夾心式自行車輪圈的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種夾心式自行車輪圈，包括胎位孔槽和封閉的腔室，二者上下排列，所述胎位孔槽的槽內(nèi)容納內(nèi)胎，其側(cè)面的外部形成剎車面，其特征在于，所述胎位孔槽，至少含有一金屬合金層，胎位孔槽的外表面和剎車面各有一層碳纖維層，將金屬合金層包裹在其中，形成夾心體。在剎車邊形成CFRP-合金材料-CFRP這樣的夾心結(jié)構(gòu)，具有很好的剎車散熱和穩(wěn)固支撐的效果，利用金屬材料的耐高溫特點，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險，既提高輪圈的安全性，又不增加碳纖維輪圈的重量，兼顧產(chǎn)品的輕量及安全兩方面的要求；碳纖維層將金屬合金層完全包裹在內(nèi)，可避免碳纖維材料與金屬合金層因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。
【專利說明】夾心式自行車輪圈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及自行車配件應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種夾心式自行車輪圈。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車運動是一項對人身體非常有益處的有氧戶外運動，在歐美等發(fā)達(dá)國家得到廣泛的開展。據(jù)統(tǒng)計，在美國，大約有1/3之一的戶外運動是自行車運動。由此可見此運動開展的普遍性。自行車也從我們印象中傳統(tǒng)的交通工具變成健身器材。各個廠商無不努力改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，制造工藝，使用更好的材料，以求得更好的自行車。
[0003]制造自行車的材料，已經(jīng)從鋼材，逐步變成鋁合金，以追求輕量化。近年來，更是大規(guī)模使用昂貴的碳纖維材料來制作自行車車身。
[0004]相對于車身，自行車的輪圈更是心臟。它的作用，就相當(dāng)于汽車的發(fā)動機。由此可見其重要性。各個廠家無不下大力氣研制更好的自行車輪圈，紛紛采用新材料新工藝，以研制更輕更省力的產(chǎn)品。對于輪圈來說，要使之更輕更省力，主要有兩個因素。一是輪圈的重量，一是輪圈的風(fēng)阻。輕的輪圈發(fā)力快，爬坡輕快，這很好理解。而對于風(fēng)阻來說，當(dāng)高速騎行時，風(fēng)阻就變得非常的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，風(fēng)阻跟速度的平方成正比。所以，低風(fēng)阻的設(shè)計越來越流行。為了獲得低的風(fēng)阻，紛紛將截面設(shè)計成流線型。截面的加高，勢必增加重量，所以，必須在重量與低風(fēng)阻有所取舍。
[0005]對于重量而言，相比于鋼，鋁合金材料，碳纖維復(fù)合材料具有無可比擬的優(yōu)越性。碳纖維復(fù)合材料(GFRP)，其強度比鋼強，但密度只有1.6g/cm3，只有鋼的1/5，跟鋁合金相t匕，其模量是鋁的10倍，抗拉強度是鋁的2倍，但重量只有鋁合金的40%。所以，碳纖材料廣泛用來制作自行車輪圈。
[0006]現(xiàn)有的自行車輪圈一般采用環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，經(jīng)疊層，加熱加壓成型制得。其成型溫一般在150度，成型時間45-60分鐘。習(xí)用的環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化點(也稱為TG)在100-130度。用這種材料及成型工藝制得的輪圈輕量，強度高。但這種輪圈的缺點是，在使用過程中，遇到長下坡時，因為需要長時間剎車，剎車邊的溫度會達(dá)到180度左右，由于剎車邊使用的環(huán)氧樹脂的TG點只有100-130度，在胎壓的作用下，安置內(nèi)胎的槽孔軟化并張開，導(dǎo)致突然間爆胎，造成摔車事故，從而產(chǎn)生對騎乘者的安全傷害。這種現(xiàn)象俗稱燒框。
[0007]由于有這種使用的安全隱患，雖然用碳纖維復(fù)合材料CFRP制得輪圈重量輕，硬度高，倍受消費者喜愛，但還是沒法普遍使用，僅在一些比賽上供有經(jīng)驗的車手使用。以目前市場占有率及使用安全角度看，金屬材料的輪圈的在市場上還是占有大部分的比率(比如鋁合金)。
