver fórmula)** donde Wa representa una anchura del fondo de canalón (11) en una parte de base, en el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera (16), y Wb representa una anchura del fondo de canalón (11) en una posición que tiene una distancia arbitraria L desde la parte de base, en una extensión en la que la anchura del fondo de canalón (11) se hace más pequeña.

Description

DESCRIPCIÓN
Miembro estructural
Campo técnico
La presente invención se refiere a un miembro estructural.
Técnica anterior
Las partes de la carrocería de estructuras tales como trenes, automóviles, barcos, etc., se han venido reforzando hasta ahora combinando una pluralidad de miembros estructurales. Por ejemplo, el suelo de una carrocería de automóvil (en lo sucesivo de esta memoria, simplemente llamado ‘suelo’) tiene rigidez no solo para resistir principalmente la torsión y la flexión de la carrocería del vehículo cuando se conduce el vehículo, sino también para transferir una carga de impacto en caso de colisión del vehículo. El suelo también afecta significativamente al peso de la carrocería del automóvil. Por lo tanto, se requiere que el suelo tenga propiedades mutuamente contradictorias, es decir, una alta rigidez y un peso ligero. El suelo incluye paneles planos que se unen entre sí mediante soldadura, miembros a lo ancho del vehículo que tienen una sección transversal sustancialmente en forma de canalón y están fijados a los paneles planos a lo largo de la dirección a lo ancho del vehículo, y miembros longitudinales del vehículo que tienen una sección transversal con forma sustancialmente de canalón y se fijan a los paneles planos a lo largo de la dirección de delante atrás de la carrocería del vehículo.
Los paneles planos incluyen, por ejemplo, paneles de instrumentos, paneles de suelo delanteros y paneles de suelo traseros. Los miembros a lo ancho del vehículo son miembros estructurales que se disponen a lo largo de la dirección según la anchura del vehículo de estos paneles planos y se fijan a los mismos mediante soldadura, etc., para aumentar la rigidez y resistencia del suelo. Los miembros a lo ancho del vehículo incluyen, por ejemplo, travesaños de suelo y travesaños de asiento. Los miembros longitudinales del vehículo son miembros estructurales que están dispuestos a lo largo de la dirección de delante atrás de la carrocería de un vehículo y fijados a la misma mediante soldadura, etc., a fin de aumentar la rigidez y resistencia del suelo. Los miembros longitudinales del vehículo incluyen, por ejemplo, estribos laterales, miembros laterales y elementos similares.
Entre ellos, los miembros estructurales, tales como los miembros a lo ancho del vehículo y los miembros longitudinales del vehículo, se unen típicamente a otros miembros a través de bridas orientadas hacia fuera formadas en los extremos de los miembros estructurales. Por ejemplo, un travesaño de suelo, que es un ejemplo de los miembros a lo ancho del vehículo, se une a otros miembros, tales como una parte de túnel de un panel de suelo delantero y un estribo lateral, a través de bridas orientadas hacia afuera que están formadas en ambos extremos del travesaño de suelo.
Las Figuras 27 y 28 ilustran un travesaño de suelo 1, que es un ejemplo representativo de un miembro unido a otros miembros con bridas orientadas hacia fuera 4 formadas en ambos extremos según la dirección longitudinal del miembro. La Figura 27 es una vista en perspectiva del travesaño 1 de suelo y la Figura 28 es una vista según una flecha A mostrada en la Figura 27.
Un panel de suelo delantero 2 está reforzado, por ejemplo, por una parte de túnel (no mostrada) que se une a la superficie superior (superficie de la cara interior) del panel de suelo delantero 2, y también por un estribo lateral 3 y el travesaño 1 de suelo. La parte del túnel es un miembro estructural que sobresale hacia el interior de un vehículo a lo largo del centro, según sustancialmente la dirección de la anchura, del panel de suelo delantero 2. El estribo lateral 3 está soldado por puntos a la superficie superior del panel de suelo delantero 2 en cada borde según la dirección de la anchura del panel de suelo delantero 2. Ambos extremos del travesaño de suelo 1 están soldados por puntos a la parte del túnel y al estribo lateral 3 a través de las bridas orientadas hacia fuera 4 formadas en ambos extremos según la dirección longitudinal del travesaño de suelo 1. Esto mejora la rigidez y las propiedades de transferencia de carga del suelo cuando se aplica una carga de impacto.
Por ejemplo, los documentos de Literatura Patente 1 y 2 divulgan, cada uno de ellos, un miembro estructural para una carrocería de automoción que está dispuesto a lo largo de la dirección de la anchura de un vehículo, en un automóvil, y tiene una sección transversal sustancialmente en forma de canalón que incluye un fondo de canalón, nervaduras y paredes verticales. El miembro estructural descrito en el documento de Literatura Patente 1 tiene una forma tal, que la altura de las paredes verticales se hace gradualmente más grande hacia un extremo del miembro estructural, a fin de que coincida con la forma de otro miembro que se une al miembro estructural en su extremo de abertura que tiene una sección transversal en forma de canalón. El miembro estructural descrito en el documento de Literatura Patente 2 tiene una forma tal, que la anchura del fondo del canalón se hace gradualmente más grande hacia un extremo del miembro estructural. El documento de Literatura Patentes 3 describe un travesaño de suelo delantero. El travesaño de suelo delantero dispuesto a lo largo de la dirección del ancho del vehículo se divide en un travesaño de suelo delantero derecho y un travesaño de suelo delantero izquierdo, a ambos lados de una sección de túnel de suelo, y unen una sección de túnel de suelo y un balancín casi linealmente según la dirección vertical de la carrocería de un vehículo, respectivamente. El travesaño de suelo delantero derecho y el travesaño de suelo delantero izquierdo se hacen más amplios en anchura según la dirección longitudinal de la carrocería del vehículo en el lado del balancín, que en el lado de la sección de túnel de suelo, respectivamente.
Lista de citas
Literatura Patente
Documento de Literatura Patente 1: WO 2010/073303
Documento de Literatura Patente 2: JP 2009-1227A
Documento de Literatura Patente 3: JP H04287777 A
Compendio de la invención
Problema técnico
Por ejemplo, el travesaño de suelo es un elemento estructural importante que realiza una función para mejorar la rigidez de la carrocería de un automóvil y absorber una carga de impacto en caso de un suceso de colisión lateral. Así, se ha venido utilizando una chapa de acero de alta resistencia a la tracción, de menor espesor y mayor resistencia, tal como, por ejemplo, una chapa de acero de alta resistencia a la tracción que tenga una resistencia a la tracción de 390 MPa o más (chapa de acero de alta resistencia o chapa de acero de alta resistencia a la tracción), como material para el travesaño de suelo en los últimos años, con el objetivo de reducir el peso de la carrocería y mejorar la seguridad en caso de colisión. Sin embargo, sigue existiendo una fuerte demanda de un travesaño de suelo que tenga propiedades de transferencia de carga más mejoradas cuando se aplica una carga de impacto. Para satisfacer la demanda, es necesario mejorar las propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto, no solo por el sencillo aumento de la resistencia del material, sino también ideando la forma del travesaño de suelo. Cada uno de los miembros estructurales divulgados en los documentos de Literatura Patente 1 y 2 anteriores tiene una forma tal, que la pared vertical o el fondo de canalón se hace gradualmente más grande hacia el extremo. Sin embargo, esta forma no se ha adoptado con vistas a mejorar las propiedades de transferencia de carga. Se desea que los elementos estructurales, no solo para los de una carrocería de automóvil sino también para los equipados por otras estructuras, se mejoren en cuanto a sus propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto, mediante la concepción de sus formas.
Esta invención se ha concebido en las circunstancias descritas anteriormente y está dirigida a proporcionar un miembro estructural largo y con una sección transversal sustancialmente en forma de canalón, que puede hacerse liviano y que tiene también excelentes propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto. Solución al problema
Con el fin de resolver el problema anterior, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un miembro estructural hecho de metal, formado de manera que se extiende a lo largo en una dirección predeterminada, y que tiene un fondo de canalón, dos nervaduras que continúan hasta ambos extremos, en la dirección de la anchura del fondo de canalón, y dos paredes verticales que continúan hasta las dos nervaduras, de manera que el miembro estructural incluye: una brida continua orientada hacia afuera y formada continuamente al menos a lo largo del fondo de canalón, las nervaduras y las paredes verticales en un extremo según la dirección predeterminada, en la que el ancho del fondo de canalón se reduce a medida que se hace más grande una distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia afuera, donde un valor S (mm-1) que representa un grado de reducción de la anchura del fondo de canalón como se define en la fórmula (1) que se da a continuación, puede estar en un intervalo de 0,0002 a 0,0018,
S (mm '1) = {(Wa-Wb)/Wa}/L ... (1)
donde Wa representa una anchura del fondo de canalón en una parte de base situada en el extremo que tiene la brida continua orientada hacia afuera, y
Wb representa una anchura de fondo de canalón en una posición que tiene una distancia arbitraria L desde la parte de base en una extensión en la que la anchura del fondo de canalón se hace más pequeña.
La anchura del fondo de canalón puede hacerse más pequeña en una extensión en la que la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia afuera sea de 100 mm o más.
El miembro estructural para una carrocería de automóvil se puede unir a otro miembro a través de la brida continua orientada hacia afuera, usando soldadura por puntos de resistencia, soldadura por láser de penetración, soldadura por arco de filete, adhesión usando un adhesivo, o una combinación de los mismos.
El miembro estructural puede estar formado por una hoja de acero de alta resistencia a la tracción que tenga una resistencia a la tracción de 390 MPa o más.
El miembro estructural puede ser un miembro estructural para un vehículo.
El miembro estructural para un vehículo puede ser un travesaño de suelo, un estribo lateral, un miembro lateral delantero o una riostra de túnel de suelo.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, el hecho de proporcionar la brida continua orientada hacia afuera en un extremo, según una dirección predeterminada del miembro estructural, puede evitar que la tensión se concentre en los extremos de las nervaduras en un estadio inicial de aplastamiento a lo largo de la dirección axial, lo que permite que la tensión se disperse a otras porciones. Esto reduce la deformación producida en los extremos de las nervaduras y, por lo tanto, mejora las propiedades de transferencia de carga. Además, el paso de pandeo se vuelve más pequeño en un estadio intermedio o posterior de aplastamiento en la dirección axial, al reducirse gradualmente la anchura del fondo de canalón a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera. De esta forma, se mantienen excelentes propiedades de transferencia de carga también en el estadio intermedio o posterior de aplastamiento, lo que puede aumentar la magnitud de la absorción de energía de impacto. Por otra parte, el miembro estructural se puede hacer más ligero reduciendo gradualmente la anchura del fondo de canalón a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera. Es posible, por tanto, de acuerdo con la invención, obtener un miembro estructural que es liviano y tiene excelentes propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista que ilustra un ejemplo de configuración de un miembro estructural (primer miembro) de acuerdo con una realización.
La Figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra un ejemplo de un primer aparato de conformación por prensado.
La Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra un ejemplo del primer aparato de conformación por prensado. La Figura 4 es una vista en sección transversal que ilustra un estado en el que una primera platina restringe una parte que se ha de conformar como un fondo de canalón.
La Figura 5 es una vista en perspectiva que ilustra un estado en el que la primera platina restringe una parte que se ha de conformar como el fondo de canalón.
La Figura 6 es una vista en sección transversal que ilustra un estado en el que las segundas platinas restringen partes que se han de conformar como nervaduras.
La Figura 7 es una vista en perspectiva que ilustra un estado en el que una segunda platina restringe una parte que se ha de conformar como una nervadura.
