CN103552220A - 自行车主体构件加工机构及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供自行车主体构件加工机构及加工方法，该加工机构核心是在模具型腔的主腔道设有一其前部插入型腔内的用于向型腔注水的水针，在与水针对立方向的另一端，通过溢料管连通有用于容纳溢料的溢料腔；主腔道的侧壁还设有一用于向型腔注入胶料的并且能够封闭的进胶部件。将水辅成型工艺引入到注塑工艺中，将两者有机结合，采用高压水将产品内部多余的胶料逼出型腔，所以构件产品冷却非常快，可以省去普通注塑工艺的保压和冷却程序。并且产品能一次成型，效率大为提高，同时也确保了强度，构件的壁厚非常均匀，外形精度也大大提高，车架等具有较多支路的自行车构件的造型可以多样化设计，重量也更轻。
Description
技术领域
本发明创造涉及自行车主体构件的加工机构，尤其是以注塑方式结合水辅成型进行加工的机构，并且还提供了相应的加工方法。
背景技术
车架、前叉、手把、座管等是组成自行车的各个主体构件。这些构件的制造材料由传统的钢材、铝材，发展到高分子合成材料玻纤、碳纤，使得自行车正朝着轻量化发展。但是由于产生工艺的原因，自行车的生产还停留在手工和半机械之间。所以自行车的生产效率低，加工成本高。比如一个200人的自行车架生产工厂，一个月只能生产车架3000件；一件碳纤维车架的材料成本是400元，而加工费却高达600元。生产工艺的滞后已经严重的阻碍了自行车的发展趋势。
当然业内工程师们都在不断的尝试着新的制造工艺。注塑工艺一直是大家努力的研发的方向。由于全注塑工艺的产品无空心，胶位太厚就会产生缩水，对产品质量造成缺陷。所以，以车架为例，目前采用的自行车架注塑方案基本有3种：
第一种是将其设计成左右两半，然后通过螺丝后期将各部分组装一起。而这样设计的弊端是：1、将低了自行车的强度；2、需要多套注塑模具来生产，提高了成本。3、需要将两半产品装配到一起，增加了人工成本。4、需要处理装配螺丝孔位和产品结合处的间隙，又一次增加了人工成本。所以生产力不能得到有效的提高。
第二种是预埋金属管到注塑模具内，得到金属和塑胶混合的自行车架。这样得到的自行车架强度自然没有问题；生产模具也只需要一套；但是需要先制造金属管，而且需要在模具上设计安装金属管的定位装置，这样一来，生产出来的产品表面肯定留下了很多固定金属管的定位孔需要人工再次处理。而且在放金属管时需要很多时间。
第三种是将自行车架设计成多个连接头和管件。分别用注塑模具生产出来，然后通过粘合剂将各个零件组装起来得到自行车架。这种方案和第一种方案差不多，同样是成本过高，后期组装复杂。生产率不能得到有效提高。
其实上述三种方案都是为了解决一个问题，就是使自行车各主体构件的件体内是中空的，但是没有解决成本和生产率的问题。
发明内容
本发明创造要解决的问题是在保证自行车是车架、前叉、手把、座管等各主体构件的件体内是中空等质量前提下，如何进一步提高加工效率。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：自行车主体构件加工机构，包括，一模具，其内部具有与构件形状仿形的型腔；该型腔包括一条与构件的主管路对应的主腔道，主腔道对应构件主管路开口处的一端的端面中心处设有一其前部插入型腔内的用于向型腔注水的水针，水针还设有一用于控制其开合的阀针；
主腔道在与水针对立方向的另一端，通过溢料管连通有用于容纳溢料的溢料腔；
主腔道的侧壁还设有一用于向型腔注入胶料的并且能够封闭的进胶部件。
优选的，进胶部件需要位于临近水针的位置；这样的安排是更利于胶料更早的能将水针先包裹起来，而只有水针已经被包起来后才可以注水。
优选的，进胶部件20采用阀针热嘴；避免胶料回流。
优选的，水针插入型腔内的前部长度大于等于40mm,这样可以避免因水压大而漏水的情况；水针的最小直径需要14mm，水针出水口的直径设计为为2mm至5mm之间,较佳的是3.2mm；经水针注入型腔的水的水压为15-30兆帕每平方毫米，流速为25升-30升/分。
优选的，溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
进一步，所述构件为前叉，模具的型腔还包括两条对应前叉的连接支撑前车轮的支路的支路腔（11、12），主腔道在与水针对立方向的另一端，经每条支路腔在支路腔的末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（31、32）；每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
