CN102529111A - 一体式自行车前叉制造方法及一体式自行车前叉 - Google Patents

Abstract

一体式自行车前叉的制作方法，其特征在于：运用能构成碳纤维复合材料自行车前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B组成的分体组合式整体外模，以及与该外模匹配的乳胶内胆辅助模D，以碳纤维预浸料进行一体化铺层和充填；并通过压力气源进行充气，使充填在模具内的碳纤维材料形成一体化的无接缝自行车前叉构件。通过成型模具及制作工艺上的创造性改进，解决了目前制作碳纤维自行车前叉制作工艺中存在的将分体式前叉制作工艺，使构成自行车前叉的叉骨和勾叉达到一体式成型。这种一体式的自行车前叉不仅简化了生产工艺，提高生产效率，而且对于提高前叉的整体力学性能、乃至提高整车的使用性能具有积极效果。

Description

一体式自行车前叉制造方法及一体式自行车前叉

技术领域

本发明涉及一种一体式自行车前叉制作技术，具体涉及一种采用碳纤维复合材料制作的叉骨与勾叉部分连为一体的前叉，属于自行车制造工艺。

背景技术

自行车前叉部件处在自行车整体结的前方部位，它的上端与车把部件相连，中间与车架部件的前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。 转动车把带动前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。 从力学结构上看，前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，因此前叉部件必须具有足够的强度等性质。

碳纤维复合材料制成的前叉部件具有质轻、高强的特点，在大大减轻自身重量的同时仍然具有较高的强度，一直以来被业界广泛使用。但现有自行车碳纤维复合材料制的前叉，一般都是有叉骨和勾叉两部分组成。两部分分别成型，然后将成型的勾叉通过粘合、焊接等方法将其与叉骨连接在一起形成前叉。由于这种连接方式组成的前叉，难保叉骨和勾叉之间的连接部分产生装配上的偏差，从而导致左右两边的勾叉的中心点不在同一水平位置，既使整体部分无法达到预先设计中的结构尺寸精度，同时又难免叉骨和勾叉的连接处受力时容易产生应力集中的现象。

现代化企业生产以标准化作为优化结构的重要目标，可见，将前叉用叉骨和勾叉粘接起来的制作工艺，虽可以起到固定连接的作用，能制作出自行车前叉，但设计不够合理，达不到标准化、高质量的高要求；更何况分体制作的模具结构复杂，粘接过程繁琐，仍待改进。

发明内容

本发明的目的：旨在对现有自行车前叉产品及制作工艺的不足之处提出解决方案，提出一种一体化碳纤维复合材料自行车前叉的制作工艺。

这种一体式自行车前叉的制作方法，其特征在于：

A、运用能构成碳纤维复合材料自行车前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B组成的分体组合式整体外模，以及与该外模匹配的乳胶内胆辅助模D，以碳纤维预浸料进行一体化铺层和充填；

B、成型时，在叉骨部分用预浸料铺层，叉骨头端从第二层开始（不算最外层表观料）使预浸料铺层超出模具50±5mm的长度，预留用于和勾叉部分搭接，两侧边也应预留80±5mm的长度，用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成为空心管状；

C、对于勾叉部分，则将裁切好的预浸料，贴附在勾叉模具内侧，只贴一层外观料，把叉骨模具中头端预留的超出的搭接部分料片贴附在勾叉模具内侧，再在勾叉模具内填充BMC团料，使勾叉部分的模腔形成实心充填状；

D、将乳胶内胆辅助模由分体组合式模具的开口处伸入模具内腔，并通过压力气源进行充气，使充填在模具内的碳纤维材料形成一体化的自行车前叉构件；

E、模具合模之后，硫化机加温到140℃左右，加压固化，外加压力在6±0.5MPa，风压加至1.75MPa左右，加压一个小时，冷却后开模。

所述的勾叉镶块模B设有与前叉骨上模A与前叉骨下模C插接成一体的楔卡结构件。

根据以上技术方案提出的这种一体式自行车前叉的制作方法，通过成型模具及制作工艺上的创造性改进，解决了目前制作碳纤维自行车前叉制作工艺中存在的将分体式前叉制作工艺，使构成自行车前叉的叉骨和勾叉达到一体式成型。这种一体式的自行车前叉不仅简化了生产工艺，提高生产效率，而且对于提高前叉的整体力学性能、乃至提高整车的使用性能具有积极效果。

附图说明

图1为本发明制作工艺的模具装配结构示意图；

图2为乳胶内胆辅助模的结构形态示意图；

图3为应用本发明技术制作的自行车前叉成品图；

图4为本发明技术制作的自行车前叉设计参数标示图（1）；

图5为本发明技术制作的自行车前叉设计参数标示图（2）；

图6为传统分体式自行车前叉结构示意图。

图中：1-叉骨   2-勾叉   3-前叉分叉处   4-乳胶内胆辅助模上段  5-乳胶内胆辅助模分叉   A-前叉骨上模   B-勾叉   C-前叉骨下模   D-乳胶内胆辅助模   a-跨距   b-左右两勾叉中心线至前叉直杆部分的中心线的垂直距离。