La Figura 8 es un diagrama característico que ilustra una relación existente entre una magnitud de prensado por una segunda platina en una porción que se ha de conformar como una nervadura, y un valor máximo de una proporción de disminución del espesor de una hoja en el borde de una brida, en un extremo de una nervadura.
La Figura 9 es un diagrama característico que ilustra una relación existente entre una magnitud de prensado por una segunda platina en una parte que se ha de conformar como una nervadura, y un valor mínimo de una proporción de disminución de un espesor de hoja cerca de la base de una brida, en un extremo de una nervadura.
La Figura 10 es una vista en sección transversal que ilustra un estado en el que un material de conformación se conforma por prensado mediante una matriz y un punzón.
La Figura 11 es una vista en perspectiva que ilustra un ejemplo en el que se usa una platina para presionar partes que se van a conformar como un fondo de canalón y una nervadura, simultáneamente.
La Figura 12 es una vista para ilustrar un material de conformación cuando se usa para realizar la conformación por prensado una platina que presiona simultáneamente las partes que se van a conformar como el fondo de canalón y las nervaduras.
La Figura 13 ilustra los modelos analíticos del Ejemplo 1 y los Ejemplos comparativos 1 y 2.
La Figura 14 es un gráfico que representa los resultados analíticos sobre cargas axiales de los modelos analíticos del Ejemplo 1 y de los Ejemplos comparativos 1 y 2.
La Figura 15 es un gráfico que representa los resultados analíticos sobre la cantidad de absorción de energía de impacto para una carrera de aplastamiento de 10 mm.
La Figura 16 es un gráfico que representa los resultados analíticos sobre la cantidad de absorción de energía de impacto para una carrera de aplastamiento de 20 mm.
La Figura 17 es una vista para ilustrar un método de evaluación en los Ejemplos 2 a 10 y en los Ejemplos comparativos 3 a 13.
La Figura 18 es un gráfico que ilustra una relación entre el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón y la cantidad de absorción de energía de impacto para una carrera de aplastamiento de 5 mm.
La Figura 19 es un gráfico que ilustra una relación existente entre el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón y la cantidad de absorción de energía de impacto en una carrera de aplastamiento de 20 mm.
La Figura 20 ilustra vistas que muestran estados de pandeo de modelos analíticos del Ejemplo 6 y de los Ejemplos comparativos 3 y 8.
La Figura 21 ilustra modelos analíticos en los que solo se reducen las paredes verticales.
La Figura 22 es un gráfico que ilustra una relación existente entre el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón, o de reducción de la altura de las paredes verticales, y la cantidad de absorción de energía de impacto para una carrera de aplastamiento de 5 mm.
La Figura 23 es un gráfico que ilustra una relación existente entre el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón, o de reducción de la altura de las paredes verticales, y la cantidad de absorción de energía de impacto para una carrera de aplastamiento de 20 mm.
La Figura 24 ilustra vistas que representan un estado de pandeo de cada modelo analítico para una carrera de aplastamiento de 20 mm.
La Figura 25 es una vista esquemática que muestra un lugar en el que se analiza la proporción de disminución del grosor de la hoja de un producto conformado por prensado.
La Figura 26 ilustra vistas que muestran resultados analíticos de la proporción de disminución del espesor de la hoja. La Figura 27 es una vista en perspectiva que ilustra un travesaño de suelo como miembro estructural conocido. La Figura 28 es una vista según una flecha A mostrada en la Figura 27.
Descripción de realizaciones
A continuación, se describirá(n) en detalle una realización (realizaciones) preferida(s) de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. En esta memoria descriptiva y en los dibujos que se acompañan, los elementos estructurales que tienen sustancialmente la misma función y estructura se denotan por los mismos números de referencia, y se omite una explicación repetida de estos elementos estructurales.
1. Miembro estructural
1 -1. Ejemplo de configuración
La Figura 1 es una vista que ilustra un ejemplo de un miembro estructural (en lo sucesivo de esta memoria denominado también ‘primer miembro’) 10 de acuerdo con una realización. La Figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura unida 100 que se ha formado uniendo un primer miembro 10 y un segundo miembro 18.
Los miembros estructurales a los que se puede aplicar la presente invención incluyen, por ejemplo, miembros de refuerzo para chasis de vehículos, incluidos automóviles, trenes y motocicletas como ejemplos representativos, o para estructuras, tales como cascos de barcos y estructuras similares. Dichos miembros de refuerzo pueden aplastarse para absorber la energía de un impacto y aliviar el impacto sobre los pasajeros, etc., cuando se aplica una carga de impacto. El miembro estructural (primer miembro) 10 se describirá a continuación tomando como ejemplo un miembro estructural para una carrocería de automóvil.
El primer miembro 10 se puede utilizar como, por ejemplo, un travesaño de suelo, un estribo lateral, un miembro lateral delantero o una riostra de túnel de suelo. Cuando el primer miembro 10 se utiliza como miembro de refuerzo para una carrocería de automóvil, tal como el travesaño de suelo, el estribo lateral, el miembro lateral delantero, el túnel de suelo o similar, una hoja de acero de alta resistencia a la tracción, que tiene una resistencia a la tracción de 390 MPa o más, la cual se mide mediante ensayo de tracción de acuerdo con la norma JIS Z 2241, se puede utilizar como material de conformación. La resistencia a la tracción de la hoja de acero de alta resistencia puede ser 590 MPa o más, o bien puede ser 780 MPa o más.
Nótese que el "miembro estructural", tal como se usa en esta memoria, denota el primer miembro 10 en sí mismo, mientras que una estructura compuesta en la que el segundo miembro 18 está unido al primer miembro 10 se denota por "la estructura unida 100". Por ejemplo, cuando el primer miembro 10 se usa como un travesaño de suelo, un panel de suelo corresponde al segundo miembro 18. Por otro lado, cuando el primer miembro 10 se usa como estribo lateral, el estribo lateral se forma como una estructura unida 100 en la que el primer miembro 10 está unido a una placa de cierre o a un segundo miembro 18 que tiene una sección transversal sustancialmente en forma de canalón, que es similar al primer miembro.
Además, cuando el primer miembro 10 se usa como miembro lateral delantero, el miembro lateral delantero generalmente está formado por un miembro unido de forma cilíndrica, hecho del primer miembro 10 y el segundo miembro 18, ya que es similar al estribo lateral. Sin embargo, en el caso del miembro lateral delantero, un panel de cumbrera de capó, por ejemplo, corresponde al segundo miembro 18, y el primer miembro 10 en sí mismo, que está unido al panel de cumbrera del capó, se denomina en ocasiones miembro lateral delantero.
El primer miembro 10 es un miembro largo formado de manera que se extiende en una dirección predeterminada indicada por una flecha X en la Figura 1 (a la que se hace referencia en lo sucesivo como ‘dirección axial’). El primer miembro 10 tiene un fondo de canalón 11, nervaduras 12a y 12b, paredes verticales 13a y 13b, secciones curvas 14a y 14b, y bridas 15a y 15b. Las dos nervaduras 12a, 12b están formadas continuando hasta ambos extremos a lo ancho del fondo de canalón 11. Las dos paredes verticales 13a, 13b están formadas continuando hasta las dos crestas 12a, 12b, respectivamente. Las dos secciones curvas 14a, 14b se han formado continuando hasta las dos paredes verticales 13a, 13b, respectivamente. Las dos bridas 15a, 15b se han formado continuando hasta las dos secciones curvas 14a, 14b, respectivamente.
Además, las dos bridas 15a, 15b se unen a un segundo miembro 18, tal como una placa de cierre o un panel conformado que constituye una carrocería de automóvil (por ejemplo, un panel de suelo). De esta manera, el primer miembro 10 y el segundo miembro 18 forman una sección transversal cerrada. Obsérvese que la sección curva 14a, 14b, que continúa hasta las paredes verticales 13a, 13b, y las bridas 15a, 15b, que continúan hasta la sección curva 14a, 14b, pueden omitirse del miembro estructural de acuerdo con la presente realización.
En el primer miembro 10, las nervaduras 12a, 12b sirven como partes para soportar cargas cuando se aplica una carga de impacto contra el primer miembro 10 en la dirección axial. De esta forma, es necesario transferir eficazmente la carga aplicada al primer miembro 10 a las nervaduras 12a, 12b. También es necesario estabilizar la cantidad de absorción de energía de impacto con el fin de permitir que el primer miembro 10 absorba la energía de impacto de manera eficiente. Para este propósito, es deseable que el paso de pandeo en el primer miembro 10, generado por aplastamiento en la dirección axial, se haga pequeño.
No existe ninguna limitación particular respecto a un método para unir el primer miembro 10 y el segundo miembro 18 a través de las bridas 15a, 15b, en tanto en cuanto se garantice la resistencia de la unión. Es práctico y también habitual utilizar un método de unión con el que se sueldan por puntos una pluralidad de lugares a lo largo de la dirección longitudinal de la estructura unida 100. Sin embargo, se puede usar un método de unión tal como soldadura por láser u otros métodos de unión, dependiendo de la anchura de la brida y de otros requisitos.
1-2. Brida continua orientada hacia afuera
El primer miembro 10 de acuerdo con la presente realización tiene una brida continua orientada hacia fuera 16 en un extremo longitudinal del mismo. La brida continua orientada hacia fuera 16 está formada en el extremo longitudinal del primer miembro 10 mediante una superficie ascendente curva 17 que tiene un radio de curvatura de r (mm). En el primer miembro 10 ilustrado en la Figura 1, la brida continua 16 orientada hacia fuera se ha formado de manera que continúa desde el fondo de canalón 11 hasta las nervaduras 12a, 12b y adicionalmente hasta las paredes verticales 13a, 13b, a lo largo de la dirección periférica de la sección transversal, en el extremo longitudinal del primer miembro 10. Nótese que la expresión "brida orientada hacia fuera", tal y como se usa en la presente memoria, se refiere a una brida formada de tal manera que un extremo del primer miembro 10, que tiene una sección transversal sustancialmente en forma de canalón, está doblado hacia fuera desde el canalón, y la expresión "brida continua orientada hacia fuera "se refiere a una brida orientada hacia fuera que se ha formado de manera que continúa al menos por encima de las nervaduras 12a, 12b desde el fondo de canalón 11.
La brida continua orientada hacia fuera 16 se usa para unir el primer miembro 10 a otro miembro (no mostrado). Por ejemplo, el primer miembro 10 se une, mediante soldadura por puntos, etc., a otro miembro hecho de un producto de acero conformado por prensado, por medio de la brida continua orientada hacia fuera 16, en un extremo según la dirección axial del primer miembro 10. El primero el miembro 10 se une a otro miembro utilizando, por ejemplo, soldadura por puntos de resistencia, soldadura por láser de penetración, soldadura por arco de filete o una combinación de las mismas. La unión del primer miembro 10 a otro miembro puede lograrse mediante adhesión usando un adhesivo o mediante la combinación de soldadura y adhesión.
Al proporcionar al primer miembro 10 la brida continua orientada hacia fuera 16, la concentración de tensiones en las nervaduras 12a, 12b, en el extremo del primer miembro 10, se puede reducir en un estadio inicial del aplastamiento en la dirección axial del primer miembro 10 (por ejemplo, para una carrera de aplastamiento de 5 mm o menos). En consecuencia, la deformación producida en los extremos de las nervaduras 12a, 12b se vuelve más pequeña y, cuando se aplica una carga de impacto, se mejoran las propiedades de transferencia de carga del primer miembro 10 a lo largo de la dirección axial.
