CN1186750A - 自行车用中空曲柄及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

结合铸造与热锻获得轻量、高强度且设计自由度大的结构及其制造方法。于铸造中空曲柄的模具20、21中装入制作砂型的砂芯24进行铸造。经机加工开孔而取出空心中构成砂芯24的砂子,形成所述空心而制成空心的曲柄坯料。也可在置入有砂芯24的状态下进行加热型锻,经加压锻造后开孔,再取出空心中构成砂芯24的砂子。由此制作成高强度的中空曲柄。

Description

自行车用中空曲柄及其制造方法
本发明涉及自行车用中空曲柄及其制造方法，具体涉及到经铸造制成内部中空的自行车用中空曲柄、轻量化的自行车用中空曲柄及其制造方法。
人们总是希望自行车尽可能地轻量化，因此也就要求自行车的一切部件尽可能地轻量化。因此自行车用的曲柄，例如已知有特公平2-18652号公报中所述的，通过形成管来制成的使曲柄内部取中空结构的轻量化部件。
已提出有通过挤压铸造实心坯料使其内部形成空心的方法(特开平5-11670号公报)。中空的曲柄由于要将管件或曲柄坯料通过焊接或塑性变形来形成，从而曲柄形状的设计自由度小。此外，由于即使是存在材料力学上不必要的部分也不能成形等理由，因而曲柄的形状便受到了制约。再有，即使是设计上提出了要求，由于加工的限制，具有外观难有高雅感的问题。
另一方面，周知有由轻型合金经铸造法来制造自行车曲柄的方法(例如，特公昭58-93554号公报)。根据这种方法，虽可摆脱前述的对形状的制约，但要使曲柄这类小型部件的内部空心化则有困难，而且机械强度也会变差。为此，还提出了将管件等成一体浇铸于内部的曲柄(实公昭48-7948号与61-131391号公报)。
将高强度的管件等整体地埋设于内部虽可保持曲柄的强度，但轻量化方面则会有问题。
本发明正是在上述技术背景下提出的，并实现下述目的。
本发明的一个目的在于提供一种经铸造制成的，设计上自由度大的，自行车用中空曲柄及其制造方法。
本发明的另一目的在于提供一种对铸造的曲柄坯料进行型锻而能除轻量化外还能获得高强度的自行车用中空曲柄及其制造方法。
本发明的第1方案的自行车用中空曲柄是，将所述曲柄的长度方向中央部分的内部取中空结构，所述中空结构具有与外部连通的开口部，用来取出铸造中充填于所述中空部中的砂。
本发明的第2方案的自行车用中空曲柄是，所述的开口部开设在曲柄的踏板安装孔中。这种开口可以用钻头等作机加工形成。
本发明的第3方案是，在前述第1或第2项方案所述的自行车用中空曲柄中，对所述开口部进行锻压，并将其封塞成基本上是密闭状态。结果不会降低开口部的机械强度，且能有效地改善其外观。
本发明的第4方案是内部呈空心的自行车用中空曲柄的制造方法，其特征在于，将制成的砂型的砂芯装入铸造此中空曲柄的铸模中，将构成此中空曲柄的金属熔化并注入到所述铸模内，在此熔融的金属凝固后将构成所述空心中所述砂芯的砂从开口部中取出而形成所述空心。
本发明的第5方案是，在第4方案所述的自行车用中空曲柄的制造方法中，所述的铸造可以是使熔融金属借重力注入模具内的重力模铸法。
本发明的第6方案的特征是，在第4或第5方案所述的内部呈空心的自行车用中空曲柄的制造方法中，将制成的砂型的砂芯装入铸造此中空曲柄的铸模中，将构成此中空曲柄的金属熔化并注入到所述铸模内在其凝固后铸造成曲柄坯料，经锻造对此曲柄坯料加压，为了制成所述空心经机加工于所述曲柄坯料中开孔由此而取出所述砂芯。
本发明的曲柄及其制造方法由于使曲柄的中央部取中空结构，曲柄得以轻型化。此外，由于是通过铸造制成曲柄，故曲柄的形状可以任意设计，由于设计的自由度增大，外观易具高雅感。再由于对铸造成的曲柄坯料进行型锻，除轻量化外还能取得充分的强度。
图1是本发明的左曲柄1的后视图。
图2是本发明的左曲柄1的俯视图。
图3是左曲柄1的侧视剖面图。
图4是左曲柄1的正视图。
图5是沿图4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖线的向视剖面图，而图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)分别是a-a、b-b、c-c、d-d的向视剖面图。
图6是表明左曲柄1的铸造状态的剖面图。
图7是表明砂芯模具的立体图。
图8表明铸造后从铸模中取出曲柄坯料29的状态的视图。
图9是表明将曲柄坯料29装入半密闭模具30中状态的剖面图。
图10表明经锻造加工后的曲柄坯料29的视图。
现在参照附图说明本发明的实施形式1。图1是本发明的左曲柄1的后视图。左曲柄1由铝合金制作，形成为如图1所示的、在安装踏板的踏板轴4这一侧窄，而在安装曲柄轴(图中未示明)的曲柄轴端部2一侧的断面宽的形状。由于使左曲柄1的宽窄这样地随位置而变化，通过改变其剖面积的大小，就可将其强度设计成，使加到其上面的应力在任何剖面上部基本不变。
在左曲柄1里侧两角隅部形成倒角部11(参看图12)。于左曲柄1的曲柄轴端部2中，开设有用来将左曲柄1安装到曲柄轴上的曲柄轴安装孔5，通过将曲柄轴***此孔内，就能将左曲柄1安装到曲柄轴上。另外，在左曲柄1的踏板安装一侧的踏板轴端部4中形成有踏板安装孔6。在此踏板安装孔6中装配上踏板轴(图中未示明)的一端。
