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工艺及技术
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华子碳纤维复合材
发表时间:
2013-12-06

目前市场上自行车车价材质主要有铝合金车架、钛合金车架、镁合金车架、碳纤维自行车车架等几种,哪种材料的车架性能更加优越?车架材质选用哪种好?下面为大家详细介绍一下各种材质的自行车的优缺点,方便大家选购一款质地、价格、性能都完全复合自己的爱车。

铝合金自行车车架

●铝合金自行车车架的优点

(1)可以制作重量轻的自行车车架

铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。[热处理技术]采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程式的自行车车架,也会引起常温时效。就是说把自行车车架放置在房间内也会逐渐变强。

许多铝合金制自行车车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。

有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。

另外,7005合金也常用来制造自行车车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。

(2)车架长时间使用外观不怎么变化

铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)

另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多自行车车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作自行车车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的资料,能提高140%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。

●铝合金自行车的缺点

(1)铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。

(2)需要进行热处理

必需进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。

●钛合金自行车车架的优点

钛合金自行车车架

钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料,具有卓越的金属材料性能,是目前国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料。钛合金突出的特点是重量轻,强度高,弹性好,抗冲击、疲劳性能好,耐腐蚀永不生锈。自行车特别是赛车要求重量轻、刚度好并且冲击性能好。重量轻可以提高速度,并在长距离运动时降低体力消耗;刚度好的自行车车架有利于驱动力的转换,并提高操纵性能;冲击吸收性好的自行车车架可以较好地减缓来自路面的冲击,从而减轻车手的疲劳。

(1)可以制作轻量而强度大的自行车车架,纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒,弹性更高(和铝比较),也有利于设计。

(2)不生锈,钛合金不仅其重量仅为钢的50%,且强度重量比比铬钼钢高28.4%。钛合金的疲劳极限是钢的两倍,铝合金自行车在使用较长时间以后在这方面也无法与钛合金自行车车架相比。作为应用在自行自行车车架上的高强度和低密度的钛合金材料,它不仅会让自行车车架重量轻、强度高而且会让自行车车架更经久耐用。

钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如,不同种类的合金接合在一起时,成为电极状态,电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏,如商品名:Ti Plepu等)这种金属粉末防止脂膏流失,即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧,接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为「粘住」,它和「烘焙」是不同的。

「粘住、咬合」:金属之间通过腐蚀来接合的现象。

「烘焙接合」:加工金属时所产生的热量来溶融接合。

(3)骑感好

钛合金自行车车架

钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的自行车车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制自行车车架,认为骑感极佳。但是个人各异,有人和铬钼钢比较后认为,铬钼钢的自行车车架冲击吸收性比钛自行车车架好,骑感也比钛自行车车架好(这和铬钼钢自行车车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关)假若钛管的加工技术得到进一步改进,也许会有和铬钼钢同样的骑感。

有些钛制自行车车架使人感到摇摆,这也许是使用plane管(没有加padded的,厚薄不能变化的管)有关。或者虽使用高强度的钛合金,但没有用薄的管等也有关系。

钛合金自行车车架

●钛合金自行车车架的缺点

价格高。钛在自然界以二氧化钛的形态存在,提练及加工过程复杂,技术要求高,并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难,因为钛和氧的亲和力极强,和空气接触后马上变成二氧化钛,而二氧化钛硬而脆,该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是:(Tig:钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛自行车车架价格很贵。

近来有些铝合金自行车比钛合金自行车车架价格贵,这说明钛合金自行车车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩。?训挠昧可倭耍挥判愕募际踉笨?加妙牙粗谱髯孕谐党导埽恢谱黝炎孕谐党导艿某杀窘档偷仍?。

