專利名稱：一體式自行車前叉制造方法及一體式自行車前叉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體式自行車前叉制作技術(shù)，具體涉及一種采用碳纖維復(fù)合材料制作的叉骨與勾叉部分連為一體的前叉，屬于自行車制造工藝。
背景技術(shù)：
自行車前叉部件處在自行車整體結(jié)的前方部位，它的上端與車把部件相連，中間與車架部件的前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導(dǎo)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動(dòng)車把帶動(dòng)前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導(dǎo)向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。從力學(xué)結(jié)構(gòu)上看，前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，因此前叉部件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。碳纖維復(fù)合材料制成的前叉部件具有質(zhì)輕、高強(qiáng)的特點(diǎn)，在大大減輕自身重量的同時(shí)仍然具有較高的強(qiáng)度，一直以來被業(yè)界廣泛使用。但現(xiàn)有自行車碳纖維復(fù)合材料制的前叉，一般都是有叉骨和勾叉兩部分組成。兩部分分別成型，然后將成型的勾叉通過粘合、 焊接等方法將其與叉骨連接在一起形成前叉。由于這種連接方式組成的前叉，難保叉骨和勾叉之間的連接部分產(chǎn)生裝配上的偏差，從而導(dǎo)致左右兩邊的勾叉的中心點(diǎn)不在同一水平位置，既使整體部分無法達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)尺寸精度，同時(shí)又難免叉骨和勾叉的連接處受力時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象?，F(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)以標(biāo)準(zhǔn)化作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重要目標(biāo)，可見，將前叉用叉骨和勾叉粘接起來的制作工藝，雖可以起到固定連接的作用，能制作出自行車前叉，但設(shè)計(jì)不夠合理，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量的高要求；更何況分體制作的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粘接過程繁瑣，仍待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在對(duì)現(xiàn)有自行車前叉產(chǎn)品及制作工藝的不足之處提出解決方案，提出一種一體化碳纖維復(fù)合材料自行車前叉的制作工藝。這種一體式自行車前叉的制作方法，其特征在于
A、運(yùn)用能構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料自行車前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B組成的分體組合式整體外模，以及與該外模匹配的乳膠內(nèi)膽輔助模D，以碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行一體化鋪層和充填；
B、成型時(shí)，在叉骨部分用預(yù)浸料鋪層，叉骨頭端從第二層開始(不算最外層表觀料)使預(yù)浸料鋪層超出模具50士5mm的長(zhǎng)度，預(yù)留用于和勾叉部分搭接，兩側(cè)邊也應(yīng)預(yù)留80士5mm 的長(zhǎng)度，用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成為空心管狀；
C、對(duì)于勾叉部分，則將裁切好的預(yù)浸料，貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，只貼一層外觀料，把叉骨模具中頭端預(yù)留的超出的搭接部分料片貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，再在勾叉模具內(nèi)填充BMC 團(tuán)料，使勾叉部分的模腔形成實(shí)心充填狀；
D、將乳膠內(nèi)膽輔助模由分體組合式模具的開口處伸入模具內(nèi)腔，并通過壓力氣源進(jìn)行充氣，使充填在模具內(nèi)的碳纖維材料形成一體化的自行車前叉構(gòu)件；
