專利名稱：自行車用中空曲柄及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自行車用中空曲柄及其制造方法，具體涉及到經(jīng)鑄造制成內(nèi)部中空的自行車用中空曲柄、輕量化的自行車用中空曲柄及其制造方法。
人們總是希望自行車盡可能地輕量化，因此也就要求自行車的一切部件盡可能地輕量化。因此自行車用的曲柄，例如已知有特公平2-18652號公報中所述的，通過形成管來制成的使曲柄內(nèi)部取中空結(jié)構(gòu)的輕量化部件。
已提出有通過擠壓鑄造實心坯料使其內(nèi)部形成空心的方法(特開平5-11670號公報)。中空的曲柄由于要將管件或曲柄坯料通過焊接或塑性變形來形成，從而曲柄形狀的設(shè)計自由度小。此外，由于即使是存在材料力學(xué)上不必要的部分也不能成形等理由，因而曲柄的形狀便受到了制約。再有，即使是設(shè)計上提出了要求，由于加工的限制，具有外觀難有高雅感的問題。
另一方面，周知有由輕型合金經(jīng)鑄造法來制造自行車曲柄的方法(例如，特公昭58-93554號公報)。根據(jù)這種方法，雖可擺脫前述的對形狀的制約，但要使曲柄這類小型部件的內(nèi)部空心化則有困難，而且機械強度也會變差。為此，還提出了將管件等成一體澆鑄于內(nèi)部的曲柄(實公昭48-7948號與61-131391號公報)。
將高強度的管件等整體地埋設(shè)于內(nèi)部雖可保持曲柄的強度，但輕量化方面則會有問題。
本發(fā)明正是在上述技術(shù)背景下提出的，并實現(xiàn)下述目的。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種經(jīng)鑄造制成的，設(shè)計上自由度大的，自行車用中空曲柄及其制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種對鑄造的曲柄坯料進(jìn)行型鍛而能除輕量化外還能獲得高強度的自行車用中空曲柄及其制造方法。
本發(fā)明的第1方案的自行車用中空曲柄是，將所述曲柄的長度方向中央部分的內(nèi)部取中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)具有與外部連通的開口部，用來取出鑄造中充填于所述中空部中的砂。
本發(fā)明的第2方案的自行車用中空曲柄是，所述的開口部開設(shè)在曲柄的踏板安裝孔中。這種開口可以用鉆頭等作機加工形成。
本發(fā)明的第3方案是，在前述第1或第2項方案所述的自行車用中空曲柄中，對所述開口部進(jìn)行鍛壓，并將其封塞成基本上是密閉狀態(tài)。結(jié)果不會降低開口部的機械強度，且能有效地改善其外觀。
本發(fā)明的第4方案是內(nèi)部呈空心的自行車用中空曲柄的制造方法，其特征在于，將制成的砂型的砂芯裝入鑄造此中空曲柄的鑄模中，將構(gòu)成此中空曲柄的金屬熔化并注入到所述鑄模內(nèi)，在此熔融的金屬凝固后將構(gòu)成所述空心中所述砂芯的砂從開口部中取出而形成所述空心。
本發(fā)明的第5方案是，在第4方案所述的自行車用中空曲柄的制造方法中，所述的鑄造可以是使熔融金屬借重力注入模具內(nèi)的重力模鑄法。
本發(fā)明的第6方案的特征是，在第4或第5方案所述的內(nèi)部呈空心的自行車用中空曲柄的制造方法中，將制成的砂型的砂芯裝入鑄造此中空曲柄的鑄模中，將構(gòu)成此中空曲柄的金屬熔化并注入到所述鑄模內(nèi)在其凝固后鑄造成曲柄坯料，經(jīng)鍛造對此曲柄坯料加壓，為了制成所述空心經(jīng)機加工于所述曲柄坯料中開孔由此而取出所述砂芯。
