КОНСТРУКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО КУЗОВА Российский патент 2018 года по МПК B62D25/00 

[Область техники, к которой относится изобретение]

[0001] Представленное изобретение относится к конструкционному элементу для автомобильного кузова (также упоминаемому далее как «конструкционный элемент»).

[Предшествующий уровень техники]

[0002] Существуют требования повышения эффективности использования топлива автомобиля для предотвращения глобального потепления и дополнительного повышения безопасности автомобиля во время столкновения. Вследствие этого, поддерживается уменьшение толщины стального листа для формирования конструкционного элемента путем придания стальному листу большой прочности при растяжении и обеспечения надлежащим образом намеченной прочности, требуемой для конструкционного элемента в каждого участка.

[0003] Предложено, чтобы за счет частичной закалки каждого участка конструкционного элемента (упоминаемой в представленном описании, как «частичная закалка») в осевом направлении (продольном направлении), в осевом направлении конструкционного элемента были предоставлены закаленный участок с большой прочностью, который был подвергнут закалке, и участок с твердостью основного металла, который не был подвергнут закалке и имеет прочность всего лишь, как прочность основного металла.

[0004] В патентном документе 1 раскрыто усиление центральной стойки. Усиление центральной стойки имеет по существу шляпообразное поперечное сечение и участок с индукционной закалкой, который образован с непрерывным продолжением от одного концевого участка до другого концевого участка в осевом направлении. Усиление центральной стойки имеет распределение твердости, при котором «центральная область между одним концевым участком и другим концевым участком в осевом направлении имеет большую прочность, а твердость постепенно уменьшается от центральной области к одному концу или другому концу».

[0005] В патентном документе 2 раскрыто усиление, имеющее оба угла, где стыкуются верхний плоский участок по существу шляпообразного поперечного сечения и боковые стеновые участки на обеих сторонах. Усиление имеет участок с индукционной закалкой, который представляет собой участок с фаской, ширина которого уменьшается в направлении концевых участков. Участки, не являющиеся участком с фаской, являются незакаленными. Таким образом, усиление имеет требуемое распределение прочности.

[0006] В патентном документе 3 раскрыт элемент автомобиля, изготовленный посредством сварки усиления элемента автомобиля за счет нагревания с прямым подключением к источнику питания (непосредственного нагревания сопротивлением) высокочастотного индукционного нагрева в предварительно заданных условиях. Усиление имеет по существу шляпообразное поперечное сечение, образованное посредством прессования материала, имеющего предварительно заданный химический состав.

[0007] Кроме того, в патентном документе 4 раскрыта стойка, в которой термически обработанный участок, который образован на периферической стенке, имеющий по существу шляпообразное поперечное сечение, состоит из группы многочисленных участков в виде упрочненных полос. Каждый из участков в виде упрочненных полос образован с расположением в продольном направлении периферической стенки. Закаленные полосы сделаны отдельно друг от друга в длину таким образом, чтобы образовались главная закаленная область и область постепенного изменения твердости. В главной закаленной области соотношение площади участков в виде упрочненных полос, занятой на единицу площади периферической стенки, больше, чем соотношение площади участков в виде упрочненных полос, занятой в других частях периферической стенки в продольном направлении. В области постепенного изменения твердости, соотношение площади, занятой участками в виде упрочненных полос, уменьшается по мере того, как полосы удаляются от главной закаленной области к периферической стенке в продольном направлении. Таким образом, предоставлена конструкция усиления, способного увеличивать прочность элемента несущей конструкции кузова транспортного средства, такого как стойка, и обеспечено создание твердой конструкции усиления, подлежащей изгибанию.

[0008] В патентных документах 5 и 6 заявитель раскрывает изобретения для изготовления частично закаленного конструкционного элемента, имеющего изогнутый участок. В данных изобретениях в то время, как материал, имеющий замкнутое поперечное сечение (например, стальная труба) подается в осевом направлении, материал нагревается до температуры точки Ac₃ или выше с использованием кольцевой катушки высокочастотного индукционного нагрева. За счет быстрого охлаждения материала водяным устройством охлаждения немедленно после нагревания может быть образована закаленная упрочненная область. В дополнение, за счет приложения изгибающего момента или сдвигающей нагрузки к участку материала, подлежащего нагреванию, получают частично закаленный элемент, имеющий изогнутый участок (далее данный способ изготовления упоминается, как «3DQ»).

[0009] Закаленный участок и участок с твердостью основного металла изготовленного элемента в осевом направлении могут быть образованы бок-о-бок за счет регулирования надлежащим образом температуры нагревания материала с помощью катушки высокочастотного индукционного нагрева в 3DQ или скорости охлаждения материала с помощью устройства охлаждение в 3DQ.

