CN1221664A - 自行车铝合金前叉管的一体成型制法 - Google Patents

Abstract

一种自行车铝合金前叉管的一体成型制法,是指选用具有二直列椭圆孔的铝挤型圆管作为坯材,先进行铣制运作,使铝挤型圆管被预制成前叉坯管雏型,随后在前叉坯管内摆设填胶模心,促使内载有填胶模心的前叉坯管能陆续接受管头缩管、锻型、支管缩管、型锻以及弯锻等加工制作步骤,以完成一体化成型制作铝合金前叉管的方法;运用此方法,能使前叉管上具有极大形变量的管头与二叉分支管均能被一体成型制成,且管壁间保有防止应力集中的滑顺曲度,以达到提升前叉管的强度的目的。

Description

自行车铝合金前叉管的一体成型制法

本发明涉及自行车铝合金前叉管的成型制造方法，尤指一种自行车铝合金前叉管的一体成型制法。

众所周知，利用铝合金材质所制成自行车的前叉管1形态(如图1所示)，是由一圆形管头11的底缘双侧分别连接二只具缩形管体的支管12及13，以及二支管12及13底端分别连接有扣部15所组成；以便利用管头11枢接于自行车三角架前端的龙头座管底部，以及利用二支管底端的扣部15来架锁前轮，达到支撑前轮及其转向的作用。

因此前叉管1的管头11，为能利于和龙头座管相枢接，是必须将管头11制成圆管状；且前叉管1的二支管12及13，为能跨组于前轮的双侧轮轴上，该二支管12及13间必须保有一跨轮夹角α；又因采用铝合金材质制成的前叉管1的二支管12及13，为考虑应力分散效应的前题下，皆是将二支管12及13制成缩管状，以便利用缩管端往上逐渐扩管的应力分散效应，来有效的吸收前轮所传导而至的反向作用力；同时二支管12及13皆制有弧弯曲度，用以在前轮轮轴与自行车龙头间形成抗力臂，并藉抗力臂所形成的扭矩来节省转向施力；在这些已知且属不可或缺的条件下，坊间业者在制作前叉管1时，因管头11与二支管12及13间的叉分形变量较大，无法一体制成，因此都是先将圆形管头11与二支管12及13分别成型制造，使管头11底端具有二栓头110，以利插接于二支管12及13的顶端管孔120内，再于插接部位中涂胶粘固，使插接部位形成有胶合缝隙14，同理二支管12及13底端的管孔130内亦是利用插接方式，将具有栓头150的扣部15胶固粘合，藉以制成常见拼组式的铝合金前叉管1形态(如图1所示)。

然而，利用栓头110及150的组套胶固方式，使管头11与扣部15能被结合在二支管12及13上，虽然是长久以来一直被业界惯用的方法，惟在管头11与二支管12及13间因具有较大的弧曲弯形量，是应力传导较难有效分散的部位，再加上常用技术是采用胶合粘固的连接方式，以迫使该管头11与二支管12及13间的接缝连接部位极易造成应力集中的迫害，为其问题所在；反观，二支管12及13底端与扣部15相连接部位，虽同为利用插接胶合方式连组，惟此连接部位的形变量极微，应力传导极为顺畅，不致造成前述部位的应力集中现象；因此，就铝合金制成的前叉管1而言，具有较大弯曲形变量的管头11与二支管12及13难予一体成型制成，已造成业界制作技术上朝向高品质目标前进的严重阻碍，针对此问题点，正是本发明的研创动机所在。

本发明的主要目的为：提供一种自行车前叉管的一体成型制法，促使能运用自选材、铣切、摆设模心、管头缩管、锻型、支管缩管、型锻以及弯锻等首创的连贯性制程特点，而能够一体化制成铝合金前叉管，藉以免除已有技术采用胶合组接方式易造成应力集中的迫害，进而提升前叉管的强度及其美观性的制程效益。

本发明的目的是这样实现的：一种自行车铝合金前叉管的一体成型制法，是包含选用铝挤型圆管作坯材，并经过铣制、摆设模心、管头缩管、锻型、支管缩管、挤型以及弯锻等制程，以便将铝合金前叉管的成型管头、双侧肩部、跨部、弧扁部与成型支管一体化成型制作完成；其中在摆设模心时，是使用一种具可塑性的填胶模心，为利用PVC或PET成型胶模内载填充料后加以封口所制成，其填充料的种类中有使用热熔胶加铁砂或钢珠而均匀混制装填；其特征为：

