CN108501396A - 一种碳纤维车架生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳纤维车架生产工艺，涉及自行车车架加工技术领域。生产工艺包括：建立自行车车架的三维绘图模型；将三维绘图模型导入3D打印机，通过3D打印操作，得到车架实模；在车架实模上设置易断点；将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上，并压实；将铺设好预浸布片的整体车架实模放入成型模具中固化成型，形成粗胚；对粗胚进行脱模，得到车架碳纤维架；将车架碳纤维架进行精加工。该生产工艺车架整体采用3D打印的方法，解决了现有技术中，车架需要模具加工的弊端，也不需要胶合组装，简化了生产步骤，生产效率高，一体化程度高，部件连接处强度高。

Description

一种碳纤维车架生产工艺
技术领域
本发明涉及自行车车架加工技术领域，尤其涉及一种碳纤维车架生产工艺。
背景技术
自行车产业具有100多年的历史，全世界自行车需求规模保持在每年1.06亿台的水平，自行车年交易额约为50亿美元。随着世界各国人民收入水平的提高，全球自行车需求量会进一步扩大，随着自行车进一步的结构升级，将给行业的参与者带来更大的利润空间，中国自行车行业的发展前景也将更加广阔。
传统的自行车车架材料为碳素钢、铬钼钢、铝合金、钛合金等，常规工艺流程为：管料下料加工+焊接成形+校正，在各工序中均需要进行焊接工艺，因而导致连接处会出现接痕，影响车架的美观，而且导致车架相对比较重。碳纤维车架，轻而且能吸收地面的冲击、素材的反拨力快等，是理想的自行车车架素材，碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料，因此，现有自行车厂家越来越青睐于使用碳纤维材料来制作车架。
现有技术中，对碳纤维车架主体结构的各个组件，包括头管、上管、下管、座管、上叉、下叉和勾爪等的加工，通常采用多个模具进行加工，并将各个组件通过胶合工艺组装起来，并进行修补、打磨，成为车架整体。这种工艺的精度主要取决于每个模具的加工精度，而且多个模具的设计制造较为繁琐，很多车架结构难以一次加工成型，还需要依赖后续的切削加工，使得整个加工工艺流程更长，同时胶合工艺使得部件连接处强度较低，生产效率低，对技术工人的依赖程度高，产品不良率高，不利于自动化生产，提高了生产成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种碳纤维车架生产工艺，车架整体采用3D打印的方法，解决了现有技术中，车架需要多个模具加工的弊端，也不需要胶合组装，简化了生产步骤，生产效率高，一体化程度高，部件连接处强度高。
本发明采用以下技术方案：
一种碳纤维车架生产工艺，该生产工艺包括以下步骤：
建立自行车车架的三维绘图模型；
将三维绘图模型导入3D打印机，通过3D打印操作，得到车架实模；
在车架实模上设置易断点；
将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上，并压实；
将铺设好预浸布片的整体车架实模放入成型模具中固化成型，形成粗胚；
对粗胚进行脱模，得到车架碳纤维架；
将车架碳纤维架进行精加工。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上之前，还包括：
用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；
根据车架实模不同部位的结构将预浸布进行剪裁，形成预浸布片。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，根据车架实模不同部位的结构将预浸布进行剪裁，形成预浸布片之后，还包括：
根据车架实模的不同部位，对预浸布片进行标注、分类和编号，以提高在车架实模上铺设预浸布片的效率。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，车架实模上各部件的连接处铺设至少两层预浸布片。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，对车架实模承受应力较大的部位铺设的预浸布片的厚度大于其他部位铺设的预浸布片的厚度，以提高车架整体应力强度。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，3D打印机打印的车架实模使用的材料为有机硅胶。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，在将预浸布片铺设在车架实模上之前，在车架实模上涂覆脱模剂。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，对成型模具加热之前，还包括：使用软质材料清洁成型模具表面灰尘和油渍，在成型模具上涂覆脱模剂。
作为本发明的一种碳纤维车架生产工艺的优选方案，对成型模具加热的温度为130-170℃，加热时间为40-60min。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的碳纤维车架生产工艺，通过3D打印技术得到车架实模，解决了现有技术中，车架各个部件需要分别制造相应的模具并分别进行加工的弊端，也不需要对多个部件进行胶合组装，大大简化了生产步骤，部件连接处强度高；同时，通过在车架实模上设置易断点，方便脱模，提高了生产效率，节约了生产成本。
(2)本发明提供的碳纤维车架生产工艺，通过对预浸布片进行标注、分类和编号，提高了在车架实模上铺设预浸布片的效率，减少了工艺时间，出错率大大降低。
(3)本发明提供的碳纤维车架生产工艺，通过对车架实模上各部件的连接处铺设至少两层预浸布片，对车架实模承受应力较大的部位铺设更厚的预浸布片，提高了车架整体应力强度，避免了车架在使用的过程中出现的弯曲或者断裂现象，保证了车架正常的使用性能，提高了产品质量。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的碳纤维车架生产工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图1所示为本发明提供的碳纤维车架生产工艺的流程图，包括以下步骤：
