Конструкционный элемент для автомобильного кузова
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.
[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
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.
