發(fā)布日期：2021-7-25 22:34:32
隨著人們對(duì)自行車功能觀念認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變，尤其是國(guó)際自行車競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)的日益激烈，自行車制造廠商們便不斷謀求重量輕、強(qiáng)度高的新材料，于是鈦便成了他們注意的目標(biāo)。
本星球每年都舉辦自行車博覽會(huì)，其中最有名的是一年一度輪流于意大利的米蘭和西德的科隆召開(kāi)的國(guó)際自行車博覽會(huì)。最早能看到自行車鈦零件展品的是1975年11月的米蘭博覽會(huì)。在這次博覽會(huì)上，意大利的畢安奇自行車公司展出了一輛全鈦車架的公路賽車。由于這輛新型賽車的總重量只有。66公斤，而引起了轟動(dòng)。
早在70年代初，西德的卡爾科夫公司、美國(guó)的泰列達(dá)因鈦公司、英國(guó)的史皮德一威爾公司等生產(chǎn)廠家，就曾進(jìn)行過(guò)鈦車架的試制工作。但是，由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)自行車鈦零件的加工和焊接技術(shù)還未趕關(guān)，而未能形成批量生產(chǎn)能力。進(jìn)人80年代以后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種自行車鐵零件競(jìng)一相問(wèn)世，從而推動(dòng)了自行車的鈦材化。
一、鈦在自行車行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀
按照自行車各部分的功能，可把自行車分為13個(gè)部分，即車體部、控制部、驅(qū)動(dòng)部、行走部、變速部、。制動(dòng)部、座位部、裝載部、停立部、警報(bào)部、照明部、附屬件和連接件 。其中車體部包括車架、前車又、車頭、懸吊件、閥座和擋泥板。這一部分按其重量計(jì)約占車重的27%。驅(qū)動(dòng)部包括鏈輪、曲軸、腳蹬、鏈條、飛輪、鏈盒。這部分約占車重的22%。行走部包括輪胎、內(nèi)胎、車圈、輻條、輪毅，這部分約占自行車總重的24%。由此可見(jiàn)，車體部、驅(qū)動(dòng)部和行走部這三部分的重鼠之和，就占自行車總重量的70%以上。
因此，旨在降低自行車重量的鈦材化問(wèn)題，首先就是從這兒開(kāi)始的，并且經(jīng)過(guò)10多年的開(kāi)發(fā)研究，其中人部分零部件已實(shí)現(xiàn)了鈦材化。
下面概述一下自行車鈦零件的生產(chǎn)現(xiàn)狀。
1、車體部
這部分鈦材化的重點(diǎn)是車架，因?yàn)檐嚰苁亲孕熊嚨淖畲蟛考彩亲钪匾牧慵弧Ｈ毡旧a(chǎn)的小型輕便自行車鈦車架的基本數(shù)據(jù)如表1所示。
生產(chǎn)鈦車架的主要難點(diǎn)是管材的加l和焊接，尤其是焊接技術(shù)。70年代初，各國(guó)自行車制造公司之所以沒(méi)有開(kāi)發(fā)出批量生產(chǎn)鈦車架的能力，其關(guān)鍵就是沒(méi)有解決好認(rèn)的焊接問(wèn)題，致使車架的強(qiáng)度不夠。
日本的日美富士自行車公司，早在1975年就開(kāi)始鐵車架的開(kāi)發(fā)研究工作，但很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。現(xiàn)在該公司已解決了車架的上、下、立管和其它形狀管材的旋鍛、切削等加工問(wèn)題，形成了普通自行車和賽車用鈦車架的批量生產(chǎn)能力。此外，該公司對(duì)叉頭和叉尾件也開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的鍛造方法。
