变截面管在滑板车领域的应用

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摘要：

传统滑板车的缺点是外观单调缺乏变化、造型简单、缺乏长久的吸引力，整个行业发展缓慢。具有变截面管车架的滑板车，是采用液体介质（例如水和油）对金属管壁进行高压成型（特别是内膨胀成型），由于这项改进，大幅度提高强度及刚性，在相同条件下，车架可以减轻大约30%的重量。另外，还可以搭配 压制拼焊成型的变截面管制成的车架。车架管壁可以根据需要设置各种异形形态，迎合不同喜好和各个时代所需，保持更富于变化的面貌，这样，从根本上改变传统形象，改变人们对滑板车的认知程度和接受程度，提高滑板车产业的整体影响，提升滑板车在交通工具领域的地位。在尊重传统驾驶习惯的前提下，滑板车类的交通工具最有可能融入到主流的电动自行车领域，动摇传统主流车辆固有不变的地位，使之过渡成为轻小型车辆。

背景：

滑板车经历了木头滑板车、铁管焊接滑板车、铝型材滑板车、折叠铝型材滑板车几个大的历史阶段，迄今为止，跨越了无数年（有人说滑板车的历史有近百年，主要兴起于上个世纪90年代初期）一直没有重大的革新。经过长期发展，滑板车目前主要分为几大门类：代步滑板车、极限运动型滑板车、儿童玩具滑板车、杂类滑板车（更多细化发展的，不容易统计划分的），还有动力型滑板车（汽油动力滑板车、电动滑板车）。

在前立管顶部具有方向舵的滑板车领域，由于滑板车造型简单，制造难度低，生产速度快，所以很快的广泛普及，风行一时，1998年至2002年，滑板车红极一时，开始，主要的使用群体是追逐时尚的青少年，现在，使用群体扩大，娱乐用途占主流，包括低龄儿童和青年极限运动。除了当做运动休闲用品之外，也被很多人用作代步工具，典型的，滑板车具有一个L型主车架，采用挤拉伸铝型材（也有一大类是用铁管）制作车架的车把、立管、踏板，前转向轴套管与拖拽臂与踏板3件焊接成为一体。

很多人认为是滑板车娱乐休闲用品，是少年儿童用品，滑板车在交通工具领域的地位一直不被重视，然而，折叠（电动）滑板车车型具有庞大的市场基础，具有广泛的认知度，同时，公路质量提高，路面平坦让传统自行车轮径的发展也随之明显减小，再加上，现有的技术趋势中，驱动电动和锂电池技术的迅猛发展，充分显露出车辆轻小化的发展趋势。在现有条件下，3-4公斤的人力滑板车，7--8公斤的电动滑板车已经能够实现，如果能进一步提高性能减轻此类车辆的重量，是迫切需要的。电动滑板车于90年代末兴起，每年产销量至少几百万辆。人力滑板车，特别是儿童滑板车的数量更是惊人，对于少年儿童来说，滑板车已经是家喻户晓，距今为止，接近30年，本领域的技术人员一直在努力地提供一种更高性能的滑板车。

紧凑轻小型的折叠车辆、特别是短途的、能随身携带的微型交通工具是人们所需的。对于代步交通工具来说，大小、重量、体积尤为重要。

问题

受限于成型工艺和方法，滑板车少有变化，滑板车的前立管和踏板一直都是保持不变的直线条，也有一些滑板车是在主车架上安装带有筋骨的塑料面板改善外观效果，但是，踏底部的清洁成了问题，而且构件增加，比较繁琐。人们对产品美观化和艺术化的需求是日益增长的，可是滑板车缺乏长久的吸引力。自滑板车诞生至今，在这个领域和外观造型基本没有什么重要改进，即使在表面设置丰富多彩的图案，整个行业的发展也显得比较缓慢，电动滑板车领域也面临相似的情形，时间一长，造型简单反倒成为一种缺点，体现出弊病，与人力滑板车面临相同的问题和缺陷：外观单调、造型过于简单。如果在车身设置塑胶外壳进行装饰，可以解决外观和造型的问题，但是，这样将增加零部件以及产品重量，与轻小便携的产品路线相悖。

