CN113442349B - 零组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种零组件的制造方法，其是将一碳纤维复合材料制成一零组件，上述碳纤维复合材料会吸收微波，零组件的制造方法的步骤包括有：准备一组模具，该组模具是由微波能穿透的材料所制成且该组模具内设有一模穴；包覆碳纤维复合材料于一充气件的外围并将包覆后的碳纤维复合材料与充气件放置于模穴内；以微波加热的方式加热并软化碳纤维复合材料并通过充气件对软化后的碳纤维复合材料吹气，以使软化后的碳纤维复合材料于模穴内成形并固化为零组件。通过上述零组件的制造方法，能有效地缩短零组件制造上所需的产出时间。

Description

零组件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种零组件的制造方法，其可有效地缩短零组件制造的产出时间。
背景技术
现有技术中，高级自行车的零组件(例如是竞赛用的自行车的车架)多半是采用碳纤维复合材料制成，基于碳纤维复合材料具有高结构强度与低重量的材料特性，能让由上述材料制成的自行车的车架具有足够的结构强度，同时也能大幅度地降低自行车的整体重量。
现有技术中，上述自行车的零组件的制造方法是使用热介质(例如热蒸气或者是热煤油)并主要以热传导的方式来对模具进行加热，使模具内的碳纤维复合材料的粗胚能软化并升温至一特定温度而产生架桥反应，进而形成高结构强度与高硬度的零组件。然而上述加热方式相当耗时，而且也容易有热介质的热能逸散于环境中而造成热损耗的问题，可见现有技术中自行车的零组件的制造方法不完善而且尚有改善的空间。
另外，为了改善上述耗时与热损耗的问题，已知现有技术尝试采用微波加热的方式来加热成形零组件。然而在微波加热成形零组件的过程中，如果待成形的零组件的尺寸较大，可能会发生待成形的零组件的不同部位出现加热温度不均匀的问题，因此在制程上需要等待一段时间，才能使待成形的零组件的各部位的温度能够均一并同时达到工艺上的温度以产生架桥反应，如此一来，将拉长了整体制造上的产出时间。
发明内容
本发明的其中一个目的是在于针对现有技术中的零组件的制造方法的缺失进行改良，进而提出一种崭新的制造方法，其可有效地缩短零组件制造上的产出时间。
本发明的另一个目的在于提供一种零组件的制造方法，其可有效地降低能耗。
基于此，依据本发明所提供的一种零组件的制造方法，其是将一碳纤维复合材料制成一零组件，碳纤维复合材料会吸收微波，上述零组件的制造方法的步骤包括有：准备一组模具，该组模具是由微波能穿透的材料所制成且该组模具内设有一模穴；包覆碳纤维复合材料于一吹气件的外围并将包覆后的碳纤维复合材料与吹气件放置于模穴内；以微波加热的方式加热并软化碳纤维复合材料并通过吹气件对软化后碳纤维复合材料吹气，以使软化后的碳纤维复合材料于模穴内成形并固化为零组件。
通过上述零组件的制造方法，使用微波加热的方式来对碳纤维复合材料进行加热，其加热速度比传统使用热介质来进行加热的方式更为快速，遂能大幅地降低零组件制造上的产出时间。而且使用微波加热也不会发生热介质的热能逸散于环境中而造成热损耗的问题，也能达成节能的效果并降低能耗。
另外，本发明也提供了一种零组件的制造方法，其是将一碳纤维复合材料制成一零组件，碳纤维复合材料会吸收微波，上述零组件的制造方法的步骤包括有：准备一组模具，该组模具是由微波能穿透的材料所制成且该组模具内设有一模穴，模穴包括有相连接的一零组件成形区与一薄片成形区；放置上述碳纤维复合材料于模穴内；以微波加热的方式加热并软化碳纤维复合材料，以使软化后的碳纤维复合材料于模穴内成形为一成形物，成形物包括有上述零组件与连接零组件的一薄片，其中零组件成形于零组件成形区，薄片则成形于薄片成形区，固化上述成形物；除去成形物的薄片以获得没有连接薄片的零组件。
通过上述零组件的制造方法，在使用微波加热的过程中，微波比较容易被薄片所吸收而加热，因此可通过上述薄片快速地吸收微波的能量，进而快速地将热量传递至薄片与零组件连接的区域，使零组件的每个部位的温度都能快速地达到均一的情况，有效地缩短制程上的产出时间。
在其中一个方面，本发明所述的零组件可为一自行车的车架，但本发明不以此为限。