先选用具有二直列椭圆孔的铝挤型圆管作坯材，进行铣制作业，主要是将铝挤型圆管的一端内部铣制成具有一定深度的圆孔，形成管头雏型；再续将未被铣除连通的二椭圆孔之间壁面铣制成具管沟的形态，促使管沟双侧形成二只具椭圆孔的椭圆支管，以预制成前叉坯管形体；

接序摆设模心，是在前叉坯管的管头内的圆孔中，以及二椭圆支管内的椭圆孔中，置入一相同型体的可塑性填胶模心；

随后对已摆设有填胶模心的前叉坯管进行管头缩管制作步骤，是利用一管头缩管模束缩加工该前叉坯管的雏形坯管头，以便将坯管头缩制成底缘具双侧肩部的成型缩径形体；

接着对管头缩径制作步骤完成的前叉坯管，进行锻型加工制程，是利用一对半分形的锻型模具，一同对前叉坯管的整体进行合模的锻型加工，使已缩径的坯管头的双端管壁，能被锻制形成有平面，且二椭圆支管亦被一同锻制成圆孔支管形态，以利后续进行支管缩管加工制作步骤的进行；

支管缩管加工制程，主要是利用一组具有二道同款螺旋缩径穴壁形体的支管缩管模，对着二只圆孔支管给进加工，使能利用二道螺旋缩径穴壁及，采环周渐进式束缩二圆孔支管的管壁，使能束缩成所需斜锥度的缩型圆孔支管形态；

接着支管缩管制作步骤完成的前叉坯管，便接着进行型锻加工制程，是利用一管头护模、一跨撑模以及双侧的支管护模所组成的型锻模组，对前叉坯管进行型锻的加工；该管头护模，是套设于坯管头及其肩部上；该双侧支管护模，是分别搭组于二缩型圆孔支管的外壁上；并促使跨撑模，能从二缩型圆孔支管间的管沟处，由外往内向跨部方向挤进；使二缩型圆孔支管，能在跨撑模与双侧支管护模间，被向外撑锻形成跨轮夹角α状态；且坯管头及其双侧肩部，均被管头护模型锻成成型管头的实际型体；同时坯管头底面的跨部亦被跨撑模型锻成实际跨轮曲度的轮廓；并且双侧缩型圆孔支管的内侧壁，亦被跨撑模型锻成弧扁部的实际需求轮廓，以完成型锻加工的运作；

将已具成型管头、肩部、跨部、跨轮夹角α以及具有弧扁部的双侧缩型圆孔支管的前叉坯管，置于一对半分形的弯锻模之中，进行弯锻前叉坯管的加工制作，促使能将二缩型圆孔支管弯锻塑型成所需弧曲的跨轮弯度；

完成弯锻加工后，将填胶模心截口取出，进而完成一体成型制作前叉管的方法。

在铣制成前叉坯管后，雏形管头内的圆孔是与二雏形支管内的椭圆孔相连通成一体。

在本发明制程中，选用具有二直列椭圆孔的铝挤型管作为坯材，其目的是利于运用成型铣刀的切铣运作，而将具有二椭圆孔的铝挤型管，铣制成管体内具有一管头圆孔与二叉分的支管椭圆孔相连通的形态，以便能预先制成一体化的前叉坯管的管孔雏型，并利于后续装卸模心、管头缩管、锻型、支管缩管、挤型以及弯锻等加工制程的运作。同时；

在本发明制程中装设模心的技术，是使用利于装载及卸除的一种可塑性填胶模心，隶属本发明人日前所创已获准专利的已知技术(台湾申请第85105398号)，其主要是利用PVC或PET成型胶模内载填充料后加以封口所制成，其填充料的种类中有使用热熔胶加铁砂，或加钢珠而均匀混制装填完成，即是为本发明所引用的范畴，其能使模心具备有所需求的锻塑强度及可塑性，以利于承载管壁在塑性形变时的强度需求，并利于使用前后的装填模心与卸除模心的运作。另外；

