减震自行车架的前、后三角连接头及其制造工艺和模具 【技术领域】
本发明涉及自行车架，具体涉及减震自行车架的前、后三角连接头及其制造工艺和模具。
背景技术
自行车是一种既经济又便利的交通工具，目前已经遍及世界的每个角落。随着科技的不断进步，各种新型减震结构以及镁合金等新材料的广泛应用，使得自行车的性能有了很大的提高，出现了各种高性能的减震自行车。
减震自行车架是减震自行车的关键部件，一般由前三角和后三角两个主要部分组成，其中前三角主要用于支撑前轮和把手，后三角主要用来支撑后轮。根据其具体结构主要分为硬尾自行车架、软尾自行车架和全减震自行车架等几种。后三角没有减震装置，直接用金属管材焊接而成的自行车架称为硬尾自行车架，这种自行车架具有重量轻，无蹬踏损失等优点，而且价格也相对比较便宜，但是由于后三角的减震程度差，因此在比较崎岖的路面上以较高的速度行驶时后轮稳定性不高，甚至可能出现后轮被颠离开地面而导致失控的现象。全减震自行车架带有完全独立的减震结构和种类繁多的减震器，具有良好的减震效果，但是价格昂贵，并且维护成本较高。软尾自行车架是介于硬尾自行车架和全减震自行车架之间的一种自行车架，通过被动阻尼结构实现类似后减震器的效果，这种自行车架有较好的舒适性并且价格适中，因此成为了当今减震自行车架的主流。
目前高档减震自行车架的主要材料是镁合金。图1是一种软尾自行车架的结构示意图，图中，后三角11上设有阻尼减震块12，前三角16和阻尼减震块12之间通过减震连接头14连接在一起，通过阻尼减震块12实现减震缓冲。减震连接头14的结构如图2所示，包括一个圆筒形的外套筒21和焊接在其一端的端盖22，端盖22的中心处设有一螺纹孔23，外套筒21的一端焊接在前三角16的立管15上，端盖22通过螺栓13将该连接头14与阻尼减震块12连接在一起。对于镁合金连接头而言，由于镁合金的塑性差、变形困难，因此现有镁合金连接头的加工工艺流程为：铣弧口---锯切断----锯切端盖料----焊接-----攻丝，可见上述加工方法工艺复杂、加工难度大，特别是在铣外套筒的弧形凹槽时，由于外套筒较短，在铣床上无法夹持，必需首先在一根长圆管的一端铣出与中管相配的弧口，随后再将铣好弧口的管子拿到锯床上，根据零件的尺寸锯切，最后将端盖与外套筒焊接为一体。
通过上面的加工工艺流程可以看出，现有镁合金减震连接头的加工工艺复杂，制造难度大。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是解决镁合金减震连接头的加工工艺复杂，制造难度大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种减震自行车架的前、后三角连接头，该连接头由镁合金一次挤压成型，其具有一端封闭的圆筒状接头本体，接头本体的开口端具有与自行车架前三角立管的外圆柱面相适配的弧形凹槽，封闭端的中心处设有一螺纹通孔。
作为该连接头的改进方案，接头本体封闭端内表面的中心处设有凸台。
本发明还提供了上述连接头的制造模具，包括下模组件、上模组件和外模组件，
所述下模组件包括下模板、内芯、下模和下加热套，下模的上部呈上小下大的台阶轴状且台阶面为与连接头开口端的形状相适配的上凸弧面，下模顶面的中心处设有圆形凹坑，下模的底端外侧面上设有第一环形凸缘，内芯呈上小下大的台阶轴状，内芯置于下模内且其上端穿出下模的顶面，下模置于下加热套内且其上部穿出下加热套的顶面，下加热套与下模板螺接固定；
所述上模组件包括上模板、模柄和上模，模柄设有轴向通孔且底部外侧面设有第二环形凸缘，模柄自下而上嵌装在上模板上且模柄的底面与上模板的底面平齐，上模呈圆柱状且下端设有第三圆形凸缘，上模底面的中心处设有与内芯上部相适配地盲孔且盲孔的深度与连接头的高度相同；
所述外模组件包括外模和上加热套，外模的顶端设有第四环形凸缘并沿轴向设有外模台阶轴孔，上加热套设有与外模外侧面相适配的上加热套台阶通孔，上加热套套装在外模的外侧面上且与上模板螺接固定，上模上部自下而上依次从外模和模柄穿出，上模上的第三圆形凸缘的上表面与外模台阶轴孔的台阶面相抵且内芯的上端与上模底面上的盲孔正对。
在上述模具的技术方案中，上、下加热套内设有恒温加热管，且恒温加热管的加热温度为320～360℃。
所述上模、外模和下模的材质为合金工具钢，上、下加热套的材质为低碳钢。
