健身器材及其配件的制造方法

专利名称：健身器材及其配件的制造方法
技术领域：
本发明涉及健身器材及其配件的制造方法，特别涉及用于训练增强肌肉力量的健 身器材及其配件的制造方法，所述健身器材及其配件包括例如哑铃、哑铃头、杠铃片(盘) 和配重物等。
背景技术：
随着人们物质生活水平的逐步改善，以及“全民体育”时代的来临，人们对健身器 材的需求正日益提升。一直以来，例如 铃等用于训练增强肌肉力量的简单器材因其简单 易用而深受专业运动员和广大健身爱好者的喜爱。在使用时，此类器材主要通过自身的重 量而发挥作用。为了既具备一定的重量又不占用过大的体积，此类健身器材的主要原材料 一般采用生铁，由铸造而成。为了防止使用时损伤地面，有的哑铃或杠铃片还外包一层橡胶 或其他缓冲材料。铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理 后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。由于哑铃头、杠铃片的重量一般都较 大，所以需要采用大量的生铁。此外，此过程需要采用高温，所以需要耗费许多能源，从而 导致产品成本增加。同时，铸造过程对环境的污染相当严重。据统计，每生产1吨合格铸 件，大约要排放粉尘50kg，废气1000-2000m3，废砂1-1. 3吨，废渣300kg，二氧化碳2吨左 右。由此可见，以铸造法制造健身器材不仅与当前全社会倡导节能环保的趋势相背离，更与 全民健身运动的目的——提高人民身体素质——格格不入。目前，我司每年生产举重哑铃、 杠铃片等约10万吨，如以本发明取代传统的铸造工艺，每年减少排放粉尘500万kg，废气 10000-20000万m3，废砂10-13万吨，二氧化碳20万吨左右。并且铸件由于受多种因素影 响，常常会出现气孔、针孔、夹渣、裂纹、凹坑等缺陷，产品表面质量不高。为了克服铸造法的缺陷，目前也有人已采用水泥、混凝土等材料制作此类器材，但 由于这些原料的密度大多小于3g/cm3，不到铁密度的一半，因此造成产品的体积增大一倍 多，会给运输和使用带来不便，因此无法取代传统铸造工艺。为了替代铸造法，中国专利申请号200810120983. 7提供了一种通过采用钢板冲 压成型而制得的冲压灌注式 铃，其两 铃砣间的手柄采用钢管或钢棒连接，两 铃砣中 的一 铃砣上开有浆料灌注孔，混合浆料灌注在两 铃砣及手柄内。其所用的混合浆料是 铁砂与胶水混合物、或铁砂与工业盐水混合浆料，或矿砂与混凝土混合浆料，或铁砂与混凝 土混合浆料，或铁砂、砂子、混凝土混合浆料。该方法工艺过程复杂，取得的制成品比重在 3. Og/cm3以下，也无法取代传统铸造工艺。并且以灌注浆料的方式制造的哑铃一般存在重 量分布不均的问题，会给使用者带来不适，甚至导致受伤。此外重量分布不均也会导致 铃 的局部表面在受力时易于损坏。中国专利申请号200710133286.0提供了一种哑铃和铃片的加工方法，该产品由 本体及包覆在本体表面的胶皮构成，本体由聚酯混凝土经成型、干燥制成，其中聚酯混凝土 由骨料、无蜡型不饱和树脂、脱模剂、固化剂等组成，骨料可以是小粒径的石料、矿石料、矿渣或冶炼矿渣。该方法需采用150-160°C的热压成型技术来获得成型件，以避免水分在浸 塑时汽化而在产品表面产生气泡，因此仍然需要耗费大量能源。而且由于混凝土的比重为 2. Og/cm3,也存在以上所述的问题。综上所述，现有的制造方法都存在种种的缺陷，因此有必要开发新的制造方法，在 符合节能环保的要求的同时，保持现有铸铁产品的一贯优点，从而更好地满足全民健身运 动的市场需要。

发明内容