Es suficiente que la brida 16 continua orientada hacia fuera se forme de manera que continúe al menos desde el fondo de canalón 11 hasta las bridas 12a, 12b situadas en un extremo longitudinal del primer miembro 10. Alternativamente, la brida continua orientada hacia fuera 16 puede formarse de tal manera que continúe desde el fondo de canalón 11 hasta las paredes verticales 13a, 13b, en un extremo longitudinal del primer miembro 10. Además, la brida continua orientada hacia fuera 16 puede estar separada en una posición correspondiente al fondo de canalón 11, en un extremo longitudinal del primer miembro 10.
No es necesario que la brida continua orientada hacia fuera 16 se haya formado sobre la totalidad de las partes correspondientes al fondo de canalón 11 y las paredes 13a, 13b verticales. Es suficiente que la brida continua orientada hacia fuera 16 esté formada al menos en una parte del fondo de canalón 11 o de las paredes verticales 13a, 13b que continúa hasta las nervaduras 12a, 12b. La brida continua orientada hacia fuera 16 facilita la dispersión de la carga aplicada a las bridas 12a, 12b y, por tanto, puede reducir la concentración de esfuerzos en las nervaduras 12a, 12b.
Con respecto a la anchura de brida de la brida continua orientada hacia fuera 16, sigue pudiéndose formar la brida continua orientada hacia fuera 16 que está formada por una hoja de acero de alta resistencia a la tracción que tiene una anchura de brida de 25 mm o más, al tiempo que se reduce la generación de arrugas y grietas, de acuerdo con un método de fabricación del miembro estructural, que se describirá más adelante. El ancho de la brida puede ser de 13 mm o más con la mirada puesta, por ejemplo, en facilitar la soldadura por puntos cuando el primer miembro 10 se une a otro miembro haciendo uso de la brida continua orientada hacia fuera 16.
Nótese que la brida continua orientada hacia fuera 16 es un reborde que no tiene muescas en las posiciones correspondientes a los rebordes 12a, 12b. Por tanto, la rigidez y la capacidad de seguridad frente a colisiones del primer miembro 10 se pueden mantener incluso si la anchura de brida de la brida continua orientada hacia fuera 16 es de 13 mm o menos. Desde el punto de vista de mantener la capacidad de seguridad frente a colisiones, el ángulo de elevación de la brida, que es el ángulo existente entre la brida continua orientada hacia afuera 16 y el fondo de canalón 11 o la pared vertical 13a o 13b, puede ser 60° o más. Nótese que la frase "proporcionar una muesca en una brida" quiere decir proporcionar una muesca formada en todo el recorrido según la dirección de la anchura de la brida, lo que hace que la pestaña sea discontinua. La expresión "la anchura de una brida" se utiliza con el mismo significado que la altura de la brida. En el caso de que la anchura de la brida se haga parcialmente más pequeña pero aún quede una parte de la brida, no es la intención que la brida tenga la muesca.
Además, la anchura de la brida continua orientada hacia fuera 16 puede no ser constante en toda la circunferencia. Por ejemplo, la anchura de la brida en la región correspondiente a cada arista 12a, 12b de la brida continua orientada hacia fuera 16 puede hacerse pequeña en comparación con otras regiones. En el extremo de las nervaduras 12a, 12b, la brida continua orientada hacia fuera 16 es vulnerable al agrietamiento en el borde de la nervadura y al arrugamiento en la base de la brida durante su conformación por prensado. Por consiguiente, cuanto menor sea la anchura de la brida, más fácil será la conformación por prensado en las regiones correspondientes a las nervaduras 12a, 12b. Sin embargo, de acuerdo con el método de fabricación de los miembros estructurales, la generación de arrugas y de grietas se puede reducir incluso si la anchura de la brida es relativamente grande en las regiones correspondientes a las nervaduras 12a, 12b.
1 -3 Parte de extensión de extremo
El primer miembro 10 de acuerdo con la presente realización también incluye una parte T de extensión de extremo que tiene una forma en la que el ancho W del fondo de canalón 11 se reduce gradualmente a lo largo de la dirección axial, a medida que la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 se vuelve más grande. El hecho de dotar al primer miembro 10 de la parte T de extensión de extremo permite que se genere un pandeo sucesivamente desde el extremo del primer miembro 10. Además, al dotar al primer miembro 10 de la parte T de extensión de extremo, el paso de pandeo que acompaña al aplastamiento del primer miembro 10 se hace más pequeño y el número de partes de pandeo se hace más grande en un estadio intermedio o posterior del aplastamiento (por ejemplo, en una carrera de aplastamiento de 5 mm o más) a lo largo de la dirección axial del primer miembro 10, lo que puede estabilizar la cantidad de absorción de energía de impacto.
Esto mejora aún más las propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto. Además, el hecho de dotar al primer miembro 10 de la parte T de extensión de extremo permite reducir el peso del primer miembro 10 si el extremo que tiene la brida continua orientada hacia afuera 16 tiene la misma circunferencia de la sección transversal (en lo sucesivo denominada “circunferencia de sección transversal"). Además, el hecho de dotar al primer miembro 10 de la parte T de extensión de extremo puede aliviar la concentración de tensiones en el extremo que tiene la brida continua 16 orientada hacia fuera, la cual sirve como parte de unión con otro miembro cuando la carrocería del vehículo se ve sujeta a torsión y a flexión. Esto puede mejorar la rigidez frente a la torsión y la flexión de la carrocería del vehículo.
Aquí, si el grado de reducción de la anchura W del fondo de canalón 11 es demasiado pequeño, el efecto de estabilizar la cantidad de absorción de energía de impacto y el efecto de reducir el peso no se pueden obtener fácilmente. Por otro lado, si el grado de reducción de la anchura W del fondo de canalón 11 es demasiado grande, el primer miembro 10 se hace más ligero, pero la circunferencia de la sección transversal del primer miembro 10 se hace demasiado pequeña, lo que conduce a la preocupación de que se reduzca la cantidad de absorción de energía de impacto. Por lo tanto, cuando un valor S (mm-1) representa el grado de reducción de la anchura W del fondo de canalón 11 en el primer miembro 10, tal como como se define en la fórmula (1) que se da a continuación, el valor S (mm-1) puede estar en un intervalo de 0,0002 a 0,0018, y, adicionalmente, puede estar en un intervalo de 0,0004 a 0,0015.
S (mm'1) = {(Wa-Wb)/Wa}/L (1)
donde
Wa: la anchura del fondo de canalón 11 en la parte de base situada en el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16, y
Wb: la anchura del fondo de canalón 11 en una posición que tiene una distancia arbitraria L desde la parte de base y está ubicada dentro de la extensión en la que la anchura de la base de canalón 11 continúa estrechándose. Nótese que cuando la proporción de disminución de la anchura W del fondo de canalón 11 cambia a lo largo de la dirección axial, el valor S anterior del grado de reducción se define como el promedio de los valores S obtenidos de una pluralidad de distancias L. El promedio de los valores S del grado de reducción se puede obtener, por ejemplo, promediando valores S, cada uno de los cuales se calcula con la distancia L correspondiente usando la fórmula anterior (1), al tiempo que la distancia L se incrementa en un incremento de 10 mm dentro de la extensión en la que se ha proporcionado la parte T de extensión de extremo.
La extensión en la que se proporciona la parte T de extensión de extremo en el primer miembro 10 a lo largo de la dirección axial puede establecerse de acuerdo con la cantidad de desplazamiento del primer miembro 10 en la dirección axial cuando se aplica una carga de impacto. Por ejemplo, cuando el primer miembro 10 es un travesaño de suelo y un desplazamiento máximo del primer miembro 10 es de 100 mm, la extensión en la que se proporciona la parte T de extensión de extremo puede ser de 100 mm o más desde la parte de borde situada entre el fondo de canalón 11 y la superficie ascendente curvada 17.
Si la extensión en la que se proporciona la parte T de extensión de extremo es demasiado larga, la circunferencia de la sección transversal del primer miembro 10 en una posición distante del extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 puede hacerse demasiado pequeña para soportar la carga de impacto. Por tanto, cuando el primer miembro 10 es, por ejemplo, el travesaño de suelo, la extensión en la que se proporciona la parte T de extensión de extremo puede ser de 300 mm o menos.
2. Método de fabricación del miembro estructural
Hasta ahora se ha descrito la configuración del primer miembro 10 como miembro estructural para una carrocería de automóvil de acuerdo con la presente realización. No existe una limitación específica sobre el método de fabricación o el aparato de fabricación del primer miembro 10. Sin embargo, cuando el primer miembro 10 se fabrica utilizando una hoja de metal, especialmente utilizando una hoja de acero de alta resistencia a la tracción, el primer miembro 10 es vulnerable, debido a limitaciones en la conformación por prensado, a la generación de grietas en el borde de la brida formada de manera que continúa hasta cada extremo de los rebordes 12a, 12b, y a la generación de arrugas cerca de la base de la brida, en las proximidades de los extremos de las bridas 12a, 12b, en la brida continua orientada hacia fuera 16.
Estos defectos durante la conformación ocurren con mayor frecuencia a medida que la resistencia del material de conformación se hace más grande y en tanto en cuanto la brida se forma de tal manera que la proporción de estiramiento de la brida durante la conformación se hace más grande en posiciones correspondientes a las bridas (es decir, el ángulo de flexión 0 de la brida 1a ilustrada en la Figura 28 es más agudo). Es más, estos defectos durante la conformación se producen con mayor frecuencia a medida que aumenta la altura del primer miembro 10 (altura h en la Figura 28). La arruga anterior se genera más a menudo, especialmente en el caso de que el primer miembro 10 tenga la parte T de extensión de extremo.
A continuación, se describirá un ejemplo del método de fabricación del miembro estructural que puede conformar por prensado el primer miembro 10 usando una hoja de acero de alta resistencia a la tracción, al tiempo que se reduce el agrietamiento en los bordes y las arrugas. Primero, se esbozará un método de fabricación del miembro estructural, y luego se describirá en detalle un ejemplo de configuración de un aparato de conformación por prensado y un ejemplo del método de fabricación del miembro estructural.
2-1. Esbozo del método de fabricación
A continuación, se esboza un ejemplo del método de fabricación del miembro estructural que utiliza conformación por prensado. El método proporcionado a modo de ejemplo de fabricación del elemento estructural, que se describirá a continuación, incluye una primera etapa que se lleva a cabo utilizando un primer aparato de conformación por prensado, y una segunda etapa que se realiza utilizando un segundo aparato de conformación por prensado.
2-1-1. Esbozo de la primera etapa
El primer paso se lleva a cabo utilizando un primer aparato de conformación por prensado. En el primer paso, una primera platina presiona al menos parte de una porción que se ha de conformar al interior del fondo de canalón, de un material de conformación. Al hacerlo, el extremo del material de conformación que continúa hasta la parte que se ha de conformar al interior del fondo de canalón, es elevado en una dirección opuesta a la dirección de prensado de la primera platina. T ras ello, la primera platina presiona el material de conformación contra un primer punzón, de tal modo que al menos parte de la porción que se ha de conformar al interior del fondo de canalón es confinada por la primera platina y el primer punzón.
Una vez que la parte que se va a conformar hasta formar el fondo de canalón del material de conformación, queda confinada por la primera platina, una segunda platina, que es diferente de la primera platina, presiona al menos parte del extremo longitudinal de una porción que se ha de conformar hasta formar cada una las nervaduras del material de conformación. Al hacerlo, el extremo del material de conformación que continúa hasta la parte que se va a conformar hasta formar cada arista, es elevado en una dirección opuesta a la dirección de prensado de la segunda platina. Mientras la segunda platina, subsiguientemente, dobla la parte que ha de conformar hasta formar la brida en el material de conformación, a lo largo de la dirección de prensado de la segunda platina, la segunda platina y el primer punzón confinan al menos parte de la porción que se ha de conformar hasta obtener la nervadura.