表1 鈦車架基本規(guī)格
| 名稱 | 規(guī)格 |
| 上管 | φ外25.4mm |
| 下管 | φ外29.2mm |
| 立管 | φ外30.2mm |
| 車架尺寸 | 515mm |
| 車架重量 | 2400g |
2、驅(qū)動(dòng)部
這部分自行車零件的特點(diǎn)是件小，種類多，其多數(shù)零件目前已能用鈦制作。
1）曲軸
由鈦曲軸、曲軸螺栓、軸承和軸承碗組成的曲軸裝配件的重量為185克，而同樣尺寸的鋼制曲軸裝配件重290克。
2)腳蹬軸
鈦腳蹬軸的重量為100克，而鋼腳蹬軸的重量為170克。
3）鏈條
鏈條的重量隨著鏈條節(jié)數(shù)的不同而異。114節(jié)鋼鏈條的重量為385克，112節(jié)不銹鋼鏈條重365克，而112節(jié)鈦鏈條的重量?jī)H為265克。為了適應(yīng)更苛刻的行駛條件的要求，人們正期待著開(kāi)發(fā)鈦合金鏈條。
4)飛輪
目前日本已有多速鈦一鋼組合飛輪上市。
3、行走部
1）車圈
由鐵管制成的高級(jí)鈦車圈目前僅用于賽車。在鈦車圈出現(xiàn)之前，用的是鋁合金。然而，自1983年日本自行車振興會(huì)把鈦管車圈定為賽車車圈以來(lái)，截止到1987年，僅日本就使用了近萬(wàn)只鈦車圈。日本新家工業(yè)公司采用薄壁焊接鈦管。經(jīng)精密壓力加工，制成公差為士2mm、外周長(zhǎng)為1996mm的圓形件后，于切口處配以適當(dāng)?shù)慕宇^，就制成了完全對(duì)接接合的圓形車圈。然后經(jīng)表面拋光，再按規(guī)定的36，32，28輻條孔數(shù)打孔就行了。這種鈦車圈的單重只有300克。
2)輻條
普通自行車輻條鈦絲的單根重量為4.6克，直徑為2mm；其大小、形狀與鋼輻條完全一樣，拉伸強(qiáng)度為676MPa，即大體相當(dāng)于我國(guó)的TA3。
4、控制部
這一部分的主要零件是車把。
自行車車把有三種形狀:下彎式、扁平式和上彎式。
制作車把用的管材直徑通常有兩個(gè)規(guī)格，即外徑為22mm和23.8mm的兩種管子。
1985年春M公司用鈦管制作的下彎式車把，其管材外徑為23.8mm，壁厚為1.2mm。
5、其它鈦制品
除上述自行車零件外，目前還能生產(chǎn)鈦制延遲器、大齒輪、車座、車閘等零部件，尤其是螺栓、螺母之類的連接件。日本施瑪諾工業(yè)公司，從1973年開(kāi)始試制自行車零件，目前它生產(chǎn)的各種自行車鈦零件已銷往世界很多地方。其產(chǎn)品包括輪毅、飛輪、鏈輪、曲軸、支架、腳蹬、導(dǎo)向輪、卡式制動(dòng)器等。
該公司聲稱，用鈦鏈輪、曲軸、飛輪和導(dǎo)向裝置取代鋼制件后，可減重50%一60%。
二、障礙與辦法
總的說(shuō)來(lái)，影響自行車鈦零件推廣的主要障礙是技術(shù)和價(jià)格這兩個(gè)方面。在整個(gè)70年代及80年代初，技術(shù)是影響鈦零件生產(chǎn)推廣的主要障礙。由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)鈦的加工性能和焊接特性了解的不多，因此遲遲不能形成批量生產(chǎn)能力。經(jīng)過(guò)10多年的開(kāi)發(fā)研究之后，現(xiàn)在國(guó)外一些自行車生產(chǎn)廠家已經(jīng)基本掌握了各種管材的加工和焊接技術(shù)，因此不斷有新的鈦零件問(wèn)世，為自行車鈦零件的推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
