CN106182812A - 一种碳纤维自行车车架一体成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，包括3D建模、开模、制作硅胶卷心、裁纱、卷料、成型、精加工和胶合等步骤。本碳纤维自行车车架一体成型工艺一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，不需将自行车车架的各部件单独生产，而是通过3D建模后，通过模具进行一体成型，既克服了传统工艺中各碳纤维部件连接处强度偏弱的问题，又可以提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于自行车生产技术领域，具体涉及一种碳纤维自行车车架一体成型工艺。
背景技术
碳纤维作为一种新兴增强纤维，不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，其比重不到钢的1/4，但强度却非常高，且耐蚀性出类拔萃，是制备高档自行车尤其竞赛用自行车车架最为理想的材料之一。目前碳纤维自行车车架的主流制作方法是通过碳纤维预浸布包覆后经模压成型来制得，即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。
中国专利申请CN201410820487.8公开了一种碳纤维自行车车架生产工艺，该生产工艺对车架五通位置设置骨架，使车架五通成型更可靠，成型后的五通连接结构强度更高，但是依旧存在成型步骤复杂，生产效率低等问题。中国专利申请CN201310565647.4公开了一种碳纤维车架的制作方法及成型模具，使用碳纤维车架一体成型的方法提高了生产效率高，但是该专利申请依旧需要先将上管、头管、下管、五通、座管等部件单独开模以后组装成一个整体，然后再固化成型，生产步骤依旧繁复，而且各个部件的连接处依旧会存在强度偏弱的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，不需将自行车车架的各部件单独生产，而是通过3D建模后，通过模具进行一体成型，既克服了传统工艺中各碳纤维部件连接处强度偏弱的问题，又可以提高生产效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，包含以下步骤：
S1、3D建模：根据自行车车架成品的要求建立3D模型，并标注自行车车架的装配尺寸；
S2、开模：根据步骤S1中建好的自行车车架3D模型，开设与自行车车架相对应的模具；
S3、制作硅胶卷心：使用步骤S2中制作的模具压制硅胶粗胚，然后依照模具各点的尺寸和结构计算对应部位的尺寸，根据计算好的尺寸将压制好的硅胶粗胚进行削切和修整；
S4、裁纱：使用裁纱机按照步骤S1中设计好的自行车车架尺寸对碳纤维纱布进行裁剪；
S5、卷料：使用步骤S4中裁剪好的碳纤维纱布将步骤S3中制作好的硅胶卷心进行卷料，卷料完成后将硅胶卷心取出并装上尼龙气袋和气嘴；
S6、成型：将步骤S5中的碳纤维车架卷料放入成型模具中，在温度为130-180摄氏度的条件下热压成型；
S7、精加工：抽出步骤S6中成型好的粗胚中的尼龙气袋和气嘴，并对粗胚表面进行打磨和铰孔；
S8、胶合：将步骤S7中经过精加工后的碳纤维车架中需要胶合金属件的部位进行胶合以及装配好要装配的配件。
优选的，所述步骤S3中使用的硅胶为有机硅胶，硅胶卷心压制的温度为130-180摄氏度，成型压力为0.5-1MPa。
优选的，所述步骤S4中碳纤维纱布裁剪过程中，当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于拉伸受力时，则裁剪碳纤维横向角度为5-45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于剪切受力时，则裁剪碳纤维横向角度为45-90度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强剪切口时，则裁剪碳纤维横向角度为45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强刚性时，则裁剪碳纤维横向角度为0度的纱布。
优选的，所述步骤S5中，装载气嘴时，先将气嘴浸渍在在润滑剂中，硅胶卷心取出后快速将浸渍在润滑剂中的气嘴装入粗胚中。
优选的，所述步骤S6中，卷料放入成型模具前，先测定成型模具的升温曲线以及匹配卷料的升温曲线，根据成型模目的升温曲线和充入卷料尼龙气袋内树脂的玻璃化温度点来确定卷料成型程式，确定成型程式后将卷料入模，卷料依程式成型和冷却。
