碳纤维自行车整体车架成型工艺分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com①)f第12卷第3期郑州轻工业学院学报Vo1．12No．31997年9月JOURNALOFZHENGZHOUINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYSep．1997碳纤维自行车整体车架成型工艺分析’陶浩“段红杰／杨向东(郑州轻T业学院机械T程系郑州450002)摘要在分析了常用复合材料成型工艺基础上，针对自由形态自行车车架结构特点，确定了RTM(resintransferm0uIdig)怯改进成型工艺，并对工艺装置、材料、工艺流程进行了研究．RTM法可实现复杂形状的车架一次整体性成型，所制碳纤维自

2、由形态自行车架的纤维浸润性好，层问结合力高，力学性能良好．董中酚砸‘U牛嗽10引言自行车作为生活中常用的代步工具，以其造价低廉、维修简单、使用方便等特点而深受人们的喜爱，形成了巨大的消费市场、随着现代社会的飞速发展，自行车已由原来单纯的交通和运输工具而演变成为集健身、旅游、竞赛等多种功能的运动器械，这就要求其外观更美，重量更轻，骑乘也更为舒适．自行车档次的高低取决于车体材料的选择和做工，典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼台金及铝合金和碳纤维制造．碳纤维是一种新型的复合材料，它有重量轻、比强度高、比刚度太等优点，而且具有可设计性和易成型性，从而

3、使得产品的设计结构有更高的效率．目前，世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨大的人力、物力、财力．美、英等国家都已开发生产出碳纤维自行车整体车架．整体式碳纤维车架使自图1自行车形奄方案行车摆脱了传统的菱形模式，造型更流畅和活泼多变，车架装饰更丰富多彩、鲜艳别致．本课题组也由中国轻工总会资助，研制开发出造型新颖的有机形态碳纤维整体车架(如图1所示)．1常见复合材料成型工艺复合材料构件的成型完全不同于传统金属零件的翻造．它是材料形成与构件成型同时完成的，构件性能与翻造工艺紧密相关，构件质量在很大程度上依赖于制造技术．碳纤维制品的·本文收到日期；19

4、97一o2—27中国轻工总套科技攻关项目(轻科04031)-．男，32岁，讲师维普资讯http://www.cqvip.com郑州轻工业学院学报成型，是指将碳纤维按不同方向、不同层数铺设出制品形状，在一定压力和温度下固化成型．而复合材料成型工艺，较常见的有以下5种．1．1裱糊成型工艺它是用手工将预浸料裱糊在模具上，然后固化成型．此法最大的优点是工艺装备简单，靠手工完成比较复杂的操作，能加工出形状复杂的零件，适用于小批量生产；缺点是生产效率低，劳动条件差，劳动强度大．笔者采用该工艺试制出的碳纤维整体车架样件，表观质量尚可，但尺寸精度较差，工艺稳定性差．1

5、．2纤维缠绕成型工艺它是开发最早的连续成型工艺，即纤维通过树脂胶槽浸上树脂后按照一定的规律缠绕在转动的芯模上，然后经加热使胶液固化成型．它的一个突出特点是能够按照制品的受力情况，将纤维按一定规律排布，从而充分发挥纤维的强度，获得轻质高强的制品；在工艺上能实现连续化、机械化生产，并且生产周期短，生产效率高，劳动强度小，适用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形制品．1．3拉挤工艺它是发展速度较快的一种成型工艺，即纤维通过树脂槽浸渍树脂后进人加热模具固化，制成各种各样不同形状的型材．其优点是能一次压制出形状复杂、尺寸准确的零件，生产率高，但工艺装备复杂

6、，不适于制备批量小、尺寸大的产品．1．4树脂传递棱压工艺(RTM)RTM(resintransfermoulding)工艺是9o年代最热门的一种成型工艺，即先将增强材料做成预成型件放人封闭模具中，在真空和压力的条件下，树脂被注人模具而固化成型．其特点是：1)工艺过程简单，避免了预浸料这一中阔环节；2)低压注胶，节约了附加设备的费用}3)封闭式模具操作，作业环境清洁；4)易于实现自动化和计算机控制；5)制件表面质量好．因此，RTM技术有很好的发展前景．1．5编织成型工艺三维编织的过程是参加编织的所有纤维都沿同一方向排列，然后每根纤维束都沿自己的方向偏移一

7、个角度互相交织形成织物的过程．采用三维编织的复合材料具有整体性和力学的合理性两大特点，其在剪切强度、抗冲击损伤特性等性能方面均优于传统的层合复合材料，因此采用编织结构的复合材料发展迅速．三维编织分圆机和方机两种，用这两种机器可以编织出许多复杂的编织物．但这些复杂形状大多来源于两种基本形状——长方体和厚壁的圆管．2碳纤维自行车整体车架成型工艺成型工艺是碳纤维车架制品的关键环节，成型工艺的选择取决于制品的形状、物理性能要求和用途．笔者设计的有机形态自行车车架的结构具有自由形态的三维曲面、非等径结构、截面变化比较大等特点，因而无法采用缠绕法和拉挤法；而编织成

8、型工艺，在编织之前，必须使用计算机对制作零件的编织物进行设计和计算，由于车架是三维自由曲面，难