本发明制程中关于管头缩管的技术，是利用一管头缩管模，对前叉坯管的坯管头进行锻塑加工，能使坯管头预先缩径，并成型出双侧肩部，以利后续对前叉坯管进行锻型、挤型等的阶段性加工塑型运作。

本发明制程中关于锻型的技术，是利用一对半分形的锻型模，对前叉坯管的坯管头进行二次锻型的加工，同时亦同步将二椭圆支管锻塑成圆形支管形体，以利后续支管缩管的加工运作。

本发明制程中关于支管缩管的加工技术，主要是运用一具有二螺旋缩径模穴的支管缩管模，能将二圆形支管予以束缩成所需斜锥径度形体。此缩管技术为属本发明人日前所创的专利已知技术(台湾申请第86116632号)，其主要是利用螺旋摆线状的缩径穴壁，使能和支管管壁在渐进推挤抵触后，能随推挤速度以及螺旋缩径穴壁的斜锥度，而将管壁环周渐进束缩成所需径度、形体及斜锥度，以利取得缩管塑型的效果。

在本发明制程中关于型锻的加工技术，是运用一管头护模、一跨撑模以及二支管护模所组成的型锻模组，对前叉坯管进行型锻的加工，能使坯管头底端的跨部能被型锻成型，同时促使二支管间被撑锻成型出具有跨轮夹角的形态。

本发明制程中另关于弯管的技术，是使用一对半分形的弯管模，能在对二支管进行合模弯锻时，一同将坯管头一并护持在模穴中，以保支管管壁的弯锻塑型的顺畅性，并使二支管得以被弯锻塑成所需弧曲度。

因此本发明能针对具有极大叉口形变量及弧曲弯度的前叉管进行一体化的塑型加工，此为业界所难于施行的技术领域，然而却能够在本发明中被逐项完成。

综上所述，本发明提供的一种自行车铝合金前叉管的一体成型制法，特别是选用具有二直列椭圆孔的铝挤型管作为坯材，使能运用成型铣刀的切铣运作，将铝挤型管预制成前叉坯管型体；并运用填胶模心的可塑性及其利于自成型管孔中被取出的特性，促使前叉坯管能具有足够的强度再经管头缩管、锻型、支管缩管、型锻以及弯锻等塑型加工制程，而使自行车铝合金前叉管的圆孔管头及二弧弯缩型支管的连接形态，使自行车铝合金前叉管得以被一体化制成，从而提升铝合金前叉管上未具胶合缝隙的强度及其美观性。

为使能更加深入地了解本发明，兹配合附图举实施例对本发明作进一步详细说明如后：

附图的简单说明：

图1：是为常见插接胶合而成的前叉管立体图；

图2：是为本发明将铝挤型管一体制成前叉管的立体标示图；

图3：是为本发明运用铣切方法将挤型管制成前叉坯管的剖示图；

图4：是本发明沿图3中A-A’线断面剖示图；

图5：是本发明沿图3中B-B’线断面剖示图；

图6：是本发明在前叉坯管中装设模心并进行管头缩管的塑型加工的剖示图；

图7：是本发明沿图6中C-C’线断面剖示图；

图8：是本发明沿图6中D-D’线断面剖示图；

图9：是本发明沿图6中E-E’线断面剖示图；

图10：是本发明对前叉坯管进行锻型加工的剖示图；

图11：是本发明沿图10中F-F’线断面剖示图；

图12：是本发明沿图10中G-G’线断面剖示图；

图13：是本发明对前叉坯管进行支管缩管的塑型加工的剖示图；

图14：是本发明对前叉坯管实施型锻的加工的剖示图；

图15：是本发明沿图14中H-H’线断面剖示图；

图16：是本发明沿图14中I-I’线断面剖示图；

图17：是本发明对前叉坯管进行弯锻加工时的剖示图；

图18：是本发明卸除填胶模心后展现一体成型制成的中空前叉管的示意图。

附图标号说明：

前叉管2              跨部20

弧扁部200            成型管头21

肩部22,23            成型支管24,25

铝挤型圆管3          前叉坯管30

椭圆孔31,32          圆孔33

坯管头34             平面341,342

管沟35               支管36,37

圆孔支管360,370

缩型圆孔支管361,371

填胶模心4            成型胶模41

填充料42             管头缩管模5

锻型模具6,61         支管缩管模7

螺旋缩径穴壁71,72    型锻模组8

管头护模81           成型管头的模穴810

跨撑模82             跨部的模穴820

弧扁部的模穴821      支管护模83

半圆模穴830          弹簧831,832

基壁833              弯锻模9,91

跨轮夹角α

首观图2所示，本发明提供一体成型制成自行车铝合金前叉管2的方法，主要是选用具有二直列椭圆孔31及32的铝挤型圆管3作坯材，使能制成具成型管头21、双侧肩部22及23与成型支管24及25一体化的前叉管2形体。