Subsiguientemente, una primera matriz es acercada al primer punzón para conformar por prensado el material de conformación, mientras el material de conformación está confinado por las primera y segunda platinas y por el primer punzón. La primera etapa anteriormente descrita forma un producto intermedio que tiene la brida continua orientada hacia afuera en un extremo longitudinal, a la vez que se reduce la generación de grietas en la brida y se reduce la generación de arrugas en las proximidades de los extremos de las bridas.
2-1-2. Esbozo de la segunda etapa
La segunda etapa se lleva a cabo utilizando un segundo aparato de conformación por prensado que es diferente del primer aparato de conformación por prensado. En la primera etapa, se han utilizado la primera platina, que confina la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón, y la segunda platina, que confina las partes que se han de conformar hasta obtener las nervaduras. En consecuencia, queda una parte del material de conformación por prensado que no ha sido completamente prensada por la primera matriz y el primer punzón. Por tanto, en la segunda etapa, el producto intermedio es conformado por prensado hasta obtener un miembro estructural utilizando un segundo punzón y una segunda matriz.
El segundo aparato de conformación por prensado puede ser un tipo de aparato capaz de conformar por prensado la parte que el primer aparato de conformación por prensado no puede conformar completamente. Para ser específicos, el segundo aparato de conformación por prensado puede ser un tipo de aparato capaz de conformar por prensado las regiones que no han sido confinadas por la primera platina o la segunda platina de las partes que se conformarán hasta formar el fondo de canalón, las nervaduras y las paredes verticales. Alternativamente, el segundo aparato de conformación por prensado puede ser un tipo de aparato que conforma por prensado la parte de la brida continua orientada hacia fuera que el primer aparato de conformación por prensado no puede conformar completamente. El segundo aparato de conformación por prensado puede estar constituido por un aparato de conformación por prensado conocido que tiene una matriz y un punzón.
2-2. Aparato de fabricación
A continuación, se describirá un ejemplo de configuración del aparato de conformación por prensado. La Figura 2 y la Figura 3 son, cada una de ellas, un diagrama para ilustrar esquemáticamente un primer aparato de conformación por prensado 30 proporcionado a modo de ejemplo. La Figura 2 es una vista en sección que esboza parte de un primer aparato de conformación por prensado 30 que conforma la región de extremo de un producto intermedio, y la Figura 3 es una vista en perspectiva que esboza el primer aparato de conformación por prensado 30. La Figura 3 ilustra mitades de un primer punzón 31 y una primera platina 34-1, las cuales están divididas por la mitad por la línea central que discurre a lo largo de la dirección longitudinal del producto intermedio que se va a conformar.
El primer aparato de conformación por prensado 30 tiene un primer punzón 31, una primera matriz 32, y una primera platina 34-1 y segundas pastillas 34-2, que se oponen al primer punzón 31. El primer aparato de conformación por prensado 30 está configurado fundamentalmente para conformar por prensado un material de conformación moviendo la primera matriz 32 de manera que se acerque al primer punzón 31, estando el material de conformación confinado por la primera platina 34-1 y las segundas platinas 34-2, y por el primer punzón 31.
El primer punzón 31 tiene superficies de punzón en los lados que se oponen a la primera matriz 32, la primera platina 34-1 y la segunda platina 34-2. El primer punzón 31 tiene una superficie superior 31 a, unos hombros 31b destinados a formar las nervaduras del producto intermedio, y una parte 31c de conformación de brida.
La primera platina 34-1 tiene una superficie de contención 34-1a y una parte 34-1b de conformación de brida. La superficie de contención 34-1 a de la primera platina 34-1, que se ha dispuesto opuesta a la superficie superior 31 a del punzón 31, presiona el material de conformación contra la superficie superior 31 a del punzón 31 y confina el material de conformación. La parte del material de conformación que queda confinada por la superficie de contención 34-1a y la superficie superior 31a es la parte que se conformará hasta formar el fondo de canalón. La parte confinada del material de conformación puede ser toda la parte o una porción de la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón. Sin embargo, se hace que al menos las inmediaciones del extremo del lado que tiene la brida continua orientada hacia fuera en la parte que se va a conformar hasta obtener el fondo de canalón, esté restringida. La parte 34-1b de conformación de brida de la primera platina 34-1 presiona el material de conformación contra la parte 31 c de conformación de brida del punzón 31. Al hacerlo, la parte de brida que se ha de conformar en el extremo del fondo de canalón, del material de conformación, es doblada hacia arriba.
Cada una de las segundas platinas 34-2 tiene una superficie de contención 34-2a y una parte 34-2b de conformación de brida. La segunda platina 34-2 está dispuesta de tal manera que no interfiere con la primera platina 34-1 en la conformación por prensado. La superficie de contención 34-2a de la segunda platina 34-2, que está dispuesta opuestamente al hombro 31 b del punzón 31, presiona y, a continuación, confina el material de conformación contra el hombro 31b del punzón 31. La parte del material de conformación confinada por la superficie de contención 34-2a y el hombro 31b es al menos una porción de la región de extremo de la parte que se ha de conformar hasta formar cada arista. La parte 34-2b de conformación de brida de la segunda platina 34-2 presiona el material de conformación contra la parte 31c de conformación de brida del punzón 31. Al hacerlo, la parte de brida que se ha de conformar en el extremo de cada nervadura, en el material de conformación, es doblada hacia arriba.
La segunda platina 34-2 confina la parte que se ha de formar hasta obtener la nervadura en las inmediaciones de la brida continua orientada hacia fuera, al tiempo que la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón es confinada por la primera platina 34-1. Por consiguiente, la forma de la nervadura en las inmediaciones de la brida continua orientada hacia fuera se obtiene proyectando hacia afuera el material aproximadamente en la región prensada por la segunda platina 34-2. Esto reduce el movimiento del material que rodea la región tocada por la segunda platina 34-2 y, por lo tanto, reduce la deformación por estiramiento o contracción del material circundante, lo que, de otro modo, causa grietas y arrugas. En consecuencia, esto puede reducir la generación de grietas en la brida estirada, en la región de la brida continua orientada hacia afuera que corresponde a la nervadura, así como la generación de arrugas en la nervadura, cerca de la base de la brida, en las proximidades del extremo de la nervadura.
Además, la segunda platina 34-2 está destinada a formar la nervadura proyectando hacia fuera el material de las proximidades de la brida continua orientada hacia fuera y consiguiendo con ello un efecto de reducción del movimiento del material circundante. Para este propósito, la segunda platina 34-2 puede confinar toda la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura, comenzando desde el borde situado entre la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura, en las inmediaciones de la parte que se va a conformar hasta formar la brida continua orientada hacia fuera.
Más específicamente, es preferible que la región del material de conformación que está confinada por la superficie de contención 34-2a de la segunda platina 34-2 incluya la frontera entre la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura. La segunda platina 34-2 puede prensar una región de al menos 1/3 de la circunferencia de la sección transversal, comenzando desde el borde anterior de cada una de las partes que se han de conformar hasta obtener las nervaduras 12a, 12b. Parte de cada nervadura 12a, 12b puede ser conformada presionando la región anterior con la segunda platina 34-2 al tiempo que se reduce el movimiento del material de hoja de acero circundante y se proyecta hacia fuera el material de hoja de acero de la región prensada por la superficie de contención 34-2a de la segunda platina 34-2. Debe apreciarse que cada una de las segundas platinas 34-2 puede configurarse para prensar la nervadura y parte de la pared vertical, por ejemplo, para prensar una región de 20 mm o menos de longitud en la pared vertical que continúa hasta la nervadura.
Otras propiedades de la primera platina 34-1 y de las segundas platinas 34-2, tales como las dimensiones y el material, pueden ser las mismas que las de las platinas conocidas en la técnica.
La primera matriz 32 es acercada al primer punzón 31 con el fin de conformar por prensado el material de conformación, estando el material de conformación confinado por la primera platina 34-1 y por las segundas platinas 34-2. La primera matriz 32 se dispone de tal manera que no interfiere con la primera platina 34-1 ni con las segundas platinas 34-2 durante la conformación por prensado. La primera platina 34-1, las segundas platinas 34-2 y la primera matriz 32 están, preferiblemente, dispuestas con un espacio mínimo entre ellas con respecto a la dirección de prensado.
El primer aparato de formación por prensado 30 está configurado para permitir que la primera platina 34-1, las segundas platinas 34-2 y la primera matriz 32 prensen el material de conformación en este orden. En otras palabras, cada una de las segundas platinas 34-2 confina la región de extremo de la parte que se va a conformar hasta obtener la nervadura, una vez que al menos parte de la porción que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón es confinada por la primera platina 34-1. La primera matriz 32 conforma subsiguientemente por prensado el material de conformación, estando el material de conformación confinado por la primera platina 34-1 y por las segundas platinas 34-2.
Esta configuración se puede obtener, por ejemplo, suspendiendo la primera platina 34-1 y las segundas platinas 34-2 de la matriz 32 por medio de resortes helicoidales. Más específicamente, la superficie de contención 34-1a de la primera platina 34-1, las superficies de contención 34-2a de las segundas platinas 34-2 y la superficie de prensado de la primera matriz 32 están dispuestas en este orden a partir del primer punzón 31, en un estado antes de que comience la conformación por prensado. Al mover la primera matriz 32 hacia el primer punzón 31, la primera matriz 32 conforma por prensado el material de conformación después de que la primera platina 34-1 y las segundas platinas 34-2 entren en contacto consecutivamente con el material de conformación y, a continuación, lo confinen, en este orden.
Subsiguientemente, la primera matriz 32 conforma por prensado el material de conformación.
Cabe señalar que una o la totalidad de las primeras platinas 34-1, las segundas platinas 34-2 y la primera matriz 32 pueden haberse configurado para poder moverse independientemente hacia el primer punzón 31. En este caso, el orden del contacto con el material de conformación se controla controlando cada movimiento de la primera platina 34­ 1, de las segundas platinas 34-2 y de la primera matriz 32.
Nótese que, debido a la presencia de la primera platina 34-1 o de las segundas platinas 34-2, quedan regiones en las que la primera matriz 32 no puede presionar el material de conformación contra el primer punzón 31. Por ejemplo, la primera matriz 32 no puede conformar por prensado las paredes verticales y las bridas que están solapadas por las segundas platinas 34-2 en la dirección del prensado. Estas regiones son conformadas por prensado utilizando el segundo aparato de conformación por prensado de la segunda etapa. El segundo aparato de conformación por prensado se puede configurar sirviéndose de un aparato de conformación por prensado conocido en la técnica y, por lo tanto, se omite una descripción adicional del mismo.
2-3. Método de fabricación
A continuación, se describirá específicamente un método proporcionado a modo de ejemplo para la fabricación del miembro estructural. El método de fabricación del miembro estructural que se describe a continuación es un ejemplo de fabricación del primer miembro 10 que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 y la parte T de extensión de extremo como se muestra en la Figura 1 a modo de ejemplo.
2-3-1. Primer paso
Las Figuras 4 a 10 son, cada una de ellas, una vista esquemática que ilustra una primera etapa llevada a cabo utilizando el primer aparato 30 de formación a presión como se ha descrito anteriormente. Las Figuras 4 y 5 son una vista en sección transversal y una vista en perspectiva que ilustran esquemáticamente un estado en el que un material de conformación 33 está confinado por la primera platina 34-1. FIGS. 6 y 7 son también una vista en sección transversal y una vista en perspectiva que ilustran esquemáticamente un estado en el que el material de conformación 33 está confinado por la segunda platina 34-2. La Figura 10 es una vista en sección transversal que ilustra esquemáticamente un estado en el que el material de conformación 33 se ha conformado por prensado por la primera matriz 32.
