CN108531689A - 一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车碰撞领域，提供一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，包括振动时效处理、对吸能盒进行热时效处理、对吸能盒表面进行超声冲击处理。本发明将振动时效、热时效以及超声冲击的结合使用，经过工程实践及测试，吸能盒的残余应力消除率能够达到90％以上，表面得到强化，吸能效果大幅度提升。同时，这种方法也可以适用于其他金属薄壁结构残余应力的消除，具有很强的通用性。

Description

一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法
技术领域
本发明属于汽车碰撞领域，涉及一种对金属装置进行残余应力消除的方法，具体涉及一种对汽车碰撞吸能盒进行残余应力消除的方法。
背景技术
汽车碰撞吸能盒是汽车纵梁前端的主要吸能部件，吸能盒的能量吸收能力直接决定了车辆的耐撞性以及被动安全性。吸能盒一般为金属薄壁壳体结构，通过预制特定的形状，提高其吸能效果。该类金属薄壁结构在铸造、切削、校直等加工过程中会不可避免的产生残余应力，直接造成其其结构稳定性差、易萌生裂纹、疲劳强度降低、应力腐蚀加速等问题，从而直接导致吸能盒吸能效果大幅下降。
目前，常用的残余应力消除技术有自然时效法、热时效法、超声冲击法、振动时效法。
自然时效法是指工件在室外等自然条件下，其内部应力自然释放的一种方法。从而使残余应力消除或减少。这种方法虽然能够达到消除或减少残余应力的目的，但是所需的时间周期太长，并且残余应力变化并不明显。
热时效法就是把工件加热到弹塑行转变温度，并保持有一定时间，使工件的残余应力得到松弛，然后极为缓慢的降低温度，使工件在冷却之后处于低应力状态。这种方法可以有效消除残余应力，并在一定程度上改善材料特性。
超声冲击法是利用大功率超声波推进工具以两万次每秒以上的频率冲击金属表面。由于超声波的高频，高效和聚焦下的能量，使金属表面产生较大的塑性变形。同时超声波改变了原有的应力场，使冲击部位产生了压应力，提高其表面的硬度，耐腐蚀性，疲劳强度，抑制裂纹的萌生。
振动时效法是利用激振设备在工件残余应力集中处施加等幅交变循环激振力，工件在共振状态下获得较大的激振动应力，在某个方向上的合应力超过材料的屈服极限，从而在该处会产生屈服变形，引起残余应力松弛并释放出来，使残余应力均匀分布。这种方法可以有效的降低残余应力的峰值，均化残余应力。
上述方法均有一定程度的局限性，热时效法不能均匀化整体的残余应力，振动时效法不能对表面进行强化，超声冲击法又不能消除整体的残余应力。由此可见，单一的残余应力消除方法不能在消除和均化整体残余应力的同时，对吸能盒的表面进行强化。因此，目前亟需一种能够有效消除汽车碰撞吸能盒残余应力的全新技术。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，能够大幅度消除吸能盒整体的残余应力，强化吸能盒表面，从而直接提升其吸能效果。
为了达到上述目的，本发明的有益效果为：
一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，包括振动时效处理、对吸能盒进行热时效处理、对吸能盒表面进行超声冲击处理，具体如下：
所述的振动时效处理，根据吸能盒的质量以及尺寸，选择时效处理的时间，并要求不少于30分钟。
所述的热时效处理，是将吸能盒放入热时效炉中，根据热时效炉的控温范围以及吸能盒的材料和结构，将温度以80℃/h的速度从室温加热至250-550℃并保温3-5h后，随炉缓慢冷却至180℃出炉空冷，随炉冷却过程中降温速度控制在40-50℃/h。
