CN109866436A - 一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，属于自行车制造技术领域。碳纤维预浸带缠绕自行车车圈包括内、外两层：内层为芯模层，外层为碳纤维预浸带缠绕层，芯模层由热塑性材料制成，碳纤维预浸带缠绕层由环形容器缠绕设备将碳纤维预浸带缠绕布满芯模表面，将布满碳纤维预浸带的芯模置于车圈模具上并通过定型模具压挤布，同时将芯模内气体释放，最后通过电磁感应加热装置被加热固化成型。环形容器缠绕设备可以将碳纤维预浸带均匀的缠绕布满芯模表面，从而能够充分发挥碳纤维强度，制成的成品车圈质量更稳定。通过整体成型设备可以一次性成型自行车车圈，生产效率高。成品车圈结构更加稳定，提高了车圈的韧性与结构强度。

Description

一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法

技术领域

本发明属于自行车制造技术领域，具体涉及一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法。

背景技术

目前，随着人们生活水平的不断提高,高档自行车的需求越来越多，自行车运动越来越普及，人们开始追求更加轻巧的骑行工具，碳纤维由于其轻而强的特点，非常适合制造轻量化的自行车，目前，高档自行车的“碳纤化”的趋势愈发明显，在现有技术中，如在中国台湾专利 I327533 中所公示的一种碳纤维车圈制作方法中，是将准备好的碳纤维材料浸在树脂中，接着将浸有树脂的碳纤维材料放入到车圈模具中，经过热压之后形成车圈。此种方法首先需要大量的树脂去浸润碳纤维材料，而且在预浸之后将碳纤维线材移到车圈模具的过程中不能很好地保持碳纤维线材的形状。

经进一步查证，申请号为201410031720.4、申请日为2014年1月23日的发明专利申请公开了一种自行车碳纤维轮圈的制法及其产品，通过制作两个模具，一个预型模具和一个辅助模具，并在辅助模具横向穿插销件，以销件为支点，模具外侧的断面呈U形轨迹，定向且连续地缠绕碳纤预浸线材，借以多层包覆而构成未固化的预型碳纤外壳，将预型碳纤外壳脱模于预型模具，而再包覆于一拟呈轮圈的内骨架外侧，经加热加压固化成型即制成碳纤复合材的轮圈。此发明专利申请不仅工序复杂，而且工作量大，在以销件为支点的部位会使纤维及树脂大量堆积，不能形成理想的碳纤维车圈。

综上，目前自行车车圈成型方法的过程简单，但是整体成型操作难度大，而且成品车圈的尺寸变形差异较大，致使成品车圈的整体结构强度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，以解决采用现有技术成型自行车车圈存在整体成型操作难度大，而且成品车圈的尺寸变形差异较大，致使成品车圈的整体结构强度不高的问题。

本发明在追求自行车车圈轻量化的前提下，提高碳纤维预浸带自行车车圈的结构强度，并且具有制造省时、省工、降低成本等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈具有两层结构，即由内至外依次为芯模层及碳纤维预浸带缠绕层，所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法的步骤包括：

步骤A；对热塑性材质的芯模充入气体，充入的气体压力为0.2Mpa，便于碳纤维预浸带能够稳定布满所述的芯模的表面；

步骤B；将碳纤维预浸带缠绕布满芯模的表面并缠绕多层；

步骤C；组装车圈模具，将四个等分圆弧杆组装成车圈模具；

步骤D；将布满碳纤维预浸带的芯模置于车圈模具内，通过定型模具压挤布满碳纤维预浸带的芯模；

步骤E；定型模具压挤布满碳纤维预浸带的芯模的同时，对芯模释放气体，当定型模具压挤到成品自行车车圈的下凹腔的设计深度时停止释放气体；

步骤F；再次对芯模充入气体，充入的气体压力为0.25-0.3Mpa，使布满碳纤维预浸带的芯模能充分地贴合车圈模具及定型模具；

步骤H；加热定型，通过电磁感应加热装置对放置在车圈模具内的布满碳纤维预浸带的芯模加热固化，固化温度为160-200℃，固化时间为30min，加热速率为7.0℃/min，固化成型后，拆卸车圈模具，制成成品自行车车圈。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、本发明在芯模表面缠绕布满碳纤维预浸带（最好是均匀缠绕），在缠绕每一层的碳纤维预浸带时都可以改变缠绕角度，能提升成型后的自行车车圈的结构强度，并且自行车车圈的内层由热塑性材料制成，外层由碳纤维预浸带缠绕而成，所以自行车车圈更加轻便。

