一种内芯对接一体成型辐条及制备方法与流程

本发明公开一种内芯对接一体成型辐条及制备方法，按国际专利分类表(ipc)划分属于车轮辐条制造技术领域。

背景技术：

在自行车系统中，辐条是连接轮圈与花鼓的桥梁。在使用过程中，辐条一端带帽头连接在花鼓上，一端带螺牙与辐条帽锁固，连接在轮圈上。自行车在行驶过程中，所有承载的压力，都是靠辐条组配在花鼓和轮圈上产生的拉力来提供的，所以辐条性能的好坏，直接影响到整个自行车的性能。现有的辐条一般使用不锈钢、钛、铝等材质制作，重量相当重，不利于产品重量日益轻量化需求。碳纤维复合材料(cfrp)作为辐条的材质目前在市面上崭露头角，但是不同的工厂生产、制作工艺都不尽相同。

目前主流的碳纤维辐条制作方式是用模具或者其它方式成型出辐条主体，再在辐条两端粘接金属件，使其具备辐条的功能。如中国文献cn205273028u公开一种碳纤维辐条，包括辐条本体，辐条本体的一端连接能够与轮圈配合连接的第一配件，另一端连接能够与花鼓配合连接的第二配件，辐条本体为碳纤维材质。辐条本体端部和配件之间的连接采用粘结方式，在使用过程中，花鼓、车圈能产生拉力作用在配件上，使配件易被拉离辐条本体，导致二者分离，使用寿命短，安全性不足，也会增加维修成本。

中国文献cn209365753u中一种碳纤维辐条，包括辐条本体以及分别连接于辐条本体两端的花毂连接部与轮圈连接部，所述辐条本体一体连接于花毂连接部，所述辐条本体与轮圈连接部端部的连接处外周侧套设固定有连接件，所述连接件侧壁沿辐条本体的轴线方向延伸有延伸部。这种设计含圆台形固结件的辐条本体工艺要求高，制作模具复杂，制造效率低，制造成本高，基本不适应工业化生产。即使辐条本体能制作，连接件中部开设内壁设置螺纹的插接槽难度高且破坏了本体纤维的连续性，对辐条的拉伸强度破坏大，另外复合材料内壁的螺纹强度很难满足结合强度的要求，故轮圈连接部和辐条本体之间容易被拉脱，强度及安全性会不足。

又如cn107972403a一种碳纤维辐条及其制造方法，碳纤维辐条包括辐条本体、牙帽和帽头；该辐条本体两端部都固设有固接头，该固接头外周面具有内外布置的一内小外大的第一锥度段和一第一回转段，该第一回转段的外径不大于第一锥度段的最大外径；该牙帽和帽头都设有贯穿的安装孔，该安装孔的孔壁具有第二回转段和相对第二回转段由近至远内径渐大的第二锥度段，该安装孔的第二回转段套接在辐条本体上且第二锥度段套接在固接头上。这种设计受力结构的界面也仅为辐条本体两端外周与牙帽和帽头的安装孔壁之间的结合，如有固结纱片和预辐条本体之间结合不好，测试或使用过程中还是有牙帽或帽套被拉出的可能，存在安全性风险；另一方面固结头的去料加工的尺寸要求非常精准，加工难度高，否则与牙帽和帽头的安装孔之间的配合会无法满足要求。

另外，目前市场上的辐条，其金属件的尺寸大，整个制作出来的辐条重量大；金属件的尺寸大，其配合配合的花鼓和轮圈的孔径增大，同等条件下，强度减弱。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种内芯对接一体成型辐条。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种内芯对接一体成型辐条，其包括第一碳棒内芯、第二碳棒内芯和碳纤维预浸料层，第一碳棒内芯对接第二碳棒内芯，第一碳棒内芯和第二碳棒内芯的外端为直径较大端分别套设帽头和牙帽，第一碳棒内芯、第二碳棒内芯及牙帽、帽头外设有碳纤维预浸料层，其中帽头设有配合连接花鼓的头部，牙帽设有配合连接车圈的螺牙部，帽头的头部和牙帽的螺牙部位于碳纤维预浸料层的外侧。

