TWI603858B

TWI603858B - A core-stock material, a core-molding device, and a method of manufacturing the composite rim using the core-type device

Info

Publication number: TWI603858B
Application number: TW105138260A
Authority: TW
Inventors: Sho Chang Lee
Original assignee: Gigantex Composite Technologiesco Ltd
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-11-01
Also published as: TW201819211A

Description

模芯胚材、模芯裝置及應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法

本發明是有關於一種輪圈，特別是指一種模芯胚材、模芯裝置及應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法。

現今一種複合材料輪圈在製造時，通常是利用一外模具配合一模芯來加以成型，一般而言該模芯的設計方式可區分成不可拋式模芯與可拋棄式模芯這兩大類。

其中，不可拋式模芯（例如美國專利第US6347839號、第US8070235、台灣新型專利第M371079號）一般是由數個模體組合來組成該模芯，最常見的設計為由一中模體組合與二側模體組合的所組成的三件式模芯，在該輪圈成型後，此種模芯在脫模時是先將該中模體組合取出，以讓該等側模體組合可朝內潰縮，而脫開該輪圈，然而，該中模體組合與該等側模體組合實際上整圈360度要分拆成數模塊（例如每90度一塊，拆成四塊），在排疊複合材料前的組合工序繁瑣，且用於成型不同輪徑的輪圈的模芯並無法互相通用，生產彈性不如可拋棄式模芯，而且，該中模體組合與該等側模體組合的模塊間常會產生縫隙與段差，且在用久磨耗後，彼此之間常會產生交縫，會對輪圈的成型品質與外觀造成影響。

另外，可拋式模芯的設計變化較多，例如台灣發明專利第I236983號的模芯是由可彈性變形的矽膠製成，具有容易脫模的好處，然而，此種模心容易扭轉變形的材料特性，卻也會影響輪圈的成型精度；再者，台灣發明專利第I530388號的模芯則是以水溶性樹脂混合砂製成，在脫模時需以水或水溶液將該模芯溶化，使之從輪圈中流出，然而，由於一般碳纖維輪圈在成型後表面其實都會有些許針孔，特別是編織布表面，因此，這種泡水脫模的方式，除了會導致水分易與殘留在針孔內的硬化劑產生反應，而形成影響輪圈外觀的白點之外，而且，水分也會從這些針孔滲入並擴散，而破壞碳纖維輪圈的層間結構；此外，台灣發明專利第201043488號的模芯則是由一氣袋與填置於該氣袋內的一熱收縮材所組成，然而，此種模芯在輪圈的成型過程中，除了需先利用一輸送設備將該熱收縮材注入該氣袋內之外，更需加熱使該熱收縮材融溶為液態，同時並對該氣袋充氣，然後，再洩氣縮小該模芯的體積，才能順利脫模，此種模芯的製備與脫膜的作業均相當繁瑣。

因此，本發明之一目的，即在提供一種成型精度佳、易於製備且便於脫模的模芯胚材。

於是，本發明模芯胚材，包含二胚材端面、一胚材內周面，及一胚材外周面。

該等胚材端面在一長度方向上互相相反。

該胚材內周面沿該長度方向連接於該等胚材端面之間，並界定出一沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的插接通孔。

該胚材外周面沿該長度方向連接於該等胚材端面之間，並具有一底面部、二與該底面部連接並在一橫方向上互相間隔的側面部、二分別形成於該等側面部並沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的勾唇成型槽，及一形成於該底面部並沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的墊圈容槽。

本發明之另一目的，即在提供一種成型精度佳、易於製備且便於脫模的模芯裝置。

本發明模芯裝置，包含一剛性的胚捲，及一墊圈。

該胚捲呈封閉環圈狀，該胚捲具有一捲曲的模芯胚材，及一設置於該模芯胚材的連接件，該模芯胚材具有二互相面對的胚材端面、一沿一長度方向連接於該等胚材端面之間的胚材內周面，及一沿該長度方向連接於該等胚材端面之間的胚材外周面，該胚材內周面界定出一沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的插接通孔，該胚材外周面具有一底面部、二與該底面部連接並在一橫方向上互相間隔的側面部、二分別形成於該等側面部並沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的勾唇成型槽，及一形成於該底面部並沿該長度方向從其中一胚材端面延伸至另一胚材端面的墊圈容槽，該連接件具有二分別從該等胚材端面插入該插接通孔的連接端部。

