CN107685223A - 一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车防撞吸能板的制作工艺,具体涉及一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺。现有的瓦楞结构吸能板的基材比较昂贵。本发明采用含碳量为0.08%~0.23%的碳钢板材作为瓦楞芯的基材,通过一道加热温度为870~900摄氏度的完全退火将基材软化以便与瓦楞加工,然后利用一道淬火工艺将瓦楞芯的强度提高,最后用一道加热温度为730~840摄氏度的不完全退火工艺将瓦楞芯的硬度以及屈服强度下调,达到低硬度,高塑性的要求。本发明工艺制作出的汽车防护的瓦楞结构吸能板价格便宜,性能优异,产品覆盖低中高各个层次的吸能防碰撞范围。
Description
技术领域
本发明涉及汽车防撞吸能板的制作工艺,具体涉及一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺。
背景技术
当今社会,随着经济以及生活水平的提高,人们越来越多地采用汽车作为出行的代步工具,与此同时,汽车的安全问题也越来越受到人们的重视。行驶中的汽车由于交通意外与其它车辆或障碍物发生碰撞时,将对汽车产生巨大的冲击力,冲击力会对车内的乘员产生严重的伤害,甚至危及乘员的生命,冲击力同时会对汽车的结构产生严重的破坏,严重时会使汽车报废。
为了在汽车发生碰撞时减少对乘员的伤害,减轻汽车结构所受的破坏,越来越多的汽车设置了防撞保护装置,良好的缓冲吸能结构不仅要求将碰撞能尽可能多地转化为结构的变形,即内能;而且还要求结构单位质量具有较高的吸能量,即比吸能要大,从而提高结构和材料的利用率,满足轻量化的设计要求,已达到节能的目的。
参照附图1,现有技术中,瓦楞结构吸能板以其优异的结构特点被用于汽车吸能块制造领域。瓦楞结构吸能板由上面,1、瓦楞芯2、夹层面板3和下面板4组成,各部分依次堆叠并由环氧结构胶胶合或钎焊而成整体结构,瓦楞芯2截面为梯形、三角形或正弦曲线,所述瓦楞芯可为若干层,当层数大于等于2 时,所述瓦楞芯排列方式为规则排列、交错排列或0°/90°排列。这种结构由于芯材结构的开放性,使该吸能结构在碰撞过程中能够有效地主动散去碰撞热量,使结构材料避免由于受高温影响而提早屈服。目前不仅限于汽车缓冲吸能装置,它可应用于任何需要缓冲吸能结构的载荷和领域。
目前用于汽车防护瓦楞吸能结构的选材多用金属制作,选用的金属大致分为以下几种,其优缺点各异。
1.铝材,铝材轻便,塑性好,但是质地过于柔软,吸收碰撞能有限,适合制作轻度防撞吸能板;
2.铜材,铜材塑性好,易于加工,但是质地过于柔软,比重大且材料较为昂贵,另外其吸收能量能力也有限。
3.金属合金材料,需要耗费昂贵的合金,且不同吸能等级的防护板需要配方不同的金属合金材料,因此,冶炼起来也比较麻烦。
4.超低碳钢,超低碳钢质地柔软,塑性好,但是超低碳钢的冶炼过程需要使用真空设备深度脱碳,冶炼过程比较麻烦,另外 消耗也比较大,此外超低碳钢的屈服点较低,不能制作多个能量吸收等级的防护板。
上述材料存在的缺点如下:
1.材料本身昂贵或材料制作过程麻烦,导致防护板的制作费用增高。
2.单一材料只能有很窄的吸能范围。
由于防撞吸能板为一次性消耗材料,因此我们需要降低其生产成本,并且保持其各个级别的吸能效果。因此我们希望能够用廉价的碳钢代替上述材料,并且这种廉价的碳钢材料经过工艺处理后能够适用于各个吸能等级的吸能板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,以解决上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:瓦楞结构吸能板的瓦楞芯、夹层面板均由含碳量为0.12%~0.20%的碳钢板材构成;其制作过程包含以下步骤:
(1)将制作瓦楞芯的碳钢板材在退火炉内先加热到870~900摄氏度,保温1.5~2.0小时,然后随炉冷却,所述的碳素结构钢板材的厚度为0.2~0.3mm;经过上述处理,碳素钢板的硬度会下降到最低,塑性达到最大,便于后面瓦楞辊对碳钢板材的加工。
(2)经过步骤(1)处理过的板材通过瓦楞辊加工处理,得到瓦楞芯;
(3)按照一层瓦楞芯一层夹层面板的方式构建瓦楞结构吸能板,采用电阻焊的方式将瓦楞芯和夹层面板焊接在一起,形成瓦楞结构吸能板的粗坯;