2、本发明在芯模表面缠绕碳纤维预浸带，并且通过电磁感应加热装置（也称为固化装置）直接固化成型，因此，大大缩短了所需工时和工序，使制作流程加快，提高了产能。

3、本发明通过电磁感应加热的方式对碳纤维预浸带缠绕的芯模进行加热固化，制成碳纤维预浸带自行车车圈，这种加热方式加热速率更快且能源利用率更高，相对于其他的加热方式更加节省能源。

附图说明

图1是本发明在芯模上缠绕碳纤维预浸带的示意图；

图2是本发明的车圈模具的示意图，螺杆、螺母未表示；

图3是利用本发明的方法制成的碳纤维预浸带自行车车圈的截面图；

图4是本发明的车圈模具的俯视图；

图5是本发明的整体成型设备的结构示意图。

上述图中各零部件名称及标号如下：

碳纤维预浸带1、芯模2、定型模具3、液压装置4、螺杆5、车圈模具6、圆弧杆7、电磁感应加热装置8、成品自行车车圈9、下凹腔10、螺母11、圆弧形压杆12。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-图5所示，本实施方式披露了一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈具有两层结构，即由内至外依次为芯模层及碳纤维预浸带缠绕层，所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法的步骤包括：

步骤A；对热塑性材质（如热塑性橡胶、TPU材料或TPR材料）的芯模2（为环形圈体）充入气体（如空气），充入的气体压力为0.2Mpa（充入气体的量要能够保证碳纤维预浸带1稳定缠绕在所述的芯模2的表面），便于碳纤维预浸带1能够稳定布满所述的芯模2的表面；

步骤B；将碳纤维预浸带1缠绕布满芯模2的表面并缠绕多层（缠绕每一层碳纤维预浸带1时可以改变缠绕角度，以增强成品自行车车圈9的结构强度）；

步骤C；组装车圈模具6，将四个等分圆弧杆7组装成车圈模具6；

步骤D；将布满碳纤维预浸带1的芯模2置于车圈模具6内，通过定型模具3压挤布满碳纤维预浸带1的芯模2（车圈模具6与定型模具3是正对设置的，定型模具3只是起到支撑的作用）；

步骤E；定型模具3压挤布满碳纤维预浸带1的芯模2的同时，对芯模2释放气体（这里释放气体只是便于定型模具3压挤布满碳纤维预浸带1的芯模2），当定型模具3压挤到成品自行车车圈9的下凹腔10的设计深度（10mm）时停止释放气体；

步骤F；再次对芯模2充入气体（如空气），充入的气体压力为0.25-0.3Mpa（目的是增加内部压强，保证碳纤维预浸带1稳定缠绕在芯模2表面，使缠绕在芯模2表面的碳纤维预浸带1更加密实），使布满碳纤维预浸带1的芯模2能充分地贴合车圈模具6及定型模具3；

步骤H；加热定型，通过电磁感应加热装置8对放置在车圈模具6内的布满碳纤维预浸带1的芯模2加热固化，固化温度为160-200℃，固化时间为30min，加热速率为7.0℃/min，固化成型后，拆卸车圈模具6，制成成品自行车车圈9（碳纤维预浸带自行车车圈）。

具体实施方式二：如图1、图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，步骤A中，所述的芯模2垂直于其轴线的截面的外圆周长要与制成的成品自行车车圈9的内圆周长相同（保证了在压挤固化时不会发生褶皱）。

具体实施方式三：如图2、图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，步骤C中，所述的车圈模具6由金属材料制成，车圈模具6包括四个等分圆弧杆7、八个螺母11和四个螺杆5，每个所述的圆弧杆10的内圆弧面的两端各焊接有一个螺母11，所述的四个等分圆弧杆11组成一个圆，每相邻两个螺母11内螺纹旋接有一个螺杆5。

具体实施方式四：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，步骤D中，所述的定型模具3包括四个液压装置4及四个等分圆弧形压杆12，所述的四个等分圆弧形压杆12均由金属材料制成，每个所述的圆弧形压杆12的外凸面均与一个液压装置4的缸杆外端固定连接，定型模具3的四个等分圆弧形压杆12全部覆盖在布满碳纤维预浸带1的芯模2的外侧面上。

具体实施方式五：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式一、三或四作出的进一步说明，步骤H中，所述的电磁感应加热装置8（也称固化装置）是由金属材料制成的螺旋形状的线圈。

通过电磁感应加热线圈8产生的交变磁场加热车圈模具6及碳纤维材料，使布满碳纤维预浸带1的芯模2被加热固化。

加热定型时，将螺旋形状的线圈放置在车圈模具6中心处，在固化时对螺旋形状的线圈通电，通电电流为31.5A，产生通过车圈模具6、定型模具3、碳纤维预浸带1的交变磁场，该磁场使车圈模具6、定型模具3、碳纤维产生涡流发热，使布满碳纤维预浸带1的芯模2被加热固化。