如图3所示，该制法中，有关铣切制程，是使用合适的成型铣刀，先将铝挤型圆管3一端内部，铣成具一定深度的圆孔33，使铝挤型圆管3该形成为具有圆孔33的坯管头34雏型(配合图4所示)；再将未被铣除连通的二椭圆孔31及32之间的壁面，利用另一合适的成型铣刀铣制成一管沟35形态，促使管沟35侧分别形成有二只具椭圆孔31及32的椭圆支管36及37(配合图5所示)；藉此，促使坯管头34雏型的圆孔33能与二支管36及37的椭圆孔31及32相连通成一体，形成预制成型的前叉坯管30形体(如图3所示)。

接序进行摆设模心以及管头缩管制程，主要是将相连通的前叉坯管30上的坯管头34内圆孔33，以及二支管36及37内的椭圆孔31及32中，置入一同等型体且具可塑性的填胶模心4(如图6所示)；再利用一管头缩管模5束缩加工前叉坯管30的坯管头34，促使仅具雏型的坯管头34，能被缩制成底缘具双侧肩部22及23的成型缩径型体(如图6所示)，而填胶模心4能在管内支撑其管壁的大量的塑型形变量，促使仅具有限锻塑强度的铝合金制坯管头34，能在己身已缩径的前题下(配合图7所示)一并预制成具有双侧肩部22及23的成型管头21(如图2所示)雏型。此制程中，二支管36及37并未被管头缩管模5所加工，因此仍保有椭圆孔31及32的管壁型体(配合图8所示)，并在内载填胶模心4的环境下，促使已缩径的坯管头34、双侧肩部22及23与二椭圆支管36及37(配合图9所示)，呈现出略为弧曲叉分连通的前叉管雏型。

随后前叉坯管30便进入锻型制作步骤，是利用一对半分形的锻型模具6及61(如图10所示)，一同对前叉坯管30的整体进行合模的锻型加工运作，使圆形缩径的坯管头34的双端管壁，能被锻制形成有提增强度的平面341及342(配合图11所示)，且二椭圆支管36及37亦被一同锻制成圆孔支管360及370形态(配合图12所示)，以利后续支管缩管加工制作步骤的进行。同时，在此锻型制程中，填胶模心4亦能在管内发挥分散锻压作用力之效，促使前叉坯管30的整体管壁间不致产生超载的变形。

接着，被锻型后的前叉坯管30便需对其二圆孔支管360及370进行缩管制作步骤；其主要是利用一组具有二道同款螺旋缩径穴壁71及72形体的支管缩管模7(如图13所示)，对着二只圆孔支管360及370(如图12所示)给进，使能利用二道螺旋缩径穴壁71及72，采取环周渐进式束缩二圆孔支管360及370的管壁，使能束缩成所需斜锥度的缩型圆孔支管361及371形态(如图13所示)。此支管缩管制作步骤中，前叉坯管30中的填胶模心4亦是不可或缺的重要填装物，促使二支管管壁在缩型时，能保有抵抗螺旋缩径穴壁71及72的渐进挤缩作用力的撑持管壁效用。

接受支管缩管制作步骤完成的前叉坯管30，便接着进行型锻加工制程，其主要是利用一管头护模81、一跨撑模82以及双侧的支管护模83所组成的型锻模组8，对前叉坯管30进行型锻的加工(如图14所示)。其中管头护模81中具有成型管头21实际轮廓的模穴810，是套设于坯管头34及其肩部22及23上；双侧的支管护模83，具有缩型圆孔支管361及371外壁形体的半圆模穴830(配合图15所示)，同时在支管护模83的外侧模壁间，设有弹簧831及832连接至基壁833上；在尚未实施挤型加工时，该半圆模穴830是分别搭合于二缩型圆孔支管361及371的外壁上；该跨撑模82，其头端及双侧是分别制成前叉管2的跨部20实际轮廓的模穴820，及其延伸至双侧支管弧扁部200的实际轮廓的模穴821成型。