Téngase en cuenta que las Figuras 4 a 10 ilustran, cada una de ellas, un estado, en la primera etapa, en el que se fabrica el primer miembro 10 que tiene una forma de extensión de extremo. Además, la Figura 4, la Figura 6 y la Figura 10 ilustran, cada una de ellas, un estado en el que se conforma, en la primera etapa, una región de extremo en la dirección longitudinal, en el material de conformación 33 que se ha de conformar hasta obtener la brida continua orientada hacia fuera 16. Las Figuras 5 y 7 ilustran, cada una de ellas, una mitad del primer punzón 31, de la primera platina 34-1 y del material de conformación 33, que están divididos por la mitad por la línea central a lo largo de la dirección longitudinal de un producto intermedio para conformar. Además, el método de fabricación según se describe a continuación utiliza el primer aparato de conformación por prensado 30 en el que la primera platina 34-1 y las segundas platinas 34-2 están suspendidas de la primera matriz 32.
En la primera etapa, como se ilustra en las Figuras 4 y 5, la primera platina 34-1 confina la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón 11 en el material de conformación 33, a medida que la primera matriz 32 se mueve hacia el primer punzón 31. En este momento, como se ilustra en la Figura 5, la superficie de contención 34-1 a de la primera platina 34-1 confina al menos parte de la porción que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón 11 en el material de conformación 33. Al mismo tiempo, un extremo longitudinal del material de conformación 33 es elevado en una dirección opuesta a la dirección de prensado y, a continuación, confinado por la parte de conformación de brida 34-1 b de la primera platina 34-1 y por la parte de conformación de brida 31c del primer punzón 31.
Subsiguientemente, a medida que la primera matriz 32 se mueve adicionalmente hacia el primer punzón 31, las segundas platinas 34-2 confinan las partes que se han de conformar hasta obtener las nervaduras 12a, 12b en el material de conformación 33, como se ilustra en las Figuras 6 y 7. En este momento, la región confinada del material de formación 33 es una región situada en las proximidades del extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada una de las nervaduras 12a, 12b. En otras palabras, la superficie de contención 34-2a de cada segunda platina 34-2 confina el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura 12a, 12b en el material de conformación 33, tal como se ilustra en la Figura 7. Al mismo tiempo, la parte que se ha de conformar hasta obtener la brida, que continúa hasta la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura 12a, 12b, se eleva adicionalmente en la dirección opuesta a la dirección de prensado, y, a continuación, es confinada por la parte de conformación de brida 34-2b de la segunda platina 34-2 y por la parte de conformación de brida 31c del primer punzón 31.
En este momento, la segunda platina 34-2 puede prensar una región de al menos 1/3 de la circunferencia de la sección transversal comenzando desde el borde anterior en la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura 12a, 12b. Una parte de cada nervadura 12a, 12b se puede conformar prensando la región anterior con la segunda platina 34-2 mientras se reduce el movimiento del material de hoja de acero circundante y se proyecta hacia afuera el material de hoja de acero de la región prensada por la superficie de contención 34-2a de la segunda platina 34-2.
La Figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra una relación existente entre una extensión prensada por la segunda platina 34-2 en la parte que se ha de conformar hasta formar la nervadura, y una proporción de disminución máxima del espesor de la hoja en el borde de la parte de brida que continúa hasta la nervadura 12a o 12b de la brida continua orientada hacia fuera 16 que se va a conformar. En la Figura 8, la extensión prensada se ha representado por un ángulo de prensado, que significa un ángulo central de la extensión que confina la segunda platina 34-2, de tal manera que la frontera entre la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura y la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón se ha ajustado a 0°. El ángulo de prensado de 0° significa un estado en el que la parte que se va a conformar hasta obtener la nervadura no está confinada.
Como se muestra en la Figura 8, cuando la parte que se va a conformar hasta obtener la nervadura no está confinada, la proporción máxima de disminución del espesor de la hoja en el borde de la brida es aproximadamente del 36%, lo que indica una alta posibilidad de generación de grietas en la brida estirada. Por el contrario, al confinar con un ángulo de prensado de 23° o más, en otras palabras, confinar una región de nervadura de al menos 1/3 de la circunferencia de la sección transversal comenzando desde la frontera, la proporción de disminución máxima del espesor de la hoja en el borde de la brida se reduce a menos del 25%. Por consiguiente, esto muestra que se reduce el agrietamiento en el borde de la brida.
La Figura 9 es un diagrama característico que ilustra una relación existente entre una extensión prensada por la segunda platina 34-2 en la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura y una proporción de disminución mínima del espesor de la hoja cerca de la base de la brida en las proximidades del extremo de la nervadura 12a o 12b que se ha de conformar. En la Figura 9, la extensión prensada también se ha representado por el ángulo de prensado, como en la Figura 8. Como se muestra en la Figura 9, cuando la parte que se ha de conformar hasta formar la nervadura no está confinada, la proporción de disminución mínima del espesor de la hoja cerca de la base de la nervadura es aproximadamente del -65%, lo que aparentemente conduce a la generación de arrugas. Por el contrario, al confinar con un ángulo de prensado de 23° o más, en otras palabras, confinar una región de nervadura de al menos 1/3 de la circunferencia de la sección transversal comenzando desde la frontera, la proporción de disminución mínima del espesor de la hoja cerca de la base de la brida se suprime hasta -35% o más. Esto muestra que se reduce la formación de arrugas cerca de la base de la brida.
Subsiguientemente, a medida que la primera matriz 32 se mueve adicionalmente hacia el primer punzón 31, el primer punzón 31 y la primera matriz 32 llevan a cabo la conformación por prensado de un primer estadio, estando el material de conformación 33 confinado por la primera platina 34-1 y por la segunda platina 34- 2, tal como se ilustra en la Figura 10. Al hacerlo así, el material de conformación 33 se conforma por prensado en un producto intermedio, excepto, por ejemplo, para una parte ubicada por debajo de la segunda platina 34-2 según la dirección de prensado (33A en la Figura 10).
La primera etapa de conformación por prensado utilizando el primer punzón 31 y la primera matriz 32 puede ser una conformación por flexión en la que la primera matriz 32 presiona y dobla el material de conformación 33 contra el primer punzón 31. Alternativamente, la conformación por prensado del primer estadio puede consistir en una embutición profunda en que la primera matriz 32 y un soporte de pieza previa se mueven hacia el primer punzón 31 para realizar la conformación por prensado mientras la primera matriz 32 y el soporte de la pieza previa abrazan las partes que se van a conformar hasta obtener las paredes verticales del material de conformación 33.
En este momento, la segunda platina 34-2 está confinando la región de las inmediaciones del extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura 12a, 12b (cerca de la frontera entre cada nervadura 12a, 12b y la brida continua orientada hacia fuera 16), reduciendo así la generación de arrugas en la región. Además de ello, debido a que la segunda platina 34-2 confina esta región, se reduce la proporción de estiramiento de brida de la brida que se conforma de manera que continúa hasta el extremo de cada nervadura 12a, 12b, lo que puede, de esta forma, reducir la generación de grietas en la brida continua orientada hacia fuera 16. A propósito de esto, aunque no se ha mostrado en las Figuras 4 a 10, parte de las secciones curvas 14a, 14b y de las bridas 15a, 15b del primer miembro 10 ilustrado a modo de ejemplo en la Figura 1 son conformadas por prensado por medio del primer punzón 31 y de la primera matriz 32 en la primera etapa.
Ahora, se describirán a continuación las razones por las que la formación de arrugas cerca de la base de la brida, en la región de extremo de la nervadura, 12a o 12b y el agrietamiento en el borde de la brida continua orientada hacia fuera 16 se reducen usando el método de fabricación del miembro estructural. Las Figuras 11 y 12 son vistas para ilustrar un estado de la conformación por prensado que usa una platina 134, de tal manera que la primera platina y la segunda platina no están separadas para que una parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón y una parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura, son confinadas simultáneamente. El miembro estructural que se va a fabricar es un miembro estructural que tiene la parte T de extensión de extremo como se muestra en la Figura 1 a modo de ejemplo. La Figura 11, que se corresponde con la Figura 7, es una vista en perspectiva que ilustra un estado en el que la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y la parte que se ha de conformar hasta formar cada nervadura en un material de conformación 133, están confinadas por un punzón 131 y por la platina 134. Además, la Figura 12 es una vista en la que el material de conformación 133 se ve desde arriba cuando es prensado por la matriz.
En el caso de usar la platina 134, cuando la platina 134 comienza a prensar y confinar el material de conformación 133 contra el punzón 131, la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura es presionada primeramente por la platina 134. En este estado, se crea un espacio de separación entre la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón y la platina 134, y la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón no es prensada por la platina. Además, el miembro estructural que tiene la forma de extensión de extremo tiene diferentes circunferencias en sección transversal dependiendo de la posición según la dirección longitudinal, en las proximidades de la parte de extremo que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón. En otras palabras, la circunferencia de la sección transversal en una posición Z1 es más larga que en una posición Z2, como se ilustra en la Figura 11.
En consecuencia, como se ilustra en la Figura 11, el material de chapa de acero para la parte que se ha de conformar hasta obtener la brida continua orientada hacia afuera da como resultado que se mueva desde la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón, hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura, hasta que la platina 134 confine tanto la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón como la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura.
Además, como se ilustra en la Figura 12, cuando el miembro estructural tiene la forma de extensión de extremo, la parte que ha de conformar hasta formar una pared vertical, que es doblada por la matriz, se dobla en una dirección perpendicular a una parte 112 que se ha de conformar hasta obtener la nervadura; en otras palabras, se dobla en una dirección de alejamiento de una parte 116 que se ha de conformar hasta formar la brida continua orientada hacia fuera. Esto hace que sea más fácil mover el material de chapa de acero para la parte que se ha de conformar hasta obtener la brida continua orientada hacia fuera, hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura. En consecuencia, esto hace que se produzcan arrugas y engrosamientos excesivos con mayor frecuencia en la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura. Por esta razón, en el caso de utilizar la platina 134 que confina simultáneamente la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón y la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura, el arrugamiento tiende a ocurrir en el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y en el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura.
Por el contrario, como se ilustra en las Figuras 5 y 7, de acuerdo con el método de fabricación proporcionado a modo de ejemplo, la segunda platina 34-2 prensa y confina el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura, después de que la primera platina 34-1 haya confinado la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón. De esta forma, al tiempo que el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura es presionado por la segunda platina 34-2, se reduce el movimiento del material de hoja de acero hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón. Esto reduce el movimiento del material de chapa de acero para la parte que se ha de conformar hasta obtener la brida continua orientada hacia afuera, hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura, incluso aunque existan diferentes circunferencias de sección transversal dependiendo de la ubicación longitudinal en el extremo de la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón (en las proximidades de la brida continua orientada hacia fuera).
Además, mientras la parte que se ha de conformar hasta formar el fondo de canalón es confinada por la primera platina 34-1, la segunda platina 34-2 presiona el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura. De ese modo, el extremo de la parte que se ha de conformar hasta obtener cada nervadura se forma de manera que sobresalga hacia fuera el material de chapa de acero en la región prensada. Por otra parte, como se ilustra en la Figura 10, el primer punzón 31 y la primera matriz 32 conforman por prensado el material de conformación 33 mientras el material de conformación 33 está confinado por la primera platina 34-1 y por la segunda platina 34-2. En consecuencia, se reduce el movimiento excesivo del material de chapa de acero hacia la parte que se ha de conformar hasta obtener las nervaduras. Como resultado de ello, se reduce el engrosamiento y arrugamiento excesivos en el extremo de cada nervadura 12a, 12b que se va a conformar.