为了克服现有健身器材产品制造方法的不足，本发明提供了一种新的制造方法， 该制造方法不仅能提高产品质量以及材料的利用率，而且能够节约资源、降低产品成本，同 时，能达到环保的效果。本发明的第一方案提供了一种制造由含铁的粒状物、金属用粘合剂和固化剂构成 的健身器材或其配件的方法，所述含铁的粒状物的含铁量大于等于30重量％，且小于100 重量％，该方法包括以下步骤以所述含铁的粒状物为主料，以所述金属用粘合剂和固化剂 作为辅料，将主料和辅料混合以作为原料；将所述原料投入安装在压机中的模具的空腔内 进行压制成型，固化后制得所述健身器材或其配件，其中，所述模具空腔具有与所要制造的 健身器材或其配件相适应的形状。本发明的第二方案如第一方案所述，其中，所述含铁的粒状物包含选自铁矿粉、铁 砂和钢铁削中的至少一种物质。本发明的第三方案如第一方案或第二方案所述，其中，所述含铁的粒状物的粒度 为3目至300目。本发明的第四方案如第一至第三方案中的任一方案所述，其中，所述金属用粘合 剂包含环氧树脂和/或酚醛树脂，所述固化剂根据所选粘合剂选配，优选为常温固化剂。本发明的第五方案如第四方案所述，其中，所述金属用粘合剂为环氧树脂粘合剂。本发明的第六方案如第一至第五方案中的任一方案所述，其中，所述金属用粘合 剂和固化剂在所述原料中所占的比例为1重量％ -15重量％。本发明的第七方案如第一至第六方案中的任一方案所述，其中，所述压制所用的 压力为100kg/cm2以上，压制时间为15-200秒。本发明的第八方案如第一至第七方案中的任一方案所述，其中，所述制造方法还 包括对经过所述压制的产物进行加热固化。本发明的第九方案如第一至第八方案中的任一方案所述，其中，所述制造方法还 包括在实施所述压制的同时对所述模具内的原料进行加热。本发明的第十方案如第八方案所述，其中，在单独进行所述加热固化时，所述加热 固化是在60-200°C的条件下进行20分钟至180分钟的固化。本发明的第十一方案如第一至第十方案中的任一方案所述，其中，所述健身器材 或其配件的密度为3. Og/cm3到6. 5g/cm3。本发明的第十二方案如第一至第十一方案中的任一方案所述，其中，所述健身器 材或其配件是哑铃头、杠铃片、哑铃或用于健身器材的配重物。本发明的第十三方案提供了由以上的方案中任一方案所述的制造方法制造的健身器材或其配件，所述健身器材或其配件优选是 铃头、杠铃片、 铃或用于健身器材的配重物。本发明的制造方法与现有技术相比，一方面，方法本身比较简单，原料来源广泛， 不需要耗费大量能源，且制造过程不会产生废气和二氧化碳，不仅可满足当前国家对节能 环保的要求，且可节省成本；另一方面，产品的比重大于普通水泥或混凝土类产品的比重， 因而所占体积较小，便于运输和使用；所制得的产品强度、韧性均可满足正常健身的需要。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。本发明的制造方法主要包括混料、压制、固化等工艺过程。首先进行混料，一般将例如铁矿粉、铁砂等含铁的粒状物按一定的重量比例与粘 合剂混合并投入搅拌机中混合均勻。该混料步骤可采用搅拌机与人工相结合的方式进行。 其中所用的粒状物的粒度通常为3目至300目，优选为5目至250目，特别优选为10目至 220目，再优选为50目至200目。目数即为孔数，就是每平方英寸上的孔数目，目数越大，孔 径越小。一般来说，目数X孔径(微米数)=15000。通常，粒度越细、越均勻，混合越容 易。然而，粒度小而均勻的原料通常价格较高，且不易获得。因此，该粒度范围可根据实际 情况进行选择。也可对所能获得的、粒度不符合要求的原料进行加工，例如磨碎、破碎、筛选 等，以便使其在混合前的粒度处于以上范围之内。因此，本发明的制造方法必要时也可包含 粉碎步骤。所述含铁的粒状物可以是铁矿粉、铁砂、钢铁削等含有铁元素或铁化合物的粒状 物，但不限于这些，事实上，只要其含铁量大于等于30重量％，且小于100重量％即可，因此 既可单独采用铁矿粉、铁砂或钢铁削，也可以使用由这些物质中的任意两种构成的混合物， 或采用含有其中至少之一的混合物，或采用含铁量在此范围之内的其他任意物质。如含铁 量不到30重量％，则将导致产品的比重过小，由此需要占用更大的体积，将给运输和使用 带来不便。为提高产品的比重，该含铁量优选大于40重量％，更优选大于50重量％。另一 方面，过高的含铁量必然导致成本的直线上升，本制造方法将失去成本优势，所以该含铁量 优选小于90重量％，更优选小于80%重量。总之，生产者可根据成本收益比来选择具有合 适的含铁量的粒状物。所述的粘合剂一般为金属用粘合剂，即适用于金属与金属之间的粘合的粘合剂。 此类粘合剂可以是包含环氧树脂和/或酚醛树脂的粘合剂，优选是环氧树脂粘合剂，因为 其与本发明采用的含铁的粒状物较为相容，所得产品密实度高，因此可获得高强度、高韧性 的产品，但也不排除使用其他合适的粘合剂。