更优选的，在卷料依程式成型的过程中，当树脂达到玻璃化温度点时用瞬间高压动击卷料预成型体。
优选的，所述步骤S8中，根据碳纤维车架中需要胶合金属件的后加工方式选择不同类型的胶水，金属件和碳纤维车架粘合后不需要经过高温烘烤，选择DP460型双液低温胶；金属件和碳纤维车架粘合后需要经过高温烘烤，选择E-214型单液高温胶。
本发明的有益效果在于：1)本碳纤维自行车车架一体成型工艺，不需将自行车车架的各部件单独生产，而是通过3D建模后，通过模具进行一体成型，既克服了传统工艺中各碳纤维部件连接处强度偏弱的问题，又可以提高生产效率；2)本碳纤维自行车车架一体成型工艺只需开设一种车架整体模具，模具开设的数量少，相对于传统工艺中需要开设三角模、上叉模、下叉模、勾爪模等多种模具，成本低；3)本碳纤维自行车车架一体成型工艺在卷料过程中根据自行车车架部件受力方式的不同选择不同角度的碳纤维纱布，可以有效增强自行车车架的整体强度。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例：一种碳纤维自行车车架一体成型工艺。
如图1所示，一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，包含以下步骤：
S1、3D建模：根据自行车车架成品的要求建立3D模型，并标注自行车车架的装配尺寸；
S2、开模：根据步骤S1中建好的自行车车架3D模型，开设与自行车车架相对应的模具；
S3、制作硅胶卷心：使用步骤S2中制作的模具压制硅胶粗胚，然后依照模具各点的尺寸和结构计算对应部位的尺寸，根据计算好的尺寸将压制好的硅胶粗胚进行削切和修整；
S4、裁纱：使用裁纱机按照步骤S1中设计好的自行车车架尺寸对碳纤维纱布进行裁剪；
S5、卷料：使用步骤S4中裁剪好的碳纤维纱布将步骤S3中制作好的硅胶卷心进行卷料，卷料完成后将硅胶卷心取出并装上尼龙气袋和气嘴；
S6、成型：将步骤S5中的碳纤维车架卷料放入成型模具中，在温度为130-180摄氏度的条件下热压成型；
S7、精加工：抽出步骤S6中成型好的粗胚中的尼龙气袋和气嘴，并对粗胚表面进行打磨和铰孔；
S8、胶合：将步骤S7中经过精加工后的碳纤维车架中需要胶合金属件的部位进行胶合以及装配好要装配的配件。
在上述技术方案中，本生产工艺中只需根据自行车车架成品的3D模型开设一种整体模具，然后在模具中一次注入硅胶，制作需要碳纤维纱布包裹的卷心，相比传统工艺中需要开设三角模、上叉模、下叉模、勾爪模等多种模具制作不同部件的卷心相比，既省去了大笔开设模具的费用，而且简化了工艺步骤，提高了生产效率。步骤S5中选择热压成型的温度为130-180摄氏度，优选为150摄氏度，可以使得模具中的环氧树脂快速玻璃化，提高卷料成型的质量。
本实施例中，所述步骤S3中使用的硅胶为有机硅胶，硅胶卷心压制的温度为160摄氏度，成型压力为0.6MPa，实际生产过程中发现硅胶卷心在温度为160摄氏度，压力为0.6MPa的工艺条件下成型时产生的毛刺最少。
本实施例中，所述步骤S4中碳纤维纱布裁剪过程中，当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于拉伸受力时，则裁剪碳纤维横向角度为5-45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于剪切受力时，则裁剪碳纤维横向角度为45-90度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强剪切口时，则裁剪碳纤维横向角度为45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强刚性时，则裁剪碳纤维横向角度为0度的纱布。由于碳纤维横向角度不同的纱布在各个方向上的应力均不相同，本生产工艺特根据各种不同角度碳纤维纱布的受力特点，因材施教，充分发挥各不同角度碳纤维纱布的优点，有效增强自行车车架的整体强度。
本实施例中，所述步骤S5中，装载气嘴时，先将气嘴浸渍在在润滑剂中，硅胶卷心取出后快速将浸渍在润滑剂中的气嘴装入粗胚中。实际操作过程中发现，如果气嘴未浸渍就装入粗胚中，卷料成型后，气嘴很难从成型后的车架中抽出，强行抽出会导致车架强度受损。
本实施例中，所述步骤S6中，卷料放入成型模具前，先测定成型模具的升温曲线以及匹配卷料的升温曲线，根据成型模目的升温曲线和充入卷料尼龙气袋内树脂的玻璃化温度点来确定卷料成型程式，确定成型程式后将卷料入模，卷料依程式成型和冷却。卷料依照预设好的程式成型和冷却可以有效提高卷料成型的质量，提高车架成型后的强度。