在另一个方面，在使用微波加热碳纤维复合材料的过程中，可能在包覆后的碳纤维复合材料的结构上的尖端出现尖端放电的现象，进而造成模具的损坏。为了避免上述问题的发生，其中一种解决方式是在包覆后的碳纤维复合材料再套接一金属套接件，其中金属套接件在结构上具有相连接的一大径部与一小径部，并且大径部具有一抵接环缘。让碳纤维复合材料的端缘(可能为一个或者是多个)抵接于大径部的抵接环缘，最后在模穴内设置一套接件容置区，以供上述金属套接件放置。因此在微波加热的过程中，通过金属套接件屏蔽部分的微波，避免碳纤维和材料的端缘发生尖端放电的现象。
在另一个方面，如后续待成形的零组件是呈中空状，可以在放置碳纤维复合材料于模穴内的步骤中，还包括将碳纤维复合材料包覆于一充气件的外围，并将包覆后的碳纤维复合材料与充气件放置于模穴内，以供后续对碳纤维复合材料吹气定形。另外，为了方便布置充气件，也可将金属套接件设计成具有一贯孔，并让充气件通过金属套接件的贯孔。
在另一个方面，金属套接件的外周面还可设有一流道，并且在上述固化成形物的步骤中，容许冷却液流经流道以冷却金属套接件与上述形成物，进而固化上述形成物。
附图说明
图1是本发明第一实施例所示的零组件的制造方法的方法流程图；
图2是本发明第一实施例的碳纤维复合材料包覆充气件所形成的结构的侧视示意图；
图3是本发明第一实施例的模具的其中之一半的立体示意图；
图4是本发明第一实施例中成形的零组件的侧视图；以及
图5是本发明第一实施例的微波炉的示意图；
图6是本发明第二实施例的零组件的制作方法的方法流程图；
图7是本发明第二实施例的模具的其中之一半的立体示意图；
图8是本发明第二实施例的包覆后碳纤维复合材料的示意图；
图9是本发明第二实施例的金属套接件的立体图；
图10是图9沿9-9剖视线所绘制的剖视图；
图11是本发明第二实施例的碳纤维复合材料与二个金属套接件的组合示意图；
图12是图11沿12-12剖视线所绘制的剖视图；
图13是本发明第二实施例的形成物的局部立体图；以及
图14是本发明第二实施例的零组件的立体图。
【符号说明】
1 零组件
8 成形物
9 薄片
10 碳纤维复合材料
11 碳纤维复合材料本体
12 碳纤维复合材料薄片
20 车架
21 前管 22 座管
23 后叉
30 模具 31 模穴
32 零组件成形区 33 薄片成形区
34 套接件容置区
40 充气件
60 微波炉
61 共振腔 611 底板
62 平台
70 金属套接件
71 大径部
72 小径部
73 抵接环缘
74 流道
75 贯孔
B 金属带
H 预定高度
P1～P3 适当位置
T1～T3 尖端
S1，S2，S2.5，S2.8，S3，S2.1-S2.4：步骤。
具体实施方式
以下通过所列举的若干实施例配合附图，详细说明本发明的技术内容及特征，本说明书内容所提及的“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等方向性形容用语，只是以正常使用方向为基准的例示描述用语，并非作为限制保护范围的用意。
现举以下二个实施例以说明本发明的特点所在。
如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种零组件的制造方法，其是将一碳纤维复合材料10制成一零组件(如图4所示)，在本实施例中是以零组件为一自行车的车架20(以下皆称车架20)作为示例。碳纤维复合材料10会吸收微波频谱的电磁波，上述零组件的制造方法包括有以下步骤：
步骤S1：准备一组模具30，该组模具30是由微波能穿透的材料所制成，例如铁氟龙
Figure BDA0002872609860000051
或者是其他微波可穿透的材料，也即该材料对于微波频谱的电磁波的吸收率相当地低。该组模具30内设有一模穴31(如图3所示，其仅示出该组模具30的一半)，模穴31的构型和车架20的构型互补。
步骤S2：包覆上述碳纤维复合材料10于一充气件40的外围(见图2所示)并将包覆后的碳纤维复合材料10与充气件40放置于模具30的模穴31内。通常，碳纤维复合材料10是呈薄层结构，而且是将多层碳纤维复合材料10包覆于充气件40的外围，充气件40为一气袋，在后续灌注高压气体于充气件40内时，气袋会膨胀，从而形成车架20的内壁的结构。在包覆碳纤维复合材料10完毕之后，将碳纤维复合材料10连同充气件40一同放置于模具30的模穴31内。