进一步，所述构件为车架，模具的型腔还包括对应从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路的支路腔和连接支撑后车轮的多条支路的支路腔，每条支路腔在其末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（42、43、44、45、46、47），每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
利用上述加工结构对自行车主体构件加工的方法的核心内容为：
步骤一：由注塑机先通过进胶部件对模具型腔内注入高温熔化的胶料，当胶料填充量占型腔的一定百分比（80%～100%之间或80%或100%）时，关闭进胶部件停止向型腔注胶；
步骤二：然后开启水针向型腔注入高压水，同时使与水针对立方向的主腔道另一端的溢料管保持通畅（即如果该溢料管设有阀针，则将阀针开启），高压水加速推动胶料的流动，使主腔道中心需要掏空的位置的胶料通过溢料管排出到型腔外的溢料腔内；当胶料排出到需求状态后，关闭水针；
步骤三：再经一定的冷却时间后，开模取产品。
进一步，所述构件为车把或座管，所述胶料填充量占型腔的百分比为80%。
进一步，所述构件为车把，步骤一所述向型腔注胶所需时间仅需6秒；或所述构件为座管，步骤一所述向型腔注胶所需时间仅需5秒。
进一步，所述构件为车把，步骤二所需时间共需6秒；或所述构件为座管，步骤二所需时间共需5秒。
进一步，所述构件为前叉，模具的型腔还包括两条对应前叉的连接支撑前车轮的支路的支路腔（11、12），主腔道在与水针对立方向的另一端，经每条支路腔在支路腔的末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（31、32）；每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针；
在所述步骤一中，进胶部件给型腔填充胶料，时间达到8秒时，型腔填充量百分比达到80%即可关闭进料部件停止给型腔填充；
在所述步骤二中，打开水针30开始注水的同时打开支路腔末端的溢料管的阀针；经6秒后关闭水针；
所述步骤三的冷却时间为10秒。整个产品成型时间只需24秒。
进一步，所述构件为车架，模具的型腔还包括对应从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路的支路腔和连接支撑后车轮的多条支路的支路腔，每条支路腔在其末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（42、43、44、45、46、47），每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针；
在所述步骤一中，进胶部件给型腔填充胶料的时间达到23秒时，型腔填充量百分比达到100%即可关闭进料部件停止给型腔填充；
在所述步骤二中，打开水针开始注水，还需同时打开水针对立方向的主腔道另一端的溢料管的阀针；经2秒后，关闭该阀针，同时打开距离水针较远的支路腔对应的溢料腔（42、43、44）所属的溢料管的阀针；再经5秒后，关闭该批阀针，同时打开距离水针较近的支路腔对应的溢料腔（45、46、47）所属的溢料管的阀针；再经7秒后关闭该批阀针；再经5秒后关闭水针；
所述步骤三的冷却时间为10秒。整个产品成型成型只需要52秒。
进一步，所述步骤二中，水针注入型腔的水的水压为15-30兆帕每平方毫米，流速为25升-30升/分。
本发明创造具有的优点和积极效果是：因为是采用高压水将产品内部多余的胶料逼出型腔，所以构件产品冷却非常快，可以省去普通注塑工艺的保压和冷却程序。并且产品能一次成型，不需要通过二次加工，生产出来可以直接进行喷涂工艺，效率大为提高，同时由于没有任何接头，外加所用材料为玻纤+PP或碳纤+PP，纤维长度在12-25mm之间，因此强度也没有问题。构件的壁厚非常均匀，并且壁厚也可以通过调节注水的水压、流速、水针开口大小等来调整，不仅方便还进一步提高了车架的强度稳定性。另外，由于是一体一次成型，所以构件的外形精度可以大大提高，可以控制在正负0.2mm，而行业内的公差是正负2mm。
车架等具有较多支路的自行车构件的造型可以多样化设计；生产效率高，每副车架的生产时间可以控制在60秒以内；通过水辅工艺和注塑工艺生产出来的自行车架非常的轻，一辆16寸的自行车架可以控制的600克以下，而目前最轻的碳纤维自行车架是1800克。