[0008]有業(yè)者為解決這個問題，將輪圈安置內(nèi)胎的槽孔部分用鋁合金，其他部分用碳纖維制做。這種結(jié)構(gòu)雖然能解決剎車高溫產(chǎn)生的爆胎問題.但由于槽孔部分與碳纖維的結(jié)合面僅為樹脂結(jié)合，導(dǎo)致在剎車高溫時碳纖維與鋁合金部分容易分離，產(chǎn)品容易損壞。也限制了產(chǎn)品的推廣。[0009]一現(xiàn)有的碳纖維輪圈結(jié)構(gòu)，如專利號為CN201120080425.X，專利名稱為“碳纖維輪圈結(jié)構(gòu)”的實用新型，公布了一種碳纖維輪圈結(jié)構(gòu)，其包含有:一個輪圈本體，以碳纖維材料一體成型，其截面系呈框型，由至少一個橋板及平行的兩側(cè)壁連接構(gòu)成，于該橋板兩端區(qū)隔出獨立的一個內(nèi)腔體與一個外腔體；一個加強件，與該外腔體形狀相匹配，且設(shè)于該外腔體內(nèi)壁。該金屬加強件與碳纖維材料的內(nèi)壁相互嵌卡固定。剎車面通過金屬加強件進(jìn)行加強，可避免燒框。但由于碳纖維與金屬合金的熱膨脹系數(shù)不同，長時間使用，因兩者結(jié)合力不夠，會導(dǎo)致出現(xiàn)分層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型為了解決上述存在的問題，提供一種夾心式自行車輪圈，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，在碳纖維制得的胎位孔槽的內(nèi)表面和剎車面各有一層碳纖維層，將密度在
2.8g/cm3以下的金屬合金層包裹在其中，在剎車邊形成CFRP-合金材料-CFRP這樣的夾心結(jié)構(gòu)，具有很好的剎車散熱和穩(wěn)固支撐的效果，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險；同時，碳纖維層將金屬合金層完全包裹在內(nèi)，可避免碳纖維材料與金屬合金層因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。
[0011]還提供一種夾心式自行車輪圈的制備方法，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)一次性整體成型，提高了產(chǎn)品的強度，實用性高。
[0012]本實用新型采用如下技術(shù)方案:夾心式自行車輪圈，包括胎位孔槽和封閉的腔室，二者上下排列，所述胎位孔槽的槽內(nèi)容納內(nèi)胎，其側(cè)面的外部形成剎車面，其特征在于，所述胎位孔槽，至少含有一金屬合金層，胎位孔槽的外表面和剎車面各有一層碳纖維層，將金屬合金層包裹在其中，形成夾心體；胎位孔槽外表面和剎車面的碳纖維層與腔室的壁體以碳纖維材料一體成型。利用金屬材料的耐高溫特點，可有效防止碳纖材料在高溫條件下因燒框而產(chǎn)生的爆胎,提高騎乘者的安全性。
[0013]優(yōu)選的,所述金屬合金層的合金密度低于2.8g/cm3。
[0014]進(jìn)一步的，所述金屬合金層包括鋁合金、鋁鎂合金、鎂鋁合金、鎂合金和鈧合金中的一種。
[0015]進(jìn)一步的，所述金屬合金層為一金屬合金圈，其截面呈“U”形，所述金屬合金圈的截面形狀與胎位孔槽的截面形狀相似。
[0016]更進(jìn)一步的,所述金屬合金圈內(nèi)表面的兩側(cè)分別設(shè)有向內(nèi)延伸的側(cè)壁。
[0017]更進(jìn)一步的，所述胎位孔槽槽內(nèi)的上部設(shè)有用于卡住內(nèi)胎的卡鉤。
[0018]夾心式自行車輪圈的制備方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1、制作金屬合金層并進(jìn)行表面處理，噴砂以去除離型劑，并涂上用于增加金屬合金材料與碳纖維復(fù)合材料結(jié)合強度的底材；將做了表面處理并涂上底材的金屬合金層包裹上一層已經(jīng)預(yù)浸了環(huán)氧樹脂的纖維材料；
[0020]步驟2、將碳纖維預(yù)浸布依據(jù)自行車輪圈的形狀疊層，形成V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的開口處，預(yù)留有與金屬合金層結(jié)合的碳纖維預(yù)浸片材，分別為胎位槽孔片材和腔室底部片材，兩者間用離型材料隔開；將氣袋置入V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的槽中；將腔室底部片材向內(nèi)彎折；