此外，既可使用市售产品，也可根据公知方法 合成相应的粘合剂，或者根据实际情况选用或配制包含以上这些粘合剂的混合粘合剂。选 择或配制方法是本领域技术人员公知的，在此不再赘述。本领域技术人员知道如何根据所 选用的粘合剂和设备条件来选择相应的固化剂(市售产品的工艺参数均已由厂商提供)。 粘合剂和固化剂在所有配制原料(含铁粒状物、粘合剂和固化剂)中的重量比例一般为1重量％ -15重量％，优选是3重量％ -12重量％，更优选是5重量％ -10重量％。这些辅料 比例过高，尽管可提高产品强度性能指标，但可能导致产品比重下降，由此给运输或使用带 来不利，而且成本也会上升。这些辅料比例过低，则容易导致粘合不足，产品强度下降。因 此，可以在使成品的性能指标满足正常使用的条件下，适当地确定两者的比例。此外，此处 选择的固化剂最好是常温固化剂，或者需要加温固化的粘合剂(即热固化型粘合剂)，总 之，固化速度不能太快，以便具备足够长的有效使用时间用于搅拌、投料和压制。当然，如果 能够确保即时混合均勻(特别是对于小规格产品尤为合适)，也可以采用快速固化的粘合 剂，并将原料混合物在后文所述的模具空腔内直接振荡混合后进行压制。另外，为了更好地 保护环境或适应特定的环保标准，此处也可使用无溶剂型粘合剂，以避免溶剂挥发给环境 带来的危害。然后，实施压制成型步骤。该压制步骤可以在任何压机中实施。优选的压制压力 为lOOkg/cm2以上，更优选的压制压力为200kg/cm2以上。压制压力越高，成品的密实度越 高，所需的压制时间也越短。压制时间优选为15-200秒，更优选为30-150秒。压制时间 过短，则不容易压实，时间过长，也没有必要。为了提高产品比重，可增加压制压力和压制 时间。如果所用的粘合剂为热固化型，则在条件允许的情况下，可以在压制的同时对模具进 行加热(即所谓的热压)，以节省后续单独的固化步骤的时间，甚至可以省略固化步骤。热 压、常温固化或加热固化均为本发明的方法中的可选步骤，必要时，本领域技术人员可根据 所选用的金属用粘合剂和固化剂的特性来选择这些可选步骤中的至少一个步骤。该模具可具有预定形状。这里所说的预定形状实际上应取决于所需的产品形状或 构造。如果最终产品是哑铃，则该模具为哑铃状。如果最终产品是哑铃头，则该模具为哑铃 头状。总之，该模具形状不受特定限制。但就压制的难度和模具的制造难易而言，模具形状 越简单越好，因此，本制造方法特别适合制造形状简单的产品，例如 铃头、杠铃片(盘)、 配重物(例如块状、条状等简单形状的配重物，一般用于增加训练强度)等。具有此类产品 形状的模具通常容易制造，且容易压制。当然，为了制得不同规格的同一产品，也可以选用 用于制作同一产品的不同尺寸的模具制得的 铃头可以根据本领域公知的方法(例如旋转固定等)安装在 铃手柄 上，从而构成哑铃。杠铃片和配重物亦可按其固有的用途进行使用。经过压制后，即可获得已成型的半成品。如果所用的粘合剂是快速固化的粘合剂，则该半成品稍作平整或晾干后进行一定 的表面处理如喷漆、包胶工艺等，即可投入使用。即，本发明的制造方法也可以不包括单独 的固化步骤。换言之，单独的固化步骤并不是必需的，而是可以与压制步骤合并。但如果所用的粘合剂是需要常温缓慢固化或者需要加热固化的粘合剂，则还需实 施固化步骤。为了节省能源，所述的固化步骤可在常温下实施，一般的固化时间是1小时至 24小时，取决于粘合剂和固化剂的不同，也可以是M小时至48小时。但如果要提高生产效 率，也可以进行加热固化，例如烘干固化，此时所用的固化温度一般为60-200°C，固化时间 为20分钟至180分钟。此外，根据实际情况，常温固化和加热固化也可以结合使用，例如， 先进行加热固化，再将其放置在室温下冷却并固化，反之亦可。在实际操作时，本领域技术 人员可以根据所用粘合剂和固化剂的不同使用要求对这些工艺条件进行调整，只要能保证 最终产品已完全固化即可。一般来说，市售的金属用粘合剂和固化剂均已由供应商提示使用方法，生产者只需根据现有设备条件和最终目的，选择合适的粘合剂和固化剂即可。无论如何，为了获得具有所需规格的产品，可以在不违背本发明的要旨的前提下， 对以上提到的各个工艺条件进行调整。例如，可根据最终产品的要求，投入一定量的原料， 从而获得具有预定的重量规格的产品。