Карбоновые рамы: технология и процесс изготовления
Многие любители велосипедов фиксов любят рамы из карбона за их очень малый вес. Когда-то рамы из этого материала были в диковинку, однако на сегодняшний день фактически уже стали стандартом в производстве велосипедов выше среднего уровня. Сейчас из карбона изготавливают не только шоссейные и циклокроссовые, но и кантрийные, и даже вполне себе фрирайдные рамы. Помимо рам, из карбона же изготавливают седла, вилки, рули, обода, шатуны и другие детали современных велосипедов. Так что же представляет из себя этот материал?
Каждая нить карбонового волокна представляет собой трубку, состоящую из чистого углерода, эти трубки и составляют волокна углеродной ткани. Трубки довольно легко ломаются, но обладают очень высокой прочностью на растяжение.
Сравнение карбоновой нити и человеческого волоса
На фотографии выше представлена одна нить углеродного волокна в сравнении с обыкновенным человеческим волосом. Хорошая рама, сделанная из карбона, обладает уникальными свойствами: имеет хорошую жесткость и при этом гасит высокочастотные вибрации. За счет выбора направления расположения нитей волокна материалу можно придать практически любые требуемые свойства. Производство карбоновых деталей требует большого количества ручного труда. Давайте попробуем разобраться в этом процессе на примере изготовления карбоновой рамы.
Шаг первый: изготовление углеткани
На самом первом этапе будущая рама выглядит неприглядно: это просто катушка черных ниток. На фотографии слева представлено углеволокно Toray T700S, которое служит основным материалом для изготовления рам. Непосредственно такой материал используется при изготовлении рам только двумя компаниями — Time и Giant, остальные используют в своих производствах уже сплетенные ткани.
Углеволокно Toray T700S
На фотографии видно 96 бобин с карбоновыми нитями, которые пропускаются через станок, где нити распрямляются и покрываются слоем смолы, чтобы немного дальше превратиться в листы заготовок. Заготовка имеет ширину 3 фута. Готовый лист ткани, покрытый смолой называется препрегом.
Листы заготовок препреги
Шаг второй: сборка рамы
Листовая заготовка разрезается на части, которые необходимы для изготовления велосипедной рамы или какой-нибудь детали велосипеда. Разрезание происходит не только в соответствии с точными размерами , но и в зависимости от направления волокна карбона (как вы помните, именно от направления волокна во многом зависят свойства конечной детали). Вырезанные выкройки частей раскладываются по коробкам, из которых рабочие потом подбирают куски нужных размеров для сборки деталей. Каждая часть карбоновой рамы велосипеда собирается из комплекта карбоновых заготовок. На этапе сборки контроль качества играет первостепенное значение. В компании Giant есть даже специальные столы для сортировки деталей с готовыми гнёздами под определенный размер. По этим размерам распределяются выкройки для деталей рамы.
Карбоновая рама Giant
Далее рабочие раскладывают заготовки на столе в строгом порядке. На этом этапе карбон представляет собой пластины, аккуратно сложенные и завёрнутые в бумагу. Рабочие снимают бумагу и раскладывают карбоновые заготовки на подогретой пластине, затем прикладывают образец, который часто также нагревают, чтобы было легче работать с самой заготовкой.
Трубы карбоновой рамы велосипеда из изготавливают из самых больших листов карбонового композита. Эта работа уже не такая сложная — обернуть ровную трубу гораздо легче, чем деталь рамы, имеющую множественные разветвления для каретки.
Когда части рамы обёрнуты карбоновым волокном, их укладывают в специальную пластиковую форму. Затем, через всю велосипедную раму пропускают специальный эластичный полиуретановый баллон, который надувают — это разравнивает всё внутри рамы. Вставляют стальные или дюралевые сердечники в каретку и в рулевую трубу, чтобы зафиксировать раму велосипеда в форме. Лишнее карбоновое волокно при этом обрезается. Подготовленную вышеописанным образом велосипедную карбоновую раму помещают сначала в холодильник (чтобы предотвратить преждевременное высыхание смолы), где она дожидается очереди на высокотемпературную сушку, а затем и в печь для сушки.
Шаг третий: склейка и сушка
Карбоновая рама укладывается в форму для сушки. Все части универсальной формы следует точно подогнать к раме и закрепить винтами. Когда рама прочно закреплена в нижней части двустворчатой формы, верхняя часть опускается и закрывает форму. Затем форма отправляется в автоклав. В автоклаве под влиянием температуры и давления смола максимально эффективно пропитывает углеткань и склеивает все части рамы. Кроме того, высокая температура способствует ускоренному высыханию смолы. После этого карбоновую раму вручную обрабатывают абразивами (так удаляются с карбоновой рамы излишки смолы и карбонового волокна), а затем и лаком. Лак защищает карбоновое волокно от повреждения нитей.
