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认识车架管材—之铝合金篇

对于车友们经常提起的自行车车架,以及经常提起、软、硬、刚性、重量不足……等单词,相比不是大多数人不能感受到的。因为大多数车友不是专业队员、不是材料专家。更不能经常换车骑,但是多数人会比较迷惑,同样都是车架,为什么有的价值几百元,有的价值几千元,甚至过万,除了品牌因素外还有哪些因素在里面?

制作自行车的管材,通常由铝合金、钢、钛、碳纤四种主材料构成,常见的是以铝合金材料和钢合金2种材质。这里需要注意的是,纯铝和纯钢是不适合制作车架的,因为硬度太软,通常制作车架的铝和钢都是我们称的合金材料,碳纤作为一种轻量化的材料也越来越多被专业运动员所选择。国际自行车联盟规定,车手的赛车自重不得轻于6.8公斤,所以使用碳纤维控制在6.8公斤红线以上最大程度降低单车重量是一个比较好的选择。而钛因为制作工艺复杂、焊接难度大并不是首选材质,随着单车运动的普及,钛也逐渐被一些车友接受。

作为用途最广、最大众的铝合金来讲依然是车友的第一选择,因此这里对铝合金的进行一些介绍。

铝合金的分类和应用领域通常按照数字进行划分,从1系到9系共有9个系别,命名以四个字的阿拉伯数字命名,例如1系中的1050,以及车友中经常提及的到6061,从材料上来讲,每个系别有不同的用途。1系为纯铝,铝含量为99%以上,因为不含其它材料,当然价格也是便宜的。2系的铝合金加入了3%-5%铜,相对于1系硬度提高,并且有一定的延展度,常用于航空等,在飞机蒙皮上使用的材料就是2系铝,而3系铝合金则加入了少含量的锰,有一定很好的成形性能,经常用于加工食品管槽,大型储藏罐等。4系铝合金添加了硅元素,增加了耐热性,可用于热量密集处,如火花塞部位等。从5系开始,铝合金加入了3%-5%镁材料,硬度有大规模的提高,延展度也高,常用于做版型材料,在我国,5系的铝合金也用途最多,加工工艺也最为成熟。

到铝合金6系,既然加入了硅,又加入了镁这两种元素,既提高了硬度。是一种很好的锻造产品,而车友中常说的6061铝合金金,就是6系里面的典型产品,强度好,抗腐蚀性强。而7系铝合金,一些用到7075铝合金的则是添加了金属锌,镁。属于超硬合金,耐磨性也进一步增强,但是目前7系铝合金我国工艺不是很成熟,大多依赖进口。

8系、9系,则比较少见,8系主要是一些常用的铝箔、9系在国际上为备用领域,作为备用编号留给未来可能出现的无法归到已有类别的铝合金使用。

铝合金系别

添加材料

1

99%纯铝,AL

2

2%-5%,Cu

3

1%-3%猛,Mn

4

1-5%硅,Si

5

3%-5%,Mg

6

,Mg,Si

7

Mg,硅Si,锌Zn

因此可以知道,常用的自行车车架主要铝合金材料由6系、7系构成,而5系也会在少量零部件上使用。

铝合金在加工过程中,要制作成管材,不同管微量元素的含量并非一个国际标准,在生产工艺上、锻造工艺上,合金比例上,各个上油品牌商都有自己的绝招在里面,并非一成不变的。这里举一个单车意外的例子,军事迷们都知道二战的日本零式战斗机是一个比较优秀的战斗机,在二战初期,几乎没有对手。零式战斗机的成功最大的关键因素就是,日本住友金属工业公司发明了一种高强度的合金铝,当时称50风金属,该铝合金强度比钢还要高,因为有了这种金属,零式设计时就采用了很细的飞机框架,并且敢于在上面钻孔减重,铆钉尺寸也非常小,在能保证战机强度的情况下大大减轻了飞机重量,从而所向披靡,如果没有住友金属的这种铝合金,零式是根本生产不出来的。由此可见,都是铝合金材料,加工工艺、以及微量元素的多少以及锻造工艺都是各个上油工厂的秘方,就像可口可乐神秘秘方一样,普通人永远不会知道。


(图片:零式战斗机,因采用了一种超高强度的铝合金金属材料,在二战初期,几乎没有对手)

我们通常购买的成品车或者DIY车架多数是由6061铝合金和7005铝合金做成的,部分车架制造商会在车架上标注改车架采用何种型材。


(图为Mosso 品牌7005型材制造的车架在显著位置标有,7005字样)

(闪电M5车架)

图为闪电M5车架,在车架五通处,标明车架使用了锌、硅、镁、铜、铝5不同的元素在里面。因此,闪电的车架价格也比较贵,也是中高端车架的代表作之一。

管材处理技术:

   从上面知道,车架的型材无非大多数6系中的6001或者7系中的7005,在排除各个厂商的“神秘配方“以及加工工艺外,那么为什么同样的材料的车架为什么价格会有差别,同样适用一个材质的车架为什么重量也有很大的差别。答案就是管材的二次处理和焊接处理。

   我们通常所称的车架很轻,这个轻不是由铝合金材质决定的,轻的前提是要保证强度的情况下尽可能的减轻重量。车架上常用的一种工艺是抽管,抽管是一种工艺手段,在不影响强度前提下,让管壁变薄,减轻重量,通常所谓的“两抽、三抽”就是让一个管内有不同厚度、通过抽管可以让车架达到二段或者三段不同厚度。使用一些中高端车架的朋友,可以观察下自己的车架,以TFS车架为例,用手指弹上管、下管、立管,三个地方的响声是不同的。下管和立管声音很脆,而上管声音相对较闷。三角形稳定原理决定了在不受力的地方可以用更薄的管材,在受力的地方应该加强。

液压成形技术

抽管在一方面减轻了车架的重量,但是同样强度也有所下降,因此为了提高车架强度,现在大部分车架都会使用液压成形这一技术,让圆形的车架管材改变原有形状,因为铝的金属延展度较差。因此,液压成形这项技术在铝合金管材上使用最为恰巧不过了。通过液压成形,让圆管成为异型管,制造出蛋形、类三角形等异型管都可以增强车架的强度,一些中高端的车架上经常会用到液压成形。在后叉、下管上最为经常见到。

因此,车友称之为的车架很硬、骑起来很硬朗、甚至过弯时有减震效果多半是由于抽管和液压形成以及部分关键技术决定的。


(图为美利达车架,采用液压成形和抽管技术)

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