此外，还可以根据最终目的对由本发明的方法制得的产品进行例如包塑或包覆橡 胶外套等后处理。此类经过后处理的产品虽然外形上与本发明的产品略有区别，但因其具 备本发明的所有技术特征，所以也在本发明要求保护的范围之内。本发明实际制得的产品的密度可以达到3. Og/cm3至6. 5g/cm3,与水泥或混凝土产 品的密度相比，有明显提升。因此，本发明的产品体积可大大缩小。另一方面，所得 铃头和杠铃片产品具有强度高、韧性好、不生锈的特点，与传统 的铸件相比，提高了材料的利用率，减少了对环境的污染，节约了能源，成本低，产品表面质 量高。再如，现有的橡胶哑铃、杠铃片，同样也存在着比重小体积大等问题，并且由于在生产 过程中存在着硫化工艺，造成严重的环境污染。与橡胶哑铃相比，本发明不仅减小了产品的 体积，而且减少了对环境的污染。以下将结合实施例，进一步阐述本发明的特点和有益效果。实施例实施例1称取粒度为5目到50目的市售铁砂(含铁量为70重量％ )约4. 85kg，并称取市 售的环氧树脂和常温固化剂共约500g。将两者在搅拌机中混合在一起，搅拌直至均勻，必要 时可借助人工操作。然后将所得的混合物投入预先安装在压机中的模具的空腔。该模具是 专为5kg哑铃头而制作的模具。以210kg/cm2的压制压力将原料压制50秒。随后，取出经 过压制的半成品，将其放入烘干机，设置烘干温度为80°C，烘干40分钟。烘干后，获得5kg 重的哑铃头1，经测定，其密度为4. Og/cm3。实施例2采用与实施例1相同的原料、搅拌方式和模具，不同之处在于，以热压的方式对原 料进行压制，热压温度为90°C，压制压力为300kg/cm2，压制时间为2分钟。然后取出经过 压制的半成品，再常温固化M小时后，获得5kg重的哑铃头2，密度为4. lg/cm3。实施例3称取粒度为50目到200目的市售铁矿粉(含铁量为65重量％ )约1. 99kg，并称 取市售环氧树脂和常温固化剂共约25g。将两者在搅拌机中混合在一起，搅拌直至均勻，必 要时可借助人工操作。然后将所得的混合物投入预先安装在压机中的模具的空腔。该模具 是专为2kg杠铃片而制作的模具。以200kg/cm2的压制压力将原料压制30秒。随后，取出 经过压制的半成品，在常温下放置M小时。待固化后，获得^g重的杠铃片1，密度为3. Sg/
3
cm 。实施例4采用与实施例3相同的原料、搅拌方式、模具和压制条件，不同之处在于，先在 50°C的条件下将经过压制的半成品烘干2小时，然后在常温下冷却并放置M小时。待固化 后，获得2kg重的杠铃片2，密度为3. 8g/cm3。实施例5
称取粒度为3目到20目的钢铁削(含铁量为90. 8重量％ )约9. 80kg，并称取市 售环氧树脂和加温固化剂(固化条件100°C，75分钟)共约400g。将两者在搅拌机中混合 在一起，搅拌直至均勻，必要时可借助人工操作。然后将所得的混合物投入预先安装在压机 中的模具的空腔。该模具是专为IOkg配重块而制作的模具。以400kg/cm2的压制压力将 原料压制20秒。随后，取出经过压制的半成品，在95°C固化75分钟。待固化后，获得IOkg 重的配重块1，密度为5. 5g/cm3。实施例6称取粒度为50目到200目的铁矿粉(含铁量为65重量％) IOkg及铁砂(含铁量 为95重量％ )9. 4kg、市售环氧树脂粘合剂和常温固化剂约600g。将两者在经过抽湿的密 闭搅拌机中混合在一起，搅拌直至均勻，必要时可借助人工操作。然后将所得的混合物投入 预先安装在压机中的模具的空腔。该模具是专为20kg的杠铃片而制作的模具。以350kg/ cm2的压制压力将原料压制200秒。随后，取出经过压制的半成品，在常温固化48小时。待 固化后，获得20kg重的杠铃片3，密度为4. 2g/cm3。实施例7采用与实施例6相同的原料和搅拌方式，不同之处在于使用专为20kg的一体化成 型哑铃而制作的模具，且以350kg/cm2的压制压力将原料压制150秒。随后采取与实施例6 相同的方式固化。待固化后，获得20kg重的一体化成型的哑铃，密度为4. 2g/cm3。实施例8标准试验试块的制备称取粒度为5目到50目的市售铁砂(含铁量为70重量％ ) 约668g、市售环氧树脂粘合剂和常温固化剂约100g。将两者在经过抽湿的密闭搅拌机中混 合在一起，搅拌直至均勻，必要时可借助人工操作。