Процесс изготовления велосипедной рамы

Велосипедная рама - это скелет велосипеда, соединяющий переднее и заднее колеса, сиденье и трансмиссию. Она должна сочетать в себе прочность, жесткость, легкость и комфорт. Технология изготовления рамы напрямую влияет на характеристики велосипеда, его вес и стоимость. Применяется для различных типов велосипедов, таких как шоссейные, горные, складные и т.д.

1. Проектирование и подготовка

• Проектирование рамы: Использование CAD или SolidWorks для трехмерного моделирования, оптимизации геометрической структуры и распределения труб, с учетом типа езды (например, гонки, бездорожье). Метод конечных элементов (FEA) используется для проверки прочности и жесткости.
• Подготовка материалов:
  • Сталь/алюминиевый сплав: Закупка труб или листов заданного размера, резка на необходимую длину.
  • Углеродное волокно: Подготовка препрега (углеродная ткань + смола), необходимо хранить в холодильнике.
  • Титановый сплав: Закупка высокоточных труб, проверка качества поверхности.

2. Формовка труб

• Сталь/алюминиевый сплав:
  • Экструзия: Выдавливание металлической заготовки в трубу, контроль толщины стенки (0,8-2,0 мм).
  • Волочение: Формирование профильной трубы (например, трубы с двойным баттингом, с переменной толщиной стенки) путем холодной вытяжки, повышение прочности и снижение веса.
  • Гидроформовка: Используется для сложных профильных труб, высокое давление воды (около 100 МПа) внутри формы заставляет трубу прилегать к форме.
• Углеродное волокно:
  • Послойная формовка: Укладка препрега под определенным углом (0°/45°/90°), контроль направления волокон для оптимизации жесткости.
  • Прессование в форме: Нагрев и отверждение в форме (120-180°C, давление 5-10 бар), формирование трубы или цельной рамы.
• Титановый сплав: В основном используются бесшовные трубы, требующие точной резки и гибки.

3. Сварка и соединение

• Сталь:
  • Аргонодуговая сварка (TIG): Распространена, равномерный сварной шов, подходит для тонкостенных труб.
  • Пайка: Используется для хромомолибденовой стали, более низкая температура (около 900°C), уменьшает зону термического влияния.
• Алюминиевый сплав:
  • TIG-сварка или MIG-сварка: Необходимо контролировать температуру сварки (около 600°C), чтобы избежать перегрева и снижения прочности.
  • Последующая обработка: Термическая обработка (T6, закалка около 500°C + старение около 180°C) восстанавливает прочность материала.
• Углеродное волокно:
  • Склеивание: Использование эпоксидной смолы для склеивания труб и соединений (например, алюминиевых или углеродных соединений).
  • Цельное формование: Высококачественные рамы изготавливаются методом цельного формования, без сварки.
• Титановый сплав:
  • TIG-сварка: Необходимо работать в среде инертного газа, чтобы избежать окисления.
  • Фиксация в приспособлении: Обеспечение точности сварного шва (отклонение <0,2 мм).
• Соединительные элементы: Такие как каретка (опора нижнего кронштейна), рулевая труба и т.д., требуют высокоточной обработки (допуск ±0,1 мм) для соответствия стандартным компонентам.

4. Обработка отверстий и чистовая обработка

• Обработка отверстий:
  • В раме необходимо обработать резьбовые отверстия (для держателя бутылки, установки тормозов) и сквозные отверстия (для прокладки тросов).
  • Обработка на станках с ЧПУ: Станки с ЧПУ используются для высокоточного сверления и фрезерования, допуск на положение отверстий ±0,05 мм.
  • Ручное сверление: Используется для мелкосерийных или заказных рам, менее эффективно.
• Чистовая обработка:
  • Фрезерование/шлифование: Удаление заусенцев, обеспечение гладкости соединений.
  • Нарезание резьбы: Нарезание резьбы в каретке и держателе бутылки, требуется высокоточный метчик.

5. Обработка поверхности

• Сталь:
  • Дробеструйная обработка/пескоструйная обработка: Удаление оксидного слоя, шероховатость поверхности Ra 3,2-6,3 μm.
  • Гальваническое покрытие или покраска: Антикоррозийная обработка, обычно используется эпоксидный грунт + полиуретановая эмаль, толщина покрытия 50-100 μm.
• Алюминиевый сплав:
  • Анодирование: Формирование оксидной пленки (10-20 μm), повышение коррозионной стойкости и эстетичности.
  • Покраска: Доступны матовые или глянцевые покрытия, улучшающие внешний вид.
• Углеродное волокно:
  • Покрытие лаком: Защита слоя волокон, толщина около 30-50 μm, сохранение текстуры углеродного волокна.
  • Наклейки: Добавление фирменной символики, должны быть износостойкими и устойчивыми к атмосферным воздействиям.
• Титановый сплав:
  • Браширование: Формирование равномерной текстуры, не требует дополнительного покрытия, сохраняет металлический вид.

6. Контроль качества

• Проверка размеров: Использование трехкоординатной измерительной машины для проверки длины трубы, углов и точности положения отверстий (отклонение <±0,2 мм).
• Испытание на прочность: Моделирование нагрузки при езде (около 1000 Н), проверка деформации рамы и усталостной прочности.
• Качество поверхности: Проверка сварных швов, равномерности покрытия и отсутствия трещин, пузырьков.
• Тестирование сборки: Установка стандартных компонентов (например, вилки, шатунов), проверка совместимости.