E、模具合模之后，硫化機(jī)加溫到140°C左右，加壓固化，外加壓力在6士0. 5MPa，風(fēng)壓加至1. 75MPa左右，加壓一個(gè)小時(shí)，冷卻后開模。所述的勾叉鑲塊模B設(shè)有與前叉骨上模A與前叉骨下模C插接成一體的楔卡結(jié)構(gòu)件。根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種一體式自行車前叉的制作方法，通過成型模具及制作工藝上的創(chuàng)造性改進(jìn)，解決了目前制作碳纖維自行車前叉制作工藝中存在的將分體式前叉制作工藝，使構(gòu)成自行車前叉的叉骨和勾叉達(dá)到一體式成型。這種一體式的自行車前叉不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，而且對(duì)于提高前叉的整體力學(xué)性能、乃至提高整車的使用性能具有積極效果。


圖1為本發(fā)明制作工藝的模具裝配結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為乳膠內(nèi)膽輔助模的結(jié)構(gòu)形態(tài)示意圖3為應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)制作的自行車前叉成品圖； 圖4為本發(fā)明技術(shù)制作的自行車前叉設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)示圖(1)； 圖5為本發(fā)明技術(shù)制作的自行車前叉設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)示圖(2)； 圖6為傳統(tǒng)分體式自行車前叉結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-叉骨 2-勾叉 3-前叉分叉處 4-乳膠內(nèi)膽輔助模上段 5-乳膠內(nèi)膽輔助模分叉 A-前叉骨上模 B-勾叉 C-前叉骨下模 D-乳膠內(nèi)膽輔助模 a-跨距 b-左右兩勾叉中心線至前叉直桿部分的中心線的垂直距離。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，并給出本發(fā)明的實(shí)施例。如圖6所示，為市面上常見的前叉的一種原型——分段式前叉，制作分段式前叉， 需要制作勾叉2和叉骨1的粗胚，然后再對(duì)二者分別進(jìn)行加工、最后將其膠合成型。兩段的連接大多使用膠合劑，將兩者膠合固定。分段式結(jié)構(gòu)前叉受力時(shí)，連接處容易產(chǎn)生結(jié)合部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，這對(duì)于保證前叉使用的安全性是存在隱患的。此外，膠合時(shí)由于叉骨1的內(nèi)徑要大于勾叉2部分的外徑，并且膠合劑是液態(tài)的，具有一定的流動(dòng)性，故膠合成型后在尺寸定位上容易發(fā)生偏差，這種偏差的存在又會(huì)造成整車裝配時(shí)的困難。從圖4、圖5中我們可以看到
前叉的跨距a (左右兩個(gè)勾叉的中心點(diǎn)的水平距離)有嚴(yán)格的尺寸要求，跨距值一般由所選用的輪轂規(guī)格所決定，本實(shí)例中，跨距a的尺寸為100士2mm。對(duì)于前叉的offset值 (左右兩勾叉的中心的到前叉的直桿部分的中心線的垂直距離)也有嚴(yán)格要求，本實(shí)例中的 offset 值為 43 士 1mm。使用一體式結(jié)構(gòu)的成型方法，可嚴(yán)格控制成型后的尺寸，保證產(chǎn)品尺寸在公差范圍內(nèi)。對(duì)于分段式結(jié)構(gòu)而言，由于后道粘接的需要，一般會(huì)在勾叉和叉骨拼接部分預(yù)留一定空隙用于涂膠，并且考慮到產(chǎn)品脫模后自身產(chǎn)生的變形，同時(shí)在后道粘接過程中需同時(shí)保證跨距和offset兩個(gè)特征值，以及粘接操作時(shí)可能發(fā)生人工誤差等因素，因此對(duì)于分段式的結(jié)構(gòu)而言，存在較多不確定因素，故難以嚴(yán)格控制產(chǎn)品的尺寸。然而，按照本發(fā)明提出的以下步驟制作一體式自行車前叉的制作方法
A、運(yùn)用能構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料自行車前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B組成的分體組合式整體外模，以及與該外模匹配的乳膠內(nèi)膽輔助模D，以碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行一體化鋪層和充填；
B、成型時(shí)，在叉骨部分用預(yù)浸料鋪層，叉骨頭端從第二層開始(不算最
外層表觀料)使預(yù)浸料鋪層超出模具適當(dāng)長(zhǎng)度(如50士5mm)，預(yù)留用于和勾叉部分搭接，兩側(cè)也應(yīng)超出一定距離(如80士5mm)留出用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成為空心管狀；
C、對(duì)于勾叉部分，則將裁切好的預(yù)浸料，貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，只貼一
層外觀料，把叉骨模具中頭端預(yù)留的超出的搭接部分料片貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，再在勾叉模具內(nèi)填充適量的BMC團(tuán)料(Bulk molding compounds團(tuán)狀塑模料，系一種樹脂與纖維的團(tuán)狀混合料)，使勾叉部分的模腔形成實(shí)心充填狀；