该技术的地位和重要影响：

    改进之后，滑板车车架表面能实现渐变的凹凸，能美化外观造型，根据需要设置成为无穷变化的外观，集美观和实用于一身。变截面管能让滑板车的外观造型从根本上发生改变，外形更富于变化，大幅度提高滑板车产业的影响力，改变滑板车的传统形象，提升滑板车在交通工具领域的地位。在尊重传统驾驶习惯的前提下，滑板车类的交通工具最有可能融入到主流的电动自行车领域，动摇传统主流车辆固有不变的地位，使之过渡成为轻小型车辆。

    由于改进，人力滑行滑板车或者电动滑板车车架可以减轻大约30%的重量。对于电动滑板车来说，可以减少简化零部件的运用，例如，穿线孔、加固件、连接件等等零配件，如果分别对车辆的各个部分（车架、驱动电机、动力电池等等）进行改进，然后将这些优化、轻量化方案组合在一起，最终便能创造出人们所需的便携式超轻车辆。由于减轻了重量，人们携带车辆出行时更便利，便携式人力滑行滑板车或者折叠电动滑板车将会更广泛的成为代步工具，极大地提高人们的工作效率。

    采用变截面管技术制造的滑板车可以增加车架管截面系数，大幅度提高外观、强度及刚性。与强度和刚性相同的构件相比，重量减轻，外观造型可以根据美学需求去设计，迎合各个时代所需的外观塑形，保持滑板车不断变化的面貌，这对滑板车领域来说，是求知若渴的。要强调和注意的是，滑板车领域将发生彻底的变化，滑板车升级之后不再是传统意义上的滑板车，它还将改变大众对它的认知程度和接受程度，提升传统滑板车整个产业在交通工具领域的地位和影响。

    还有，高强度钢管、钛合金管、 铬钼钢管、不锈钢管、镁合金管等等材质各有千秋，因为很多方面原因，加工条件受到限制，很少能在滑板车领域深入的应用，高强度钢管、钛合金管、不锈钢管比铝合金管轻薄，有更好的强度和表面硬度，更能抵抗经常的撞击和磨损，但是这些材料很难发挥作用。滑板车的底盘比较低，所以常见的铝合金型材滑板车体（特别是极限运动用的滑板车）对表面强度有更强烈的需求，表现在（特别是底面和侧边）经常性的撞击、擦伤和拉痕，所以，变截面管在滑板车领域的应用与大轮径的自行车的不同之处也在于此，滑板车对表面硬度高的轻型车架需求更大。液压内成型的变截面管成型工艺几乎不受这些材质的限制，所以释放了滑板车对高强度表面材质的需求，超高强度的钢管也比较容易成型。

    注意，虽然已经有人将变截面管应用在自行车领域，但是，自行车车架大概占整车重量的40--50%左右；滑板车车架大概占整车重量的90%左右，这是自行车和滑板车的重大区别，还有，车体体积决定着是否能随身携带，这是本质上的不同。对于普通用途的交通工具来说，减轻重量，是件好事，但是，自行车的轮径比较大，脚踏链传动等等机构复杂，整车零部件比较多，也比较重，对于整个自行车来说，自行车车架大概占整车重量的40--50%左右，如果是车架减轻5百克，意义并不是很明显，它体积大而且比较重，减重之后仍然无法随身携带，然而，相对于传统自行车来说，滑板车不但体积小（意味着可以随身携带）而且轮子很小，滑板车车架大概占整车重量的90%，如果减轻滑板车车架的重量显得很关键，对于便携式滑板车来说，如果减轻车架5百克的重量，意味着整车的重量大幅下降，对长时间随身携带的人来说，5百克的重量是不小的负担，轻量化显得更为迫切。假设1辆滑板车的车架重2000克，采用变截面管之后，整个车架大约在1400克。