[0010] Ожидается, что благодаря прикладыванию ударной нагрузки, когда происходит изгибающая деформация, участок с твердостью основного металла, обладающий низкой прочностью, изгибается и деформируется с поглощением энергии столкновения, а закаленный участок, обладающий большой прочностью, обеспечивает конструкционному элементу для автомобильного кузова, имеющему подобное распределение твердости, эффективность сопротивления нагрузке.

[Документы Предшествующего Уровня Техники]

[Патентные Документы]

[0011] [Патентный документ 1] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация № H10-17933

[Патентный документ 2] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация № 2003-48567

[Патентный документ 3] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация № 2004-323967

[Патентный документ 4] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация No 2012-131326

[Патентный документ 5] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация № 2007-83304

[Патентный документ 6] Не прошедшая экспертизу патентная заявка Японии, первая публикация № 2012-25335

[Раскрытие изобретения] [Проблемы, которые должны быть решены с помощью изобретения]

[0012] Когда к конструкционному элементу, изготовленному посредством 3DQ, прикладывается ударная нагрузка, на участке, где разница в прочности является большой, и прочность быстро изменяется, как между закаленным участком и незакаленным участком, легко происходит изгибающая деформация (или формирование вертикальных складок). Вследствие этого, на данном участке легко происходит концентрация деформаций. Однако, фактически между закаленным участком и незакаленным участком в осевом направлении, обязательно предоставляется участок, где изменяется прочность (далее упоминаемый, как «переходный участок»).

[0013] Авторы представленного изобретения обнаружили новые проблемы, что в варианте, в котором длина переходного участка в осевом направлении является короткой,

(i) на начальной стадии столкновения за счет вертикальных складок на закаленном участке, обладающем низкой эластичностью, генерируется большая пластическая деформация и

(ii) вследствие этого, на начальной стадии столкновения существует возрастающий риск отлома на ранней стадии конструкционного элемента от закаленного участка в виде начальной точки.

Эффект частичной закалки, допускающий получение как большой эффективности поглощения энергии столкновения, так и большой эффективности сопротивления нагрузке, уменьшается, когда конструкционный элемент отламывается от закаленного участка в виде начальной точки на ранней стадии.

[0014] Патентные документы 1-4 раскрывают формирование распределения твердости (распределения прочности) в конструкционном элементе. Однако, в патентных документах 1-4 не раскрыт переходный участок. Вследствие этого, в патентных документах 1-4 не раскрыты приведенные выше новые проблемы и средства решения проблем.

[0015] В дополнение, патентные документы 1-4 раскрывают конструкционные элементы, имеющие шляпообразное поперечное сечение. Однако, представлены конструкционные элементы, имеющие замкнутое прямоугольное поперечное сечение, круглое поперечное сечение и многоугольное поперечное сечение. В патентных документах 1-4 не раскрыто, могут ли или нет изобретения, раскрытые в патентных документах 1-4, быть применены к конструкционным элементам, имеющим поперечные сечения иные, чем шляпообразное поперечное сечение. Вследствие этого, не понятно, может ли или нет использование конструкционных элементов, имеющих данные поперечные сечения, решить проблемы.

[0016] Представленное изобретение сделано с учетом проблем предшествующего уровня техники. Цель представленного изобретения состоит в предоставлении конструкционного элемента для автомобильного кузова, способного предотвращать разрыв на закаленном участке, вызываемый прикладыванием большой пластической деформации и, таким образом, добиваться как большой эффективности поглощения энергии столкновения, так и большой эффективности сопротивления нагрузке, когда конструкционный элемент для автомобильного кузова, имеющий распределение твердости (распределение прочности), состоящий из закаленного участка, переходного участка и участка с твердостью основного металла в осевом направлении (продольном направлении), изгибается и деформируется за счет прикладывания ударной нагрузки.

[Средство Решения Проблемы]

[0017] Представленное изобретение описано следующим образом.

(1) Конструкционный элемент для автомобильного кузова, содержащий: полый стальной главный корпус, имеющий замкнутое поперечное сечение, при этом главный корпус содержит в осевом направлении закаленный участок, который подвергается закалке, участок с твердостью основного металла, который имеет такую же твердость, как твердость основного металла, и переходный участок, который предоставлен между закаленным участком и участком с твердостью основного металла в осевом направлении и образован таким образом, что прочность изменяется от прочности участка с твердостью основного металла до прочности закаленного участка, и

в варианте, в котором площадь поперечного сечения главного корпуса составляет А (мм²), а момент инерции площади главного корпуса составляет I (мм⁴), длина L (мм) переходного участка в осевом направлении удовлетворяет соотношению следующего уравнение (1).

[0018] 0,006 (мм^-1) < LA/I≤0,2 (мм^-1).... (1)

(2) Конструкционный элемент для автомобильного кузова согласно (1), у которого прочность при растяжении участка с твердостью основного металла составляет 700 МПа или менее, а прочность при растяжении закаленного участка составляет 1470 МПа или более.