进一步，碳纤维预浸料层是碳纤维预浸料缠绕第一碳棒内芯、第二碳棒内芯及牙帽、帽头并在模具内加温成型；

第一碳棒内芯和第二碳棒内芯的外端是倒锥形结构。

进一步，帽头中心设有安装孔，安装孔包括锥孔段和直孔段，其中的锥孔段最大内径小于与第一碳棒内芯倒锥形结构的最大外径；

牙帽中心设有安装孔，安装孔包括锥孔段和直孔段，其中的锥孔段最大内径小于与第二碳棒内芯倒锥形结构的最大外径。

进一步，帽头和牙帽设有锥形延长部用于碳纤维预浸料缠绕连接，牙帽和帽头锥形延长部的外周设有防脱凸台以提高碳纤维预浸料包覆的结合力。

本发明还提供一种内芯对接一体成型辐条制备方法。

一种内芯对接一体成型辐条制备方法，包括以下步骤：

s1、制备碳棒内芯：

碳棒内芯分第一碳棒内芯和第二碳棒内芯，两碳棒内芯一端为头部，另一端为尾部，自尾部向头部延伸成型为柱体，头部成型为直径渐变的扩大部；

s2、制备辐条两端的第一金属件和第二金属件，两金属件中心轴向通孔，该通孔与第一碳棒内芯和第二碳棒内芯适配；

s3、将第一金属件套入第一碳棒内芯的尾部并移动第一金属件到位，

第二金属件套入第二碳棒内芯的尾部并移动第二金属件到位，

使第一碳棒内芯的尾部对接第二碳棒内芯的尾部，第一金属件置于第一碳棒内芯的头部，第二金属件置于第二碳棒内芯的头部；

s4、用碳纤维预浸料缠绕包覆第一碳棒内芯、第二碳棒内芯及第一金属件、第二金属件形成半成品；

s5、将缠绕好的半成品放到成型模具里加温成型；

s6、成型后开模取出并整修，然后在第二金属件上加工螺牙，完成后即为最终可用的产品。

步骤s1中，第一碳棒内芯和第二碳棒内芯为相同规格的碳棒内芯，采用模具成型或拉挤成型的碳纤维棒体，碳棒内芯的柱体部分直径小于1.8mm。

步骤s2中，第一金属件和第二金属件的相对端的外周均带有锥度，两金属件中间通孔包括锥形段以与对应碳棒内芯的扩大部配合。

步骤s2中，第一金属件和第二金属件周侧均加工成凹凸设计以提高碳纤维预浸料包覆金属件的结合力，第二金属件在凹凸设计的外侧设有直线卡槽，可在后面拧紧螺帽的时候作为固定的作用，防止扭转。

步骤s3前，两金属件及对应碳棒内芯需做粗化处理，碳棒内芯头部表面涂覆高强度的耐高温接合胶，与对应金属件连接粘合；

步骤s4中，采用交叉角度的碳纤维预浸料进行缠绕包覆，从第一金属件或第二金属件带斜度的位置开始渐层缠绕，直到设计需要的厚度。

步骤s5中，加温成型时，温度控制在150－180摄氏度，时间为50－70分钟。

步骤s5中，辐条造型是圆形或扁平形或椭圆形或大体菱形截面形状等。

步骤s6中，辐条上第二金属件的螺牙端配合组配螺帽，辐条的第一金属件具有帽头结构。

本发明一种内芯对接一体成型辐条及制备方法，用碳纤维预浸料缠绕包覆两节或两段碳棒(即辐条内芯)和金属件的工艺，使金属件和碳纤维材料间形成三明治结构来增大辐条本体与两端金属件牙帽和帽头的结合界面，大幅度提高辐条本体与两端金属件的结合力，同时辐条内芯与金属件间是倒锥结构结合，确保辐条本体和金属件间不会滑脱，提高产品结构强度。