成型制造技术介绍：

变截面管技术1，内部高压膨胀成型技术制造的滑板车车架（该技术最早是应用在法拉力赛车车架，现在逐渐广泛普及）

   流体高压成形的金属管，在20世纪60年代开始批量工业应用。此时的需求和技术还处于初期阶段。液高压成形使用液态流体作为成形的传力介质，通过内部加压和轴向加力补料，控制内压力和材料流动来代替刚性的凹模或者凸模，使坯料（管坯）在压力介质的作用下变形或者膨胀贴合到模具上的凹凸型腔复映成形得出需要成型件，特别是中空零件的成形。对于轴线为曲线的零件，可以把管坯先预弯成接近零件形状，然后在次加压成形，成为2维或者3维的异形截面空心零件。管材，板片的加工成型都能克服常规工艺的不足，整个腔管上可以塑造出多变的曲折表面，能在关键部位设置所需的局部折弯和局部变形，可以一道工序成型生产形状结构复杂的、一块整体材料的构件。常见的 液压（液力）成形是在腔管坯料内部注入用高压流体物质（例如水或者油），使工件成形。近年，该技术发展迅速，它在汽车制造领域得到了广泛应用，自行车车架领域也开始出现应用。所称的变截面管主要是指前述技术制造得出的横截面非圆型的异形截面管（例如除了圆形之外的具有复杂形状的特殊异形管--管壁上设有凹凸筋管）。它一般是指0.5--2毫米的薄壁金属管件。

    在大多数情况下，改进的滑板车车架优选的是具有闭合截面的液压内成型（变径）异形变截面腔管，它可以是由凹凸形成骨架支撑的高强度薄壁异形管，或者说具有不同形状的异形闭合变截面管。与普通管材相比，内成型变截面管制造的车架遥遥领先，具有的明显优势 和 几大优点：

1，在刚性和强度不变的前提下，减少用料，实现轻量化，更便于携带。

2，根据力学需要和美观需要，在表面设置纵向、横向、斜向的凹凸筋，不但能实现多曲线弧面成型，还能增加腔管的承重性能，改变腔管局部的形状，实现高刚性化和承重受力。

3，可以是形状结构复杂的、一体成型的构件（很容易实现防水，能实现构件内置）。减少加工工序，更适合一体成型零件的安装、装配、制作孔道穿过管壁走线，减少零部件的运用。（例如应用在电动滑板车）

4，产品外观造型富于变化，增加了吸引力。能设置复杂造型（造型美观而且形态丰富），将美观塑形与车架的力学需要整合在一起，在极简的条件下将美学观念与技术方案融合（对承重的分析与解决的体现）。

两类变截面管的结合

     变截面管还可以是其他成型方法。例如对管件外部压制（液压或者冲压）成型，采用特殊的冲压模具对腔管进行冲压，改变其截面形状，形成变截面管。液压膨胀成型的变截面管是优选的方案，可是在某些情况下不适宜，例如，液压膨胀管的膨胀系数有限，造型受到限制，膨胀率不能太大。所以，在需要的时候也可以是压制拼焊成型的腔管，与液压膨胀成型的变截面管不同的是，它能实现：格栅式、镂空式、大型的开尾分叉式等等起伏剧烈的造型。两种成型方法制作的变截面管各有千秋，在所需的时候，可以进行搭配组合。

变截面管技术2，压制拼焊成型。

两片或者多片金属板片分别压制成型，组合拼凑之后进行焊接，压制（可以是前述的液压、辊压、柔性轧制、冲压等等），压制 出所需凹凸造型的板片（ 一般来说是对称一样的两片 ），制造所需的各种形状（

例如凹凸筋管浮雕），两个板片对正将接缝焊接成为一体形成盒式腔管，之后打磨焊缝。采用压制拼焊成型的话，例如，由贯通的纵梁及若干横梁，焊接连接成的刚性构架。

镂空示意图（左端部可以是拉手）

图片稍后补充

概念图，仅供参考！