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認(rèn)識(shí)車(chē)架管材—之鋁合金篇
對(duì)于車(chē)友們經(jīng)常提起的自行車(chē)車(chē)架,以及經(jīng)常提起、軟、硬、剛性、重量不足……等單詞,相比不是大多數(shù)人不能感受到的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)車(chē)友不是專(zhuān)業(yè)隊(duì)員、不是材料專(zhuān)家。更不能經(jīng)常換車(chē)騎,但是多數(shù)人會(huì)比較迷惑,同樣都是車(chē)架,為什么有的價(jià)值幾百元,有的價(jià)值幾千元,甚至過(guò)萬(wàn),除了品牌因素外還有哪些因素在里面?
制作自行車(chē)的管材,通常由鋁合金、鋼、鈦、碳纖四種主材料構(gòu)成,常見(jiàn)的是以鋁合金材料和鋼合金2種材質(zhì)。這里需要注意的是,純鋁和純鋼是不適合制作車(chē)架的,因?yàn)橛捕忍,通常制作?chē)架的鋁和鋼都是我們稱(chēng)的合金材料,碳纖作為一種輕量化的材料也越來(lái)越多被專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員所選擇。國(guó)際自行車(chē)聯(lián)盟規(guī)定,車(chē)手的賽車(chē)自重不得輕于6.8公斤,所以使用碳纖維控制在6.8公斤紅線(xiàn)以上最大程度降低單車(chē)重量是一個(gè)比較好的選擇。而鈦因?yàn)橹谱鞴に噺?fù)雜、焊接難度大并不是首選材質(zhì),隨著單車(chē)運(yùn)動(dòng)的普及,鈦也逐漸被一些車(chē)友接受。
作為用途最廣、最大眾的鋁合金來(lái)講依然是車(chē)友的第一選擇,因此這里對(duì)鋁合金的進(jìn)行一些介紹。
鋁合金的分類(lèi)和應(yīng)用領(lǐng)域通常按照數(shù)字進(jìn)行劃分,從1系到9系共有9個(gè)系別,命名以四個(gè)字的阿拉伯?dāng)?shù)字命名,例如1系中的1050,以及車(chē)友中經(jīng)常提及的到6061,從材料上來(lái)講,每個(gè)系別有不同的用途。1系為純鋁,鋁含量為99%以上,因?yàn)椴缓渌牧,?dāng)然價(jià)格也是便宜的。2系的鋁合金加入了3%-5%銅,相對(duì)于1系硬度提高,并且有一定的延展度,常用于航空等,在飛機(jī)蒙皮上使用的材料就是2系鋁,而3系鋁合金則加入了少含量的錳,有一定很好的成形性能,經(jīng)常用于加工食品管槽,大型儲(chǔ)藏罐等。4系鋁合金添加了硅元素,增加了耐熱性,可用于熱量密集處,如火花塞部位等。從5系開(kāi)始,鋁合金加入了3%-5%鎂材料,硬度有大規(guī)模的提高,延展度也高,常用于做版型材料,在我國(guó),5系的鋁合金也用途最多,加工工藝也最為成熟。
到鋁合金6系,既然加入了硅,又加入了鎂這兩種元素,既提高了硬度。是一種很好的鍛造產(chǎn)品,而車(chē)友中常說(shuō)的6061鋁合金金,就是6系里面的典型產(chǎn)品,強(qiáng)度好,抗腐蝕性強(qiáng)。而7系鋁合金,一些用到7075鋁合金的則是添加了金屬鋅,鎂。屬于超硬合金,耐磨性也進(jìn)一步增強(qiáng),但是目前7系鋁合金我國(guó)工藝不是很成熟,大多依賴(lài)進(jìn)口。
8系、9系,則比較少見(jiàn),8系主要是一些常用的鋁箔、9系在國(guó)際上為備用領(lǐng)域,作為備用編號(hào)留給未來(lái)可能出現(xiàn)的無(wú)法歸到已有類(lèi)別的鋁合金使用。
鋁合金系別 | 添加材料 |
1系 | 99%純鋁,AL |
2系 | 2%-5%銅,Cu |
3系 | 1%-3%猛,Mn |