使于进行型锻加工时(如图14所示)，能从二缩型圆孔支管361及371间的管沟35处，由外往内向跨部20方向挤进跨撑模82，使二缩型圆孔支管361及371及其外侧护持的支管护模83，皆被向外挤撑而呈现展开至一跨轮夹角α状态，使支管护模83能藉由其外壁间的弹簧831及832，来吸收其接受挤撑时的作用力，同时维持其向外弧摆展开时的稳定性，一当跨撑模82挤进至与双侧支管护模83及顶端管头护模81相嵌合时，包藏于管头护模81内的坯管头34及其双侧肩部22及23均被型锻成成型管头21的实际需求型体，且其底面的跨部20亦被跨撑模82型锻成实际跨轮曲度的轮廓，同时双侧缩型圆孔支管361及371的内侧壁，则被跨撑模82型锻成弧扁部200的实际轮廓型体，并与外侧被支管护模83护持的半圆管壁相延接成型(配合图15所示)，此时双侧缩型圆孔支管361及371的下端部并未被跨撑模82所型锻，因此仍呈现圆体管状延伸(配合图16所示)，藉以完成挤型加工的运作。

随后，将已具有成型管头21、肩部22及23、跨部20、跨轮夹角α以及具有弧扁部200的双侧缩型圆孔支管361及371的前叉坯管30，置于一对半分形的弯锻模9及91之中，进行弯锻前叉坯管30的加工制作(如图17所示)，促使能将二缩型圆孔支管361及371弯锻塑型成所需弧曲的跨轮弯度。

完成将弯锻加工后，即已一体成型制成前叉管2的实际需求型体，但尚需将管内的填胶模心4取出，其方式是将填胶模心4施予截口，并经摇摆推挤等方式将软质的填胶模心4自成型管孔中取出，以展现前叉管2的中空管壁成型轮廓(如图18所示)，以达提升前叉管的强度及美观性。

在前述制程中，使用利于装载及卸除的可塑性填胶模心4，是属本发明人日前所创已获准专利的已知技术(台湾申请第85105398号)，在此已知技术中，主要是利用PVC或PET成型胶模41内载填充料42后加以封口所制成，其填充料的种类中有使用热熔胶加铁砂或钢珠而均匀混制装填，即是为本发明所引用的范畴，其能使模心具备有所需求的锻塑强度及可塑性，以利于承载管壁在塑型形变时的强度需求，并利于使用前后的装填模心与卸除模心的运作(如图6至图13所示)。

另外，本发明制程中使用的支管缩管模7，是引用本发明人日前所创的专利技术(台湾申请第86116632号)，其特点为模体内皆能依照缩管起伏轮廓的成型需求，而制有螺旋缩径穴壁成型，以便利用螺旋摆线状的缩径穴壁，来将工件管壁的环周，渐进束缩成所需径度、形体及斜锥度。

又，本发明中，前叉坯管30雏件在尚未摆设填胶模心4的前，是必须对其实施必要的退火处理，以提升其塑性强度；再者，当一体成型制成前叉管2并取出填胶模心4后，该已成型的中空前叉管2亦须接受必要的热处理，以提升其各部位间的成型强度；然而该等热处理技术是随着选用不同铝合金的材质特性而有所变化，如固熔化处理及人工时效等热处理技术的搭配运用，以助于强度及成型性能获得均衡的协调，并利于连续塑型加工的运作；惟该等处理技术，皆属通用的已知技术范畴，在本发明中仅搭配应用，非为主要技术的特征。

针对上述，本发明制程中所使用的制程模具设备虽属已知技术可完成，惟自选材始迄各制程间的相互搭配应用，使能将铝合金前叉管2一体制成的技术，是属前所未见，且对于提增其强度与品质的贡献极大，应属具备高度技术的进步性的制造方法。

Claims (2)