所以本发明创造可以提高自行车的生产效率，降低自行车的生产成本，改变自行车的生产工艺。加快自行车发展。
附图说明
图1是以制作“车把”为例的构件加工机构结构示意图
图2是以制作“座管”为例的构件加工机构结构示意图
图3是以制作“前叉”为例的构件加工机构结构示意图
图4是以制作“车架”为例的构件加工机构结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造的具体内容做详细说明。
本发明创造的核心创新是将水辅成型工艺引入到注塑工艺中，将两者有机结合，使自行车各主体构件的均为一体化成型，并且大大缩短了加工时间。
通过对车架、前叉、手把、座管等这些自行车的主体构件的结构特点分析可知，共同点是各自都有一条主管路，比如车架的主管路即为用于连接座管的座管连接管，而座管和手把的主管路就是其本体；有的还带有多条支路，比如车架，其从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路和连接支撑后车轮的多条支路，而前叉则从其主管路延伸分出两条连接支撑前车轮的支路。
针对上述结构特点，本发明创造的自行车主体构件加工机构的主要组成部分包括，一模具，其内部具有与构件形状仿形的型腔；
该型腔包括一条与构件的主管路对应的主腔道10，主腔道对应构件主管路开口处的一端的端面中心处设有一其前部插入型腔内的用于向型腔注水的水针30，水针还设有一用于控制其开合的阀针；
主腔道在与水针对立方向的另一端，通过溢料管连通用于容纳溢料的溢料腔；
主腔道的侧壁还设有一用于向型腔注入胶料的并且能够封闭的进胶部件。优选的，进胶部件需要位于临近水针的位置，这样的安排是更利于胶料更早的能将水针先包裹起来，而只有水针已经被包起来后才可以注水。
优选的，进胶部件20采用阀针热嘴，避免胶料回流。
优选的，水针插入型腔内的前部长度至少需要40mm，这样可以避免因水压大而漏水的情况；水针的最小直径需要14mm，水针出水口的直径设计为3.2mm。经水针注入型腔的水的水压为15-30兆帕每平方毫米，流速为25升-30升/分。
优选的，溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
而本发明创造的制作方法核心内容就是：由注塑机先通过进胶部件对模具型腔内注入高温熔化的胶料，当胶料填充量占型腔的80%～100%之间或80%或100%时，关闭进胶部件停止向型腔注胶；然后开启水针向型腔注入高压水，同时使与水针对立方向的主腔道另一端的溢料管保持通畅（即如果该溢料管设有阀针，则将阀针开启），高压水加速推动胶料的流动，使主腔道中心需要掏空的位置的胶料通过溢料管排出到型腔外的溢料腔内；当胶料排出到需求状态后，关闭水针；再经一定的冷却时间后，开模取产品。
注入型腔内的胶料，其外围部分先会冷却一些，由于注料时间较短，中心的胶料还保持着较佳的流动性，而水针被胶料包围在中间，从水针喷出的高压水只会冲走中心的胶料，并且，会朝着开启的溢料管涌出，因此，可以形成中空的管路。另外，如果存在支路腔，则通过对不同支路腔的溢料管分批次开启和关闭，可以控制水流走向，也能维持应有的水压强度。
因为是采用高压水将产品内部多余的胶料逼出型腔，所以构件产品冷却非常快，可以省去普通注塑工艺的保压和冷却程序。并且产品能一次成型，不需要通过二次加工，生产出来可以直接进行喷涂工艺，效率大为提高，同时由于没有任何接头，外加所用材料为玻纤+PP或碳纤+PP，纤维长度在12-25mm之间，因此强度也没有问题。构件的壁厚非常均匀，并且壁厚也可以通过调节注水的水压、流速、水针开口大小等来调整，不仅方便还进一步提高了车架的强度稳定性。另外，由于是一体一次成型，所以构件的外形精度可以大大提高，可以控制在正负0.2mm，而行业内的公差是正负2mm。
上述内容是以加工只具有主管路而没有支路的构件的情形进行说明的，例如如图1所示的制作车把的和如图2所示的制作座管的加工机构，模具只有对应车把或座管主管路的主腔道10，主腔道10一端通入水针30，另一端连通溢料腔1，进胶部件20的位置非常临近水针30。
由于只有主腔道没有对应支路的支腔道，进胶部件20给模具型腔注入胶料只需型腔填充量达到80%即可关闭，注胶时间对应制作车把仅需6秒，对应制作管座则仅需5秒。打开水针30开始注水，对应制作车把仅需6秒后即可关闭水针，对应制作座管仅需5秒后即可关闭水针。然后再过5秒后即可开模取构件产品。因此，车把成型仅需17秒，座管成型仅需15秒。由于车把和座管只有一条管道即主管路，所以可以不需要在溢料管处设阀针，由水针即可控制构件的壁厚。
