CN104626603A - 碳纤维车架的制作方法及成型模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供碳纤维车架的制作方法，包括以下步骤：步骤一，用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；步骤二，根据车架不同部位的结构将预浸布裁剪为预浸布片；步骤三，将布片按不同方向和次序分层铺设在芯轴上，形成多个车架部件；步骤四，在车架内穿入气袋；步骤五，将多个车架部件组合成整体车架；步骤六，将整体车架放入成型模具中固化成型。本发明的有益效果是实现碳纤维车架一体成型，提高车架强度，提高生产效率、缩短工艺流程，降低加工成本低，缩短人工工时等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维车架的制作方法。本发明还涉及一种制作碳纤维车架使用的成型模具。
背景技术
树脂基碳纤维复合材料的密度仅为钢密度的1/5,但其拉伸模量却可以达到高强钢的1.5倍以上。目前,高档碳纤维山地车架质量普遍低于铝合金、钛合金山地车架,而刚度却更大,提高了车手的踩踏效率,节省了体力。目前的碳纤维车架都采用分段固化成型的方法生产,然后再将各段连接,一般做法是分为前三角架、上叉、下叉、勾爪等4个部件，即碳纤维车架是分别由前三角模、上叉模、下叉模、勾爪模分成4次成型出的各碳纤维部件后再胶合成整车，这种车架的缺点是接头部位强度不高易发生断裂，此外成型步骤繁复，生产效率低。存在车架强度差、工艺流程长、生产效率低、人工工时多、成本高等技术问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种碳纤维车架的制作方法以及制作碳纤维车架的成型模具，尤其适合用于生产一体成型的碳纤维自行车。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：碳纤维车架的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；
步骤二，根据车架不同部位的结构将预浸布裁剪为预浸布片；
步骤三，将布片按不同方向和次序分层铺设在芯轴上，形成多个车架部件；
步骤四，在车架内穿入气袋；
步骤五，将多个车架部件组合成整体车架；
步骤六，将整体车架放入成型模具中固化成型。
进一步的，所述多个车架部件包括头管、上管、下管、座管、上叉、下叉和钩爪。
进一步的，所述在车架内穿入气袋的具体步骤包括：
穿入第一气袋，将第一气袋依次穿过右上叉、右钩爪、右下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第一气袋的充气端伸出头管；
穿入第二气袋，将第二气袋依次穿过左上叉、左钩爪、左下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第二气袋的充气端伸出头管；
穿入第三气袋，将第三气袋依次穿过上管、头管、下管、五通、座管，第三气袋的充气端伸出座管。
进一步的，所述步骤五，将多个车架部件组合成整体车架的具体操作方法为在已穿入气袋的各车架部件的连接处缠绕至少一层预浸布片。
进一步的，所述固化成型步骤包括对成型模具的加热以使环氧树脂融化；向第一气袋、第二气袋和第三气袋内充气，在气压下使车架按照模腔的形状成型。
进一步的，所述对成型模具加热的温度约为150℃，加热时间为30～60min。
本发明还提供一种在上述制作过程中使用的成型模具，包括上模、下模和中间模，所述中间模设置于上模和下模之间，所述上模和下模均设有按照自行车车架结构连接于一体的前三角模腔、上叉模腔、下叉模腔和钩爪模腔，所述中间模设有上叉模腔、下叉模腔和钩爪膜腔，设置于上模的模腔、下模的模腔和中间模的模腔在合模后形成一整体车架模腔，上模和下模均设有使外界与模腔连通的气道。
进一步的，所述上模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述下模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述中间模包括上、下两层钢质模腔壁层和夹在上、下钢质模腔壁层之间的铝质芯层。
进一步的，所述上模厚度为100～200mm，下模厚度为100～200mm，钢质表面层厚度为10～30mm，钢质模腔壁层厚度为10～30mm。
进一步的，所述前三角模腔包括头管模腔、上管模腔、下管模腔、五通模腔和座管模腔，所述气道包括两条头管气道和一条座管气道；所述头管气道和座管气道均由上模气道和下模气道组成；所述头管气道与头管模腔连通，座管气道与座管模腔连通。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，碳纤维车架一体成型，具有车架强度高、生产效率高、工艺流程短、加工成本低、人工工时短等优点。
附图说明
图1是本发明的碳纤维车架的制作方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明碳纤维车架的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；
步骤二，根据车架不同部位的结构将预浸布裁剪为预浸布片；
步骤三，将布片按不同方向和次序分层铺设在芯轴上，形成多个车架部件；
步骤四，在车架内穿入气袋；
步骤五，将多个车架部件组合成整体车架；
步骤六，将整体车架放入成型模具中固化成型。
多个车架部件包括头管、上管、下管、座管、上叉、下叉和钩爪。
在车架内穿入气袋的具体步骤包括：
穿入第一气袋，将第一气袋依次穿过右上叉、右钩爪、右下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第一气袋的充气端伸出头管；
穿入第二气袋，将第二气袋依次穿过左上叉、左钩爪、左下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第二气袋的充气端伸出头管；