2-3-2. Segundo paso
Después de que se ha llevado a cabo el primer estadio de conformación en prensa en la primera etapa como se ha descrito anteriormente, se lleva a cabo un segundo estadio de conformación por prensado en la segunda etapa. En la primera etapa, de entre las partes situadas por debajo de las segundas platinas 34-2 según la dirección de prensado, las partes que se han de conformar hasta formar las paredes verticales 13a, 13b, que están superpuestas por las segundas platinas 34-2, no se pueden conformar hasta obtener la forma final como el primer miembro 10. Es más, hay un caso en el que las porciones completas o parte de las porciones que se han de conformar hasta obtener las secciones curvas 14a, 14b y las bridas 15a, 15b del primer miembro 10, tampoco se conforman hasta obtener la forma final en la primera etapa.
Por otro lado, parte de las porciones que se han de conformar hasta formar las nervaduras 12a, 12b pueden no ser conformadas tampoco con la forma final en la primera etapa, dependiendo de la región en la que la primera platina 34-1 y la segunda platina 34-2 prensan el material de conformación 33. Por ejemplo, cuando la segunda platina 34-2 conforma una región de 1/3 de la circunferencia de la sección transversal en la parte que se ha de conformar hasta formar la nervadura 12a o 12b, comenzando desde la frontera entre la parte que se ha de conformar hasta obtener la nervadura 12a o 12b y la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón 11 en la primera etapa, es necesario que la región restante de 2/3 de la circunferencia de la sección transversal se forme más tarde.
Por lo tanto, en la segunda etapa, el segundo punzón y la segunda matriz llevan a cabo la conformación por prensado del segundo estadio utilizando un segundo aparato de conformación por prensado para formar el producto intermedio con la forma final del primer miembro 10. La segunda etapa puede ser llevada a cabo mediante un método conocido de conformación por prensado utilizando el segundo punzón y la segunda matriz, que tienen superficies de prensa correspondientes a las partes que se han de conformar hasta obtener las formas finales. Si la segunda etapa no completa la conformación hasta la forma final del primer miembro 10, se puede añadir, además, otra etapa de conformación.
A propósito de esto, la segunda etapa puede consistir en conformar en prensa por estampación usando solo una matriz y un punzón, sin el uso de platinas, o puede ser una conformación por prensado convencional usando platinas.
3. Efecto
Como se ha descrito hasta ahora, el primer miembro 10 de acuerdo con la presente realización tiene la parte T de extensión de extremo y la brida continua orientada hacia afuera 16 en el extremo de la misma, lo que permite mejorar las propiedades de transferencia de carga y la cantidad de absorción de energía de impacto en caso de aplastamiento a lo largo de la dirección axial. Para ser específicos, el hecho de dotar el primer miembro 10 con la brida continua orientada hacia afuera 16 en un extremo del mismo puede evitar que se concentren tensiones en los extremos de las nervaduras 12a, 12b en una etapa inicial de aplastamiento a lo largo de la dirección axial, permitiendo que la tensión sea dispersada a otras partes. Esto reduce la deformación producida en los extremos de las nervaduras 12a, 12b y, por lo tanto, mejora las propiedades de transferencia de carga. Además, el hecho de dotar el primer miembro 10 con la parte T de extensión de extremo puede reducir el paso de pandeo en una etapa intermedia o posterior de aplastamiento a lo largo de la dirección axial. De esta forma, en combinación con el efecto de mejora de las propiedades de transferencia de carga, esto puede aumentar la cantidad de absorción de energía de impacto. Además, el hecho de dotar al primer miembro 10 de la parte T de extensión de extremo reduce la anchura del fondo de canalón 11 y, por tanto, reduce la circunferencia de la sección transversal del primer miembro 10 a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16. En consecuencia, de acuerdo con la presente realización, el primer miembro 10 puede hacerse más ligero.
Ejemplos
A continuación, se describirán ejemplos de la presente realización. Nótese que, en la descripción de Ejemplos que sigue, se describirá como producto conformado por prensado 10 el primer elemento 10, que es el miembro estructural para una carrocería de automóvil de acuerdo con la presente realización.
(1) Evaluación de las propiedades de absorción de energía de impacto
La cantidad de absorción de energía de impacto se evaluó primeramente ejerciendo una carga de impacto, en la dirección axial, en el extremo que tiene una brida continua orientada hacia fuera 16, en el producto conformado por prensado 10 fabricado de acuerdo con el método proporcionado a modo de ejemplo de fabricación del miembro estructural como se ha descrito anteriormente.
La Figura 13 es una vista esquemática que ilustra modelos analíticos de miembros estructurales que se utilizaron en el análisis. La Figura 13 ilustra, de arriba a abajo, un modelo analítico 50 de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1, un modelo analítico 60 de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 y un modelo analítico 70 de acuerdo con el Ejemplo 1. En cada uno de los modelos analíticos 50, 60, 70, un producto conformado por prensado 51,61 o 10, que tiene una sección transversal sustancialmente en forma de canalón, se une al segundo miembro de placa plana 18 a través de las bridas 15a, 15b, que continúan hasta las paredes verticales 13a, 13b a través de las secciones curvas 14a, 14b, respectivamente.
El modelo analítico 50 de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 tiene, en un extremo axial, una brida continua orientada hacia fuera 23 que no tiene muescas. Sin embargo, el modelo analítico 50 tiene una forma en la que la anchura del fondo de canalón es constante. Las anchuras Wa, Wb del fondo de canalón son de 100 mm. La altura del producto conformado por prensado 51 es de 100 mm. Lx, que es una longitud desde la parte de frontera entre la superficie ascendente curva 17 y el fondo de canalón, hasta el extremo que no tiene la brida exterior, es de 300 mm. El valor S, que representa el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón como se ha definido en la fórmula anterior (1), es 0. El producto conformado por prensado 51 del modelo analítico 50 se conforma por prensado utilizando la platina (platina 134 en Figura 11) que confina simultáneamente la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón y las partes que se han de conformar hasta obtener las nervaduras.
El modelo analítico 60 de acuerdo con el Ejemplo comparativo 2 tiene, en un extremo axial del mismo, una brida discontinua orientada hacia fuera 24 que tiene una muesca que llega al extremo de cada nervadura 12a, 12b. Además, el modelo analítico 60 tiene una forma en la que la anchura del fondo de canalón disminuye a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida exterior 24. El valor más pequeño de la anchura del fondo de canalón (anchura Wb) es 100 mm, mientras que el valor más grande (anchura Wa) es 130 mm. La altura del producto conformado por prensado 61 es de 100 mm. Lx, que es una longitud desde la parte de frontera entre la superficie ascendente curva 17 y el fondo de canalón, hasta el extremo que no tiene la brida exterior 24, es de 300 mm. El valor S, que representa el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón como se define en la fórmula anterior (1), es 0,00077. El producto 61 conformado por prensado del modelo analítico 60 se conforma por prensado utilizando la platina que confina sólo la parte que se ha de conformar hasta obtener el fondo de canalón.
El modelo analítico 70 de acuerdo con el Ejemplo 1 tiene, en un extremo axial del mismo, la brida continua orientada hacia fuera 16, que no tiene muescas. Además, el modelo analítico 70 tiene una forma en la que la anchura del fondo de canalón aumenta gradualmente hacia el extremo que tiene la brida exterior 24, de forma similar al Ejemplo comparativo 2. El valor más pequeño de la anchura del fondo de canalón (anchura Wb) es 100 mm, en tanto que el valor más grande (anchura Wa) es 130 mm. La altura del producto conformado por prensado 10 es de 100 mm. Lx, que es una longitud desde la parte de frontera entre la superficie ascendente curva 17 y el fondo de canalón, hasta el extremo que no tiene la brida exterior 16, es de 300 mm. El valor S, que representa el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón tal como se ha definido en la fórmula anterior (1), es 0,00077. El producto 10 conformado por prensado del modelo analítico 70 se conforma por prensado utilizando la primera platina 34-1 y la segunda platina 34­ 2, tal como se ilustra en las Figuras 4 a 10.
Condiciones analíticas distintas de las anteriores se establecieron, todas iguales, para los modelos analíticos 50, 60, 70. Las condiciones analíticas comunes se refieren a continuación.
- Hoja de acero utilizada: una hoja de acero de alta resistencia a la tracción de 1,4 mm de espesor con una resistencia a la tracción de la clase de 980 MPa
- Radio de curvatura de la nervadura: 12 mm
- Radio de curvatura de cada sección curva 14a, 14b que continúa hasta cada pestaña 15a, 15b: 5 mm
- Anchuras de la brida continua orientada hacia afuera 16 y de la brida orientada hacia afuera 24: 14 mm
- Radio de curvatura r de la superficie ascendente curva 17: 3 mm
Al realizar el análisis, como se ilustra en el Ejemplo comparativo 1, se hizo chocar una pared rígida 29 en la dirección axial, a una velocidad de colisión de 20 km/h, contra el extremo conformado con la brida continua orientada hacia fuera 16, 23 o con las bridas orientadas hacia fuera 24 para causar un desplazamiento axial en cada modelo analítico 50, 60, 70. La carga axial (kN) generada en la colisión y la cantidad de absorción de energía de impacto (kJ) fueron entonces calculadas para cada uno del Ejemplo 1 y de los Ejemplos comparativos 1,2.
La Figura 14 es un gráfico que muestra resultados analíticos sobre la carga axial para cada uno de los modelos analíticos 50, 60, 70. Nótese que el eje vertical del gráfico de la Figura 14 representa el valor obtenido al dividir la carga axial por la circunferencia de la sección transversal en la frontera entre la superficie ascendente curva 17 y el fondo de canalón (carga axial / circunferencia: kN/mm), con el fin de excluir la influencia de la circunferencia de la sección transversal al final de cada modelo analítico 50, 60, 70. En este caso, la circunferencia de la sección transversal significa la longitud en el centro del espesor de hoja de la sección transversal de cada producto conformado por prensado 10, 51 o 61, del cual se ha excluido el segundo miembro 18.
En una región inicial St1 del aplastamiento axial en la que una carrera de aplastamiento es de 5 mm o menos, los modelos analíticos 50, 70 del Ejemplo comparativo 1 y del Ejemplo 1, que tienen respectivas bridas continuas orientadas hacia fuera 23 y 16 que no tienen muescas, han exhibido cargas axiales más grandes (kN/mm) que las del modelo analítico 60 del Ejemplo comparativo 2, que tiene la brida orientada hacia fuera 24 que tiene muescas. En la región St2 en la que la carrera de aplastamiento es superior a 5 mm, los modelos analíticos 60, 70 del Ejemplo comparativo 2 y del Ejemplo 1, cada uno de los cuales tiene la parte de extensión de extremo, han exhibido cargas axiales (kN/mm) aproximadamente más grandes que las del modelo analítico 50 del Ejemplo comparativo 1, que tiene la anchura del fondo de canalón constante.
El modelo analítico 70 del Ejemplo 1, que incluye el producto conformado por prensado 10 que tiene la brida continua orientada hacia afuera 16 y la parte de extensión de extremo, ha exhibido cargas axiales elevadas desde el estadio inicial hasta el estadio avanzado del aplastamiento axial. En particular, el modelo analítico 70 del Ejemplo 1 ha soportado elevadas cargas axiales también en el último estadio del aplastamiento axial en el que la carrera de aplastamiento supera los 15 mm.
Además, las Figuras 15 y 16 son gráficos que muestran resultados analíticos sobre la cantidad de absorción de energía de impacto (E.A.) para cada modelo analítico 50, 60, 70. La Figura 15 muestra resultados analíticos para una carrera de aplastamiento St de 10 mm, y la Figura 16 muestra resultados analíticos para una carrera de aplastamiento St de 20 mm.