(3) Конструкционный элемент для автомобильного кузова согласно (1) или (2), у которого соответствующие распределения твердости закаленного участка, участка с твердостью основного металла и переходного участка в вертикальном поперечном сечении в осевом направлении являются по существу постоянными.

(4) Конструкционный элемент для автомобильного кузова согласно любому из (1)-(3), дополнительно содержащий: подлежащий сварке участок, который предоставлен на участке с твердостью основного металла или переходном участке и должен быть приварен к другому конструкционному элементу для автомобильного кузова.

(5) Конструкционный элемент для автомобильного кузова согласно любому из (1)-(4), у которого замкнутое поперечное сечение главного корпуса не содержит продолжающийся наружу фланец.

[Результаты Изобретения]

[0019] Согласно представленному изобретению, возможно создавать концентрацию деформаций на участке с твердостью основного металла, обладающем эластичностью, чтобы вызвать деформацию в варианте, в котором в конструкционном элементе для автомобильного кузова вследствие прикладывания ударной нагрузки происходит изгибающая деформация. Соответственно, возможно предоставить конструкционный элемент для автомобильного кузова, обладающий как большой эффективностью поглощения энергии столкновения, так и большой эффективностью сопротивления нагрузке.

[Краткое Описание Чертежей]

[0020] ФИГ. 1(a) представляет собой изображение, образованное пересекающимися плоскостями, вблизи переходного участка конструкционного элемента согласно представленному изобретению, а ФИГ. 1(b) представляет собой график, показывающий пример твердости закаленного участка, переходного участка и участка с твердостью основного металла.

ФИГ. 2(a)-ФИГ. 2(c) представляют собой иллюстрации, показывающие условия анализа методом конечных элементов, ФИГ. 2(a) и ФИГ. 2(b) показывают формы допустимых конструкционных элементов, а ФИГ. 2(c) показывает модель анализа методом конечных элементов, созданную в отношении участков, окруженных пунктирной линией на фиг. 2(a) и ФИГ. 2(b).

ФИГ. 3(a)-ФИГ. 3(c) представляют собой иллюстрации, показывающие поперечные сечения анализируемых конструкционных элементов (поперечные сечения, сделанные по линии A-Aʹ на фиг. 2(c)).

ФИГ. 4 представляет собой график, показывающий анализируемые варианты (схемы закалки).

ФИГ. 5(a) представляет собой перспективное изображение, показывающее анализируемый конструкционный элемент, ФИГ. 5(b) представляет собой график, показывающий деформацию на поперечных разрезах A и B в момент времени, когда смещение 0 точки, показанной на фиг. 5(a), в направлении Z составляет 100 мм при сравнении варианта-1 и варианта-2 с вариантом-4, а ФИГ. 5(c) представляет собой график, показывающий деформацию на поперечных разрезах A и B при сравнении варианта-1 и варианта-5 и варианта-6.

ФИГ. 6 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между отношением (LA/I), представленным длиной L переходного участка в осевом направлении, площадью поперечного сечения A главного корпуса и моментом инерции площади I, и максимальным соотношением эквивалентной пластической деформации.

ФИГ. 7(a) и ФИГ. 7(b) представляют собой иллюстрации, показывающие сварной участок конструкционного элемента согласно представленному изобретению и другого конструкционного элемента (установочного элемента).

[Варианты Осуществления Изобретения]

[0021] Будет описан конструкционный элемент согласно представленному изобретению.

ФИГ. 1(a) представляет собой изображение, образованное пересекающимися плоскостями вблизи переходного участка 5 конструкционного элемента 1 согласно представленному изобретению, а ФИГ. 1(b) представляет собой график, показывающий пример твердости закаленного участка, переходного участка и участка с твердостью основного металла.

[0022] Как показано на фиг. 1(a), конструкционный элемент 1 имеет главный корпус 2. Например, в качестве конструкционного элемента 1 для примера приведены передний боковой элемент, брус боковины платформы кузова, стойка А, стойка C, усиление продольного бруса крыши кузова, составной элемент шасси и тому подобное, составляющие автомобильный кузов.

[0023] Как показано на фиг. 1(a), главный корпус 2 представляет собой полый стальной элемент, имеющий замкнутое поперечное сечение. Примеры замкнутого поперечного сечения включают прямоугольное поперечное сечение, показанное на фиг. 1(a) в качестве примера, круговое поперечное сечение и многоугольное поперечное сечение. Как показано на фиг. 1(a), когда уменьшение массы облегчается посредством уменьшения толщины за счет формирования главного корпуса 2 из материала большой прочности, и главный корпус не содержит продолжающийся наружу фланец, жесткость обеспечивается за счет увеличения размера поперечного сечения и, таким образом, данный вариант является желательным.