首先，建立自行车车架的三维绘图模型。由于本发明中自行车车架实模是由3D打印机打印得到，因此，可以充分利用3D打印机制造复杂物品不增加成本的优势，能够根据客户的需要建立更多更复杂的车架结构模型，大大拓宽了传统模具加工的局限。同时，3D打印机加工不需要单独设计复杂的模具进行加工，不仅节约了大量的人力、物力和财力，同时缩短了整个工艺的生产时间。
第二，将三维绘图模型导入3D打印机，3D打印机使用有机硅胶作为材料，通过3D打印操作得到车架实模，并在加工好的车架实模上设置易断点。使用有机硅胶作为3D打印的材料主要考虑其流动性好、易操作、使用寿命长，且有机硅胶硬度较低，通过设置易断点使得在脱模过程中车架实模容易断裂，方便脱模。通过在车架实模上沿径向进行一定深度的切割并保持不切断，来实现易断点的设置，易断点的位置设置需要根据不同的车架结构形式而定，主要设置在车架各个组件的连接处。
在进行铺设预浸布片之前，先要对预浸布片进行制作和加工处理，包括用碳纤维和环氧树脂制作预浸布，并根据车架实模不同部位的结构将预浸布进行剪裁，形成预浸布片。预浸布片的结构和数量根据车架的结构的不同有很大差异，在实际操作过程中，需要根据车架实模的不同部位，对预浸布片进行标注、分类和编号，在铺设预浸布片时，能够快速的从分类好的预浸布片中，选择出正确的预浸布片，提高了铺设的效率，减少了工艺时间，出错率也大大降低。
第三，在将预浸布片铺设在车架实模上之前，在车架实模上涂覆脱模剂，方便脱模。将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上，并压实，保证预浸布片层与层之间的间隙尽量小，并且能够保证均匀多次叠加铺设布片后，整个碳纤维结构在周向的厚度变化均匀。特别地，对车架实模承受应力较大的部位，如中管和座管处，铺设的预浸布片的厚度要大于其他部位铺设的预浸布片的厚度，以提高该位置的应力强度；在车架实模上各部件的连接处铺设至少两层预浸布片，避免了车架在使用的过程中出现的弯曲或者断裂现象，保证了车架正常的使用性能，避免了不必要的经济损失和人员伤害。
第四，对成型模具加热之前，使用软质材料清洁成型模具表面灰尘和油渍，在成型模具上涂覆脱模剂，以便于脱模。将铺设好预浸布片的整体车架实模放入成型模具中进行固化成型处理，加热的温度为130-170℃，加热时间为40-60min。
第五，将铺设好预浸布片的整体车架实模取出，自然冷却至60℃以下，形成粗胚。将粗胚从成型模具上脱模，同时将车架实模从粗胚中脱模，得到车架碳纤维架。由于车架实模上预先设置了易断点结构，并在车架实模上涂覆了脱模剂，因此在从外部将车架实模从粗胚上取出时，易断点处容易被扯断，以实现车架实模从粗胚中脱模的目的。
第六，将车架碳纤维架进行精加工。由于车架实模是由3D打印得到的整体式结构，因此，得到的车架碳纤维架结构也为整体式结构，避免了现有技术中需要加工各个车架部件，并分别进行胶接，加热固化等操作，也减少了模具的设计制造流程。上述车架碳纤维架通过精细切割和打磨后，最终得到高质量碳纤维车架，整体强度高。
本发明提供的碳纤维车架生产工艺，通过3D打印技术得到车架实模，解决了现有技术中，车架各个部件需要分别制造相应的模具并分别进行加工的弊端，也不需要对多个部件进行胶合组装，大大简化了生产步骤，部件连接处强度高；同时，通过在车架实模上设置易断点，方便脱模，提高了生产效率，节约了生产成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种碳纤维车架生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
建立自行车车架的三维绘图模型；
将所述三维绘图模型导入3D打印机，通过3D打印操作，得到车架实模；
在车架实模上设置易断点；
将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上，并压实；
将铺设好预浸布片的整体车架实模放入成型模具中固化成型，形成粗胚；
对粗胚进行脱模，得到车架碳纤维架；
将所述车架碳纤维架进行精加工。
2.根据权利要求1所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，将预浸布片按不同方向和次序分层铺设在车架实模上之前，还包括：
用碳纤维和环氧树脂制作预浸布；
根据车架实模不同部位的结构将预浸布进行剪裁，形成预浸布片。
3.根据权利要求2所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，根据车架实模不同部位的结构将预浸布进行剪裁，形成预浸布片之后，还包括：
根据车架实模的不同部位，对所述预浸布片进行标注、分类和编号，以提高在车架实模上铺设预浸布片的效率。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，所述车架实模上各部件的连接处铺设至少两层预浸布片。
5.根据权利要求4所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，对车架实模承受应力较大的部位铺设的预浸布片的厚度大于其他部位铺设的预浸布片的厚度，以提高车架整体应力强度。
6.根据权利要求1所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，所述3D打印机打印的车架实模使用的材料为有机硅胶。
7.根据权利要求6所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，在将预浸布片铺设在车架实模上之前，在车架实模上涂覆脱模剂。
8.根据权利要求1所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，对所述成型模具加热之前，还包括：使用软质材料清洁成型模具表面灰尘和油渍，在成型模具上涂覆脱模剂。
9.根据权利要求8所述的碳纤维车架生产工艺，其特征在于，对所述成型模具加热的温度为130-170℃，加热时间为40-60min。
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