D、將乳膠內(nèi)膽輔助模由分體組合式模具的開口處伸入模具內(nèi)腔，并通過壓力氣源進(jìn)行充氣，使充填在模具內(nèi)的碳纖維材料形成一體化的自行車前叉構(gòu)件；
E、模具合模之后，硫化機(jī)加溫到140°C左右，加壓固化，外加壓力在6士0.5MPa，風(fēng)壓加至1. 75MPa左右，加壓一個(gè)小時(shí)，冷卻后開模。由于在本方法采取的模具設(shè)計(jì)中，將前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B組成的分體組合式整體外模，利用前叉骨上模A、前叉骨下模C與勾叉鑲塊模B之間的連接構(gòu)件(楔卡結(jié)構(gòu)件)，使三者成為可拆卸的整體(所采用的連接構(gòu)件，可以是設(shè)置在前叉骨上模 A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B上的榫卯結(jié)構(gòu)，也可以是銷釘、或者是三模具表面的掛鉤連接件)。同時(shí)通過配合的乳膠內(nèi)膽輔助模D的充氣擠壓，因此解決了一體化成型工藝。圖3所示，為本發(fā)明所提出的一體式前叉的結(jié)構(gòu)示意圖，可以從中看出，該一體式前叉在結(jié)構(gòu)上并無太多改變，在常用的前叉的基礎(chǔ)上，使原本分開成型的叉骨1和勾叉2 一起同時(shí)成型，通過組合模具連為一體。成型時(shí)，在叉骨部分用預(yù)浸料鋪層，叉骨頭端從第二層開始(不算最外層表觀料)超出模具適當(dāng)距離，用于和勾叉部分搭接，兩側(cè)也應(yīng)超出一定距離用于包裹以及和上模搭接；對(duì)于勾叉部分，則將裁切好的預(yù)浸料，貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，只貼一層外觀料，把叉骨模具中露出頭端的搭接部分料片貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，再在勾叉模具內(nèi)填充適量的BMC團(tuán)料，形成叉骨部分為空心管狀，而勾叉2為實(shí)心狀的一體式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明生產(chǎn)過程采用乳膠內(nèi)膽輔助預(yù)浸料成型工藝。乳膠內(nèi)膽頭端4呈開口狀， 乳膠內(nèi)膽入模后，頭端4將適當(dāng)露出模具用以連接氣嘴，對(duì)內(nèi)膽充氣，達(dá)到對(duì)模具內(nèi)側(cè)物料施壓。Y形乳膠內(nèi)膽置于叉骨下模中，乳膠內(nèi)膽頭端適當(dāng)露出模具，用以連接氣嘴，將兩側(cè)多余的料片，包裹到乳膠內(nèi)膽上，合上叉骨模具。由圖可知，乳膠內(nèi)膽的尾段5呈圓弧形，制得的前叉空心叉骨和實(shí)心勾叉形成弧形的連接(如圖3所示)，形成一個(gè)過渡，在連接處不會(huì)形成應(yīng)力集中而導(dǎo)致力學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。采用乳膠內(nèi)膽輔助預(yù)浸料模壓成型的方法制作產(chǎn)品時(shí)，先在前叉骨下模9中進(jìn)行預(yù)浸料(使用東麗T0RAYA預(yù)浸料牌號(hào)P3252S-12/33為士60°兩層單向織物)鋪層，鋪層方式按照預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行，由于前叉本身屬于異形結(jié)構(gòu)，前叉中不同位置對(duì)于力學(xué)性能的要求不同，所以各部分鋪層數(shù)量存在較大的差異，如圖3中，前叉分叉處3，鋪層數(shù)可達(dá)數(shù)十層，而叉骨與勾叉2搭接處僅需六層左右(僅供參考)。鋪層時(shí)應(yīng)將預(yù)浸料壓緊壓實(shí)，避免氣泡產(chǎn)生。叉骨1頭端從第二層開始(不算最外層表觀料)應(yīng)超出模具適當(dāng)距離， 用于和勾叉部分搭接，兩側(cè)也應(yīng)超出一定距離用于包裹以及和上模搭接，對(duì)叉骨上模6采用相同方法鋪層。勾叉2處，將裁切好的預(yù)浸料，貼附在勾叉鑲塊模B內(nèi)側(cè)，只貼外觀料(即只貼一層)，對(duì)模具左右兩部分進(jìn)行相同操作，將勾叉鑲塊模B具置于組合位置，把前叉骨上模A與前叉骨下模C兩模具中露出頭端的搭接部分料片貼附在勾叉鑲塊模B的內(nèi)側(cè)，再在勾叉鑲塊模B內(nèi)填充適量的BMC團(tuán)料，(BMC團(tuán)料可使用預(yù)浸料邊角料自制，成分為碳纖維短料，樹脂含量60%左右，選用環(huán)氧樹脂。BMC團(tuán)料中樹脂與預(yù)浸料的配比范圍為3:Γ1:1)，填充好BMC后，將勾叉鑲塊模B 合上，并將勾叉鑲塊模B通過它與前叉骨上模A、前叉骨下模C模具本身之間設(shè)計(jì)的契合連接構(gòu)件裝配成一個(gè)整體狀的組合體，就不用擔(dān)心，勾叉2與叉骨1之間會(huì)有任何偏移，為經(jīng)乳膠內(nèi)膽輔助模充氣擠壓形成一體化的自行車前叉提供了強(qiáng)有力技術(shù)保障。模具合模之后，硫化機(jī)加溫到140°C左右，加壓固化，外加壓力在6士0. 5MPa，風(fēng)壓加至1. 75MPa左右，加壓一個(gè)小時(shí)，冷卻后開模。這種式自行車前叉制作技術(shù)，節(jié)省了現(xiàn)有前叉成型工藝中，對(duì)叉骨部分的打磨、涂膠等處理和對(duì)勾叉部分的處理以及兩者的結(jié)合處理，節(jié)省了人工和時(shí)間，而勾叉部分利用廢料填充內(nèi)部。不僅節(jié)省了制作時(shí)的人員成本和材料成本；而且使得產(chǎn)品的精度更高，更穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)線條光滑流暢，產(chǎn)品更美觀。實(shí)施例分析