而图3和图4分别给出了具有支路的前叉和车架这两种构件的加工机构的组成情况，前叉和车架除了有主管路，还从其主管路延伸分出有多条支路；
如图3所示，对应制作前叉的加工机构中，模具的型腔除了有对应主管路的主腔道10，还包括两条对应前叉的连接支撑前车轮的支路的支路腔（11、12），主腔道在与水针对立方向的另一端，经每条支路腔在支路腔的末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（31、32）；每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针40。溢料管处的阀针40还起到配合水针调节构件产品壁厚的作用。
制作前叉时，进胶部件给型腔填充胶料，时间达到8秒时，型腔填充量达到80%。关闭进料部件停止给型腔填充，然后打开水针30开始注水，并同时打开支路腔末端的溢料管的阀针，6秒后关闭水针，再经10秒冷却时间后开模取产品。整个产品成型时间只需24秒。
如图4所示，对应制作车架的加工机构中，模具的型腔除了有对应主管路（即用于套装座管的“座管连接管”）的主腔道10，还包括对应从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路的支路腔和连接支撑后车轮的多条支路的支路腔，每条支路腔在其末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（42、43、44、45、46、47），每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针40。
正如上文中所述，对于存在多条支路腔的情况，可以通过对不同支路腔对应的溢料腔所属的溢料管的阀针分批次开启和关闭，不仅可以控制水流走向，还能维持应有的水压冲刷强度。
而分批次的规则是先开距离水针较远的支路腔对应的溢料腔所属的溢料管的阀针，然后将其关闭，同时开启距离水针较近的。这样做的好处能尽量利用胶料的冷却时间差。
因此，制作车架这种具有较多支路的方法则相应有所调整：
进胶部件20给模具型腔填充胶料，时间为到23秒时，型腔填充量到100%；然后停止给型腔填充胶料；打开水针30开始注水，并同时打开水针对立方向的主腔道另一端的溢料管的阀针（即如图4所示溢料腔41所对应的阀针），经2秒后，关闭该阀针，同时打开距离水针较远的支路腔对应的溢料腔（42、43、44）所属的溢料管的阀针；再经5秒后，关闭该批阀针，同时打开距离水针较近的支路腔对应的溢料腔（45、46、47）所属的溢料管的阀针；再经7秒后关闭该批阀针；再经5秒后关闭水针，10秒后开模取产品。整个产品成型成型只需要52秒。
由于采用了上述加工结构和方法，车架等具有较多支路的自行车构件的造型可以多样化设计；生产效率高，每副车架的生产时间可以控制在60秒以内；通过水辅工艺和注塑工艺生产出来的自行车架非常的轻，一辆16寸的自行车架可以控制的600克以下，而目前最轻的碳纤维自行车架是1800克。
所以本发明创造可以提高自行车的生产效率，降低自行车的生产成本，改变自行车的生产工艺。加快自行车发展。
以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.自行车主体构件加工机构，其特征在于：包括，一模具，其内部具有与构件形状仿形的型腔；该型腔包括一条与构件的主管路对应的主腔道，主腔道对应构件主管路开口处的一端的端面中心处设有一其前部插入型腔内的用于向型腔注水的水针，水针还设有一用于控制其开合的阀针；
主腔道在与水针对立方向的另一端，通过溢料管连通有用于容纳溢料的溢料腔；
主腔道的侧壁还设有一用于向型腔注入胶料的并且能够封闭的进胶部件。
2.根据权利要求1所述的加工机构，其特征在于：进胶部件位于临近水针的位置，进胶部件采用阀针热嘴，溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
3.根据权利要求1所述的加工机构，其特征在于：水针插入型腔内的前部长度大于等于40mm；水针的直径大于等于14mm，水针出水口的直径为2mm至5mm之间；经水针注入型腔的水的水压为15-30兆帕每平方毫米，流速为25升-30升/分。