图2是左曲柄1的俯视图。图3是左曲柄1的沿图1中III-III线截取的剖面图。以曲柄中央部3为中心过渡到踏板轴端部4和曲柄轴端部2侧形成了空心部7。图4是左曲柄1的正视图。空心部7的剖面结构如图5所示。图5是沿图4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖线的向视剖面图，而图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)则分别是a-a、b-b、c-c、d-d的向视剖面图。曲柄中央部3的剖面积在任何位置上都构成大体上受到相同大小应力的作用。
空心部7的剖面结构，在曲柄轴端部2一侧形成为将圆切断而成的半圆形。踏板轴端部4的一侧成为由长方形变形成的扁平形。空心部7的剖面积连续地变小，至两端处高度最小。也就是说空心部7的形状大略成为船底形。曲柄中央部3内的空心部7可使左曲柄1轻量化。
空心部7与踏板安装孔6通连，此孔6的侧面中具有剖面扁平的开口部15。开口部15如后所述是用于取出砂芯的开口。如图3所示，在踏板安装孔6附近的剖面是由压塌开口部15锻造形成的接合面14。
曲柄轴端部2上设有曲柄轴安装孔5，孔内表面上设有从内表面侧突出的凸缘8，在此凸缘8的内侧则成整体地设有凹形的细齿9。细齿9如图1所示在本例中为8个。齿数过少，拧合强度会不足，齿数过多，加工困难且费用增加，并且在组装时于转动方向确定分度位置的作业易出错。
曲柄轴安装孔5的较细齿9更朝里的一侧部分，同心地构造成锥孔形的定心部(也称作导向部)10。定心部10呈里侧增扩的圆筒式锥形孔，本例中的锥度为2-3°。定心部10的锥面与曲柄轴(图中未示明)的定心部的锥面密切接触，当两者的中心正好一致时，它们就能牢靠地联成一体。
左曲柄1的制造方法I
左曲柄1由下述方法制造。图6为示明左曲柄1铸造状态的剖面图。在模具20与21之间由流入熔融金属的熔融空间22分开。熔融空间22虽然是取与左曲柄1基本上相对应的形状分割出的，但考虑到熔融金属的收缩而使其稍大些。
砂芯24与左曲柄1内部形成的空心部7基本上呈同一形状。砂芯24为砂芯用的再生砂，作为能保持砂芯形状的硬化材料，要在再生砂上涂布树脂等合成树脂。砂芯24是用硅橡胶制作的砂芯模具30(参考图7)烧制的。砂芯24由制作左曲柄1的空心部7的空心砂芯部23和用于将砂芯24固定地埋入模具20与21之间的砂芯保持部25组成。
图7为示明砂芯模具的立体图。砂芯模具30由两个分开的模具形成。在砂芯模具30的内部形成有与空心砂芯部23相对应的空间31以及与砂芯保持部25相对应的空间32。在此空间31与空间32中加入表面用树脂涂层的砂芯用砂。在加预定压力下使砂芯用砂附着固定后，与砂芯模具30一起投到烧结炉(图中未示明)内，然后升温到树脂的硬化温度。
通过上述加热，涂于砂芯用砂表面上的树脂热固化，而使砂芯模具30内的砂芯砂硬化成砂芯24。当砂芯24硬化后，便分开砂芯模具30，从空间31与32中取出砂芯24。取出的砂芯24已硬化成形，不会因弱小的力而简单弄碎。
熔融空间22形成于模具20和21之间。在熔融空间22内将砂芯24如图6所示定位。为使砂芯24正确定位于熔融空间22内，用泡沫苯乙烯等制的隔件26使砂芯24定位。熔融空间22经流道27与浇口28连通。
熔融的铝合金经浇口28注入，通过流道27进入熔融空间22。此种铸造法是不加压力而仅由重力这种压力进行普通浇铸的模铸法，即所谓重力模铸的铸造方法。图8所示的曲柄坯料20是其在铸造后从模具20、21中取出状态时的剖面。砂芯保持部25在A处切断。此外，踏板安装孔6的下孔是用钻头33加工成的。
通过上述加工，由于踏板安装孔6的下孔与开口15连通，故能从开口15中将砂芯砂取出。取出砂芯砂后，便形成了空心部7。然后，为获得所需的左曲柄1的形状，可通过切削，磨削与研磨加工等减薄加工来完成精加工。
左曲柄1的制造方法2
在上述的左曲柄1的制造方法中，是在铸造后通过切削、磨削与研磨加工等减薄加工进行精加工。但是，仅通过铸造，会在内部的金属结构内出现空隙。为此，可在将铸造后的砂芯24保持在曲柄坯料29内的原样状态下进行型锻。型锻是装载于半密闭型锻用的半密闭模具15中进行热锻。
图9为示明将铸造后的曲柄坯料20置入下模具36中的状态的剖面图。在将曲柄坯料20装载到下模具36中之前，只在踏板安装孔6的开口部15附近取出并除去砂芯砂。理由是这部分有砂芯砂余留则强度会变弱，从而会使踏板安装孔6的机械强度减弱。
踏板安装孔6前端的开口部15经压塌，它的一部分成为实心状(参看图10)。压塌的开口部15的一部分作为接合面14出现(参看图3)。将曲柄坯料29加热到所需温度后装置到下模具36中后，由上模具37加压进行锻造加工。经此热锻后，铸造成的坯料29在长度、厚度、壁厚与表面上都获得了精度良好的加工，此曲柄坯料20的材料经锻压而均质化，也提高了机械强度。
由于受热锻的砂芯24是在置入曲柄坯料29内的状态下受到铸造，空心部7便不会塌缩而确保空心形式。踏板安装孔6是经钻头33作钻孔加工而开设成的。由于经此钻孔加工使踏板安装孔6与开口15连通，就能从开口15中取出砂芯砂而形成空心部7。然后按图1-5所示的左曲柄1的形状进行机加工将其完成最终形式(参见图10)。