該墊圈呈封閉環圈狀，該墊圈沿該長度方向設置於該墊圈容槽。

本發明之再一目的，即在提供一種成型精度佳、易於製備且便於脫模的應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法。

本發明應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法，包含：

（A）準備上述的該模芯裝置。

（B）將一複合材料排疊於該模芯裝置，使該複合材料包覆該胚材外周面的底面部與側面部及該墊圈。

（C）將該模芯裝置與該複合材料入模熱壓，使該複合材料成型為一輪圈外框。

（D）開模取出該模芯裝置與該輪圈外框。

（E）切割該胚捲至切到該墊圈，並沿該長度方向將該胚捲切割成兩半，使該胚捲變成二半胚捲。

（F）使該等半胚捲與該墊圈脫開該輪圈外框。

本發明之功效在於：本發明該模芯胚材在未捲曲之前可根據所欲生產的不同輪圈外框的輪徑尺寸，裁切出所需的長度再加以彎曲，以與該連接件組合成適用於不同輪徑尺寸的該胚捲，該模芯胚材與該連接件的通用性高，再者，本發明該模芯裝置的胚捲的模芯胚材與連接件均不會輕易扭轉變形，可有效維持該輪圈外框的成型精度，此外，本發明應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法在該輪圈外框成型後，只需沿該長度方向將該胚捲切割成兩半，即可輕易地讓該等半胚捲與該墊圈脫開該輪圈外框，而更好脫模。

參閱圖1、2，為本發明模芯裝置100的一實施例，該模芯裝置100包含：一剛性的胚捲10，及一墊圈20。

如圖2、3、4所示，該胚捲10呈封閉環圈狀，該胚捲10具有一捲曲的模芯胚材30，及一設置於該模芯胚材30的連接件40。

該模芯胚材30具有二互相面對的胚材端面31、一沿一長度方向L連接於該等胚材端面31之間的胚材內周面32，及一沿該長度方向L連接於該等胚材端面31之間的胚材外周面33。

該胚材內周面32界定出一沿該長度方向L從其中一胚材端面31延伸至另一胚材端面31的插接通孔34。

在本實施例中，該胚材外周面33具有一底面部331、二與該底面部331連接並在一橫方向W上互相間隔的側面部332、二分別形成於該等側面部332並沿該長度方向L從其中一胚材端面31延伸至另一胚材端面31的勾唇成型槽333、一形成於該底面部331並沿該長度方向L從其中一胚材端面31延伸至另一胚材端面31的墊圈容槽334、一位於該等側面部332上方的頂面部335，及二連接於該頂面部335平行於該長度方向L的兩邊緣與該等側面部332的頂緣之間的受力面部336，該等受力面部336沿該長度方向L互相平行，該橫方向W相交於該長度方向L。

在本實施例中，該模芯胚材30的插接通孔34具有一主孔部341，及二在該橫方向W上互相間隔並從該主孔部341底側朝該胚材外周面33的底面部331延伸的受力凹槽部342，該等受力凹槽部342在該橫方向W上位於該墊圈容槽334的相反兩側。

如圖2所示，該連接件40具有二相反的連接端部41，及一連接於該等連接端部41之間的隔板部42。

如圖3、4、5所示，該等連接端部41分別從該等胚材端面31插入該插接通孔34兩端，在本實施例中，每一連接端部41的橫截面的外輪廓形狀與該模芯胚材30的插接通孔34的橫截面形狀一致。

在本實施例中，該隔板部42夾置於該等胚材端面31之間，該隔板部42具有一隔板外周面421、二形成於該隔板外周面421並分別與該等勾唇成型槽333連通的成型槽422，及一形成於該隔板外周面421並與該墊圈容槽334連通的容槽423，該隔板外周面421的橫截面形狀與該胚材外周面33的橫截面形狀一致。