本發(fā)明的曲柄及其制造方法由于使曲柄的中央部取中空結(jié)構(gòu)，曲柄得以輕型化。此外，由于是通過鑄造制成曲柄，故曲柄的形狀可以任意設(shè)計，由于設(shè)計的自由度增大，外觀易具高雅感。再由于對鑄造成的曲柄坯料進(jìn)行型鍛，除輕量化外還能取得充分的強度。
圖1是本發(fā)明的左曲柄1的后視圖。
圖2是本發(fā)明的左曲柄1的俯視圖。
圖3是左曲柄1的側(cè)視剖面圖。
圖4是左曲柄1的正視圖。
圖5是沿圖4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖線的向視剖面圖，而圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)分別是a-a、b-b、c-c、d-d的向視剖面圖。
圖6是表明左曲柄1的鑄造狀態(tài)的剖面圖。
圖7是表明砂芯模具的立體圖。
圖8表明鑄造后從鑄模中取出曲柄坯料29的狀態(tài)的視圖。
圖9是表明將曲柄坯料29裝入半密閉模具30中狀態(tài)的剖面圖。
圖10表明經(jīng)鍛造加工后的曲柄坯料29的視圖。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的實施形式1。圖1是本發(fā)明的左曲柄1的后視圖。左曲柄1由鋁合金制作，形成為如圖1所示的、在安裝踏板的踏板軸4這一側(cè)窄，而在安裝曲柄軸(圖中未示明)的曲柄軸端部2一側(cè)的斷面寬的形狀。由于使左曲柄1的寬窄這樣地隨位置而變化，通過改變其剖面積的大小，就可將其強度設(shè)計成，使加到其上面的應(yīng)力在任何剖面上部基本不變。
在左曲柄1里側(cè)兩角隅部形成倒角部11(參看圖12)。于左曲柄1的曲柄軸端部2中，開設(shè)有用來將左曲柄1安裝到曲柄軸上的曲柄軸安裝孔5，通過將曲柄軸插入此孔內(nèi)，就能將左曲柄1安裝到曲柄軸上。另外，在左曲柄1的踏板安裝一側(cè)的踏板軸端部4中形成有踏板安裝孔6。在此踏板安裝孔6中裝配上踏板軸(圖中未示明)的一端。
圖2是左曲柄1的俯視圖。圖3是左曲柄1的沿圖1中III-III線截取的剖面圖。以曲柄中央部3為中心過渡到踏板軸端部4和曲柄軸端部2側(cè)形成了空心部7。圖4是左曲柄1的正視圖?？招牟?的剖面結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5是沿圖4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖線的向視剖面圖，而圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)則分別是a-a、b-b、c-c、d-d的向視剖面圖。曲柄中央部3的剖面積在任何位置上都構(gòu)成大體上受到相同大小應(yīng)力的作用。
空心部7的剖面結(jié)構(gòu)，在曲柄軸端部2一側(cè)形成為將圓切斷而成的半圓形。踏板軸端部4的一側(cè)成為由長方形變形成的扁平形。空心部7的剖面積連續(xù)地變小，至兩端處高度最小。也就是說空心部7的形狀大略成為船底形。曲柄中央部3內(nèi)的空心部7可使左曲柄1輕量化。
空心部7與踏板安裝孔6通連，此孔6的側(cè)面中具有剖面扁平的開口部15。開口部15如后所述是用于取出砂芯的開口。如圖3所示，在踏板安裝孔6附近的剖面是由壓塌開口部15鍛造形成的接合面14。