[0021]步驟3、將金屬合金層放置V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的開口處的對應(yīng)位置，開口處兩邊的胎位槽孔片材將金屬合金層完全包裹住，并貼合其外表面，金屬合金層內(nèi)表面與腔室底部片材貼合，依據(jù)胎位槽孔和腔室的形狀進(jìn)行疊層，從而制得輪圈預(yù)型品；
[0022]步驟4、將輪圈預(yù)型品放入鋼制模具中，然后放入成型設(shè)備中，合模，往成型氣袋中充高壓氣體成型；
[0023]步驟5、將成型的輪圈毛胚品去除毛邊，取出成型氣袋；在胎位孔槽和腔室底部鉆孔；表面進(jìn)行烤漆處理。
[0024]本實用新型的有益之處在于，在碳纖維制得的胎位孔槽的外表面和剎車面各有一層碳纖維層，將密度在2.8g/cm3以下的金屬合金層包裹在其中，在剎車邊形成CFRP-合金材料-CFRP這樣的夾心結(jié)構(gòu)，具有很好的剎車散熱和穩(wěn)固支撐的效果，利用金屬材料的耐高溫特點，即使騎乘者在連續(xù)剎車造成剎車邊高溫的情況下，不會因為碳纖維的軟化而產(chǎn)生爆胎的現(xiàn)象，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險，既提高輪圈的安全性，又不增加碳纖維輪圈的重量，兼顧產(chǎn)品的輕量及安全兩方面的要求；碳纖維層將金屬合金層完全包裹在內(nèi)，可避免碳纖維材料與金屬合金層因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生分層的現(xiàn)象，整體碳纖維一體成型外觀，提高了產(chǎn)品的耐用度及產(chǎn)品的檔次。
[0025]【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型具體實施例的組合剖視圖；
[0027]圖2為本實用新型實施例一的金屬合金層截面剖視圖；
[0028]圖3為本實用新型實施例二的金屬合金層截面剖視圖
[0029]圖4為本實用新型具體實施例的產(chǎn)品制備中的V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為本實用新型具體實施例的產(chǎn)品制備中的金屬合金層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]附圖標(biāo)記:1、胎位槽孔；11、外表面；12、剎車面；13、卡鉤；2、腔室；21、壁體；3、碳纖維層；4、金屬合金層；41、側(cè)壁；42、底材；43、纖維材料；44、外表面；45、內(nèi)表面；5、V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)；51、胎位槽孔片材；52、腔室底部片材；53、離型材料；6、氣袋。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0033]如圖1所示，本實用新型所提供的一種夾心式自行車輪圈，包括胎位孔槽I和封閉的腔室2，二者上下排列，胎位孔槽I的槽內(nèi)容納內(nèi)胎，其側(cè)面的外部形成剎車面12，胎位孔槽I至少含有一金屬合金層4，胎位孔槽I的外表面11和剎車面12各有一層碳纖維層3，將金屬合金層4包裹在其中，形成夾心體；胎位孔槽I的外表面11和剎車面12的碳纖維層3與腔室2的壁體21以碳纖維材料一體成型。胎位孔槽I槽內(nèi)的上部設(shè)有用于卡住內(nèi)胎的卡鉤13。金屬合金層4的合金密度低于2.8g/cm3,該金屬合金層可為招合金、招鎂合金、鎂鋁合金、鎂合金或鈧合金等金屬材料的應(yīng)用。
[0034]如圖2所示，為本實用新型的第一實施例，金屬合金層4為一金屬合金圈，其截面呈“U”形，所述金屬合金圈的截面形狀與胎位孔槽I的截面形狀相似。
[0035]如圖3所示，為本實用新型的第二實施例。與第一實施例不同的是，在金屬合金圈內(nèi)表面45的兩側(cè)分別設(shè)有向內(nèi)延伸的側(cè)壁41。增大了剎車面12底層的金屬面積，具有更好的剎車散熱和穩(wěn)固支撐的效果。