[0024] Главный корпус 2 содержит закаленный участок 3, который подвергается закалке, участок 4 с твердостью основного металла и переходный участок 5 по меньшей мере в его части в осевом направлении. Участок 4 с твердостью основного металла имеет такую же твердость, как твердость основного металла перед закалкой. Между закаленным участком 3 и участком 4 с твердостью основного металла в осевом направлении предоставлен переходный участок 5. Прочность переходного участка 5 постепенно изменяется от прочности участка 4 с твердостью основного металла до прочности закаленного участка 3. То есть, главный корпус 2 содержит закаленный участок 3, участок 4 с твердостью основного металла и переходный участок 5, которые расположены в данном порядке в осевом направлении.

[0025] Прочность при растяжении участка 4 с твердостью основного металла желательно составляет 700 МПа или менее, а прочность при растяжении закаленного участка 3 желательно составляет 1470 МПа или более.

[0026] Когда прочность при растяжении участка 4 с твердостью основного металла устанавливают 700 МПа или менее, энергия столкновения может поглощаться за счет деформации самой по себе во время прикладывания ударной нагрузки, а разница в прочности может быть увеличена посредством закалки. Таким образом, повышается степень свободы при конструировании.

[0027] Когда прочность при растяжении закаленного участка 3 устанавливают 1470 МПа или более, эффективность устойчивости к деформации может быть повышена в местоположении, где деформация должна предотвращаться во время прикладывания ударной нагрузки, и может быть увеличена сила сопротивления при столкновении. Таким образом, ожидается эффект уменьшения массы за счет уменьшения толщины.

[0028] Желательно, чтобы распределения твердости на соответствующих поперечных сечениях закаленного участка 3, участка 4 с твердостью основного металла и переходного участка 5, вертикальные в осевом направлении, были по существу постоянными.

[0029] Жесткость при изгибе (EI) главного корпуса 2 может быть достаточной при условии, что главный корпус имеет жесткость при изгибе, подходящую в качестве конструкционного элемента автомобиля, и например, жесткость при изгибе составляет 2,97 × 10⁵ (Нм²) или менее.

[0030] Средство для формирования закаленного участка 3, переходного участка 5 и участка 4 с твердостью основного металла, которые должны быть расположены в данном порядке в осевом направлении главного корпуса 2, не ограничено конкретным средством. Его желательно производить посредством описанного выше 3DQ с точки зрения производительности и точного и простого формирование закаленного участка 3, переходного участка 5 и участка 4 с твердостью основного металла в пределах желательного диапазона.

[0031] Конкретно, частично закаленный элемент, имеющий изогнутый участок, изготавливают посредством, во время подачи основного металла, имеющего замкнутое поперечное сечение, такого как стальная труба, в осевом направлении, нагревания основного металла до температуры точки Ac₃ или выше с помощью кольцевой катушки высокочастотного индукционного нагрева, и быстрого охлаждения нагретого основного металла с помощью водяного устройства охлаждения немедленно после прикладывания изгибающего момента или сдвигающего усилия к участку высокой температуры.

[0032] В это время за счет регулирования надлежащим образом температуры нагревания основного металла с помощью катушки высокочастотного индукционного нагрева и скорости охлаждения основного металла с помощью водяного устройства охлаждения, закаленный участок 3, переходный участок 5, и участок 4 с твердостью основного металла могут быть расположены в данном порядке в осевом направлении изготовленного элемента и сформированы в требуемом диапазоне.

[0033] В варианте, в котором главный корпус 2 изготавливают посредством 3DQ, за счет увеличения скорости подачи основного металла или уменьшения или увеличения количества охлаждающей воды, можно регулировать длину переходного участка 5 в осевом направлении. Однако, когда совместно регулируют скорость подачи основного металла, количество охлаждающей воды и ток катушки высокочастотного индукционного нагрева, предотвращается неравномерность твердости элемента в осевом направлении, и стабильно регулируется длина переходного участка 5 в осевом направлении. Таким образом, данный вариант является предпочтительным.

[0034] Кроме того, распределение твердости в каждой поверхности элемента в осевом направлении может быть сделано равномерным посредством регулирования количества воды охлаждающим устройством с каждой стороны элемента, и в каждом элементе получаются стабильные характеристики.

[0035] Конструкционный элемент 1 обычно приваривают к другому конструкционному элементу. Сварку желательно проводят на участке 4 с твердостью основного металла или переходном участке 5. Другими словами, подлежащим сварке участком, который должен быть приварен к другому конструкционному элементу в конструкционном элементе 1, желательно является участок 4 с твердостью основного металла или переходный участок 5. Соответственно, предотвращается разница в прочности, обусловленная размягчением зоны теплового воздействия, и таким образом на размягченном участке относительно предотвращается концентрация деформаций во время деформации, вызываемой за счет прикладывания ударной нагрузки.