實(shí)施例1 勾叉中BMC團(tuán)料中樹脂與預(yù)浸料配比為3:4 ； 實(shí)施例2 勾叉中BMC團(tuán)料中樹脂與預(yù)浸料配比為5:6 ； 實(shí)施例3 勾叉中BMC團(tuán)料中樹脂與預(yù)浸料配比為1:1。分別對(duì)相應(yīng)的制品進(jìn)行沖擊、正向剛性、側(cè)向剛性和抗壓的測(cè)試。( I )沖擊測(cè)試使用沖擊機(jī)測(cè)試機(jī)，在高度為640mm、砝碼22. 5kg的條件下進(jìn)行測(cè)試，觀察前叉是否斷裂。(II)正、側(cè)向剛性測(cè)試使用萬能材料測(cè)試機(jī)，以lOmm/min的速度，測(cè)試壓力為 20kgf時(shí)前叉的變形量，變形在4. 5mm以內(nèi)即為合格。(III)抗壓測(cè)試用萬能材料測(cè)試機(jī)測(cè)試在lOmm/min速度下，制品產(chǎn)生裂痕時(shí)的壓力，超過250kg即合格。
權(quán)利要求
1.一種一體式自行車前叉的制作方法，其特征在于A、運(yùn)用能構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料自行車前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B組成的分體組合式整體外模，以及與該外模匹配的乳膠內(nèi)膽輔助模D，以碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行一體化鋪層和充填；B、成型時(shí)，在叉骨部分用預(yù)浸料鋪層，叉骨頭端從第二層開始使預(yù)浸料鋪層超出模具適當(dāng)距離，預(yù)留用于和勾叉部分搭接，兩側(cè)也應(yīng)超出一定距離留出用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成為空心管狀；C、對(duì)于勾叉部分，則將裁切好的預(yù)浸料，貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，只貼一層外觀料，把叉骨模具中頭端預(yù)留的超出的搭接部分料片貼附在勾叉模具內(nèi)側(cè)，再在勾叉模具內(nèi)填充適量的BMC團(tuán)料，使勾叉部分的模腔形成實(shí)心充填狀；D、將乳膠內(nèi)膽輔助模由分體組合式模具的開口處伸入模具內(nèi)腔，并通過壓力氣源進(jìn)行充氣，使充填在模具內(nèi)的碳纖維材料形成一體化的自行車前叉構(gòu)件；E、模具合模之后，硫化機(jī)加溫到140°C左右，加壓固化，外加壓力在6士0.5MPa，風(fēng)壓加至1. 75MPa左右，加壓一個(gè)小時(shí)，冷卻后開模。
2.如權(quán)利要求1所述的一體式自行車前叉的制作方法，其特征在于所述的勾叉鑲塊模B設(shè)有與前叉骨上模A與前叉骨下模C插接成一體的楔卡結(jié)構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一體式自行車前叉的制作方法制作的一體化自行車前叉， 其特征在所述前叉為一整體無接縫式前叉。
全文摘要
一體式自行車前叉的制作方法，其特征在于運(yùn)用能構(gòu)成碳纖維復(fù)合材料自行車前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉鑲塊模B組成的分體組合式整體外模，以及與該外模匹配的乳膠內(nèi)膽輔助模D，以碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行一體化鋪層和充填；并通過壓力氣源進(jìn)行充氣，使充填在模具內(nèi)的碳纖維材料形成一體化的無接縫自行車前叉構(gòu)件。通過成型模具及制作工藝上的創(chuàng)造性改進(jìn)，解決了目前制作碳纖維自行車前叉制作工藝中存在的將分體式前叉制作工藝，使構(gòu)成自行車前叉的叉骨和勾叉達(dá)到一體式成型。這種一體式的自行車前叉不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，而且對(duì)于提高前叉的整體力學(xué)性能、乃至提高整車的使用性能具有積極效果。
文檔編號(hào)B62K21/02GK102529111SQ20101060380
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者朱家強(qiáng), 王濱 申請(qǐng)人:上海晉飛復(fù)合材料科技有限公司