镁合金车架

是工程应用中最轻的金属结构材料,其密度仅为1.8克/厘米 3,是钢的1/4,铝的2/3。由于镁合金质量轻、比强度和比刚度高、阻尼减震性好,还具有优良的切削加工性能,在航空、航天、汽车、轨道交通和电子工业中具有十分广阔的应用前景。虽然镁元素的发现时间同铝接近,相对于全世界年用铝量2700万吨的水平,镁的使用量还较。?虼朔⒄姑静?祷咕哂芯薮蟮幕?岷颓绷。在镁科学与技术研究方面,全世界包括西方发达国家对镁的研究和开发还十分有限,国内与发达国家的差距远远不如在铝和钢铁方面那么大 镁合金  镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比塑料高,所以,在同样的强度零部件的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。

镁合金车架

镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。

在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。

镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。

镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。

镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。

镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。

●碳纤维自行车车架材料优缺点:

碳纤维自行车车架的特征是“轻、不弯曲、冲击吸收性好”,但是,充分发挥碳纤维的优异性

能,在技术上看起来不是那么容易,各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题,不大可能使用高等级的碳纤维来制作自行车车架。

碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻,但它是具有方向性的材料(拉伸强

度强但剪切强度弱),因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点,加工时需要进行复杂的应力计算。相对于钛合金材料,同时作为生产高档自行自行车车架的理想材料,目前在市场发展的趋中逐渐成为了制作高档自行车车架的主流,但客户对其材料的性能并不完全了解,我们在向客户介绍钛合金材料与碳纤维材料的对比方面,应突出碳纤维自行车车架的以下几点问题:

(1)碳纤维自行车车架如果外力作用在与纤维成一定角度的方向,其强度会大大下降,容易产生裂纹。

(2)碳纤维自行车车架固化成型过程中所加入的树脂存在老化的问题,风吹日晒将会逐渐影响自行车车架的性能

(3)碳纤维自行车车架是以模具固化后一体成型,模具成本相当高,工厂无法满足为客户量身定制的服务。

(4)碳纤维成架成型后,如果断裂将无法再进行修复

曾有人将自行车车架比喻为武士的刀,刀是武士的生命,而自行车车架则是自行车的宁魂!因此,认识自行车车架成了单车入门与购车须知的第一章。理想的自行车车架强调重量轻、强度够、刚性佳、加工品质好以及适合骑乘者的几何角度设计,可见自行车车架的学问不少!

碳纤维自行车车架

碳纤维不是金属,而是一种复合材料,利用碳纤丝编织成布,经过预浸树脂的过程成为预浸布,再将预浸布裁型然后叠层并入模式加热成型,可依需求制成各种形状的自行车车架。其特性是轻量、较具弹性(吸震佳)、骑乘感稳定、长途循迹持续感佳、舒适性高、工艺变化多,但表面硬度不佳,当施予之外力高于其破坏强度时,会造成断裂。再者,近年来由于碳纤纱需求大增,造成材料短缺,因此价格居高不下。碳纤维的拉伸强度强,但剪断强度弱,加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性),根据计算把碳纤维片重叠成型。一般常提到的高模数(Hight Module,HM),指的是高抗拉伸强度的碳纤维材料。

目前碳纤维管材的成型方式有一体成型、3D编织射出以及所谓的管对管方式,未来趋势将朝整合一体成型搭配管对管的最适化设计发展。目前市场上已研发出奈米碳纤维技术,舍弃普遍运用于一般碳纤维的epoxy环氧基树脂,改用一种胶合碳纤维2织布的特殊奈米材,并号称可以使自行车车架冲击的性能足足比传统碳纤维材质提升40%!一般来说碳纤维较适合运用在要求风阻较小的计时赛车上。

钛合金的相比较来说为最好,但是价格比较贵,而且一般也不用那么好,铝合金现在使用最好,因为技术比较成熟,性价比高,40公里每小时一般撞上不会变形,但是镁合金的前景比较高,但是现阶段技术不是很成熟,铝合金里面也分牌号,现在一般6061 6063 7005 7075,7075的性价比最高,但是一般这种自行车放的利润比较高,需要砍价。

 

文章来源:中国自行车网
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