Como se muestra en la Figura 15, la cantidad de absorción de energía de impacto en una carrera de aplastamiento St de 10 mm se ve aparentemente incrementada para los modelos analíticos 50, 70 que tienen respectivas bridas continuas orientadas hacia afuera 16, 23 que no tienen muescas en el extremo axial, en comparación con el modelo analítico 60, que tiene la brida orientada hacia fuera 24 con muescas. Además, como se muestra en la Figura 16, la cantidad de absorción de energía de impacto en una carrera de aplastamiento St de 20 mm se ve aparentemente incrementada para los modelos analíticos 60, 70, que tienen, cada uno, la parte de extensión de extremo, en comparación con el modelo analítico 50, que tiene la anchura del fondo de canalón constante.
Así, las propiedades de transferencia de carga del modelo analítico 70 del Ejemplo 1 son tales, que las propiedades de absorción de energía de impacto son superiores, en cualquiera de entre el estadio inicial y el estadio avanzado de colisión, a las del modelo analítico 50 del Ejemplo comparativo 1 y las del modelo analítico 60 del Ejemplo comparativo 2.
(2) Evaluación de los efectos del grado de reducción
A continuación, se cambió el grado de reducción de la anchura del fondo de canalón en los productos conformados por prensado 10, 61 de los modelos analíticos 70, 60 del Ejemplo 1 y del Ejemplo comparativo 2, y se evaluó su efecto sobre la cantidad de absorción de energía de impacto. En los Ejemplos 2 a 10 y en el Ejemplo comparativo 3, el grado de reducción del anterior producto conformado por prensado 10 del Ejemplo 1 se modificó cambiando la anchura Wb del fondo de canalón en el extremo opuesto al extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16. En los Ejemplos comparativos 4 a 13, el grado de reducción del anterior producto conformado por prensado 61 del Ejemplo comparativo 2 se modificó cambiando la anchura Wb del fondo de canalón en el extremo opuesto al extremo que tiene la brida orientada hacia fuera 24.
Para el Ejemplo 2 y el Ejemplo comparativo 4, la anchura Wb del fondo de canalón es de 55 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00192. Para el Ejemplo 3 y el Ejemplo comparativo 5, la anchura Wb del fondo de canalón es de 60 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00179. Para el Ejemplo 4 y el Ejemplo comparativo 6, la anchura Wb del fondo de canalón es de 65 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00166. Para el Ejemplo 5 y el Ejemplo comparativo 7, la anchura Wb del fondo de canalón es de 70 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00154. Para el Ejemplo 6 y el Ejemplo comparativo 8, la anchura Wb del fondo de canalón es de 85 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00115. Para el Ejemplo 7 y el Ejemplo comparativo 9, la anchura Wb del fondo de canalón es de 100 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00077. Para el Ejemplo 8 y el Ejemplo comparativo 10, la anchura Wb del fondo de canalón es de 115 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00038. Para el Ejemplo 9 y el Ejemplo comparativo 11, la anchura Wb del fondo de canalón es de 120 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00025. Para el Ejemplo 10 y el Ejemplo comparativo 12, la anchura Wb del fondo de canalón es de 125 mm y el valor S del grado de reducción es 0,00013. Para el Ejemplo comparativo 3 y el Ejemplo comparativo 13, la anchura Wb del fondo de canalón es 130 mm y el valor S del grado de reducción es 0.
Como se ilustra en la Figura 17, en todos los Ejemplos 2 a 10 y los Ejemplos comparativos 3 a 13, el extremo de cada producto conformado por prensado 10, 61 se ha unido a otro miembro mediante soldadura por puntos en cuatro puntos en la parte de la brida correspondiente al fondo de canalón, y en dos puntos en la parte de brida correspondiente a cada una de las paredes verticales.
Cada una de las Figuras 18 y 19 muestra una relación existente entre la cantidad de absorción de energía de impacto y el valor S del grado de reducción para el producto conformado por prensado 10 que tiene la brida continua hacia afuera 16, y el producto conformado por prensado 61 que tiene la brida orientada hacia fuera 24 que tiene una muesca en una posición correspondiente a cada nervadura, para una carrera de aplastamiento St de 5 mm y 20 mm, respectivamente.
Como se muestra en la Figura 18, para una carrera de aplastamiento St de 5 mm, ninguno de los modelos analíticos 60, 70 mostró una variación notable en la cantidad de absorción de energía de impacto cuando se varió el valor S del grado de reducción. Además, cuando los modelos analíticos 60, 70 se comparan entre sí con el mismo valor S del grado de reducción, la cantidad de absorción de energía de impacto del modelo analítico 70 que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 excede la del modelo analítico 60 que tiene la brida orientada hacia fuera 24 provista de muescas. Este resultado se debe a que la deformación en el extremo del producto conformado por prensado 61 que tiene la brida orientada hacia fuera 24 provista de muescas, se incrementó debido a la concentración de tensiones en los extremos de las nervaduras del producto conformado por prensado 61.
Además, como se muestra en la Figura 19, la cantidad de absorción de energía de impacto del modelo analítico 70 que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 excede la del modelo analítico 60 que tiene la brida orientada hacia fuera 24 con muescas, en un intervalo de 0,0002 a 0,0018 del valor S del grado de reducción para una carrera de aplastamiento St de 20 mm. Este resultado se debe a la brida continua orientada hacia fuera 16, que dispersó la tensión en partes distintas de las nervaduras, y también es debido a la parte de extensión de extremo, que indujo que se produjese pandeo con pasos de pandeo más pequeños sucesivamente desde el extremo. Se muestra una tendencia a que la cantidad de absorción de energía de impacto del modelo analítico 70 que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 aumente de manera estable, especialmente dentro de un intervalo de 0,00025 a 0,0015 del valor S del grado de reducción.
La Figura 20 ilustra un estado de pandeo de cada uno de los modelos analíticos 60 y 70 del Ejemplo 6 y de los Ejemplos comparativos 3 y 8 para una carrera de aplastamiento St de 20 mm. Como se muestra en la Figura 20, el modelo analítico 70 del Ejemplo 6, que incluye el producto conformado por prensado 10 que tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 en un extremo del mismo y la parte T de extensión de extremo, presenta un pandeo generado más cerca del extremo y tal, que el paso de pandeo se hace más pequeño.
Como se ha descrito anteriormente, se ha encontrado que, cuando el producto conformado por prensado 10 tiene la brida continua orientada hacia fuera 16 en un extremo del mismo y el valor S, que representa el grado de reducción de la parte de extensión de extremo, está dentro de un intervalo de 0,0002 a 0,0018, las propiedades de transferencia de carga cuando se aplica una carga de impacto se mejoran desde el estadio inicial hasta el estadio intermedio o posterior de la carrera de aplastamiento, lo que lleva a un aumento de la cantidad de absorción de energía de impacto. Puede entenderse fácilmente que el hecho de dotar al producto conformado por prensado 10 con la parte T de extensión de extremo puede hacer que la circunferencia de la sección transversal sea más corta y, por lo tanto, puede hacer que el producto conformado por prensado 10 sea más ligero.
Sin embargo, a medida que el grado de reducción de la parte de extensión de extremo se hace pequeño, el ángulo de elevación de brida de la brida continua orientada hacia fuera 16 que continúa hasta el fondo de canalón, se hace más grande, lo que conduce a la vulnerabilidad frente a la generación de grietas y arrugas en la brida formada en el extremo de la nervadura. Por tanto, es preferible que el valor S del grado de reducción de la parte de extensión de extremo se encuentre dentro de un intervalo de 0,0005 a 0,0018 cuando se toman en consideración la conformabilidad y la productividad.
(3) Evaluación de los efectos del grado de reducción de altura de la pared vertical
A continuación, se evaluó la cantidad de absorción de energía de impacto cuando la altura (anchura) de las paredes verticales, en lugar del fondo de canalón, en el producto conformado por prensado, se reduce a medida que se hace más grande la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera. La Figura 21 ilustra los modelos analíticos 80, 85, que incluyen un producto conformado por prensado en el que solo las paredes verticales se han reducido, y los modelos analíticos 90, 95, que incluyen un producto conformado por prensado en el que se han reducido tanto el fondo de canalón como las paredes verticales. Los modelos analíticos 80, 90 tienen la brida continua orientada hacia fuera sin muescas en las posiciones correspondientes a las nervaduras, en tanto que los modelos analíticos 85, 95 tienen la brida orientada hacia fuera con muescas en las posiciones correspondientes a las nervaduras.
Estos modelos analíticos 80, 85, 90, 95 tienen la misma configuración que los modelos analíticos 50, 60, 70 anteriores, excepto por que el fondo de canalón o las paredes verticales se han reducido. Además, el método de evaluación para la cantidad de absorción de energía de impacto es el mismo que en la evaluación en (2). Sin embargo, la evaluación se llevó a cabo estando estos productos conformados por prensado confinados, para que la pared rígida 29 (véase la Figura 13) no generara un desplazamiento diferente del desplazamiento axial, a fin de evitar que el producto conformado por prensado se volcara.
Las Figuras 22 y 23 muestran una relación existente entre la cantidad de absorción de energía de impacto y el valor S del grado de reducción para cada modelo analítico 80, 85, 90, 95, para las respectivas carreras de aplastamiento St de 5 mm y 20 mm. Nótese que, en el caso de reducir solo las paredes verticales, con el ancho del fondo de canalón constante, el valor S del grado de reducción representa un grado de reducción de altura de cada pared vertical. Además, en el caso de que se reduzcan tanto el fondo de canalón como las paredes verticales, el valor S del grado de reducción representa cada uno del grado de reducción de altura de las paredes verticales y el grado de reducción de anchura del fondo de canalón. En otras palabras, incluso si los valores S del grado de reducción son los mismos en los modelos analíticos 80, 90, las circunferencias de la sección transversal en el extremo opuesto al extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera se vuelven diferentes en una magnitud correspondiente a la diferencia entre las anchuras de los fondos de canalón.
Como se muestra en la Figura 22, la cantidad de absorción de energía de impacto de los modelos analíticos 80, 90 que tienen la brida continua orientada hacia fuera excedió las de los modelos analíticos 85, 95 que tienen la brida orientada hacia fuera y provista de muescas, para una carrera de aplastamiento St de 5 mm, independientemente del grado de reducción. Además de esto, los modelos analíticos 80, 90 que tienen la brida continua orientada hacia fuera no exhibieron una variación notable en la cantidad de absorción de energía de impacto cuando se modificó la variación en el grado de reducción. Es más, incluso cuando los modelos analíticos 80, 90 se compararon entre sí para el mismo grado de reducción, las cantidades de absorción de energía de impacto de los modelos analíticos 80, 90 no mostraron una diferencia apreciable.
Por el contrario, como se muestra en la Figura 23, la cantidad de absorción de energía de impacto de los modelos analíticos 80, 90 que tienen la brida continua orientada hacia fuera, se hizo más pequeña que la de los modelos analíticos 85, 95 que incluían la brida orientada hacia fuera provista de muescas, para una carrera de aplastamiento St de 20 mm, independientemente del grado de reducción. Además, en los modelos analíticos 80, 90 que tienen la brida continua orientada hacia afuera, la cantidad de absorción de energía de impacto se hizo más pequeña a medida que el grado de reducción se hizo mayor. El modelo analítico 90 en el que se redujeron tanto el fondo de canalón como las paredes verticales exhibió mayores cantidades de absorción de energía de impacto que las del modelo analítico 80, en el que solo se redujeron las paredes verticales, excepto en un intervalo en el que el valor S del grado de reducción era de alrededor de 0,00115.