如圖2、3、5所示，該墊圈20呈封閉環圈狀，在本實施例中，該墊圈沿20該長度方向L設置於該墊圈容槽334與該容槽423。

要說明的是，如圖6所示，該胚捲10的模芯胚材30在未捲曲之前，原是沿該長度方向L呈直線狀的鋁擠型構造，在此狀態下，呈直線狀的該模芯胚材30除了該等胚材端面31在該長度方向L是互相相反之外，其餘的構造關係均相同於呈捲曲狀的該模芯胚材30（見圖2），在實際製造該胚捲10時，使用者可視所欲生產的輪圈的輪徑尺寸，先將呈直線狀的該模芯胚材30裁切出所需的長度，接著，將該連接件40的其中一連接端部41從呈直線狀的該模芯胚材30的其中一胚材端面31插入該插接通孔34，然後，再將呈直線狀的該模芯胚材30彎曲至呈捲曲狀，並使該連接件40的另一連接端部41從呈捲曲狀的該模芯胚材30的另一胚材端面31插入該插接通孔34，即可完成該胚捲10的製造。

參閱圖13，本發明應用該模芯裝置100的製造複合材料輪圈的方法的一實施例，包含以下步驟：

步驟510：如圖1、13所示，準備該模芯裝置100。

步驟520：如圖7、13所示，將一複合材料200排疊（lay up）於該模芯裝置100，使該複合材料200同時包覆該模芯胚材30的胚材外周面33的底面部331與側面部332、該連接件40的隔板外周面421（見圖5）對應於該胚材外周面33的底面部331與側面部332的部分及該墊圈20。在本實施例中，該複合材料200具有纖維複合材料，較佳地，該複合材料200是碳纖維布預浸樹脂。

步驟530：如圖7、8、13所示，將該模芯裝置100與該複合材料200入模熱壓，使該複合材料200成型為一輪圈外框210，該輪圈外框210具有二用來讓一輪胎（圖未示）嵌卡定位的勾唇211。在本實施例中，是將該模芯裝置100與該複合材料200置入一模具300中進行加熱與加壓，該複合材料200位於該模芯胚材30的勾唇成型槽333與該連接件40的成型槽422（見圖5）內的部分會成型出該輪圈外框210的勾唇211。

步驟540：如圖8、13所示，開模取出該模芯裝置100與該輪圈外框210。在本實施例中，是將該模具300（見圖7）開模，以取出該模芯裝置100與該輪圈外框210。

步驟550：如圖9、10、13所示，切割該胚捲10至切到該墊圈20，並沿該長度方向L（見圖3）將該胚捲10切割成兩半，使該胚捲10變成二半胚捲11。在本實施例中，是利用一刀具400切割該胚捲10與該墊圈20，該刀具400在該橫方向W上具有一刀寬W1，該刀寬W1大於每一勾唇成型槽333在該橫方向W上的一勾唇深度W2，該刀寬W1也會大於每一成型槽422（見圖5）在該橫方向W上的一勾唇深度W2（見圖5）。該刀寬W1大於該墊圈20在該橫方向W上的一寬度W3，但不限於此，在本實施例的其他變化例中，該墊圈20在該橫方向W上的寬度W3也可大於該刀寬W1（圖未示）。可以理解的是，該墊圈20可防止該刀具400割傷該輪圈外框210，而且，在該刀具400切割完成後，該等半胚捲11之間會形成一脫膜間隙12。

步驟560：如圖10、11、13所示，使該等半胚捲11與該墊圈20脫開該輪圈外框210。在本實施例中，對每一半胚捲11上的受力面部336與受力凹槽部342施力，使該等半胚捲11脫開該輪圈外框210，較佳地，可先利用一手工具（圖未示）施加一力量F去推動每一半胚捲11上的受力面部336，或去勾動每一半胚捲11上的受力凹槽部342，而使每一半胚捲11朝該脫膜間隙12移動，而順利地脫開該輪圈外框210，然後，再移除該墊圈20殘餘的部分。

藉此，如圖12所示，即可完成該輪圈外框210的製造，要說明的是，在該輪圈外框210製造過程中或完成後，當然可以採用各種習知的製造方式去製造出一與該輪圈外框210連接在一起的輪圈內框220，例如同為複合材料的輪圈內框220就適合在步驟510起採用氣袋型模芯參與排疊，鋁合金材料的輪圈內框220就適合在步驟530起參與壓黏，或在步驟560後黏結。