[0036] Длина L (мм) переходного участка 5 в осевом направлении удовлетворяет соотношению, равному 0,006 (мм^-1) < LA/I≤0,2 (мм^-1), в варианте, в котором площадь поперечного сечения главного корпуса 2 составляет А (мм²), а момент инерции площади составляет I (мм⁴). Причина будет описана со ссылкой на результат анализа методом конечных элементов (далее, FEM).

[0037] ФИГ. 2(a)-ФИГ. 2(c) представляют собой иллюстрации, показывающие условия анализа в FEM, ФИГ. 2(a) и FIG 2(b) показывают формы допустимых конструкционных элементов, а ФИГ. 2(c) показывает модель анализа FEM, созданную в отношении участков, окруженных на фиг. 2(a) и FIG 2(b) пунктирной линией.

[0038] В качестве конструкционного элемента приняты передний боковой элемент, показанный на фиг. 2(a), или стойка А, показанная на фиг. 2(b).

[0039] В дополнение, в качестве модели принят элемент 6 (модель анализа FEM), показанный на фиг. 2(c), в котором образованы закаленный участок 7, участок 8 с твердостью основного металла и закаленный участок 9, которые должны быть расположены в осевом направлении, а переходный участок не представлен. В анализе элемент 6, в котором не представлен переходный участок, используется в качестве основы для исследования результата представленного изобретения. Размер каждого участка элемента 6 составляет, как показано на фиг. 2(c) (в единицах, мм).

[0040] Как показано на фиг. 2(c), анализ проводят при условии, что один конец на стороне рядом с закаленным участком 9 в элементе 6 полностью ограничен, а другой конец на стороне рядом с закаленным участком 7 смещается в сторону верхнего направления транспортного средства с постоянной скоростью, равной 16 км/ч, чтобы вызвать изгибающую деформацию в элементе 6.

[0041] ФИГ. 3(a)-ФИГ. 3(c) представляют собой иллюстрации, показывающие поперечные сечения анализируемых конструкционных элементов (поперечные сечения, сделанные по линии A-Aʹ на фиг. 2(c)) и показывающие центральное положение по толщине элемента.

[0042] Тремя типами поперечного сечения, подлежащего анализу, являются прямоугольное поперечное сечение, показанное на фиг. 3(a), круговое поперечное сечение, показанное на фиг. 3(b), и восьмиугольное поперечное сечение, показанное на фиг. 3(c), и анализ проводили с использованием каждого размера и толщины поперечного сечения, показанного в таблице 1.

[0043][Таблица 1]

Поперечное сечение Размер поперечного сечения (центр толщины листа) Толщина листа (а) прямоугольное В=40 мм, Н=46 мм 1,2 мм, 1,6 мм В=60 мм, Н=120 мм 1,2 мм, 1,6 мм, 2,0 мм (b) круглое Радиус R=28 мм 1,2 мм, 1,6 мм Радиус R=57 мм 1,2 мм, 1,6 мм, 2,0 мм (С) восьмиугольное Описанный радиус круга R=28,7 мм 1,2 мм, 1,6 мм Описанный радиус круга R=57 мм 1,2 мм, 1,6 мм, 2,0 мм

[0044] Анализируемые варианты (схемы закалки) совместно показаны на фиг. 4 и в Таблице 2.

[0045][Таблица 2]

Ссылочный символ Длина L переходного участка (мм) Вариант-1 0 Вариант-2 10 Вариант-3 32 Вариант-4 64 Вариант-5 10 Вариант-6 32

[0046] Вариант-1 (базовый) представляет собой описанную выше допустимую модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 70 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 160 мм, исключающий два закаленных участка, а переходный участок не предоставлен.

[0047] Вариант-2 представляет собой модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 70 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 140 мм, а между закаленными участками и участком с твердостью основного металла предоставлены переходные участки, имеющие длину L, равную 10 мм.

[0048] Вариант-3 представляет собой модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 70 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 96 мм, а между закаленными участками и участком с твердостью основного металла предоставлены переходные участки, имеющие длину L, равную 32 мм.

[0049] Вариант-4 представляет собой модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 70 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 32 мм, а между закаленными участками и участком с твердостью основного металла предоставлены переходные участки, имеющие длину L, равную 64 мм.

[0050] Вариант-5 представляет собой модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 60 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 160 мм, а между закаленными участками и участком с твердостью основного металла предоставлены переходные участки, имеющие длину L, равную 10 мм.

[0051] Кроме того, вариант-6 представляет собой модель, в которой в качестве закаленных участков установлены области по 38 мм от обоих концевых участков элемента, в качестве участка с твердостью основного металла установлен центральный участок элемента, 160 мм, а между закаленными участками и участком с твердостью основного металла предоставлены переходные участки, имеющие длину L, равную 32 мм.