A propósito de esto, en las Figuras 22 y 23, cuando el valor S del grado de reducción es 0, el modelo analítico 80 y el modelo analítico 90, que tienen, ambos, la brida continua orientada hacia fuera, deben exhibir la misma cantidad de absorción de energía de impacto. De manera similar, cuando el valor S del grado de reducción es 0, el modelo analítico 85 y el modelo analítico 95, ambos provistos de la brida con muescas, deben exhibir la misma cantidad de absorción de energía de impacto. Sin embargo, en esta evaluación, el producto conformado por prensado se confina para que no genere un desplazamiento distinto que en la dirección axial por la pared rígida 29 (véase la Figura 13), como se ha descrito anteriormente. Esto provoca una diferencia en la cantidad de absorción de energía de impacto cuando el valor S del grado de reducción es 0.
La Figura 24 ilustra un estado de pandeo de cada modelo analítico 80, 90 para una carrera de aplastamiento St de 20 mm. Como se muestra en la Figura 24, se ha encontrado que los pasos de pandeo generados se hacen más grandes en cualquiera de los modelos analíticos 80, 90.
Como se ha descrito hasta ahora, se ha encontrado que, cuando la altura de las paredes verticales se reduce a medida que se hace más grande la distancia desde el extremo que tiene la brida continua hacia afuera, la carga soportada por las nervaduras se vuelve más pequeña, independientemente de que se reduzca o no la anchura del fondo de canalón, con lo que disminuye la cantidad de absorción de energía de impacto. Se ha encontrado, por tanto, que la reducción de las paredes verticales no puede mejorar el efecto de dotar al extremo del producto conformado por prensado de la brida continua orientada hacia fuera.
(4) Susceptibilidad de conformación de la brida continua orientada hacia fuera (para referencia)
Con fines de referencia, se evaluó la proporción de disminución del espesor de la hoja en el extremo de la nervadura, en el producto conformado por prensado 10 fabricado de acuerdo con el método de fabricación de un producto conformado por prensado anteriormente descrito. En el Ejemplo de referencia 1, se fabricó un producto conformado por prensado 10 utilizando la primera platina 34-1 y la segunda platina 34-2 de acuerdo con el método de fabricación de un producto conformado por prensado anteriormente descrito. En el Ejemplo de referencia 2, también se fabricó un producto conformado por prensado con las mismas condiciones que en el Ejemplo de referencia 1, excepto por el uso de una platina que confinaba únicamente un fondo de canalón, en lugar de usar la primera platina y la segunda platina. Por otra parte, en el Ejemplo de referencia 3, se fabricó un producto conformado por prensado con las mismas condiciones que en el Ejemplo de referencia 1, excepto por el uso de una platina que confinaba el fondo de canalón y las nervaduras simultáneamente, en lugar de usar la primera platina y la segunda platina.
El material de conformación 33 utilizado fue una hoja de acero de 1,4 mm de espesor que tenía una resistencia a la tracción de la clase de 980 MPa, medida mediante ensayo de tracción conforme a la norma JIS Z 2241. En el producto conformado por prensado, la altura de la sección transversal sustancialmente en forma de canalón era de 100 mm, el valor máximo de la anchura del fondo de canalón (anchura Wa) en el extremo que tiene la brida orientada hacia fuera era de 148 mm, la anchura mínima del fondo de canalón (anchura Wb) era de 76 mm, el valor S del grado de reducción de la anchura W del fondo de canalón era 0,0027, y la anchura de la brida continua orientada hacia fuera era de 14 mm. Los hombros de un punzón utilizado tenían un radio de curvatura de 12 mm.
Las Figuras 25 y 26 son vistas esquemáticas que muestran resultados analíticos sobre la proporción de disminución del espesor de la hoja para los productos conformados por prensado de los Ejemplos de referencia 1 a 3. La Figura 25 es una vista que muestra una posición de análisis A para la proporción de disminución del espesor de la hoja. En la Figura 25, se muestra una mitad del producto 10 conformado por prensado, el cual se ha dividido por la mitad por la línea central que discurre a lo largo de la dirección axial (dirección x). La Figura 26 muestra los resultados analíticos del espesor de la hoja para cada uno de los productos conformados por prensado de los Ejemplos de referencia 1 a 3. Para el análisis, se usó LS-DYNA, una aplicación de software de análisis de propósito general.
El producto conformado por prensado de acuerdo con el Ejemplo de referencia 2, que usó la platina que confinaba únicamente el fondo de canalón, exhibió una proporción de disminución del espesor de la hoja del 24,8% en una posición I de la brida que se formó para continuar hasta el extremo de la nervadura de la brida continua orientada hacia fuera. Tal proporción de disminución del espesor de la hoja da pie para la preocupación de generar defectos de conformación (agrietamiento). El producto conformado por prensado de acuerdo con el Ejemplo de referencia 2, que usó la platina que confinaba el fondo de canalón y las nervaduras simultáneamente, exhibía una proporción de disminución del espesor de la hoja de tan solo el 11,2% en una posición H1 de la brida que se formó de manera que continuase hasta el extremo de la nervadura de la brida continua orientada hacia fuera. Por otro lado, el producto conformado por prensado de acuerdo con el Ejemplo de referencia 3 exhibía una proporción de disminución del espesor de la hoja del -15,5% en una posición h 2 de la superficie ascendente curva entre el extremo de la nervadura y la brida continua orientada hacia fuera, que eleva la preocupación por el arrugamiento y el engrosamiento más allá de la tolerancia. Como se muestra, cuando la brida dispuesta en el extremo del producto conformado por prensado se realiza como brida continua orientada hacia fuera, tienden a generarse grietas en la brida formada en el extremo de la nervadura y tienden a generarse arrugas en la base de la brida. Por lo tanto, la brida continua orientada hacia fuera no se ha aplicado hasta ahora a productos comerciales.
En contraste, el producto conformado por prensado de acuerdo con el Ejemplo de referencia 1, que utilizó la primera platina y la segunda platina, exhibía una proporción de disminución del espesor de la hoja del 15,4% en una posición J1 de la brida conformada para continuar hasta el extremo de la nervadura de la brida continua orientada hacia fuera 16, que estaba dentro de la tolerancia. Además, la proporción de disminución del espesor de la hoja era del -13,9% en una posición J2 de la superficie ascendente curva entre el extremo de la nervadura y la brida continua orientada hacia fuera 16, con lo que el arrugamiento y el engrosamiento generados estaban dentro de la tolerancia. En otras palabras, se ha encontrado que, cuando el primer miembro 10 se fabrica como miembro estructural de acuerdo con la presente realización utilizando el método descrito anteriormente para fabricar un producto conformado por prensado, la generación de grietas en el borde de brida de la brida continua orientada hacia fuera 16, así como la generación de arrugas en la base de la brida se reducen. Por tanto, el miembro estructural de acuerdo con la presente realización se puede fabricar utilizando una hoja de acero de alta resistencia a la tracción.
La(s) realización (realizaciones) preferida(s) de la presente invención se ha(n) descrito anteriormente con referencia a los dibujos adjuntos, si bien la presente invención no se limita a los ejemplos anteriores. Una persona experta en la técnica puede encontrar diversas alteraciones y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompañan, y debe entenderse que, naturalmente, estas entrarán dentro del alcance técnico de la presente invención. Por ejemplo, en la realización anterior se ha descrito a modo de ejemplo el elemento estructural formado por el producto conformado por prensado que se obtiene conformando por prensado una hoja de acero. Sin embargo, un material que constituye el miembro estructural no está limitado por tal ejemplo. Por ejemplo, el miembro estructural puede ser un producto conformado por prensado que se obtiene conformando por prensado una hoja de metal distinta de una hoja de acero, tal como una hoja de hierro, aluminio, titanio, acero inoxidable, etc.
Además, a fin de obtener los efectos de mejorar las propiedades de transferencia de carga y aumentar la cantidad de absorción de energía de impacto durante el aplastamiento en la dirección axial, el miembro estructural puede ser un miembro estructural metálico formado por un método distinto de la conformación por prensado. Además, para obtener tales efectos, el miembro estructural puede estar formado por un material de resina o con una resina reforzada con fibra que contiene fibra de refuerzo, tal como fibra de carbono.
Además, como ejemplos de aplicación del miembro estructural, se han indicado en la realización descrita anteriormente chasis de vehículos, tales como automóviles, trenes y motocicletas, o cascos de barcos. Sin embargo, la presente invención no se limita a tales ejemplos. El miembro estructural se puede usar para cualquier otra estructura, tal como máquinas o edificios, si se puede aplicar una carga de impacto en la dirección axial de las estructuras. Lista de símbolos de referencia
10 primer miembro (miembro estructural para carrocería de automóvil, producto conformado por prensado) 11 fondo de canalón
12a, 12b nervadura
13a, 13b pared vertical
14a, sección curva 14b
15a, 15a brida
16 brida continua orientada hacia fuera
17 superficie ascendente curva
18 segundo miembro
23 brida continua orientada hacia afuera
24 brida orientada hacia fuera
29 pared rígida
50, 60, 70, 80, 90 modelo analítico
51,61 producto conformado por prensado
100 estructura unida
T parte de extensión de extremo
W anchura del fondo de canalón
Wa anchura del fondo de canalón en la parte de la base de la brida continua orientada hacia fuera
Wb anchura del fondo de canalón en una posición que dista arbitrariamente de la parte de la base

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un miembro estructural (10) hecho de metal, formado de manera que se extiende a lo largo en una dirección predeterminada, y que tiene un fondo de canalón (11), dos nervaduras (12a, 12b) que continúan hasta ambos extremos en una dirección a lo ancho del fondo de canalón (11), y dos paredes verticales (13a, 13b) que continúan hasta las dos nervaduras (12a, 12b), comprendiendo el elemento estructural (10):
una brida continua orientada hacia fuera (16), formada continuamente al menos a lo largo del fondo de canalón (11), de las nervaduras (12a, 12b) y de las paredes verticales (13a, 13b), en un extremo según la dirección predeterminada, de tal manera que la anchura del fondo de canalón (11) se reduce a medida que aumenta la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera (16),
de modo que un valor S (mm-1) que representa un grado de reducción de la anchura del fondo de canalón (11) como se define en la fórmula (1) a continuación, está dentro de un intervalo de 0,0002 a 0,0018,
S (mm-1) = {(Wa-Wb)/Wa}/L ... (1)
donde Wa representa una anchura del fondo de canalón (11) en una parte de base, en el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera (16), y
Wb representa una anchura del fondo de canalón (11) en una posición que tiene una distancia arbitraria L desde la parte de base, en una extensión en la que la anchura del fondo de canalón (11) se hace más pequeña.
2. El miembro estructural (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la anchura del fondo de canalón (11) se hace más pequeña en una extensión en la que la distancia desde el extremo que tiene la brida continua orientada hacia fuera (16) es de 100 mm o más.
3. El miembro estructural (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, de tal manera que el miembro estructural (10) se une a otro miembro a través de la brida continua orientada hacia afuera (16) usando soldadura por puntos de resistencia, soldadura por láser de penetración, soldadura por arco de filete, adhesión usando un adhesivo, o una combinación de las mismas.
4. El miembro estructural (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, de tal manera que el miembro estructural (10) está formado por una hoja de acero de alta resistencia a la tracción que tiene una resistencia a la tracción de 390 MPa o más.
5. El miembro estructural (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, de tal manera que el miembro estructural (10) es un miembro estructural para un vehículo.
6. El miembro estructural (10) de acuerdo con la reivindicación 5, de tal manera que el miembro estructural para un vehículo es un travesaño de suelo, un estribo lateral, un miembro lateral delantero o una riostra de túnel de suelo.
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