(4)将步骤(3)中制得的瓦楞结构吸能板粗坯加热至890~910摄氏度,然后保温100~120分钟,然后使用淬火液对瓦楞结构吸能板粗坯进行淬火处理,得到淬火粗坯;将瓦楞芯的强硬度提高,为步骤(5)的处理做准备。
(5)将步骤(4)中得到的淬火粗坯加热到730~840摄氏度,保温2.0~2.5小时后随炉冷却,即可得到瓦楞结构吸能板成品。采用不完全退火的方式将步骤(4)中瓦楞结构吸能板粗坯的硬度降低,使其塑性增强最终得到成品瓦楞结构吸能板。
优选的,上述的夹层面板的厚度为瓦楞芯板材厚度的1.5~2.0倍。瓦楞结构吸能板的吸能过程就是瓦楞芯受压坍缩过程,瓦楞芯受压坍缩会吸收大量的碰撞能量,夹层面板承担传递碰撞能的作用,其承受对外界力的能力必须高于瓦楞芯,以便于瓦楞芯在夹层面板的作用下全面坍缩。如果夹层面板的承压能力低于瓦楞芯可能会导致碰撞能量不能全面传递,瓦楞芯的坍缩会集中在夹层面板首先发生塑性形变的地方。因此加大夹层面板的厚度可以确保瓦楞芯在夹层面板发生塑性变形前受压坍缩。
优选的,上述的步骤(2)中,退火炉在使用前必须使用氮气或氩气进行吹扫,炉膛内的空气被吹扫完毕后方可使用;退火炉的炉膛内采用氢氧焰的方式加热,退火炉在加热和保温过程中,除排烟口以外,炉体的其他部分保持密封;退火炉在冷却过程中,除炉体保持密封外,排烟口也必须关闭并保持密封。瓦楞芯后续需要焊接,表面不能有氧化层以及燃烧附着物,采用氢氧焰的方式加热,加热产物为水,不会在瓦楞芯表面产生燃烧残余物或烟尘。另外也不会产生氧化层。
优选的,上述的步骤(2)中,退火炉在使用前必须使用氮气或氩气进行吹扫,炉膛内的空气被吹扫完毕后方可使用;退火炉的炉膛内采用电热的方式加热,退火炉在加热、保温以及降温过程中,炉体保持密封状态;退火炉在加热和保温过程中,须不断向炉膛内补充高温氮气或高温氩气以确保炉膛内保持无氧化气氛。瓦楞芯后续需要焊接,表面不能有氧化层以及燃烧附着物,采用电热方式加热,不会在瓦楞芯表面产生燃烧残余物或烟尘。使用惰性气体进行保护,不会产生氧化层。
优选的,上述步骤(4)中淬火液的个组分的重量百分比含量如下:
氯化钠(NaCl)5%~6% ;
氯化钾(KCl) 3%~4% ;
硝酸钠(NaNO3) 25%~32% ;
水(H2O)58%~67%。
淬火过程需要快速导热,本淬火液配方针对瓦楞结构吸能板设计,对碳钢板材的淬透能力强。
优选的,上述的步骤(4)的加热和保温过程采用氮气将瓦楞结构吸能板粗坯与外界环境隔离开来。可防止表层氧化。
优选的,上述的步骤(5)的加热、保温以及炉冷过程使用氮气将淬火粗坯与外界环境隔离开来。可防止表层氧化。
本发明的优点在于:
(1) 碳素钢价格低廉,相比较现有工艺的吸能材料,本发明的工艺大幅降低了瓦楞结构吸能板的制造成本适合普遍推广。
(2)本发明方法制作出的瓦楞结构吸能板具有良好的塑性以及较低的材料硬度,并且能涵盖高中低各个层次的吸能材料范畴,适用性广。
附图说明:
图1为瓦楞结构吸能板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
原料准备:
使用厚度为0.2毫米的10#钢含碳量在0.07%-0.13%,10#钢为一种常见的碳素结构钢;
按照下列配方配制淬火液,氯化钠(NaCl)56% ;氯化钾(KCl) 4% ;硝酸钠(NaNO3) 32%水;(H2O)58%。
工艺处理过程包括以下步骤:
(1)首先将待处理的10#钢板材放入退火炉内,然后将退火路密封,接着用氮气对退火炉的炉膛进行吹扫,然后用氢氧焰对炉膛进行加热。温度加热至900摄氏度,保温1.5小时,然后封闭退火炉的排烟孔,10#钢板材随着退火炉自然冷却。
(2)将步骤1中的10#钢板材取出,用瓦楞辊将10#钢板材加工成瓦楞芯;
(3)按照一层瓦楞芯一层夹层面板的方式构建瓦楞结构吸能板,采用高频电阻焊的方式将瓦楞芯和夹层面板焊接在一起,形成瓦楞结构吸能板的粗坯;
(4)将步骤(3)中制得的瓦楞结构吸能板粗坯加热至910摄氏度,然后保温120分钟,然后使用原料准备阶段准备好的淬火液对瓦楞结构吸能板粗坯进行淬火处理,得到淬火粗坯;加热和保温过程使用氮气对瓦楞结构吸能板粗坯进行防氧化保护。
(5)将步骤(4)中得到的淬火粗坯加热到840摄氏度,保温2.5小时后随炉冷却,即可得到瓦楞结构吸能板成品。
得到的瓦楞结构吸能板成品硬度为60HBS左右,屈服强度在180MPa左右,质地柔软,塑性好,适合做低强度防碰撞的吸能芯材使用。
实施例2
原料准备:
使用厚度为0.2毫米的20#钢含碳量在0.20%-0.23%,20#钢为一种常见的碳素结构钢;
按照下列配方配制淬火液,氯化钠(NaCl)56% ;氯化钾(KCl) 4% ;硝酸钠(NaNO3) 32%水;(H2O)58%。
工艺处理过程包括以下步骤:
(1)首先将待处理的20#钢板材放入退火炉内,然后将退火路密封,接着用氮气对退火炉的炉膛进行吹扫,然后用氢氧焰对炉膛进行加热。温度加热至870摄氏度,保温2小时,然后封闭退火炉的排烟孔,20#钢板材随着退火炉自然冷却。
(2)将步骤1中的20#钢板材取出,用瓦楞辊将20#钢板材加工成瓦楞芯;
(3)按照一层瓦楞芯一层夹层面板的方式构建瓦楞结构吸能板,采用高频电阻焊的方式将瓦楞芯和夹层面板焊接在一起,形成瓦楞结构吸能板的粗坯;
(4)将步骤(3)中制得的瓦楞结构吸能板粗坯加热至890摄氏度,然后保温120分钟,然后使用原料准备阶段准备好的淬火液对瓦楞结构吸能板粗坯进行淬火处理,得到淬火粗坯;加热和保温过程使用氮气对瓦楞结构吸能板粗坯进行防氧化保护。
(5)将步骤(4)中得到的淬火粗坯加热到730摄氏度,保温2.5小时后随炉冷却,即可得到瓦楞结构吸能板成品。
得到的瓦楞结构吸能板成品硬度为110HBS左右,屈服强度在230MPa左右,质地柔软,塑性好,适合做中高强度防碰撞的吸能芯材使用。
上面对本专利的较佳实施例方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。应当理解的是,所有基于本发明方案的其他具体实施例均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述瓦楞结构吸能板的瓦楞芯、夹层面板均由含碳量为0.08%~0.23%的碳钢板材构成;其制作过程包含以下步骤:
(1)将制作瓦楞芯的碳钢板材在退火炉内先加热到870~900摄氏度,保温1.5~2.0小时,然后随炉冷却,所述的碳钢板材的厚度为0.2~0.3mm;
(2)经过步骤(1)处理过的板材通过瓦楞辊加工处理,得到瓦楞芯;
(3)按照一层瓦楞芯一层夹层面板的方式构建瓦楞结构吸能板,采用电阻焊的方式将瓦楞芯和夹层面板焊接在一起,形成瓦楞结构吸能板的粗坯;
(4)将步骤(3)中制得的瓦楞结构吸能板粗坯加热至890~910摄氏度,然后保温100~120分钟,然后使用淬火液对瓦楞结构吸能板粗坯进行淬火处理,得到淬火粗坯;
(5)将步骤(4)中得到的淬火粗坯加热到730~840摄氏度,保温2.0~2.5小时后随炉冷却,即可得到瓦楞结构吸能板成品。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述的夹层面板的厚度为瓦楞芯板材厚度的1.5~2.0倍。
3.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述的步骤(2)中,退火炉在使用前必须使用氮气或氩气进行吹扫,炉膛内的空气被吹扫完毕后方可使用;退火炉的炉膛内采用氢氧焰的方式加热,退火炉在加热和保温过程中,除排烟口以外,炉体的其他部分保持密封;退火炉在冷却过程中,除炉体保持密封外,排烟口也必须关闭并保持密封。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述的步骤(2)中,退火炉在使用前必须使用氮气或氩气进行吹扫,炉膛内的空气被吹扫完毕后方可使用;退火炉的炉膛内采用电热的方式加热,退火炉在加热、保温以及降温过程中,炉体保持密封状态;退火炉在加热和保温过程中,须不断向炉膛内补充高温氮气或高温氩气以确保炉膛内保持无氧化气氛。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述步骤(4)中淬火液的个组分的重量百分比含量如下:
氯化钠(NaCl)5%~6% ;
氯化钾(KCl) 3%~4% ;
硝酸钠(NaNO3)25%~32% ;
水(H2O)58%~67%。
6.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述的步骤(4)的加热和保温过程采用氮气将瓦楞结构吸能板粗坯与外界环境隔离开来。
7.根据权利要求1所述的一种用于汽车防护的瓦楞结构吸能板制作工艺,其特征在于:所述的步骤(5)的加热、保温以及炉冷过程使用氮气将淬火粗坯与外界环境隔离开来。
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