[0036]本實用新型還提供上述夾心式自行車輪圈的制備方法，具體包括下述步驟:[0037]步驟1、用常用的金屬加工方法，比如拉擠、鑄造、整形、焊接等工藝，制作金屬合金層4，如圖5所示，該金屬合金層4的截面形狀與胎位孔槽I形狀相似，尺寸略小，用于給后續(xù)的碳纖維層3讓位；并進(jìn)行表面處理，噴砂以去除離型劑，并涂上用于增加金屬合金材料與碳纖維復(fù)合材料結(jié)合強度的底材42，可有效防止碳纖維材料與金屬合金層因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生分層；將做了表面處理并涂上底材的金屬合金層包裹上一層已經(jīng)預(yù)浸了環(huán)氧樹脂的纖維材料43，該材料具有低的介電常數(shù)，防止碳纖維材料和金屬合金材料形成的電化學(xué)腐蝕；
[0038]步驟2、將碳纖維預(yù)浸布依據(jù)自行車輪圈的形狀疊層，形成V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)5，如圖4所示，在V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)5的開口處，預(yù)留有與金屬合金層結(jié)合的碳纖維預(yù)浸片材，分別為胎位槽孔片材51和腔室底部片材52，兩者間用離型材料53隔開；將氣袋6置入V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)5的槽中；將腔室底部片52材向內(nèi)彎折；
[0039]步驟3、將金屬合金層4放置V形環(huán)狀結(jié)構(gòu)5的開口處的對應(yīng)位置，開口處兩邊的胎位槽孔片材51將金屬合金層4完全包裹住，并貼合其外表面44，金屬合金層4內(nèi)表面45與腔室底部片材52貼合，依據(jù)胎位槽孔I和腔室2的形狀進(jìn)行疊層，從而制得輪圈預(yù)型品；
[0040]步驟4、將輪圈預(yù)型品放入鋼制模具中，然后放入成型設(shè)備中，合模，往成型氣袋6中充高壓氣體成型；
[0041]步驟5、將成型的輪圈毛胚品去除毛邊，取出成型氣袋6 ;在胎位孔槽和腔室底部鉆孔；表面進(jìn)行烤漆處理。
[0042]在碳纖維材料制得的胎位孔槽的外表面和剎車面各有一碳纖維層，將密度在
2.8g/cm3以下的金屬合金層包裹在其中，在剎車邊形成CFRP-合金材料-CFRP這樣的夾心結(jié)構(gòu)，具有很好的剎車散熱和穩(wěn)固支撐的效果，利用金屬材料的耐高溫特點，即使騎乘者在連續(xù)剎車造成剎車邊高溫的情況下，不會因為碳纖維的軟化而產(chǎn)生爆胎的現(xiàn)象，有效降低了輪圈的燒框風(fēng)險，既提高輪圈的安全性，又不增加碳纖維輪圈的重量，兼顧產(chǎn)品的輕量及安全兩方面的要求；同時，碳纖維層將金屬合金層完全包裹在內(nèi)，可避免碳纖維材料與金屬合金層因熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生分層的現(xiàn)象，整體碳纖維一體成型外觀，提高了產(chǎn)品的耐用度及產(chǎn)品的檔次。
[0043]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.夾心式自行車輪圈，包括胎位孔槽和封閉的腔室，二者上下排列，所述胎位孔槽的槽內(nèi)容納內(nèi)胎，其側(cè)面的外部形成剎車面，其特征在于，所述胎位孔槽，至少含有一金屬合金層，胎位孔槽的外表面和剎車面各有一層碳纖維層，將金屬合金層包裹在其中，形成夾心體；所述胎位孔槽外表面和剎車面的碳纖維層與腔室的壁體以碳纖維材料一體成型。
2.如權(quán)利要求1所述的夾心式自行車輪圈，其特征在于，所述金屬合金層的合金密度低于 2.8g/cm3。
3.如權(quán)利要求2所述的夾心式自行車輪圈，其特征在于，所述金屬合金層包括鋁合金、鋁鎂合金、鎂鋁合金、鎂合金和鈧合金中的一種。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的夾心式自行車輪圈，其特征在于，所述金屬合金層為一金屬合金圈，其截面呈“U”形，所述金屬合金圈的截面形狀與胎位孔槽形狀相似。
5.如權(quán)利要求4所述的夾心式自行車輪圈，其特征在于，所述金屬合金圈內(nèi)表面的兩側(cè)分別設(shè)有向內(nèi)延伸的側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求5所述的夾心式自行車輪圈，其特征在于，所述胎位孔槽槽內(nèi)的上部設(shè)有用于卡住內(nèi)胎的卡鉤。
【文檔編號】B29C70/44GK203793025SQ201320884563
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】劉五瑞, 蔡圣堂 申請人:廈門碳帝復(fù)合材料科技有限公司