進(jìn)人80年代以后，隨著自行車鈦零件生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)的鈦零件數(shù)量的不斷增加，阻礙鈦零件推廣的主要障礙就轉(zhuǎn)移到價(jià)格上來(lái)。例如，雖然鈦曲軸裝配件比相同尺寸的鋼裝配件輕105克，但其價(jià)格卻是鋼的6倍；鈦輻條的價(jià)格為同尺寸不銹鋼輻條的15倍，為普通鋼輻條的30倍;而鈦合金螺栓的價(jià)格竟為普通鋼螺栓的100倍左右，日本人曾對(duì)裝有部分鈦零件的高級(jí)自行車的單重價(jià)格與汽車和彩電進(jìn)行了比較。
結(jié)果表明，高級(jí)自行車的價(jià)格為每克6日元，汽車為1.8日元，彩電是5日元;而對(duì)于定做的高級(jí)自行車來(lái)說(shuō)，其單重價(jià)格竟高達(dá)每克20日元。由此可見(jiàn)，高級(jí)自行車是比汽車和彩電擋次更高的產(chǎn)品。
裝有鈦零件的高級(jí)自行車的價(jià)格如此昂貴，就必然阻礙了鈦零件的推廣應(yīng)用。因此，要打開(kāi)自行車鐵零件的銷路，就必須大幅度地降低鈦零件的生產(chǎn)成本。
據(jù)日刊報(bào)道，日本大同特殊鋼公司，通過(guò)先在等離子弧爐中溶煉殘鈦和海綿鈦的棍合料，然后于真空電弧爐中重熔的方法，把出售的高級(jí)自行車的成本降低了15%。
此例說(shuō)明，在降低高級(jí)自行車鈦零件的成本方面是大有潛力的，其基本辦法就是向科學(xué)技術(shù)要效益。熔煉工藝尚能有如此大幅度地降低生產(chǎn)成本的潛力，那么存在于流程更長(zhǎng)的鈦管加工和焊接工藝方面的潛力也一定更大。因此，要在進(jìn)一步穩(wěn)定現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上，努力探索更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)鈦零件的新技術(shù)。
三、自行車鈦材化的前景
國(guó)外一些自行車公司經(jīng)過(guò)10多年的開(kāi)發(fā)研究，已能批量生產(chǎn)自行車的主要鐵制零部件，一批裝有鐵制零件的高級(jí)自行車也相繼問(wèn)世。例如日美富士自行車公司，通過(guò)與住友重型機(jī)械公司合作，克服了管材加工、焊接和小零件生產(chǎn)的困難，開(kāi)始了純鐵自行車的批量生產(chǎn)。在它出售的高級(jí)賽車“富士鈦”中，車架和前叉都是用純鈦制作的，其單價(jià)為23一30萬(wàn)日元。日本松下自行車工業(yè)公司，從1987年4月開(kāi)始出售一種稱為B一PCT500型的高級(jí)自行車，這是一種凈重為8。68公斤的賽車，售價(jià)為29萬(wàn)日元(4)。據(jù)稱，由于這種賽車重量輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，尤其是外觀漂亮，而受到體育界，尤其是賽車運(yùn)動(dòng)員們的喜愛(ài)，故其銷售頗為順利。
然而，至今自行車鈦零件的應(yīng)用還主要限于賽車領(lǐng)域。據(jù)日本人士估計(jì)，1986年日本生產(chǎn)的各種用途的自行車約為660萬(wàn)輛，其中小型自行車為270萬(wàn)輛，約占總數(shù)的41%，輕便車139萬(wàn)輛，占20%，體育用車100萬(wàn)輛，占巧%。而且在這三種主要車型中，輕便車有大幅度增長(zhǎng)之勢(shì)。由此可見(jiàn)，鈦在自行車行業(yè)的應(yīng)用前景是光明的，市場(chǎng)潛力很大。我國(guó)是世界聞名的自行車王國(guó)，倘若能在我國(guó)打開(kāi)銷路，其市場(chǎng)之大遠(yuǎn)非日本市場(chǎng)可比。
四、幾點(diǎn)粗淺的看法