具体实施方式

以下结合说明书附图进一步阐述本发明，并给出本发明的实施例。

如图6所示，为市面上常见的前叉的一种原型——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，然后再对二者分别进行加工、最后将其胶合成型。两段的连接大多使用胶合剂，将两者胶合固定。分段式结构前叉受力时，连接处容易产生结合部应力集中的现象，这对于保证前叉使用的安全性是存在隐患的。此外，胶合时由于叉骨1的内径要大于勾叉2部分的外径，并且胶合剂是液态的，具有一定的流动性，故胶合成型后在尺寸定位上容易发生偏差，这种偏差的存在又会造成整车装配时的困难。

从图4、图5中我们可以看到：

前叉的跨距a（左右两个勾叉的中心点的水平距离）有严格的尺寸要求，跨距值一般由所选用的轮毂规格所决定，本实例中，跨距a的尺寸为100±2mm。对于前叉的offset值（左右两勾叉的中心的到前叉的直杆部分的中心线的垂直距离）也有严格要求，本实例中的offset值为43±1mm。

使用一体式结构的成型方法，可严格控制成型后的尺寸，保证产品尺寸在公差范围内。对于分段式结构而言，由于后道粘接的需要，一般会在勾叉和叉骨拼接部分预留一定空隙用于涂胶，并且考虑到产品脱模后自身产生的变形，同时在后道粘接过程中需同时保证跨距和offset两个特征值，以及粘接操作时可能发生人工误差等因素，因此对于分段式的结构而言，存在较多不确定因素，故难以严格控制产品的尺寸。

然而，按照本发明提出的以下步骤制作一体式自行车前叉的制作方法：

A、运用能构成碳纤维复合材料自行车前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B组成的分体组合式整体外模，以及与该外模匹配的乳胶内胆辅助模D，以碳纤维预浸料进行一体化铺层和充填；

B、成型时，在叉骨部分用预浸料铺层，叉骨头端从第二层开始（不算最

外层表观料）使预浸料铺层超出模具适当长度（如：50±5mm），预留用于和勾叉部分搭接，两侧也应超出一定距离（如80±5mm）留出用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成为空心管状；

C、对于勾叉部分，则将裁切好的预浸料，贴附在勾叉模具内侧，只贴一

层外观料，把叉骨模具中头端预留的超出的搭接部分料片贴附在勾叉模具内侧，再在勾叉模具内填充适量的BMC团料（Bulk molding compounds团状塑模料，系一种树脂与纤维的团状混合料），使勾叉部分的模腔形成实心充填状；

D、将乳胶内胆辅助模由分体组合式模具的开口处伸入模具内腔，并通过压力气源进行充气，使充填在模具内的碳纤维材料形成一体化的自行车前叉构件；

E、模具合模之后，硫化机加温到140℃左右，加压固化，外加压力在6±0.5MPa，风压加至1.75MPa左右，加压一个小时，冷却后开模。

由于在本方法采取的模具设计中，将前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B组成的分体组合式整体外模，利用前叉骨上模A、前叉骨下模C与勾叉镶块模B之间的连接构件（楔卡结构件），使三者成为可拆卸的整体（所采用的连接构件，可以是设置在前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B上的榫卯结构，也可以是销钉、或者是三模具表面的挂钩连接件）。同时通过配合的乳胶内胆辅助模D的充气挤压，因此解决了一体化成型工艺。

图3所示，为本发明所提出的一体式前叉的结构示意图，可以从中看出，该一体式前叉在结构上并无太多改变，在常用的前叉的基础上，使原本分开成型的叉骨1和勾叉2一起同时成型，通过组合模具连为一体。成型时，在叉骨部分用预浸料铺层，叉骨头端从第二层开始（不算最外层表观料）超出模具适当距离，用于和勾叉部分搭接，两侧也应超出一定距离用于包裹以及和上模搭接；对于勾叉部分，则将裁切好的预浸料，贴附在勾叉模具内侧，只贴一层外观料，把叉骨模具中露出头端的搭接部分料片贴附在勾叉模具内侧，再在勾叉模具内填充适量的BMC团料，形成叉骨部分为空心管状，而勾叉2为实心状的一体式结构。

本发明生产过程采用乳胶内胆辅助预浸料成型工艺。乳胶内胆头端4呈开口状，乳胶内胆入模后，头端4将适当露出模具用以连接气嘴，对内胆充气，达到对模具内侧物料施压。Y形乳胶内胆置于叉骨下模中，乳胶内胆头端适当露出模具，用以连接气嘴，将两侧多余的料片，包裹到乳胶内胆上，合上叉骨模具。由图可知，乳胶内胆的尾段5呈圆弧形，制得的前叉空心叉骨和实心勾叉形成弧形的连接（如图3所示），形成一个过渡，在连接处不会形成应力集中而导致力学结构不稳定。