穿入第三气袋，将第三气袋依次穿过上管、头管、下管、五通、座管，第三气袋的充气端伸出座管。
步骤五，将多个车架部件组合成整体车架的具体操作方法为在已穿入气袋的各车架部件的连接处缠绕至少一层预浸布片。
固化成型步骤包括对成型模具的加热以使环氧树脂融化；向第一气袋、第二气袋和第三气袋内充气，在气压下使车架按照模腔的形状成型。
对模具加热的温度为100～200℃，加热时间为30～60min，加热的温度和时间根据具体情况而定，其决定因素包括成型模具的厚度、材质的导热系数等。
碳纤维预浸布可以是单向预浸布或者是编织预浸布，在使用单向预浸布时相邻铺设的单向预浸布的方向有一定夹角，这种铺设方法保证成型后的车架具有更高的强度，并且在车架承受应力较大的部位铺设较厚的碳纤维预浸布以进一步提高车架强度。
一种在上述制作过程中使用的成型模具，包括上模、下模和中间模，所述中间模设置于上模和下模之间，所述上模和下模均设有按照自行车车架结构连接于一体的前三角模腔、上叉模腔、下叉模腔和钩爪模腔，所述中间模设有上叉模腔、下叉模腔和钩爪膜腔，设置于上模的模腔、下模的模腔和中间模的模腔在合模后形成一整体车架模腔，上模和下模均设有使外界与模腔连通的气道；所述上模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述下模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述中间模包括上、下两层钢质模腔壁层和夹在上、下钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述上模厚度为100～200mm，下模厚度为100～200mm，钢质表面层厚度为10～30mm，钢质模腔壁层厚度为10～30mm；所述前三角模腔包括头管模腔、上管模腔、下管模腔、五通模腔和座管模腔，所述气道包括两条头管气道和一条座管气道，第一气袋和第二气袋充气端分别从两条头管气道伸出，第三气袋充气端从座管气道伸出；所述头管气道和座管气道均由上模气道和下模气道组成；所述头管气道与头管模腔连通，座管气道与座管模腔连通。
由于成型模具厚度较大，合模后模具上表面的距离到下表面的距离大约在200mm以上如果全部采用钢质模具则传热效果差，影响成型，且钢质模具重量大造成操作不便，由于铝的导热系数远高于钢且其单位体积的重量远低于钢，因此考虑将模具换成铝质；但如果全用铝质模具同样会带来一些问题，那是因为铝的质地较软，多次使用后容易对模腔壁造成损坏，影响模具的耐久性，故上模、下模和中间模都采用上述夹层设计，以确保模具较好的传热效果同时又具有良好的耐久性。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.碳纤维车架的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；
步骤二，根据车架不同部位的结构将预浸布裁剪为预浸布片；
步骤三，将布片按不同方向和次序分层铺设在芯轴上，形成多个车架部件；
步骤四，在车架内穿入气袋；
步骤五，将多个车架部件组合成整体车架；
步骤六，将整体车架放入成型模具中固化成型。
2.根据权利要求1所述的碳纤维车架的制作方法，其特征在于：所述多个车架部件包括头管、上管、下管、座管、上叉、下叉和钩爪。
3.根据权利要求1所述的碳纤维车架的制作方法，其特征在于：所述在车架内穿入气袋的具体步骤包括：
穿入第一气袋，将第一气袋依次穿过右上叉、右钩爪、右下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第一气袋的充气端伸出头管；
穿入第二气袋，将第二气袋依次穿过左上叉、左钩爪、左下叉、五通、下管，并从头管的一端穿出，第二气袋的充气端伸出头管；
穿入第三气袋，将第三气袋依次穿过上管、头管、下管、五通、座管，第三气袋的充气端伸出座管。
4.根据权利要求1所述的碳纤维车架的制作方法，其特征在于：所述步骤五，将多个车架部件组合成整体车架的具体操作方法为在已穿入气袋的各车架部件的连接处缠绕至少一层预浸布片。
5.根据权利要求1所述的碳纤维车架的制作方法，其特征在于：所述固化成型步骤包括对模具的加热以使环氧树脂融化；向第一气袋、第二气袋和第三气袋内充气，在气压下使车架按照模腔的形状成型。
6.根据权利要求1所述的碳纤维车架的制作方法，其特征在于：所述对模具加热的温度约为100～200℃，加热时间为30～60min。
7.一种根据权利要求1制作车架所使用的成型模具，其特征在于：包括上模、下模和中间模，所述中间模设置于上模和下模之间，所述上模和下模均设有按照自行车车架结构连接于一体的前三角模腔、上叉模腔、下叉模腔和钩爪模腔，所述中间模设有上叉模腔、下叉模腔和钩爪膜腔，设置于上模的模腔、下模的模腔和中间模的模腔在合模后形成一整体车架模腔，上模和下模均设有使外界与模腔连通的气道。
8.根据权利要求7所述的成型模具，其特征在于：所述上模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述下模包括钢质表面层、钢质模腔壁层和夹在钢质表面层和钢质模腔壁层之间的铝质芯层；所述中间模包括上、下两层钢质模腔壁层和夹在上、下钢质模腔壁层之间的铝质芯层。
9.根据权利要求7所述的成型模具，其特征在于：所述上模厚度为100～200mm，下模厚度为100～200mm，钢质表面层厚度为10～30mm，钢质模腔壁层厚度为10～30mm。
10.根据权利要求7所述的成型模具，其特征在于：所述前三角模腔包括头管模腔、上管模腔、下管模腔、五通模腔和座管模腔，所述气道包括两条头管气道和一条座管气道；所述头管气道和座管气道均由上模气道和下模气道组成；所述头管气道与头管模腔连通，座管气道与座管模腔连通。
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