鈦?zhàn)鳛橐环N新型結(jié)構(gòu)材料，以其重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、易著色等優(yōu)良性能而獲得自行車行業(yè)的青睞。由于材料科學(xué)工作者們10多年的努力，現(xiàn)已初步形成了某些鈦零件的批量生產(chǎn)能力，為鈦材在自行車行業(yè)的推廣應(yīng)用開(kāi)辟了道路。目前，鈦在自行車上的用量正在逐步增加，但所生產(chǎn)的品種數(shù)量還很有限，應(yīng)用面也很窄，故鈦在自行車行業(yè)的應(yīng)用市場(chǎng)潛力很大。有人曾對(duì)日本市場(chǎng)做過(guò)估算，認(rèn)為目前日本國(guó)內(nèi)自行車市場(chǎng)的年銷售量約為600萬(wàn)輛，如果以單車用鈦50%來(lái)計(jì)算的話，那么日本每年僅自行車行業(yè)的用鈦量就可達(dá)。26萬(wàn)多噸。盡管對(duì)市場(chǎng)前景的預(yù)測(cè)未必能用這種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法估計(jì)出來(lái)，但它卻直觀地說(shuō)明了鈦在自行車行業(yè)的潛在市場(chǎng)是很大的。我國(guó)是一個(gè)鈦資源十分豐富的國(guó)家，充分利用我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)拓鈦的新應(yīng)用領(lǐng)域，是我們始終不渝的追逐目標(biāo)之一，因此我們應(yīng)該努力占領(lǐng)這一應(yīng)用市場(chǎng)。這是第一點(diǎn)。
第二點(diǎn)是加強(qiáng)橫向聯(lián)合，建立一支專業(yè)化隊(duì)伍。
我國(guó)的鈦工業(yè)至今已有30多年的歷史，而自70年代初我國(guó)開(kāi)展鈦的民用推廣以來(lái)也已將近20年。在這20年的時(shí)間里，鈦的足跡已涉及到哆多個(gè)民用行業(yè)、十幾個(gè)部門，民用鈦的數(shù)量也猛增到鈦材消費(fèi)總量的80%以上。
但是，迄今為止自行車行業(yè)對(duì)鈦卻很少問(wèn)津，而我們的鈦加工廠雖然積累了一定的鈦加工和焊接經(jīng)驗(yàn)，但要生產(chǎn)自行車鈦零件尚需自行車專業(yè)技能的支持。因此，加強(qiáng)鈦加工廠與自行車制造廠之間的橫向聯(lián)合，建立一支專業(yè)化隊(duì)伍，實(shí)在是認(rèn)向自行車行業(yè)擴(kuò)展之必要。這支專業(yè)隊(duì)伍從一開(kāi)始就要以研制最佳工藝，努力降低生產(chǎn)成本，提高制品的競(jìng)爭(zhēng)能力為己任。
第三點(diǎn)是小件向內(nèi)，大件對(duì)外，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，向單車發(fā)展。
如上所述，用鈦取代鋼后，車的重杖雖然下降了，但價(jià)格卻激劇上升。按照我國(guó)人民的目前生活水平，采用大比例取代的自行車是很難打開(kāi)銷路的。但是，若用小件，如鈦螺栓螺母取代相應(yīng)的鋼制品，卻是可行的。這種嘗試性的工作尤以向體育界推廣為宜。至于較大的鈦零部件，如車架、車圈等，可向國(guó)外銷售。據(jù)說(shuō)，一副純鈦?zhàn)孕熊囓嚰茉诿绹?guó)可賣到250美元，而且這個(gè)價(jià)格在美國(guó)尚有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。在此基礎(chǔ)上，可逐漸發(fā)展提高生產(chǎn)高級(jí)自行車單車的能力，以便讓我國(guó)生產(chǎn)的高級(jí)自行車能躋身于國(guó)際市場(chǎng)。
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