须说明的是，为了避免碳纤维复合材料10在结构上的尖端于后续的微波加热的步骤中出现尖端放电的现象，造成模具30损坏的问题，在步骤S2与步骤S3之间，还可以执行一步骤S2.5：包覆一层金属带B于包覆后的碳纤维复合材料10的结构上的尖端T1～T3。金属带B可以使用铝箔来包覆或者是黏贴金属胶带，从而避免尖端T1～T3吸收微波而尖端放电。上述碳纤维复合材料10的结构上的尖端T1～T3可以但不限于后续会成形为车架20的前管21的端缘、座管22的端缘以及后叉23的端缘(请见图4所示)。作为另一种避免发生尖端放电的可能方式，也可以选择执行步骤S2.8：在模具30的模穴31的适当位置P1～P3设置一层金属带B(请见图3所示)，上述适当位置P1～P3指的是对应于包覆后的碳纤维复合材料10的尖端T1～T3的位置，例如上述后续会成形为车架20的前管的端缘、座管的端缘以及后叉的端缘的位置。
步骤S3：以微波加热的方式加热并软化碳纤维复合材料10并通过充气件40对软化后的碳纤维复合材料10吹气，以使软化后的碳纤维复合材料10于模穴31内成形并固化为零组件。在本实施例中，是使用一微波炉60进行微波加热，如图5所示，微波炉60具有一磁控器(图中未示出)与一共振腔61，磁控器用以产生微波信号，产生的微波信号会被导引至共振腔61内以对于放置于共振腔61内的碳纤维复合材料10进行微波加热。共振腔61具有一底板611，并且底板611上设有一平台62，平台62距离底板611一预定高度H，平台62是采用微波可穿透的材料所制成，避免吸收微波信号。在某些情况下，平台62可设有多个镂空孔(图中未示出)，镂空孔可容许反射自共振腔61的底板611的微波信号经由镂空孔而传递至平台62上方。模具30连同包覆后的碳纤维复合材料10以及充气件40是放置于平台62上，使微波信号能穿透模具30并为碳纤维复合材料10所吸收，碳纤维复合材料10将因微波加热而软化，通过充气件40对软化后的碳纤维复合材料10进行吹气，充气件40将膨胀而挤压软化后的碳纤维复合材料10，在适度的模具30的压力下，软化后的碳纤维复合材料10将于模穴31内成形并产生架桥反应，最后固化为零组件(车架20)的构型。
通过实际的测试结果表明，相较于使用热介质进行加热，本发明通过微波加热的方式，能够让工艺中的加热时间由原本的40分钟下降至大约15分钟，大幅地缩短了整体零组件制造上的产出时间(throughput time)，另一方面，由于没有使用热介质，也不会出现热介质的热能逸散于环境中而造成热损耗的问题，遂能达成节能的效果并降低能耗，以上皆为本发明的特点所在。
本发明另提供一第二实施例。请参考图6至图14。
其中，第二实施例的零组件的制造方法同样是将一碳纤维复合材料10制成一零组件1，第二实施例是以制造如图14所示的自行车的车架20作为示例，然本实施例并不以此为限，碳纤维复合材料10会吸收微波频谱的电磁波，上述零组件的制造方法包括有以下步骤：
步骤S2.1：准备一组模具30，该组模具30是由微波能穿透的材料所制成。该组模具30内设有一模穴31(请参考图7，其仅示出该组模具30的一半)。模穴31在结构上可区分为一零组件成形区32、一薄片成形区33与两个套接件容置区34，其中零组件成形区32的构型和车架20的构型互补，薄片成形区33是连接于零组件成形区32中对应于车架20的前管21的部位的中段，上述两个套接件容置区34是分别连接于零组件成形区32中对应于车架20的前管21的部位的上端与下端。薄片成形区33的设置位置可依所欲制成的零组件1的实际结构与尺寸加以调整，在通常情况下，由于对应于车架20的前管21的中段的部位的碳纤维复合材料10是相对不易吸收微波且温度通常较低，因此本实施例将薄片成形区33设置在对应于车架20的前管21的中段的位置。
步骤S2.2：放置碳纤维复合材料10于模穴31内。在本实施例中，由于车架20是呈中空的结构，因此于本实施例中，如同第一实施例，是选择包覆碳纤维复合材料10于一充气件40的外围以形成一碳纤维复合材料本体11，并将一碳纤维复合材料薄片12黏贴于上述碳纤维复合材料本体11(如图8所示)，最后将黏贴后的碳纤维复合材料本体11与碳纤维复合材料薄片12共同地放置于模穴31内，其中碳纤维复合材料本体11是对应地放置于零组件成形区32，碳纤维复合材料薄片12是对应地放置于薄片成形区33。