附图说明

图1是辐条使用示意图。

图2是本发明实施例剖视图。

图3是本发明碳棒内芯对接示意图。

图4是本发明第一金属件帽头与碳棒内芯装配方向图。

图5是本发明第二金属件牙帽与碳棒内芯装配方向图。

图6是本发明实施例碳棒内芯与两金属件装配后对接图。

图7是本发明实施例成型后剖视图。

图8是本发明实施例第一金属件帽头成型后局部剖视图。

图9是本发明实施例第二金属件牙帽成型后局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：一种一体成型碳纤维辐条，其包括一由碳纤维制成的辐条内芯、一能配合连接轮圈(车圈)的牙帽(第二金属件4)和一能配合连接花鼓的帽头(第一金属件3)以及碳纤维预浸料层5，所述的牙帽和帽头设有贯穿的安装孔，该牙帽的安装孔和帽头的安装孔分别固定套接在辐条内芯的两端，辐条内芯及部分金属牙帽和帽头外设有碳纤维预浸料层，辐条内芯及碳纤维预浸料层一体成型为辐条本体。辐条内芯可以是整根结构，即自帽头到牙帽为一体式结构，辐条内芯也可以是对接式结构，如图3所示，辐条内芯由第一碳棒内芯1、第二碳棒内芯2对接，以下是对接一体成型辐条方案说明。

请参阅图2至图9，一种内芯对接一体成型辐条，包括第一碳棒内芯1、第二碳棒内芯2和碳纤维预浸料层5，第一碳棒内芯1对接第二碳棒内芯2，第一碳棒内芯和第二碳棒内芯的外端为直径较大端分别套设帽头(第一金属件3)和牙帽(第二金属件4)，第一碳棒内芯1、第二碳棒内芯2及牙帽、帽头外设有碳纤维预浸料层5，其中帽头设有配合连接花鼓的头部，牙帽设有配合连接车圈的螺牙部，帽头的头部和牙帽的螺牙部位于碳纤维预浸料层的外侧。第一碳棒内芯1和第二碳棒内芯2的外端是倒锥形结构：如图4第一碳棒内芯的最大径d，第一碳棒内芯其他部分外径d，第一碳棒内芯最小端外径是d,2≥d/d≥1.3；如图5第二碳棒内芯的最大径d，第一碳棒内芯其他部分外径d,第二碳棒内芯最小端外径是d，2≥d/d≥1.3。相对应的，帽头中心设有安装孔，安装孔包括锥孔段31和直孔段32，其中的锥孔段31最大内径小于与第一碳棒内芯倒锥形结构11的最大外径；牙帽中心设有安装孔，安装孔包括锥孔段41和直孔段42，其中的锥孔段41最大内径小于与第二碳棒内芯倒锥形结构21的最大外径。碳纤维预浸料层5是碳纤维预浸料缠绕第一碳棒内芯1、第二碳棒内芯2及牙帽、帽头并在模具内加温成型。帽头设有锥形延长部33、牙帽设有锥形延长部43用于碳纤维预浸料缠绕连接，牙帽和帽头锥形延长部的外周设有防脱凸台以提高碳纤维预浸料包覆的结合力，防脱凸台可以环状凸起或齿状结构或其它凹凸形状。

本发明内芯对接一体成型辐条，牙帽和帽头套入对应碳棒内芯后对接，用碳纤维预浸料缠绕包覆，并置于成型模具中加温固化定型，碳棒内芯和碳纤维预浸料层形成辐条主体，牙帽和帽头分别与辐条主体通过双层连接关系固定，确保辐条本体和金属件间不会滑脱，提高产品结构强度。