4.根据权利要求1所述的加工机构，其特征在于：所述构件为前叉，模具的型腔还包括两条对应前叉的连接支撑前车轮的支路的支路腔（11、12），主腔道在与水针对立方向的另一端，经每条支路腔在支路腔的末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（31、32）；每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
5.根据权利要求1所述的加工机构，其特征在于：所述构件为车架，模具的型腔还包括对应从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路的支路腔和连接支撑后车轮的多条支路的支路腔，每条支路腔在其末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（42、43、44、45、46、47），每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针。
6.使用如权利要求1所述的自行车主体构件加工机构对自行车主体构件加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：由注塑机先通过进胶部件对模具型腔内注入高温熔化的胶料，当胶料填充量占型腔的一定百分比（80%～100%之间或80%或100%）时，关闭进胶部件停止向型腔注胶；
步骤二：然后开启水针向型腔注入高压水，同时使与水针对立方向的主腔道另一端的溢料管保持通畅（即如果该溢料管设有阀针，则将阀针开启），高压水加速推动胶料的流动，使主腔道中心需要掏空的位置的胶料通过溢料管排出到型腔外的溢料腔内；当胶料排出到需求状态后，关闭水针；
步骤三：再经一定的冷却时间后，开模取产品。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：所述构件为车把，所述胶料填充量占型腔的百分比为80%，步骤一所述向型腔注胶所需时间仅需6秒，步骤二所需时间共需6秒；
或所述构件为座管，所述胶料填充量占型腔的百分比为80%，步骤一所述向型腔注胶所需时间仅需5秒；步骤二所需时间共需5秒。
8.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：所述构件为前叉，模具的型腔还包括两条对应前叉的连接支撑前车轮的支路的支路腔（11、12），主腔道在与水针对立方向的另一端，经每条支路腔在支路腔的末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（31、32）；每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针；
在所述步骤一中，进胶部件给型腔填充胶料，时间达到8秒时，型腔填充量百分比达到80%即可关闭进料部件停止给型腔填充；
在所述步骤二中，打开水针30开始注水的同时打开支路腔末端的溢料管的阀针；经6秒后关闭水针；
所述步骤三的冷却时间为10秒。整个产品成型时间只需24秒。
9.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：所述构件为车架，模具的型腔还包括对应从主管路延伸分出连接前叉连接管的多条支路的支路腔和连接支撑后车轮的多条支路的支路腔，每条支路腔在其末端各通过一溢料管连通一用于容纳溢料的溢料腔（42、43、44、45、46、47），每个溢料管还设有一用于控制其开合的阀针；
在所述步骤一中，进胶部件给型腔填充胶料的时间达到23秒时，型腔填充量百分比达到100%即可关闭进料部件停止给型腔填充；
在所述步骤二中，打开水针开始注水，还需同时打开水针对立方向的主腔道另一端的溢料管的阀针；经2秒后，关闭该阀针，同时打开距离水针较远的支路腔对应的溢料腔（42、43、44）所属的溢料管的阀针；再经5秒后，关闭该批阀针，同时打开距离水针较近的支路腔对应的溢料腔（45、46、47）所属的溢料管的阀针；再经7秒后关闭该批阀针；再经5秒后关闭水针；
所述步骤三的冷却时间为10秒。整个产品成型成型只需要52秒。
10.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：所述步骤二中，水针注入型腔的水的水压为15-30兆帕每平方毫米，流速为25升-30升/分。
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