[0052] ФИГ. 5(a) показывает перспективное изображение анализируемого элемента, поперечные сечения A и B элемента, ФИГ. 5(b) представляет собой график, показывающий деформацию поперечных сечений A и B, когда смещение 0 точки, показанное на фиг. 5(a) в направлении Z составляет 100 мм при сравнении варианта-1 и варианта-2 с вариантом-4, а ФИГ. 5(c) представляет собой график, показывающий деформацию поперечных сечений A и B при сравнении варианта-1 и варианта-5 и варианта-6.

[0053] Результат, показанный на фиг. 5, представляет собой результат модели, имеющей прямоугольное поперечное сечение, показанное на фиг. 3(a), и имеющей размер поперечного сечения, составляющий B=40 мм, H=46 мм, и толщину листа, равную 1,6 мм.

[0054] Как показано в вариантах 2-4 на графике на фиг. 5(b), по мере того, как длина переходного участка в осевом направлении становится длиннее, положение P-1 деформации варианта-1 может сдвигаться в сторону ближе к участку с твердостью основного металла, то есть в сторону, в которой эластичность является более высокой (P-2, P-3 и P-4). Вследствие этого, возможно предотвратить возникновение деформации на закаленном участке и уменьшить риск разлома в главном корпусе.

[0055] В дополнение, когда модели сделаны, как показано в варианте-5 и варианте-6 на графике на фиг. 5(c), положения деформации P-5 и P-6 могут быть установлены в положение P-1 деформации, как в варианте-1, и возможно предотвратить возникновение деформации на закаленном участке и уменьшить риск разлома в главном корпусе за счет увеличения длины переходного участка, как в варианте-2 - варианте-4.

В таблицах 3-5 совместно показаны результаты анализа всех моделей. В таблицах 3-5 положение деформации оценивается таким образом, что, когда начинается деформация в положении в стороне от конца закаленного участка, положение оценивается, как «хорошее», а когда деформация начинается не в положении в стороне от конца закаленного участка, положение оценивается, как «не хорошее».

[0056][Таблица 3]

Размер (мм) Толщина листа (мм) Ссылочный символ формы EI (Нм²) Схема закалки L (мм) Положение деформации LA/I (1/мм) Соотношение эквивалентных пластических деформаций Замечания В=40 Н=46 1,2 (а)-1-1,2t 1,705×10⁴ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0237 0,193 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0758 0,067 Вариант-4 64 хорошее 0,1516 0,658 Вариант-5 10 хорошее 0,0237 0,191 Вариант-6 32 хорошее 0,0758 0,059 1,6 (а)-1-1,6t 2,274×10⁴ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0237 0,171 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0758 0,062 Вариант-4 64 хорошее 0,1515 0,675 Вариант-5 10 хорошее 0,0237 0,173 Вариант-6 32 хорошее 0,0758 0,046 В=60 Н=120 1,2 (а)-2-1,2t 1,438×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0060 1,033 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0193 0,322 Вариант-4 64 хорошее 0,0387 0,042 Вариант-5 10 хорошее 0,0060 1,026 Вариант-6 32 хорошее 0,0193 0,181 1,6 (а)-2-1,6t 1,917×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0060 1,001 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0193 0,176 Вариант-4 64 хорошее 0,0386 0,165 Вариант-5 10 хорошее 0,0060 0,945 Вариант-6 32 хорошее 0,0193 0,150 2,0 (а)-2-2,0t 2,397×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0060 0,930 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0193 0,200 Вариант-4 64 хорошее 0,0386 0,174 Вариант-5 10 хорошее 0,0060 1,077 Вариант-6 32 хорошее 0,0193 0,153

[0057][Таблица 4]

Размер (мм) Толщина листа (мм) Ссылочный символ формы EI (Нм²) Схема закалки L (мм) Положение деформации LA/I (1/мм) Соотношение эквивалентных пластических деформаций Замечания R=28 1,2 (b)-1-1,2t 1,446×10⁴ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0300 0,603 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0961 0,431 Вариант-4 64 хорошее 0,1923 0,468 Вариант-5 10 хорошее 0,0300 0,631 Вариант-6 32 хорошее 0,0961 0,552 1,6 (b)-1-1,6t 1,929×10⁴ Вариант-1 0 Не хорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0300 0,540 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0961 0,416 Вариант-4 64 хорошее 0,1923 0,431 Вариант-5 10 хорошее 0,0300 0,635 Вариант-6 32 хорошее 0,0961 0,687 R=57,5 1,2 (b)-2-1,2t 1,779×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0050 0,882 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0159 0,376 Вариант-4 64 хорошее 0,0318 0,399 Вариант-5 10 хорошее 0,0050 0,859 Вариант-6 32 хорошее 0,0159 0,959 1,6 (b)-2-1,6t 2,372×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0050 0,878 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0159 0,381 Вариант-4 64 хорошее 0,0318 0,311 Вариант-5 10 хорошее 0,0050 0,893 Вариант-6 32 хорошее 0,0159 0,512 2,0 (b)-2-2,0t 2,965×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0050 0,577 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0159 0,510 Вариант-4 64 хорошее 0,0318 0,372 Вариант-5 10 хорошее 0,0050 0,555 Вариант-6 32 хорошее 0,0159 0,319