本发明使用时，如图1，辐条101外端与车圈或轮圈102连接，辐条内端与花鼓103连接，辐条101偏离该辐条外端连接点与花鼓中心的径向连接线m。

一种内芯对接一体成型辐条制备方法，包括以下步骤：

s1、制备碳棒内芯：

碳棒内芯分第一碳棒内芯1和第二碳棒内芯2，两碳棒内芯一端为头部，另一端为尾部，自尾部向头部延伸成型为柱体，头部成型为直径渐变的扩大部，即倒锥结构；

s2、制备辐条两端的第一金属件3和第二金属件4，两金属件中心轴向通孔，该通孔与第一碳棒内芯和第二碳棒内芯适配；

s3、将第一金属件3套入第一碳棒内芯1的尾部并移动第一金属件到位，

第二金属件4套入第二碳棒内芯2的尾部并移动第二金属件到位，

使第一碳棒内芯1的尾部对接第二碳棒内芯2的尾部，第一金属件3置于第一碳棒内芯的头部，第二金属件4置于第二碳棒内芯的头部；

s4、用碳纤维预浸料缠绕包覆第一碳棒内芯、第二碳棒内芯及第一金属件、第二金属件形成半成品；

s5、将缠绕好的半成品放到成型模具里加温成型，碳纤维预浸料形成外层5；

s6、成型后开模取出并整修，然后在第二金属件4上加工螺牙，完成后即为最终可用的产品。

本发明实施例，第一碳棒内芯1和第二碳棒内芯2可以是长度不同的单体，如图6，第一金属件3长度l1，第一碳棒内芯截去第一金属件长度l2，第二金属件4长度l4，第二碳棒内芯截去第二金属件长度l3，限定条件是l2>2l1,l3>2l4。但为了提高效率，可以将第一碳棒内芯1和第二碳棒内芯2设计为相同规格的碳棒内芯，统一管理，相同规格包括长度和外径尺寸等，长度上即采用整根辐条的一半，方便后续与金属件组装，碳棒内芯采用模具成型或拉挤成型的碳纤维棒体，碳棒内芯的柱体部分直径小于1.8mm。

为了金属件与碳纤维芯体结合部位有过度，步骤s2中，第一金属件3和第二金属件4的外周侧均带有锥度。两金属件中间通孔包括锥形段和直形段分别配合碳棒内芯的倒锥结构和柱体。步骤s2中，第一金属件3和第二金属件4周侧均加工成凹凸设计以提高碳纤维预浸料包覆金属件的结合力。第二金属件4在凹凸设计的外侧加工直线卡槽44，可在后面拧紧螺帽的时候作为固定的作用，防止扭转。

本发明一实施例，进一步采用胶合与碳纤维预浸料包覆方式配合使用，以提高结合力，步骤s3前，两金属件及碳棒内芯需做粗化处理，这里的粗化处理主要是表面处理，其中金属件是喷砂处理。碳棒内芯表面涂覆高强度的耐高温接合胶，与两金属件连接，涂胶主要是碳纤维芯体两端与金属件结合的部位，涂胶也可以是整支碳棒。

本发明一实施例步骤s4中，采用交叉角度的碳纤维预浸料进行缠绕包覆，从第一金属件或第二金属件带斜度的位置开始渐层缠绕，直到设计需要的厚度，这里交叉是用0度或者带角度碳纤维预浸料缠绕/包覆碳纤维芯和金属件。

本发明一实施例步骤s5中，加温成型时，温度控制在150－180摄氏度，优选155摄氏度，加温时间控制在50－70分钟，优选60mins；辐条造型是圆形或扁平形或椭圆形或类似菱形等截面形状。

本发明一实施例中，第一金属件3称为帽头，第二金属件4称为牙帽，辐条上第二金属件的螺牙端配合组配螺帽以与车圈连接，辐条的第一金属件具有帽头结构以与花鼓连接固定。

本发明实施例碳辐条与现有金属辐条差异比较：

上述数据是由万能材料试验机测试得到。

本发明一体成型碳纤维辐条具有如下特点：

1、一种内芯对接一体成型辐条制备方法，无需后期固纱、粘着等加工；

2、金属件牙帽和帽头中间镂空的孔径较小部分小于1.8mm,同时碳棒柱体的直径小于1.8mm，两金属件分别从碳棒较小端穿入，金属件在较大端在拉力作用下更牢固的结合。

3、本发明中第一金属件和第二金属件，即帽头和牙帽的尺寸小，可以适应现有市面上小孔径的花鼓和车圈，由于孔径小，组装配合的车架，强度增强。

4、本发明克服了碳纤维辐条胶合的粘结强度低，改变辐条本体与两端金属件之间的结合方式，采用双层连接关系甚至是三层连接关系，具体用碳纤维预浸料包覆碳棒和金属件的工艺或进一步采用胶合与碳纤维预浸料包覆方式配合使用，使金属件和碳纤维材料间形成三明治结构来增大辐条本体与两端金属件牙帽和帽头的结合界面，大幅度提高辐条本体与两端金属件的结合力，同时辐条内芯与金属件间是倒锥结构结合，确保辐条本体和金属件间不会滑脱，提高产品结构强度，提升骑行或竞赛的安全性。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。