本实施例中，在卷料依程式成型的过程中，当树脂达到玻璃化温度点时用瞬间高压动击卷料预成型体，从而使树脂均匀分布在各层纤维之间，使树脂真正成为介质，使得碳纤维车架的受热均匀，提高碳纤维车架成型后的强度。
本实施例中，所述步骤S8中，根据碳纤维车架中需要胶合金属件的后加工方式选择不同类型的胶水，金属件和碳纤维车架粘合后不需要经过高温烘烤，选择DP460型双液低温胶；金属件和碳纤维车架粘合后需要经过高温烘烤，选择E-214型单液高温胶。3M公司生产的DP460型双液低温胶具有粘合强度高，固化时间快等优点，用于碳纤维和金属之间的粘合效果佳，但是DP460不耐高温，当温度高于100摄氏度后碳纤维和金属之间的粘合效果变差；E-214型单液高温胶所以无需调配，无需静置，可以直接使用，但是用于碳纤维和金属之间的粘合时在150℃下烘烤1h，以增强粘结效果。
Claims (7)
1.一种碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于，包含以下步骤：
S1、3D建模：根据自行车车架成品的要求建立3D模型，并标注自行车车架的装配尺寸；
S2、开模：根据步骤S1中建好的自行车车架3D模型，开设与自行车车架相对应的模具；
S3、制作硅胶卷心：使用步骤S2中制作的模具压制硅胶粗胚，然后依照模具各点的尺寸和结构计算对应部位的尺寸，根据计算好的尺寸将压制好的硅胶粗胚进行削切和修整；
S4、裁纱：使用裁纱机按照步骤S1中设计好的自行车车架尺寸对碳纤维纱布进行裁剪；
S5、卷料：使用步骤S4中裁剪好的碳纤维纱布将步骤S3中制作好的硅胶卷心进行卷料，卷料完成后将硅胶卷心取出并装上尼龙气袋和气嘴；
S6、成型：将步骤S5中的碳纤维车架卷料放入成型模具中，在温度为130-180摄氏度的条件下热压成型；
S7、精加工：抽出步骤S6中成型好的粗胚中的尼龙气袋和气嘴，并对粗胚表面进行打磨和铰孔；
S8、胶合：将步骤S7中经过精加工后的碳纤维车架中需要胶合金属件的部位进行胶合以及装配好要装配的配件。
2.如权利要求1所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：所述步骤S3中使用的硅胶为有机硅胶，硅胶卷心压制的温度为130-180摄氏度，成型压力为0.5-1MPa。
3.如权利要求1所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：所述步骤S4中碳纤维纱布裁剪过程中，当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于拉伸受力时，则裁剪碳纤维横向角度为5-45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于剪切受力时，则裁剪碳纤维横向角度为45-90度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强剪切口时，则裁剪碳纤维横向角度为45度的纱布；当裁剪的碳纤维纱布包裹的部位用于补强刚性时，则裁剪碳纤维横向角度为0度的纱布。
4.如权利要求1所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：所述步骤S5中，装载气嘴时，先将气嘴浸渍在在润滑剂中，硅胶卷心取出后快速将浸渍在润滑剂中的气嘴装入粗胚中。
5.如权利要求1所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：所述步骤S6中，卷料放入成型模具前，先测定成型模具的升温曲线以及匹配卷料的升温曲线，根据成型模目的升温曲线和充入卷料尼龙气袋内树脂的玻璃化温度点来确定卷料成型程式，确定成型程式后将卷料入模，卷料依程式成型和冷却。
6.如权利要求5所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：在卷料依程式成型的过程中，当树脂达到玻璃化温度点时用瞬间高压动击卷料预成型体。
7.如权利要求1所述的碳纤维自行车车架一体成型工艺，其特征在于：所述步骤S8中，根据碳纤维车架中需要胶合金属件的后加工方式选择不同类型的胶水，金属件和碳纤维车架粘合后不需要经过高温烘烤，选择DP460型双液低温胶；金属件和碳纤维车架粘合后需要经过高温烘烤，选择E-214型单液高温胶。
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