本发明还提供了上述连接头的制造工艺，包括以下步骤：
A10、分别将减震自行车架的前、后三角连接头的制造模具安装在液压压力机上，其中下模组件固定在液压压力机的工作平台上，上模组件和外模组件固定在液压压力机移动滑块上；
A20、启动液压压力机，使移动滑块停留在装料工位；
A30、上、下加热套分别通电加热模具并保持至320～360℃；
A40、将根据连接头重量下料的圆筒状镁合金原料，在电阻炉中加热到320～360℃。
A50、将加热后的镁合金原料套装在下模组件中的内芯上，启动液压压力机，使移动滑块下移至预备工位，此时下模组件中内芯的上部插入到上模组件中上模底面上的盲孔内；
A60、液压压力机的移动滑块继续下移将连接头一次挤压成型；
A70、液压压力机的移动滑块上移至卸料工位，这一过程中，液压压力机的导料杆与上模组件中上模的顶面相抵，从而随上模板的上移将成型的连接头推出外模。
本发明采用密闭型腔的模具一次挤压成型制造连接头，在挤压成型过程中原料承受的是三向压应力，有利于塑性变形并提高机械性能，挤压成型后无需机械加工，提高了产品质量和生产效率，并降低了成本。
【附图说明】
图1为现有的软尾自行车架结构示意图；
图2为目前减震自行车架的前、后三角连接头的结构示意图；
图3为本发明提供的减震自行车架的前、后三角连接头的一种实施例结构示意图；
图4为本发明提供的减震自行车架的前、后三角连接头制造模具结构示意图；
图5为下模组件分解结构示意图；
图6为上模、外模组件分解结构示意图。
【具体实施方式】
本发明提供了一种镁合金减震自行车架的前、后三角连接头，采用独特的密闭模具，一次挤压成型，简化了生产工艺，节省了原材料，降低了成本，同时也提高了该连接头力学性能。下面结合附图和具体实施例对本发明作出详细的说明。
图3为本发明提供的减震自行车架的前、后三角连接头的一种实施例结构示意图，如图3所示，该连接头由镁合金一次挤压成型，其具有一端封闭的圆筒状接头本体31，接头本体31的开口端32具有与自行车架前三角立管的外圆柱面相适配的弧形凹槽，封闭端33的中心处设有螺纹通孔34且内表面上设有轴向圆形凸台35。接头本体开口端32处的弧形凹槽与自行车架前三角立管焊接在一起，封闭端33通过螺栓将接头本体31与阻尼减震块连接在一起。由于接头本体封闭端33的内表面上设有轴向圆形凸台35，这样，在原料质量相同的情况下上，增加了螺纹通孔的有效长度，从而提高了接头本体31的连接强度。
众所周知，镁合金的塑性差、变形困难，因此上述减震自行车架的前、后三角连接头需借助专用制造模具挤压成型，本发明提供了该制造模具，具体结构如图4所示，包括下模组件、上模组件和外模组件。
图5是该制造模具下模组件的分解结构示意图，结合图4和图5所示，下模组件包括下模板41、内芯44、下模43和下加热套42，内芯44呈上小下大的台阶轴状，下模43沿轴向设有与内芯44外圆周面相适配的台阶通孔433，内芯44自下而上穿装在下模43的台阶通孔433内且内芯44的上端441穿出下模43的顶面，下模43的底端外侧面上设有第一环形凸缘434，下加热套42上设有与下模43底部相适配的台阶通孔421，下模43自下而上穿装在下加热套42内且下模43的上部穿出下加热套42的顶面，下模43的上部呈上小下大的台阶轴状，该台阶轴的台阶面432为与连接头开口端的形状相适配的上凸弧面，下模43顶面的中心处设有圆形凹坑431，该圆形凹坑431用于在连接头成型时形成封闭端内表面上的轴向圆形凸台。下加热套42的外形呈方形，四个角部设有通孔，固定螺栓分别穿过上述四个通孔将其固定在下模板41的上表面上，并通过台阶通孔421的台阶面将下模43紧压在下模板41上，同时下模43通过台阶通孔433将内芯42紧压在下模板41上。本发明所采用的固定方式，只须固定下加热套42就同时固定了下模43和内芯42，模具装卸非常方便，大大提高了生产效率。