采用乳胶内胆辅助预浸料模压成型的方法制作产品时，先在前叉骨下模9中进行预浸料（使用东丽 TORAYA预浸料  牌号P3252S-12/33 为±60°两层单向织物）铺层，铺层方式按照预先设计的铺层结构进行，由于前叉本身属于异形结构，前叉中不同位置对于力学性能的要求不同，所以各部分铺层数量存在较大的差异，如图3中，前叉分叉处3，铺层数可达数十层，而叉骨与勾叉2搭接处仅需六层左右（仅供参考）。铺层时应将预浸料压紧压实，避免气泡产生。叉骨1头端从第二层开始（不算最外层表观料）应超出模具适当距离，用于和勾叉部分搭接，两侧也应超出一定距离用于包裹以及和上模搭接，对叉骨上模6采用相同方法铺层。

勾叉2处，将裁切好的预浸料，贴附在勾叉镶块模B内侧，只贴外观料（即只贴一层），对模具左右两部分进行相同操作，将勾叉镶块模B具置于组合位置，把前叉骨上模A与前叉骨下模C两模具中露出头端的搭接部分料片贴附在勾叉镶块模B的内侧，再在勾叉镶块模B内填充适量的BMC团料，（BMC团料可使用预浸料边角料自制，成分为碳纤维短料，树脂含量60%左右，选用环氧树脂。

BMC团料中树脂与预浸料的配比范围为：3:4~1:1），填充好BMC后，将勾叉镶块模B合上，并将勾叉镶块模B通过它与前叉骨上模A、前叉骨下模C模具本身之间设计的契合连接构件装配成一个整体状的组合体，就不用担心，勾叉2与叉骨1之间会有任何偏移，为经乳胶内胆辅助模充气挤压形成一体化的自行车前叉提供了强有力技术保障。 

模具合模之后，硫化机加温到140℃左右，加压固化，外加压力在6±0.5MPa，风压加至1.75MPa左右，加压一个小时，冷却后开模。

这种式自行车前叉制作技术，节省了现有前叉成型工艺中，对叉骨部分的打磨、涂胶等处理和对勾叉部分的处理以及两者的结合处理，节省了人工和时间，而勾叉部分利用废料填充内部。不仅节省了制作时的人员成本和材料成本；而且使得产品的精度更高，更稳定，结构线条光滑流畅，产品更美观。

实施例分析：

实施例1：勾叉中BMC团料中树脂与预浸料配比为3:4；

实施例2：勾叉中BMC团料中树脂与预浸料配比为5:6；

实施例3：勾叉中BMC团料中树脂与预浸料配比为1:1。

分别对相应的制品进行冲击、正向刚性、侧向刚性和抗压的测试。

（Ⅰ）冲击测试：使用冲击机测试机，在高度为640mm、砝码22.5kg的条件下进行测试，观察前叉是否断裂。

（Ⅱ）正、侧向刚性测试：使用万能材料测试机，以10mm/min的速度，测试压力为20kgf时前叉的变形量，变形在4.5mm以内即为合格。

（Ⅲ）抗压测试：用万能材料测试机测试在10mm/min速度下，制品产生裂痕时的压力，超过250kg即合格。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种一体式自行车前叉的制作方法，其特征在于：

A、运用能构成碳纤维复合材料自行车前叉外形的前叉骨上模A、前叉骨下模C、勾叉镶块模B组成的分体组合式整体外模，以及与该外模匹配的乳胶内胆辅助模D，以碳纤维预浸料进行一体化铺层和充填；

B、成型时，在叉骨部分用预浸料铺层，叉骨头端从第二层开始使预浸料

铺层超出模具适当距离，预留用于和勾叉部分搭接，两侧也应超出一定距离留出用于包裹以及和上模搭接，并使叉骨部分成为空心管状；

C、对于勾叉部分，则将裁切好的预浸料，贴附在勾叉模具内侧，只贴

一层外观料，把叉骨模具中头端预留的超出的搭接部分料片贴附在勾叉模具内侧，再在勾叉模具内填充适量的BMC团料，使勾叉部分的模腔形成实心充填状；

D、将乳胶内胆辅助模由分体组合式模具的开口处伸入模具内腔，并通过压力气源进行充气，使充填在模具内的碳纤维材料形成一体化的自行车前叉构件；

E、模具合模之后，硫化机加温到140℃左右，加压固化，外加压力在6±0.5MPa，风压加至1.75MPa左右，加压一个小时，冷却后开模。

2.如权利要求1所述的一体式自行车前叉的制作方法，其特征在于：

所述的勾叉镶块模B设有与前叉骨上模A与前叉骨下模C插接成一体的楔卡结构件。

3.如权利要求1或2所述的一体式自行车前叉的制作方法制作的一体化自行车前叉，其特征在：所述前叉为一整体无接缝式前叉。

Images