由车圈模具6、定型模具3、电磁感应加热装置8组成整体成型设备。

碳纤维预浸带1均匀缠绕布满芯模2的表面，通过控制碳纤维预浸带1在沿芯模2表面缠绕（可采用手工或现有缠绕设备缠绕）的同时在缠绕区域内沿芯模3轴线方向作往复运动，能够保证碳纤维预浸带1缠绕过程中不产生皱缩及紊乱现象，提高缠绕品质，缠绕时可按芯模2的受力状况，设计不同的缠绕角度，使得制成的成品自行车车圈9能充分发挥碳纤维的强度，提高产品的结构强度。

本发明中，将布满碳纤维预浸带1的芯模2置于车圈模具6上，通过液压装置4推动定型模具3压挤嵌入车圈模具6中，定型模具3压挤布满碳纤维预浸带1的芯模2的同时，对布满碳纤维预浸带1的芯模2释放气体，当定型模具3嵌入车圈模具6时，停止对布满碳纤维预浸带1的芯模2放气，当定型模具3嵌入车圈模具6指定位置时，再次向布满碳纤维预浸带1的芯模2充气，增加芯模2的内部压强，使布满碳纤维预浸带1的芯模2与车圈模具6、定型模具3充分贴合、密实。

通过定型模具3对布满碳纤维预浸带1的芯模2定型后，电磁感应加热装置8对感应加热的螺旋形状的线圈通电，感应加热的螺旋形状的线圈产生的交变磁场通过车圈模具6、定型模具3、碳纤维产生涡流，对布满碳纤维预浸带1的芯模2加热固化，固化完成后取下螺杆5，将车圈模具6拆卸，取下制成的成品自行车车圈9。

Claims (5)

1.一种碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，其特征在于：所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈具有两层结构，即由内至外依次为芯模层及碳纤维预浸带缠绕层，所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法的步骤包括：

步骤A；对热塑性材质的芯模（2）充入气体，充入的气体压力为0.2Mpa，便于碳纤维预浸带（1）能够稳定布满所述的芯模（2）的表面；

步骤B；将碳纤维预浸带（1）缠绕布满芯模（2）的表面并缠绕多层；

步骤C；组装车圈模具（6），将四个等分圆弧杆（7）组装成车圈模具（6）；

步骤D；将布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）置于车圈模具（6）内，通过定型模具（3）压挤布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）；

步骤E；定型模具（3）压挤布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）的同时，对芯模（2）释放气体，当定型模具（3）压挤到成品自行车车圈（9）的下凹腔（10）的设计深度时停止释放气体；

步骤F；再次对芯模（2）充入气体，充入的气体压力为0.25-0.3Mpa，使布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）能充分地贴合车圈模具（6）及定型模具（3）；

步骤H；加热定型，通过电磁感应加热装置（8）对放置在车圈模具（6）内的布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）加热固化，固化温度为160-200℃，固化时间为30min，加热速率为7.0℃/min，固化成型后，拆卸车圈模具（6），制成成品自行车车圈（9）。

2.根据权利要求1所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，其特征在于：步骤A中，所述的芯模（2）垂直于其轴线的截面的外圆周长要与制成的成品自行车车圈（9）的内圆周长相同。

3.根据权利要求1所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，其特征在于：步骤C中，所述的车圈模具（6）由金属材料制成，车圈模具（6）包括四个等分圆弧杆（7）、八个螺母（11）和四个螺杆（5），每个所述的圆弧杆（10）的内圆弧面的两端各焊接有一个螺母（11），所述的四个等分圆弧杆（11）组成一个圆，每相邻两个螺母（11）内螺纹旋接有一个螺杆（5）。

4.根据权利要求3所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，其特征在于：步骤D中，所述的定型模具（3）包括四个液压装置（4）及四个等分圆弧形压杆（12），所述的四个等分圆弧形压杆（12）均由金属材料制成，每个所述的圆弧形压杆（12）的外凸面均与一个液压装置（4）的缸杆外端固定连接，定型模具（3）的四个等分圆弧形压杆（12）全部覆盖在布满碳纤维预浸带（1）的芯模（2）的外侧面上。

5.根据权利要求1、3或4所述的碳纤维预浸带缠绕自行车车圈的制造方法，其特征在于：步骤H中，所述的电磁感应加热装置（8）是由金属材料制成的螺旋形状的线圈。