[0058][Таблица 5]

Размер (мм) Толщина листа (мм) Ссылочный символ формы EI (Нм²) Схема закалки L (мм) Положение деформации LA/I (1/мм) Соотношение эквивалентных пластических деформаций Замечания R=28,7 1,2 (с)-1-1,2t 1,614×10⁴ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный
пример Вариант-2 10 хорошее 0,0266 0,249 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0852 0,182 Вариант-4 64 хорошее 0,1703 0,523 Вариант-5 10 хорошее 0,0266 0,259 Вариант-6 32 хорошее 0,0852 0,239 1,6 (с)-1-1,6t 2,151×10⁴ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный пример Вариант-2 10 хорошее 0,0266 0,188 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0852 0,141 Вариант-4 64 хорошее 0,1703 0,542 Вариант-5 10 хорошее 0,0266 0,221 Вариант-6 32 хорошее 0,0852 0,233 R=57 1,2 (с)-2-1,2t 1,264×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный пример Вариант-2 10 хорошее 0,0068 0,633 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0217 0,285 Вариант-4 64 хорошее 0,0434 0,317 Вариант-5 10 хорошее 0,0068 0,768 Вариант-6 32 хорошее 0,0217 0,348 1,6 (с)-2-1,6t 1,685×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный пример Вариант-2 10 хорошее 0,0068 0,918 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0217 0,335 Вариант-4 64 хорошее 0,0434 0,456 Вариант-5 10 хорошее 0,0068 0,919 Вариант-6 32 хорошее 0,0217 0,288 2,0 (с)-2-2,0t 2,107×10⁵ Вариант-1 0 Нехорошее 0,0000 1,000 Сравнительный пример Вариант-2 10 хорошее 0,0068 0,349 Пример
изобретения Вариант-3 32 хорошее 0,0217 0,101 Вариант-4 64 хорошее 0,0434 0,310 Вариант-5 10 хорошее 0,0068 0,383 Вариант-6 32 хорошее 0,0217 0,201

[0059] Как показано в таблицах 3-5, даже когда поперечным сечением является любое из прямоугольного поперечного сечения, показанного на фиг. 3(a), круглого поперечного сечения, показанного на фиг. 3(b), и восьмиугольного поперечного сечения, показанного на фиг. 3(c), а размером поперечного сечения является любой из размеров поперечного сечения (центр толщины листа), показанных в таблице 1, кроме того, толщиной листа является любая из 1,2, 1,6 мм и 2,0 мм, были показаны такие же режимы деформации, как режимы деформации, которые показаны на фиг. 5, а положения деформации во всех вариантах от 2 до 6 оценивали, как «хорошее».

[0060] Описание выше относится к начальной точке деформации. Когда деформация продолжается, а вертикальные складки являются значительными, в каждом варианте исследовали значительную деформацию, возникающую на закаленном участке, и, таким образом, максимальное значение эквивалентной пластической деформации.

[0061] Максимальное значение эквивалентной пластической деформации представляет собой максимальное значение эквивалентной пластической деформации, которая возникает на закаленном участке, когда происходит смещение, равное 100 мм в направлении высоты транспортного средства, и оценивается, как соотношение, полученное посредством деления максимального значения эквивалентной пластической деформации на максимальное значение в варианте-1 (базовом). В таблицах 3-5, показана норма (далее также упоминаемая, как «соотношение эквивалентной пластической деформации»).

[0062] ФИГ. 6 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между отношением (LA/I), представленным длиной L переходного участка в осевом направлении, площадью поперечного сечения A главного корпуса и моментом инерции площади I, и максимальное соотношение эквивалентной пластической деформации.

[0063] Как показано на графике Фиг. 6, обнаружено, что по мере того, как соотношение (LA/I) увеличивается, максимальное соотношение эквивалентной пластической деформации имеет тенденцию к уменьшению. Существует вариант, в котором соотношение эквивалентной пластической деформации на закаленном участке за счет продолжения формирования вертикальных складок составляет больше, чем 1, когда соотношение (LA/I) уменьшается. Вследствие этого, в представленном изобретении соотношение (LA/I) > 0,006 (1/мм) является удовлетворительным.

[0064] В отличие от этого, когда соотношение (LA/I) увеличивается, увеличивается длина L переходного участка. Таким образом, существуют риски не только насыщения эффекта, но также ухудшения характеристик сопротивления нагрузке, а кроме того, трудным является контроль за формированием стабильного переходного участка. Вследствие этого, в представленном изобретении соотношение LA/I≤0,2 (1/мм) является удовлетворительным.