Как делают карбоновые рамы
Среди множества велосипедных рам особого внимания опытных велосипедистов заслуживают модели из карбона.
Профессиональные райдеры ценят их за удивительную легкость и прочность, высокую жесткость и неподверженность коррозии, гашение высокочастотных вибраций и комфортную езду по пересеченной местности. При грамотном проектировании карбоновые велорамы могут выдерживать достаточно большие нагрузки.
Особенности изготовления
В наше время из карбона изготавливается множество деталей. Усовершенствованная технология производства позволяет получать из этого материала, имеющего волокнистую структуру, не только велосипедные рамы, но и ряд других изделий и элементов для байков: рули, звездочки, вилки и др. Карбоновые нити, из которых сплетаются ткани, весьма тонкие. Они легко поддаются ломке, однако порвать их очень сложно. Нити углерода получаются посредством термообработки органических волокон, после чего в них остаются преимущественно атомы углерода. Затем ткани из углеродных нитей кладутся слоями, чтобы повысить прочность материала, и скрепляются эпоксидными смолами. При этом угол направления плетения должен каждый раз меняться. При производстве карбоновых велосипедных рам задействовано множество специалистов, поскольку сам процесс не автоматизирован. Этим и объясняется ограниченное количество рам из карбона и их высокая стоимость.
Как делают раму для велосипеда
Рама — главная несущая часть велосипеда. От её характеристик во многом зависят ходовые и эксплуатационные качества велосипеда, а также его долговечность.
Современная велосипедная рама должна быть:
- прочной. Велосипедная рама должны выдерживать довольно серьёзные нагрузки. Согласитесь, не очень приятно, когда рама ломается под вами после небольшого прыжка с паребрика;
- жесткой. Среди опытных велосипедистов частенько встречается фраза: «рама не катит». Это значит, что такой велосипед едет тяжело и «съедает» часть Ваших усилий. Дело в том, что любая велосипедная рама в той или иной степени деформируется при движении — от этого никуда не уйти. Однако, чем мягче рама, тем больше усилий велосипедиста будет тратиться на её раскачку;
- лёгкой. Чем меньше весит велосипед, тем легче на нём разгоняться, поддерживать скорость, въезжать в гору и, в случае необходимости, тащить на себе;
- дешёвой. Большинство покупателей не готовы тратить на велосипед сумму, сравнимую со стоимостью подержанного автомобиля, поэтому цена рамы велосипеда которая входит в итоговую стоимость, является значимым фактором.
К сожалению, улучшение одной из вышеперечисленных характеристик неизбежно ведёт к ухудшению другой. Поэтому производители велосипедов стараются изготавливать рамы велосипедов из различных материалов, максимально удовлетворяющих требованиям покупателей:
Сталь
Низкоуглеродистая
Hi-ten.
Хромомолибденовая.
Рамы из любого из вышеперечисленных видов стали обладают высокой ремонтопригодностью, и в случае поломки, их можно восстановить обычным сварочным аппаратом. Для улучшения антикоррозийных свойств их обязательно покрывают специальными составами, однако в случае повреждения защитного слоя, коррозию остановить будет весьма сложно (в этом смысле процесс сравним с борьбой со ржавчиной на отечественном автомобиле).
| Велосипед «Merida» со стальной рамой |
Алюминий
Алюминиевые рамы в данный момент наиболее распространены и применяются практически на всех видах велосипедов. Вы можете возразить, что алюминий металл мягкий и рама будет непрочной. Конечно же для изготовления таких рам применяется не чистый алюминий, а его сплавы с цинком, магнием и кремнием. Именно в этом и разница между непонятной на первый взгляд маркировкой на алюминиевых рамах 6061 и 7005. Более подробно Вы можете узнать об этом в статье «Что значат цифры 6061, 7005 и 7075 на рамах велосипедов».
Алюминиевые рамы весят значительно меньше стальных, несмотря на большую толщину стенок, при применении баттинга обладают более высокой прочностью и жёсткостью и практически не подвержены коррозии. Кроме того, современные технологии позволяют выполнять рамы со сложной геометрией, а также дают возможность производителю давать пожизненную гарантию.