4系 | 1-5%硅,Si |
5系 | 3%-5%鎂,Mg |
6系 | 鎂,Mg,硅Si |
7系 | 鎂Mg,硅Si,鋅Zn |
因此可以知道,常用的自行車(chē)車(chē)架主要鋁合金材料由6系、7系構(gòu)成,而5系也會(huì)在少量零部件上使用。
鋁合金在加工過(guò)程中,要制作成管材,不同管微量元素的含量并非一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),在生產(chǎn)工藝上、鍛造工藝上,合金比例上,各個(gè)上油品牌商都有自己的絕招在里面,并非一成不變的。這里舉一個(gè)單車(chē)意外的例子,軍事迷們都知道二戰(zhàn)的日本零式戰(zhàn)斗機(jī)是一個(gè)比較優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機(jī),在二戰(zhàn)初期,幾乎沒(méi)有對(duì)手。零式戰(zhàn)斗機(jī)的成功最大的關(guān)鍵因素就是,日本住友金屬工業(yè)公司發(fā)明了一種高強(qiáng)度的合金鋁,當(dāng)時(shí)稱(chēng)50風(fēng)金屬,該鋁合金強(qiáng)度比鋼還要高,因?yàn)橛辛诉@種金屬,零式設(shè)計(jì)時(shí)就采用了很細(xì)的飛機(jī)框架,并且敢于在上面鉆孔減重,鉚釘尺寸也非常小,在能保證戰(zhàn)機(jī)強(qiáng)度的情況下大大減輕了飛機(jī)重量,從而所向披靡,如果沒(méi)有住友金屬的這種鋁合金,零式是根本生產(chǎn)不出來(lái)的。由此可見(jiàn),都是鋁合金材料,加工工藝、以及微量元素的多少以及鍛造工藝都是各個(gè)上油工廠(chǎng)的秘方,就像可口可樂(lè)神秘秘方一樣,普通人永遠(yuǎn)不會(huì)知道。
(圖片:零式戰(zhàn)斗機(jī),因采用了一種超高強(qiáng)度的鋁合金金屬材料,在二戰(zhàn)初期,幾乎沒(méi)有對(duì)手)
我們通常購(gòu)買(mǎi)的成品車(chē)或者DIY車(chē)架多數(shù)是由6061鋁合金和7005鋁合金做成的,部分車(chē)架制造商會(huì)在車(chē)架上標(biāo)注改車(chē)架采用何種型材。
(圖為Mosso 品牌7005型材制造的車(chē)架在顯著位置標(biāo)有,7005字樣)
(閃電M5車(chē)架)
圖為閃電M5車(chē)架,在車(chē)架五通處,標(biāo)明車(chē)架使用了鋅、硅、鎂、銅、鋁5不同的元素在里面。因此,閃電的車(chē)架價(jià)格也比較貴,也是中高端車(chē)架的代表作之一。
管材處理技術(shù):
從上面知道,車(chē)架的型材無(wú)非大多數(shù)6系中的6001或者7系中的7005,在排除各個(gè)廠(chǎng)商的“神秘配方“以及加工工藝外,那么為什么同樣的材料的車(chē)架為什么價(jià)格會(huì)有差別,同樣適用一個(gè)材質(zhì)的車(chē)架為什么重量也有很大的差別。答案就是管材的二次處理和焊接處理。
我們通常所稱(chēng)的車(chē)架很輕,這個(gè)輕不是由鋁合金材質(zhì)決定的,輕的前提是要保證強(qiáng)度的情況下盡可能的減輕重量。車(chē)架上常用的一種工藝是抽管,抽管是一種工藝手段,在不影響強(qiáng)度前提下,讓管壁變薄,減輕重量,通常所謂的“兩抽、三抽”就是讓一個(gè)管內(nèi)有不同厚度、通過(guò)抽管可以讓車(chē)架達(dá)到二段或者三段不同厚度。使用一些中高端車(chē)架的朋友,可以觀(guān)察下自己的車(chē)架,以TFS車(chē)架為例,用手指彈上管、下管、立管,三個(gè)地方的響聲是不同的。下管和立管聲音很脆,而上管聲音相對(duì)較悶。三角形穩(wěn)定原理決定了在不受力的地方可以用更薄的管材,在受力的地方應(yīng)該加強(qiáng)。