[0065] ФИГ. 7 является иллюстрацией, показывающей сварной участок конструкционного элемента 1 согласно представленному изобретению и другого конструкционного элемента (установочного элемента), ФИГ. 7(a) показывает вариант, в котором сваркой является непрерывная сварка, а ФИГ. 7(b) показывает вариант, в котором сваркой является контактная точечная сварка.

[0066] Когда конструкционный элемент 1 приваривают к другому конструкционному элементу посредством выполнения непрерывной сварки, такой как дуговая сварка или лазерная сварка на закаленном участке конструкционного элемента 1 или посредством выполнения точечной сварки, такой как контактная точечная сварка, в зависимости от условий сварки, вследствие размягчения зоны теплового воздействия (HAZ), деформация концентрируется в размягченной зоне теплового воздействия и существует возрастающий риск разлома конструкционного элемента 1, когда к элементу 1 конструкции прикладывается ударная нагрузка.

[0067] Вследствие этого, как показано в примере D изобретения, показанном на фиг. 7(a), и в примере E изобретения, показанном на фиг. 7(b), возможно уменьшить разницу в прочности за счет размягченного HAZ-участка посредством проведения сварки в пределах диапазона длины L переходного участка, и предпочтительно в пределах диапазона получения более низкой твердости. Вследствие этого, концентрация деформаций может быть относительно ликвидирована, а возможность разлома может быть уменьшена. В дополнение, поскольку прочность переходного участка является более высокой, чем прочность участка с твердостью основного металла, возможно повысить прочность участка с наложенным установочным элементом.

[Краткое Описание ссылочных символов]

[0068] 1: КОНСТРУКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

2: ГЛАВНЫЙ КОРПУС

3: ЗАКАЛЕННЫЙ УЧАСТОК

4: УЧАСТОК С ТВЕРДОСТЬЮ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

5: ПЕРЕХОДНЫЙ УЧАСТОК

6: ЭЛЕМЕНТ (МОДЕЛЬ АНАЛИЗА FEM)

7: ЗАКАЛЕННЫЙ УЧАСТОК

8: УЧАСТОК С ТВЕРДОСТЬЮ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

9: ЗАКАЛЕННЫЙ УЧАСТОК

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Конструкционный элемент для автомобильного кузова содержит полый стальной главный корпус, имеющий замкнутое поперечное сечение. Главный корпус содержит в осевом направлении закаленный участок, участок с твердостью основного металла и переходный участок, находящийся между закаленным участком и участком с твердостью основного металла в осевом направлении. Переходной участок образован таким образом, что прочность изменяется от прочности участка с твердостью основного металла до прочности закаленного участка. В случае, когда площадь поперечного сечения главного корпуса составляет (А), а момент инерции площади главного корпуса составляет (I), длина (L) переходного участка в осевом направлении удовлетворяет соотношению следующего уравнения (1):

0,006 (мм^-1) < LA/I≤0,2 (мм^-1).... (1)

Достигается повышение прочности конструкционного элемента. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 5 табл.

1. Конструкционный элемент для автомобильного кузова, содержащий полый стальной главный корпус, имеющий замкнутое поперечное сечение, при этом главный корпус содержит в осевом направлении закаленный участок, который подвергается закалке, участок с твердостью основного металла, который имеет такую же твердость, как твердость основного металла, и переходный участок, который обеспечен между закаленным участком и участком с твердостью основного металла в осевом направлении и образован таким образом, что прочность изменяется от прочности участка с твердостью основного металла до прочности закаленного участка, и в случае, когда площадь поперечного сечения главного корпуса составляет (А), а момент инерции площади главного корпуса составляет (I), длина (L) переходного участка в осевом направлении удовлетворяет соотношению следующего уравнения (1):

0,006 (мм^-1) < LA/I≤0,2 (мм^-1).... (1)

2. Конструкционный элемент для автомобильного кузова по п.1, в котором прочность при растяжении участка с твердостью основного металла составляет 700 МПа или менее, а прочность при растяжении закаленного участка составляет 1470 МПа или более.

3. Конструкционный элемент для автомобильного кузова по п.1 или 2, в котором соответствующие распределения твердости закаленного участка, участка с твердостью основного металла и переходного участка в вертикальном поперечном сечении в осевом направлении являются по существу постоянными.

4. Конструкционный элемент для автомобильного кузова по п.1 или 2, дополнительно содержащий подлежащий сварке участок, который обеспечен на участке с твердостью основного металла или переходном участке и должен быть приварен к другому конструкционному элементу для автомобильного кузова.

5. Конструкционный элемент для автомобильного кузова по п.1 или 2, в котором в главном корпусе замкнутое поперечное сечение главного корпуса выполнено без продолжающегося наружу фланца.