曲柄軸端部2上設(shè)有曲柄軸安裝孔5，孔內(nèi)表面上設(shè)有從內(nèi)表面?zhèn)韧怀龅耐咕?，在此凸緣8的內(nèi)側(cè)則成整體地設(shè)有凹形的細(xì)齒9。細(xì)齒9如圖1所示在本例中為8個。齒數(shù)過少，擰合強度會不足，齒數(shù)過多，加工困難且費用增加，并且在組裝時于轉(zhuǎn)動方向確定分度位置的作業(yè)易出錯。
曲柄軸安裝孔5的較細(xì)齒9更朝里的一側(cè)部分，同心地構(gòu)造成錐孔形的定心部(也稱作導(dǎo)向部)10。定心部10呈里側(cè)增擴(kuò)的圓筒式錐形孔，本例中的錐度為2-3°。定心部10的錐面與曲柄軸(圖中未示明)的定心部的錐面密切接觸，當(dāng)兩者的中心正好一致時，它們就能牢靠地聯(lián)成一體。
左曲柄1的制造方法I左曲柄1由下述方法制造。圖6為示明左曲柄1鑄造狀態(tài)的剖面圖。在模具20與21之間由流入熔融金屬的熔融空間22分開。熔融空間22雖然是取與左曲柄1基本上相對應(yīng)的形狀分割出的，但考慮到熔融金屬的收縮而使其稍大些。
砂芯24與左曲柄1內(nèi)部形成的空心部7基本上呈同一形狀。砂芯24為砂芯用的再生砂，作為能保持砂芯形狀的硬化材料，要在再生砂上涂布樹脂等合成樹脂。砂芯24是用硅橡膠制作的砂芯模具30(參考圖7)燒制的。砂芯24由制作左曲柄1的空心部7的空心砂芯部23和用于將砂芯24固定地埋入模具20與21之間的砂芯保持部25組成。
圖7為示明砂芯模具的立體圖。砂芯模具30由兩個分開的模具形成。在砂芯模具30的內(nèi)部形成有與空心砂芯部23相對應(yīng)的空間31以及與砂芯保持部25相對應(yīng)的空間32。在此空間31與空間32中加入表面用樹脂涂層的砂芯用砂。在加預(yù)定壓力下使砂芯用砂附著固定后，與砂芯模具30一起投到燒結(jié)爐(圖中未示明)內(nèi)，然后升溫到樹脂的硬化溫度。
通過上述加熱，涂于砂芯用砂表面上的樹脂熱固化，而使砂芯模具30內(nèi)的砂芯砂硬化成砂芯24。當(dāng)砂芯24硬化后，便分開砂芯模具30，從空間31與32中取出砂芯24。取出的砂芯24已硬化成形，不會因弱小的力而簡單弄碎。
熔融空間22形成于模具20和21之間。在熔融空間22內(nèi)將砂芯24如圖6所示定位。為使砂芯24正確定位于熔融空間22內(nèi)，用泡沫苯乙烯等制的隔件26使砂芯24定位。熔融空間22經(jīng)流道27與澆口28連通。
熔融的鋁合金經(jīng)澆口28注入，通過流道27進(jìn)入熔融空間22。此種鑄造法是不加壓力而僅由重力這種壓力進(jìn)行普通澆鑄的模鑄法，即所謂重力模鑄的鑄造方法。圖8所示的曲柄坯料20是其在鑄造后從模具20、21中取出狀態(tài)時的剖面。砂芯保持部25在A處切斷。此外，踏板安裝孔6的下孔是用鉆頭33加工成的。
通過上述加工，由于踏板安裝孔6的下孔與開口15連通，故能從開口15中將砂芯砂取出。取出砂芯砂后，便形成了空心部7。然后，為獲得所需的左曲柄1的形狀，可通過切削，磨削與研磨加工等減薄加工來完成精加工。
左曲柄1的制造方法2在上述的左曲柄1的制造方法中，是在鑄造后通過切削、磨削與研磨加工等減薄加工進(jìn)行精加工。但是，僅通過鑄造，會在內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)空隙。為此，可在將鑄造后的砂芯24保持在曲柄坯料29內(nèi)的原樣狀態(tài)下進(jìn)行型鍛。型鍛是裝載于半密閉型鍛用的半密閉模具15中進(jìn)行熱鍛。