1、一种自行车铝合金前叉管的一体成型制法，其特征在于：是包含选用铝挤型圆管(3)作坯材，并经过铣制、摆设模心、管头缩管、锻型、支管缩管、挤型以及弯锻等制程，以便将铝合金前叉管(2)的成型管头(21)、双侧肩部(22)及(23)、跨部(20)、弧扁部(200)与成型支管(24)及(25)一体化成型制作完成；其中在摆设模心时，是使用一种具可塑性的填胶模心(4)，为利用PVC或PET成型胶模(41)内载填充料(42)后加以封口所制成，其填充料的种类中有使用热熔胶加铁砂或钢珠而均匀混制装填；其制程步骤为：

先选用具有二直列椭圆孔(31)及(32)的铝挤型圆管(3)作坯材，进行铣制作业，主要是将铝挤型圆管(3)的一端内部铣制成具有一定深度的圆孔(33)，形成管头(34)雏型；再续将未被铣除连通的二椭圆孔(31)及(32)之间壁面铣制成具管沟(35)的形态，促使管沟(35)双侧形成二只具椭圆孔(31)及(32)的椭圆支管(36)及(37)，以预制成前叉坯管(30)形体；

接序摆设模心，是在前叉坯管(30)的管头(34)内的圆孔(33)中，以及二椭圆支管(36)及(37)内的椭圆孔(31)及(32)中，置入一相同型体的可塑性填胶模心(4)；

随后对已摆设有填胶模心(4)的前叉坯管(30)进行管头缩管制作步骤，是利用一管头缩管模(5)束缩加工该前叉坯管(30)的雏形坯管头(34)，以便将坯管头(34)缩制成底缘具双侧肩部(22)及(23)的成型缩径形体；

接着对管头缩径制作步骤完成的前叉坯管(30)，进行锻型加工制程，是利用一对半分形的锻型模具(6)及(61)，一同对前叉坯管(30)的整体进行合模的锻型加工，使已缩径的坯管头(34)的双端管壁，能被锻制形成有平面(341)及(342)，且二椭圆支管(36)及(37)亦被一同锻制成圆孔支管(360)及(370)形态，以利后续进行支管缩管加工制作步骤的进行；

支管缩管加工制程，主要是利用一组具有二道同款螺旋缩径穴壁(71)及(72)形体的支管缩管模(7)，对着二只圆孔支管(360)及(370)给进加工，使能利用二道螺旋缩径穴壁(71)及(72)，采环周渐进式束缩二圆孔支管(360)及(370)的管壁，使能束缩成所需斜锥度的缩型圆孔支管(361)及(371)形态；

接着支管缩管制作步骤完成的前叉坯管(30)，便接着进行型锻加工制程，是利用一管头护模(81)、一跨撑模(82)以及双侧的支管护模(83)所组成的型锻模组(8)，对前叉坯管(30)进行型锻的加工；该管头护模(81)，是套设于坯管头(34)及其肩部(22)及(23)上；该双侧支管护模(83)，是分别搭组于二缩型圆孔支管(361)及(371)的外壁上；并促使跨撑模(82)，能从二缩型圆孔支管(361)及(371)间的管沟(35)处，由外往内向跨部(20)方向挤进；使二缩型圆孔支管(361)及(371)，能在跨撑模(82)与双侧支管护模(83)间，被向外撑锻形成跨轮夹角α状态；且坯管头(34)及其双侧肩部(22)及(23)，均被管头护模(81)型锻成成型管头(21)的实际型体；同时坯管头(34)底面的跨部(20)亦被跨撑模(82)型锻成实际跨轮曲度的轮廓；并且双侧缩型圆孔支管(361)及(371)的内侧壁，亦被跨撑模(82)型锻成弧扁部(200)的实际需求轮廓，以完成型锻加工的运作；

将已具成型管头(21)、肩部(22)及(23)、跨部(20)、跨轮夹角α以及具有弧扁部(200)的双侧缩型圆孔支管(361)及(371)的前叉坯管(30)，置于一对半分形的弯锻模(9)之中，进行弯锻前叉坯管(30)的加工制作，促使能将二缩型圆孔支管(361)及(371)弯锻塑型成所需弧曲的跨轮弯度；

完成弯锻加工后，将填胶模心(4)截口取出，进而完成一体成型制作前叉管(2)的方法。

2、如权利要求1所述的自行车铝合金前叉管的一体成型制法，其特征在于：在铣制成前叉坯管(30)后，雏形管头(34)内的圆孔(33)是与二雏形支管(36)及(37)内的椭圆孔(31)及(32)相连通成一体。

Images