Производство рамы велосипеда
Производство карбоновых рам
Почему рамы и некоторые детали спортивных велосипедов экстра-класса делают из карбона? Ответ на этот вопрос заключается в особенностях этого материала.
Карбон или углепластик — это материал из переплетенных между собой карбоновых нитей, скрепленных эпоксидными смолами. Карбоновые волокна — это тонкие трубочки диаметром 5-8 мк, почти полностью состоящие из углерода. Их получают особой термической обработкой искусственных или природных веществ.
Тёмная карбоновая нить на фоне человеческого волоса
Поскольку карбоновые нити легко ломаются, но очень трудно рвутся, из них сплетают ткани, которые и являются основным материалом для изготовления карбоновых изделий. Нити в тканях располагаются слоями под углом друг другу, это обеспечивает одинаковую прочность материала во всех направлениях.
Карбон имеет очень высокую прочность, превосходя в этом некоторые высокопрочные стали. И в тоже время — очень малый вес, в 2-3 раза меньший, чем у титана. По комплексному параметру «прочность-легкость» углепластик — один из лучших, если вообще не самый лучший материал. Именно эти качества обеспечили его использование при изготовлении не только велосипедов, но и многих других бытовых и промышленных изделий высшего качества и даже в авиастроении.
Велосипедные рамы из карбона получаются прочными и очень легкими. Вдобавок к этому углепластик хорошо гасит вибрацию и не поддается коррозии. По сравнению с титаном, он обеспечивает большую жесткость рамы, облегчая езду по пересеченной местности и в гору. Усовершенствованная технология производства карбоновых деталей позволяет изготавливать не только рамы для велосипедов, но и другие элементы — выносы, рули, вилки, шатуны, подседельные штыри и даже звездочки.
Производство из материала 21-го века по технологиям 19-го
Нужно сказать, что процесс изготовления карбоновой рамы мало похож на производство 21 века. Скорее он напоминает работу в мастерской дофордовских времен. Основная часть операций делается вручную. Это объясняет, конечно, дороговизну карбона, из-за которой невозможен массовый спрос. А без массового спроса нет экономического смысла разрабатывать и строить автоматические линии. Процесс изготовления велосипедных рам из углепластика требует много рабочих рук. Это наряду с дороговизной материала делает карбоновые рамы дорогим удовольствием.
Итак, что представляет собой процесс изготовления велосипедной рамы из углепластика?
Из всех компаний-производителей велосипедов лишь две (Giant и Time) в качестве исходного сырья использует карбоновые нити. Другие фирмы предпочитают закупать уже готовую углеволоконную ткань.
Если рассматривать процесс изготовления рам на примере Giant и Time, то исходный материал для карбоновых велосипедных рам представляет собой катушку толстых ниток. Вернее сказать, несколько десятков катушек, которые надеты на бобины. Множество карбоновых нитей проходят через станок, превращаясь в листы, шириной в 3 фута, пропитанные смолой.
Сборка рамы
Рама велосипеда представляет собой замкнутую конструкцию со сложной поверхностью, которая в разных местах имеет различную конфигурацию — в виде цилиндра, тора, или иных криволинейных поверхностей. Для удобства сборки рама подразделяется на отдельные элементы, которые формируются путем наложения листовых заготовок на шаблоны (матрицы), форма которых идентична элементам рамы. Эта работа напоминает изготовление деталей из стеклопластика. Те, кому приходилось делать из него обвесы для своего мотоцикла или машины, смогут сделать это и из карбона.
Листовая заготовка разрезается на фрагменты различной конфигурации и размеров — в зависимости от того, для какой части рамы она предназначена. Причем при нарезании частей учитывается не только конфигурация заготовки, но и расположение нитей в ней. Нарезанные фрагменты раскладываются по коробкам, из которых рабочие подбирают себе куски необходимых размеров.
На сборочных столах имеются ячейки (гнезда), в которых лежат карбоновые фрагменты для определенных деталей. Перед наложением листовых заготовок на матрицу, они разогреваются на подогретой пластине. Матрицу тоже подогревают для придания углепластику эластичности и гибкости. Каждая деталь рамы требует наложения нескольких слоев заготовок. Наиболее простым является изготовление трубчатых частей рамы. Листовой фрагмент просто несколько раз оборачивается вокруг шаблона в виде трубки.
Наиболее сложные в изготовлении — зона каретка и рулевой колонки.
После того как все части рамы сформованы, их укладывают в пластмассовую форму. Во внутреннюю полость рамы вводят эластичной баллон из полиуретана и подкачивают его — чтобы он создавал давление на стенки рамы изнутри. В отверстие каретки и во втулку руля вставляют стальные сердечники. Отрезают излишки карбонового волокна и отправляют подготовленную раму в холодильник, где она ожидает своей очереди на формовку и обжиг в печи.
Формовка
Для горячего формования раму укладывают в форму. Ввиду сложности конфигурации изделия, форма состоит из различных подвижных частей, которые пододвигаются в нужное положение к раме и фиксируются болтами. Когда все части нижней половины формы находятся на своих местах и зафиксированы, опускается с помощью гидравлики верхняя часть формы. В результате рама оказывается замкнутой со всех сторон.
Затем матрица с рамой отправляется в печь на температурную формовку (обжиг). Благодаря давлению находящегося во внутренней полости рамы полиуретанового баллона, наружная поверхность рамы в точности повторяет конфигурацию формы. Перекрывающие друг друга карбоновые листы сплавляются композитной смолой, образуя монолитную бесшовную поверхность. Излишки углепластикового композита выдавливаются из матрицы.
Финишная обработка
После охлаждения форма разбирается, и извлекается готовая рама. Впрочем, говорить — «готовая» — еще рано. Ей предстоит финишная обработка — зачистка напильником и рашпилем, шлифовка, полировка и прочее. Во время зачистки и полировки образуется много карбоновой пыли, которая повисает в воздухе. Чтобы избежать ее вдыхания, люди работают в защитных костюмах и масках. Вентиляторы направляют пыльный воздух к стенам, по которым струится вода, смывающая карбоновую пыль.
Заключительной операцией является тестирование. На раму с определенной высоты бросают груз и измеряют сопротивление удару. Тест показывает, насколько готовое изделие соответствует необходимым требованиям.
И в завершении небольшое видео о производстве карбоновых рам на заводе Giant:
Читайте также:
Рама велосипеда
Размер рамы велосипеда
Туристический велосипед
Все статьи раздела