圖9為示明將鑄造后的曲柄坯料20置入下模具36中的狀態(tài)的剖面圖。在將曲柄坯料20裝載到下模具36中之前，只在踏板安裝孔6的開口部15附近取出并除去砂芯砂。理由是這部分有砂芯砂余留則強度會變?nèi)?，從而會使踏板安裝孔6的機械強度減弱。
踏板安裝孔6前端的開口部15經(jīng)壓塌，它的一部分成為實心狀(參看圖10)。壓塌的開口部15的一部分作為接合面14出現(xiàn)(參看圖3)。將曲柄坯料29加熱到所需溫度后裝置到下模具36中后，由上模具37加壓進(jìn)行鍛造加工。經(jīng)此熱鍛后，鑄造成的坯料29在長度、厚度、壁厚與表面上都獲得了精度良好的加工，此曲柄坯料20的材料經(jīng)鍛壓而均質(zhì)化，也提高了機械強度。
由于受熱鍛的砂芯24是在置入曲柄坯料29內(nèi)的狀態(tài)下受到鑄造，空心部7便不會塌縮而確保空心形式。踏板安裝孔6是經(jīng)鉆頭33作鉆孔加工而開設(shè)成的。由于經(jīng)此鉆孔加工使踏板安裝孔6與開口15連通，就能從開口15中取出砂芯砂而形成空心部7。然后按圖1-5所示的左曲柄1的形狀進(jìn)行機加工將其完成最終形式(參見圖10)。
權(quán)利要求
1.一種自行車用中空曲柄，其特征在于，所述曲柄的長度方向中央部分的內(nèi)部取中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)具有與外部連通的開口部，用來取出鑄造中充填于所述中空部中的砂。
2.如權(quán)利要求1所述的自行車用中空曲柄，其特征在于，所述的開口部開設(shè)在曲柄的踏板安裝孔中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自行車用中空曲柄，其特征在于，對所述開口部進(jìn)行鍛壓，并將此開口部封塞成基本上為密閉狀態(tài)。
4.一種內(nèi)部呈空心的自行車用中空曲柄的制造方法，其特征在于，將制成的砂型的砂芯裝入鑄造所述中空曲柄的鑄模中，在經(jīng)過將構(gòu)成所述中空曲柄的金屬熔化并注入到上述鑄模內(nèi)使之凝固的鑄造后將構(gòu)成所述空心中所述砂芯的砂從開口部取出而形成所述空心。
5.如權(quán)利要求4所述的自行車用中空曲柄的制造方法，其特征在于，所述的鑄造法是使熔融金屬借重力注入模具內(nèi)的重力模鑄法。
6.如權(quán)利要求4或5所述的自行車用中空曲柄的制造方法，其特征在于，對所述開口部進(jìn)行鍛壓，閉塞此開口部。
7.一種內(nèi)部呈空心的自行車用中空曲柄的制造方法，其特征在于，將制成的砂型的砂芯裝入鑄造所述中空曲柄的鑄模中，將構(gòu)成所述中空曲柄的金屬熔化并注入到所述鑄模內(nèi)在其凝固后鑄造成曲柄坯料，經(jīng)鍛造對所述曲柄坯料加壓，為了制成所述空心經(jīng)機加工于所述曲柄坯料中開孔由此而取出所述砂芯。
全文摘要
結(jié)合鑄造與熱鍛獲得輕量、高強度且設(shè)計自由度大的結(jié)構(gòu)及其制造方法。于鑄造中空曲柄的模具20、21中裝入制作砂型的砂芯24進(jìn)行鑄造。經(jīng)機加工開孔而取出空心中構(gòu)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的狀態(tài)下進(jìn)行加熱型鍛,經(jīng)加壓鍛造后開孔,再取出空心中構(gòu)成砂芯24的砂子。由此制作成高強度的中空曲柄。
文檔編號B62M3/00GK1186750SQ97125949
公開日1998年7月8日 申請日期1997年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者山中正廣 申請人:株式會社島野