然后将所得的混合物投入预先安装在压 机中的模具的空腔。该模具是专为768g的标准试验试块而制作的模具。以210gk/cm2的压 制压力将原料压制50秒。随后，取出经过压制的半成品，在常温固化48小时。待固化后， 获得768g重的标准试验试块，密度为4. Og/cm3实施例8试验测试数据试验条件室温，试块尺寸长160mm、宽40mm、高30mm。试验数据采用压力试验机，测试抗压强度为35. 7MPa ；采用电动抗折试验机，测 试抗折强度为11.04MPa。该强度大于水泥强度，完全可以满足举重器材的正常使用。本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于 举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人 员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由 附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种制造由含铁的粒状物、金属用粘合剂和固化剂构成的健身器材或其配件的方 法，所述含铁的粒状物的含铁量大于等于30重量％，且小于100重量％，所述含铁的粒状物 的粒度为3目至300目，该方法包括以下步骤以所述含铁的粒状物为主料，以所述金属用 粘合剂和固化剂作为辅料，将主料和辅料混合以作为原料；将所述原料投入安装在压机中 的模具的空腔内进行压制成型，固化后制得所述健身器材或其配件，其中，所述模具空腔具 有与所要制造的健身器材或其配件相同或相应的形状。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述含铁的粒状物包含选自铁矿粉、铁砂和钢 铁削中的至少一种物质。
3.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述金属用粘合剂包含环氧树脂和/或酚醛树 脂，所述固化剂根据所选粘合剂选配，所述固化剂优选为常温固化剂，所述金属用粘合剂优 选为环氧树脂粘合剂。
4.如权利要求1或3所述的制造方法，其中，所述金属用粘合剂和固化剂在所述原料中 所占的比例为1重量％ -15重量％。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述压制所用的压力为lOOkg/cm2以上，压制 时间为15-200秒。
6.如权利要求1或3所述的制造方法，其中，随所述固化剂的固化条件的不同，所述制 造方法还包括以下步骤中的至少一个在实施所述压制的同时对所述模具内的原料进行加 热；对经过所述压制的产物进行常温固化；以及对经过所述压制的产物进行加热固化。
7.如权利要求6所述的制造方法，其中，在单独进行所述加热固化时，所述加热固化是 在60-200°C的条件下进行20分钟至180分钟的固化。
8.如权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述健身器材或其配件的密度为3.Og/cm3 到 6. 5g/cm3。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述健身器材或其配件是 铃头、杠铃片、 铃或用于健身器材的配重物。
10.健身器材或其配件，所述健身器材或其配件由以上权利要求中任一项所述的制造 方法制得。
全文摘要
本发明提供了一种制造由含铁的粒状物、金属用粘合剂和固化剂构成的健身器材或其配件的方法，所述含铁的粒状物的含铁量大于等于30重量％，且小于100重量％，所述含铁的粒状物的粒度为3目至300目，该方法包括以下步骤以所述含铁的粒状物为主料，以所述金属用粘合剂与固化剂作为辅料，将主料和辅料混合以作为原料；将所述原料投入安装在压机中的模具的空腔内进行压制成型，固化后制得所述健身器材或其配件，所述模具空腔具有与所要制造的健身器材或其配件相应的形状。
文档编号A63B21/072GK102100958SQ20091026036
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者王志 申请人:王志