液壓成形技術(shù):
抽管在一方面減輕了車(chē)架的重量,但是同樣強(qiáng)度也有所下降,因此為了提高車(chē)架強(qiáng)度,現(xiàn)在大部分車(chē)架都會(huì)使用液壓成形這一技術(shù),讓圓形的車(chē)架管材改變?cè)行螤睿驗(yàn)殇X的金屬延展度較差。因此,液壓成形這項(xiàng)技術(shù)在鋁合金管材上使用最為恰巧不過(guò)了。通過(guò)液壓成形,讓圓管成為異型管,制造出蛋形、類(lèi)三角形等異型管都可以增強(qiáng)車(chē)架的強(qiáng)度,一些中高端的車(chē)架上經(jīng)常會(huì)用到液壓成形。在后叉、下管上最為經(jīng)常見(jiàn)到。
因此,車(chē)友稱(chēng)之為的車(chē)架很硬、騎起來(lái)很硬朗、甚至過(guò)彎時(shí)有減震效果多半是由于抽管和液壓形成以及部分關(guān)鍵技術(shù)決定的。
(圖為美利達(dá)車(chē)架,采用液壓成形和抽管技術(shù))
車(chē)架的焊接處理
對(duì)于鋁合金來(lái)講,焊接處理通常為氬弧焊,因?yàn)楹附映鰜?lái)的接縫出類(lèi)似于魚(yú)鱗,通常也有成為魚(yú)鱗焊,對(duì)于鋁合金焊接,在處理上通常有一個(gè)難度,就是金屬鋁遇到氧氣很容易氧化,很容易形成氧化鋁,為焊接帶來(lái)很大的困難,很容易產(chǎn)生焊渣,在焊接中產(chǎn)生氣泡,生成氣孔。因此在焊接中必須去除這層氧化鋁,所以焊接的好壞是決定車(chē)架是否成為安全技術(shù)唯一指標(biāo)。氬弧焊正是利用氦氣和氦氮混合氣體在焊接的時(shí)候?qū)更c(diǎn)做到保護(hù),去除氧氣達(dá)到焊接的目的。至于一些TIG焊法、銅焊,通常用于鋼架、鈦架焊接,這一點(diǎn)會(huì)在以后進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)新出現(xiàn)的一種焊接模式叫做”平焊“,在車(chē)架上看不到焊接的痕跡,其實(shí)這并不是一種焊接方式,依然采用的是氬弧焊,只不過(guò)在焊接后對(duì)焊縫進(jìn)行了打磨處理,讓焊縫看起來(lái)更為平滑,符合審美觀(guān),當(dāng)然還必須是在保證安全的前提下。這里也提醒下車(chē)友們不要采購(gòu)一些看起來(lái)沒(méi)有牌子、價(jià)格很便宜的車(chē)架,因?yàn)楹附邮菦Q定車(chē)架的重要因素,一些知名工廠(chǎng)會(huì)有良好的QA、QC進(jìn)行把控,甚至使用X光機(jī)對(duì)焊接地方進(jìn)行檢測(cè),看焊接過(guò)程中是會(huì)否出現(xiàn)氣泡、出現(xiàn)虛焊等。而一些不知名的牌子、價(jià)格很便宜的車(chē)架多是些三無(wú)產(chǎn)品或者是一些假冒偽劣產(chǎn)品。在使用過(guò)程匯中很可能會(huì)出現(xiàn)意外事故。
(鋁合金氬弧焊局部圖,類(lèi)似于魚(yú)鱗,也被稱(chēng)為魚(yú)鱗焊)
(平焊局部圖,看起來(lái)更平滑)
(并不是所有的魚(yú)鱗焊都很難看,也有與車(chē)架相得益彰的)
除了管材的選擇、加工工藝的選擇、車(chē)架生產(chǎn)過(guò)程中還有幾何角度、液壓成形角度、甚至一些專(zhuān)利技術(shù)在里面。當(dāng)然對(duì)于車(chē)友們來(lái)講,了解這些專(zhuān)利可能會(huì)很枯燥,本篇文章僅僅作為科普知識(shí)讓廣大車(chē)友對(duì)自己的車(chē)架和金屬管材有一定的了解。
責(zé)任編輯:Kenneth
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