为了避免碳纤维复合材料10在结构上的尖端于后续的微波加热的步骤中出现尖端放电的现象，造成模具30损坏的问题，在步骤S2.2时，还包括将包覆后的碳纤维复合材料10对应于前管21的上、下二端的部位分别套接一个金属套接件70(如图11与图12)。其中，请特别参考图9与图10，每个金属套接件70都具有相连接的一大径部71、一小径部72以及一贯孔75，大径部71具有一抵接环缘73，抵接环缘73位于大径部71与小径部72的交界处。当包覆后的碳纤维复合材料10的端缘抵接于大径部71的抵接环缘73时，包覆后的碳纤维复合材料10的端缘没有凸出于大径部71之外(如图11所示)并且端缘是局部地被大径部71所屏蔽，在套进金属套接件70后，将金属套接件70连同碳纤维复合材料10与充气件40放置于模穴31内，其中金属套接件70是放置于套接件容置区34。另外，大径部71的外周面还设有一流道74，模具30也设有一冷却液通道(图中未示出)，冷却液通道连通流道74。
步骤S2.3：以微波加热的方式加热并软化放在模具30内的碳纤维复合材料10，以使软化后的碳纤维复合材料10于模穴31内产生架桥反应并成形为一成形物8(如图13所示)。在本实施例中，同样是使用微波炉来进行加热，在碳纤维复合材料10软化的过程中，还通过充气件40的膨胀来形成上述成形物8的中空结构。成形物8在结构上包括有想要获得的零组件1以及连接零组件1的一薄片9，零组件1是由原本的碳纤维复合材料本体11所形成，薄片9是由原本的碳纤维复合材料薄片12所形成，零组件1是成形于模穴31的零组件成形区32，薄片9是成形于模穴31的薄片成形区33。之后，通过冷却液通道灌注冷却液至流道74，以对金属套接件70以及成形物8进行冷却，从而固化成形物8。
步骤S2.4：使用切削工具除去成形物8的薄片9以获得没有连接薄片9的零组件1，如此即可得到本实施所欲制成的零组件1(如图14所示)。
通过本实施例的零组件制造方法，通过薄片9大面积且容易快速吸收微波的特性，因此在进行微波加热的制程中，能够快速地将热量传递至零组件1温度较低的区域(上述温度较低的区域通常是位于零组件1的中央区域或者是容易反射微波的区域)，使得零组件1的每个区域都能快速地达到均温并达到产生架桥反应的温度，有效地缩短制程上的产出时间。
最后，必须再次说明的是，本发明于前述实施例中所公开方法及构成元件仅为举例说明，并非用来限制本发明的专利的保护范围，凡是未超脱本发明内容所作的简易结构改进或替换，或与其他等效元件的更替，仍应属于本发明申请专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种零组件的制造方法，是将一碳纤维复合材料制成一零组件，该碳纤维复合材料会吸收微波，该零组件的制造方法的步骤包括有：
准备一组模具，该组模具是由微波能穿透的材料所制成且该组模具内设有一模穴，该模穴包括有相连接的一零组件成形区与一薄片成形区；
放置该碳纤维复合材料于该模穴内；
以微波加热的方式加热并软化该碳纤维复合材料，以使软化后的该碳纤维复合材料于该模穴内成形为一成形物，该成形物包括有该零组件与连接该零组件的一薄片，其中该零组件成形于该零组件成形区，该薄片成形于该薄片成形区，固化该成形物；
除去该成形物的该薄片以获得没有连接该薄片的该零组件。
2.根据权利要求1所述的零组件的制造方法，其中在放置该碳纤维复合材料于该模穴内的步骤中，还包括包覆该碳纤维复合材料于一充气件的外围，并将包覆后的该碳纤维复合材料与该充气件放置于该模穴内；在以微波加热并软化该碳纤维复合 材料的步骤中，还包括通过该充气件以对软化后的该碳纤维复合材料进行吹气成形。
3.根据权利要求2所述的零组件的制造方法，其中在将包覆后的该碳纤维复合材料与该充气件放置于该模穴内的步骤中，还包括将包覆后的该碳纤维复合材料套接一金属套接件，其中该金属套接件具有相连接的一大径部与一小径部，该大径部具有一抵接环缘，并且包覆后的该碳纤维复合材料的端缘抵接于该大径部的该抵接环缘；该模穴还包括有一套接件容置区，在放置该碳纤维复合材料于该模穴内的步骤中，还包括将该金属套接件连同该碳纤维复合材料与该充气件放置于该模穴内，其中该金属套接件放置于该套接件容置区。
4.根据权利要求3所述的零组件的制造方法，其中该金属套接件还具有一贯孔，在将包覆后的该碳纤维复合材料与该充气件放置于该模穴内的步骤中，还包括将该充气件通过该贯孔。
5.根据权利要求3所述的零组件的制造方法，其中该金属套接件的外周面设有一流道，在固化该成形物的步骤中，通过将冷却液流经该流道以冷却该金属套接件与该成形物，进而固化该成形物。
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