Claims (7)

1.一种自行车用中空曲柄，其特征在于，所述曲柄的长度方向中央部分的内部取中空结构，所述中空结构具有与外部连通的开口部，用来取出铸造中充填于所述中空部中的砂。
2.如权利要求1所述的自行车用中空曲柄，其特征在于，所述的开口部开设在曲柄的踏板安装孔中。
3.如权利要求1或2所述的自行车用中空曲柄，其特征在于，对所述开口部进行锻压，并将此开口部封塞成基本上为密闭状态。
4.一种内部呈空心的自行车用中空曲柄的制造方法，其特征在于，将制成的砂型的砂芯装入铸造所述中空曲柄的铸模中，在经过将构成所述中空曲柄的金属熔化并注入到上述铸模内使之凝固的铸造后将构成所述空心中所述砂芯的砂从开口部取出而形成所述空心。
5.如权利要求4所述的自行车用中空曲柄的制造方法，其特征在于，所述的铸造法是使熔融金属借重力注入模具内的重力模铸法。
6.如权利要求4或5所述的自行车用中空曲柄的制造方法，其特征在于，对所述开口部进行锻压，闭塞此开口部。
7.一种内部呈空心的自行车用中空曲柄的制造方法，其特征在于，将制成的砂型的砂芯装入铸造所述中空曲柄的铸模中，将构成所述中空曲柄的金属熔化并注入到所述铸模内在其凝固后铸造成曲柄坯料，经锻造对所述曲柄坯料加压，为了制成所述空心经机加工于所述曲柄坯料中开孔由此而取出所述砂芯。
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