所述的超声冲击处理中，采用扁形的冲击头作为冲击工具；处理时将冲击头接触吸能盒表面，沿着吸能盒表面往复处理，处理速度保持在20-40m/h，尽量使表面受力均匀；根据超声冲击设备的额定参数以及工程经验，控制冲击的频率在18-22(KHz)，振幅30-40μm，处理时间10-40min保证表面强化的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将振动时效、热时效以及超声冲击的结合使用，经过工程实践及测试，吸能盒的残余应力消除率能够达到90％以上，表面得到强化，吸能效果大幅度提升。同时，这种方法也可以适用于其他金属薄壁结构残余应力的消除，具有很强的通用性。
附图说明
图1是扁形冲击针头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明属于汽车碰撞领域，具体说是通过结合热时效、超声冲击、振动时效提高残余应力消除率，强化表面，从而提升吸能效果。
实施例1：
本发明以汽车碰撞吸能盒为处理对象。对普通方形不锈钢吸能盒进行残余应力消除。
步骤1：振动时效处理。
(1)根据吸能盒重量选取激振力为2吨的振动源。
(2)用橡胶垫等弹性好的物体支撑工件，将激振器安装在工件一端，将测试用的传感器固定在工件上。
(3)用电缆线激振器，传感器，控制器连接起来。
(4)选择振动时间是35分钟，然后进行振动时效处理。
步骤2：热时效处理。就是将吸能盒放入热时效炉中，以80℃/h速度缓慢加热到500℃，并保温4.5h，然后随炉缓慢冷却至180℃出炉空冷。
步骤3：超声冲击处理。冲击工具头须使用扁形冲击头，如图1所示。处理时将冲击头接触吸能盒表面，沿着吸能盒表面往复处理，处理速度保持在30m/h，尽量使表面受力均匀，冲击的频率保持在两万次，振幅是30μm，处理时间是30min，保证表面强化的效果。
实施例2：
对普通方形铝合金吸能盒进行消除应力处理。
步骤1：振动时效处理。
(1)根据吸能盒重量选取激振力为2吨的振动源。
(2)用橡胶垫等弹性好的物体支撑工件，将激振器安装在工件两端，将测试用的传感器固定在工件上。
(3)用电缆线把激振器，传感器，控制器连接起来。
(4)选择振动时间是35分钟，然后进行振动时效处理。
步骤2：热时效处理。就是将吸能盒放入热时效炉中，随炉缓慢加热到300℃保温5h，然后随炉缓慢冷却至180℃出炉空冷。
步骤3：超声冲击处理。冲击工具头须使用扁形冲击头，处理时将冲击头接触吸能盒表面，沿着吸能盒表面往复处理，处理速度保持在30m/h，尽量使表面受力均匀，冲击的频率保持在两万次，振幅是40μm，处理时间是15min。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明保护范围。

Claims (3)

1.一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，其特征在于，所述的残余应力消除方法包括振动时效处理、对吸能盒进行热时效处理、对吸能盒表面进行超声冲击处理，具体如下：
所述的振动时效处理，根据吸能盒的质量以及尺寸，选择时效处理的时间，时效处理时间不少于30分钟；
所述的热时效处理，是将吸能盒放入热时效炉中，根据热时效炉的控温范围以及吸能盒的材料和结构，室温加热至250-550℃并保温3-5h后，随炉缓慢冷却至180℃出炉空冷；
所述的超声冲击处理中，采用扁形的冲击头作为冲击工具；处理时将冲击头接触吸能盒表面，沿着吸能盒表面往复处理，处理速度保持在20-40m/h；根据超声冲击设备的额定参数以及工程经验，控制冲击的频率在18-22KHz，振幅30-40μm，处理时间10-40min保证表面强化的效果。
2.根据权利要求1所述的一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，其特征在于，所述的热时效处理过程中，从室温加热至250-550℃的升温速率为80℃/h。
3.根据权利要求1或2所述的一种针对汽车碰撞吸能盒的残余应力消除方法，其特征在于，所述的热时效处理过程中，随炉冷却过程中降温速度控制在40-50℃/h。
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