图6为上模、外模组件分解结构示意图，结合图4和图6，上模组件包括上模板45、模柄46和上模47，模柄46设有轴向通孔461且底部外侧面设有第二环形凸缘462，上模板45上设有与模柄46的外侧面相适配的台阶通孔451，模柄46自下而上穿装在上模板45的台阶通孔451内且模柄45的底面与上模板45的底面平齐，上模47呈圆柱状且下端设有第三圆形凸缘471，上模47底面的中心处设有与内芯42上部相适配的盲孔472，盲孔472的深度与连接头的高度相同，即内芯42在盲孔472中的移动距离等于挤压连接头的行程。外模组件包括外模50和上加热套48，外模50的顶端设有第四环形凸缘501且沿轴向设有上小下大的外模台阶轴孔502，上加热套48上设有与外模52外侧面相适配的上加热套台阶通孔481，上加热套48呈方形，其四个角部分别设有通孔，上加热套48套装在外模50的外侧面上且通过四个固定螺栓将其固定在上模板45的底面上，上模47上部自下而上依次从外模50和模柄46中穿出，上模47上的第三圆形凸缘471的上表面与外模台阶轴孔502的台阶面相抵且内芯42的上端与上模47底面上的盲孔471正对。模柄45的上端用于装夹在液压压力机的滑块上，在挤压成型的过程中，内芯42的上部可以沿上模47上的盲孔471上下移动，一方面起到导向的作用，另一方面也起到限位的作用，即当液压压力机挤压到位时，内芯42的顶面刚好与上模47上的盲孔471的底面相抵，这样，液压压力机的压力就由内芯42承载并传递给液压压力机的工作平台，从而保护成型的连接头不再承受压力。
上、下加热套48、42内分别设有恒温加热管49，且恒温加热管49的加热温度为320～360℃。由于镁合金塑性较差，因此整个挤压过程中，原料必须恒温保持在320～360℃，通过上、下加热套48、42将下模43和外模50加热并保持恒温，从而保证了镁合金连接头挤压成型的成品率。
在上述制造模具中，上模47、外模50和下模43的材质为合金工具钢，例如铬钢，因为它们的主要作用是挤压镁合金，因此选取高硬度的材料，然而，高硬度材料的脆性较大，容易开裂，为了避免上模47、外模50和下模43的开裂，外模50和下模43的外侧面上分别套装有上、下加热套48、42，一方面起到对原料的加热作用，另一方面也对外模50和下模43起到保护作用。上、下加热套48、42的材质选用的是低碳钢，低碳钢具有良好的塑性，环抱在外模50和下模43的外侧面上，能起到很好的保护作用。
本发明提供的减震自行车架的前、后三角连接头的制造模具结构合理、装卸方便，只需固定上、下加热套48、42，并分别通过台阶轴、孔实现整个模具的快速紧固，生产效率高。
综上所述，由于镁合金塑性较差，利用普通锻造很难成型，本发明提供的制造模具采用密闭的型腔(由上模、下模、外模和内芯组成)，连接头在成型过程中承受的是三向压应力，即上、下和四周均承受挤压使材料处于塑性状态，有利于塑性变形并提高材料的机械性能，一次挤压就可以形成所需要的零件的外形，无需进行机械加工，提高了产品质量和生产效率。
本发明还提供了上述连接头的制造工艺，包括以下步骤：
A10、分别将减震自行车架的前、后三角连接头的制造模具安装在液压压力机上，其中下模组件固定在液压压力机的工作平台上，上模组件和外模组件固定在液压压力机移动滑块上；
A20、启动液压压力机，使移动滑块停留在装料工位；
A30、上、下加热套分别通电加热模具并保持至320～360℃；
A40、加热上、下加热套的同时，将根据连接头重量下料的圆筒状镁合金原料，在电阻炉中加热到320～360℃。
A50、将加热后的镁合金原料套装在下模组件中的内芯上，启动液压压力机，使移动滑块下移至预备工位，此时下模组件中内芯的上部插入到上模组件中上模底面上的盲孔内；
A60、液压压力机的移动滑块继续下移将连接头一次挤压成型；
A70、液压压力机的移动滑块上移至卸料工位，这一过程中，液压压力机的导料杆与上模组件中上模的顶面相抵，从而随上模板的上移将成型的连接头推出外模。
应用本发明提供的制造模具和制造工艺生产镁合金连接头，具有以下优点：
(1)简化了生产工艺，提高了生产效率，有利于批量生产。
(2)无切削加工，一次成型，节省原材料。
(3)镁合金连接头结构设计合理，在相同连接强度下，比原产品减轻件重量。
(4)由于简化了生产工艺，节省了原材料，所以降低了成本。
(5)由于镁合金连接头结构合理，并且通过挤压成型，其零件内部全部为塑性变形组织，相对以往的焊接件而言，提高了零件的力学性能。
(6)制造模具采用密闭式的型腔，且恒温加热，零件在成型过程中，承受的是三向压应力，使材料处于塑性状态，有利于塑性变形。
(7)制造模具结构合理，只须螺接上、下加热套，因此，模具装卸方便，提高了生产效率。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。