經由以上的說明，可再將本發明的優點歸納如下：

一、本發明模芯裝置100的胚捲10的模芯胚材30在未捲曲之前是沿該長度方向L呈直線狀的鋁擠型構造，使用者視所欲生產的不同輪圈外框210的輪徑尺寸，將呈直線狀的該模芯胚材30裁切出所需的長度再加以彎曲，即可與該連接件40組合成適用於不同輪徑尺寸的該胚捲10，相較於習知技術，本發明該模芯胚材30與該連接件40可通用於不同輪徑尺寸的輪圈的製造，生產彈性佳，同時，本發明該模芯裝置100的胚捲10與墊圈20的製備也相當容易。

二、本發明模芯裝置100的胚捲10是剛性構造，不會輕易扭轉變形，相較於習知技術，本發明可有效維持該輪圈外框210的成型精度。

三、本發明應用該模芯裝置100的製造複合材料輪圈的方法在該輪圈外框210成型後，只需沿該長度方向L將該胚捲10切割成兩半，再將該等半胚捲11朝內推動，即可輕易地讓該等半胚捲11與該墊圈20脫開該輪圈外框210，相較於習知技術，本發明製造複合材料輪圈的方法不僅可有效維持該輪圈外框210的成型精度，而且更好脫模，同時在脫模的過程中，也不會對該輪圈外框210的層間結構與外觀造成不良的影響。

值得一提的是，本發明該連接件40也可取消該隔板部42的設置，使該胚捲10的模芯胚材30在與該連接件40組合後，該等胚材端面31可互相對接。

綜上所述，本發明的模芯胚材、模芯裝置及應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法，不僅模芯裝置的成型精度佳、製備容易，並可通用於不同輪徑尺寸的輪圈的製造，而且更好脫模，所以確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧模芯裝置

10‧‧‧胚捲

11‧‧‧半胚捲

12‧‧‧脫模間隙

20‧‧‧墊圈

30‧‧‧模芯胚材

31‧‧‧胚材端面

32‧‧‧胚材內周面

33‧‧‧胚材外周面

331‧‧‧底面部

332‧‧‧側面部

333‧‧‧勾唇成型槽

334‧‧‧墊圈容槽

335‧‧‧頂面部

336‧‧‧受力面部

34‧‧‧接插通孔

341‧‧‧主孔部

342‧‧‧受力凹槽部

40‧‧‧連接件

41‧‧‧連接端部

42‧‧‧隔板部

421‧‧‧隔板外周面

422‧‧‧成型槽

423‧‧‧容槽

200‧‧‧複合材料

210‧‧‧輪圈外框

211‧‧‧勾唇

220‧‧‧輪圈內框

300‧‧‧模具

400‧‧‧刀具

510‧‧‧步驟

520‧‧‧步驟

530‧‧‧步驟

540‧‧‧步驟

550‧‧‧步驟

560‧‧‧步驟

L‧‧‧長度方向

W‧‧‧橫方向

W1‧‧‧刀寬

W2‧‧‧勾唇深度

W3‧‧‧寬度

F‧‧‧力量

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明的模芯裝置的一實施例的一立體外觀圖；圖2是該實施例的不完整的立體分解圖；圖3是該實施例的不完整的組合剖視圖；圖4是圖3中沿著線Ⅳ-Ⅳ的剖視圖，說明該實施例的一胚捲的一連接件的一連接端部的橫截面的外輪廓形狀與該胚捲的一模芯胚材的一插接通孔的橫截面形狀一致；圖5是圖3中沿著線Ⅴ-Ⅴ的剖視圖，說明該連接件的一隔板外周面的橫截面形狀與該模芯胚材的一胚材外周面的橫截面形狀一致視圖；圖6是一立體分解圖，說明該胚捲的模芯胚材在未彎曲之前是呈直線狀；圖7是一類似於圖4的視圖，說明本發明的應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法的一實施例，將一複合材料排疊於該模芯裝置，並將該模芯裝置與該複合材料入模熱壓；圖8是一類似於圖7的視圖，說明將該複合材料成型為一輪圈外框；圖9是一類似於圖8的視圖，說明切割該胚捲至切到該模芯裝置的一墊圈；圖10是一類似於圖9的視圖，說明沿一長度方向將該胚捲切割成兩半，使該胚捲變成二半胚捲；圖11是一類似於圖10的視圖，說明使該等半胚捲脫開該輪圈外框；圖12是一剖視圖，說明該輪圈外框與一輪圈內框連接在一起；及圖13是一流程示意圖，說明本發明的應用該模芯裝置的製造複合材料輪圈的方法的實施例。