Стоит также заметить, что отличительной особенностью рам из алюминиевых сплавов являются толстые швы после аргоновой пайки, что на взгляд человека, не знающего данную особенность, выглядит как брак сварки.
 |
| Велосипед Horst с алюминиевой рамой |
Карбон
В своё время по телевизору была реклама, в которой упитанный мальчик хвастался перед своими приятелями якобы своим велосипедом: «Рама — карбон, задний амортизатор, 27 скоростей, бешеных бабок стоит. ». И если 27 скоростей и задний амортизатор можно встретить и на дешёвых ашан-байках, то карбоновая рама — признак очень дорогого велосипеда (стоимость карбоновых рам начинается примерно от 1000 долларов).
Данная рама производится при помощи температурной обработки углеродных волокон, пропитанных специальными смолами. Карбоновые рамы обладают высокой прочностью и жёсткостью, да еще и весят меньше рам из других материалов (есть экземпляры весом 1кг). Отличная рама для велосипеда — практически идеальная. Однако высокая цена делает её практически недоступной для велолюбителей. Кроме того, карбоновая рама практически неремонтопригодна, и в случае поломки (что впрочем не очень просто) её скорее всего придётся выкинуть.
| Велосипед «Merida» с карбоновой рамой |
Титан.
Титановые рамы не нашли широкого применения ни в профессиональном, ни в любительском велоспорте. Всё дело в их цене: с одной стороны они существенно дороже алюминиевых, что не позволяет устанавливать их на велосипеды среднего уровня, с другой — почти равны по стоимости с карбоновыми, при несколько худших характеристиках по прочности и жёсткости (по весу уступают пренебрежительно мало). Титановые рамы практически не поддаются ремонту и сварке, а также имеют негативное свойство накапливать усталость, из-за чего после долгой эксплуатации возможна их поломка.
| Велосипед «Cube» с титановой рамой |
Прочие материалы для изготовления рам.
Конечно же фирмы-производители и просто частные изобретатели постоянно экспериментируют и пытаются улучшить показатели велосипедных рам, делая их из новых, порой экзотических, материалов и сплавов.
В последнее время в моду стали входить «экологически чистые» велосипеды с деревянной рамой, хотя пока это просто мода, нежели функциональность.
| Велосипед с деревянной рамой (www.xylonbikes.com) |
Таким образом, при выборе велосипеда следует уделить внимание и материалу из которого изготовлена рама, так как вариантов достаточно много и необходимо найти оптимально подходящее для Вас решение.
Из чего делают велосипедные рамы?
Велосипедная рама – несущая конструкция, каркас велосипеда. Безусловно, это является основой любого велосипеда, нет рамы — нет велосипеда. Если продолжать эту логическую цепочку, то, по сути, рама велосипеда и является самим велосипедом. Продвинутые велосипедисты, как правило, довольно много внимания уделяют именно этому компоненту при покупке велосипеда и не зря, ведь наличие качественной, легкой и прочной рамы открывает для велолюбителей все больше и больше возможностей.
Главный параметр и тема этой заметки, это, конечно же, материал из которого создают «велоскилет», именно от материала рамы зависит вес велосипеда, его свойства и предназначение.
Стальные рамы: В классе горных велосипедов стальные рамы являются во многом пережитками прошлого, однако в таких дисциплинах, например как BMX стальные рамы являются основой. К плюсам стали можно отнести, конечно же, прочность, так сплав CR-MO 4130 является сверхпрочным сплавом стали, которые используются не только при конструировании рам под экстремальные дисциплины, но и для отдельных запчастей несущие большие нагрузки, такие как оси и т.д.
Недостатком таких рам является, конечно же, излишний вес и коррозия метала.
Алюминиевые рамы: С приходом алюминия в велостроение вес велосипедов значительно снизился, да и коррозия метала, им не страшна. По прочности современные алюминиевые рамы ничем не уступают стальным, поскольку с применением разных сплавов, таких как, 6061 или 7051 каркас велосипеда стал прочнее но при этом еще легче. Использование алюминия в велоиндустрии так же позволило инженерам развивать новые технологии и все дальше и дальше уходить в технологичности. Так например в современных велосипедах активно используется технологии гидроформинга и баттинга, а так же технология «скрытый шов», что делает современный велосипед еще эстетический привлекательней. Недостатков в алюминиевых рамах на первый взгляд нету, однако они все же есть: свойства алюминия таковы, что усталость метала у алюминия происходит раньше нежели у стали, да и сам по себе данный материал мягче, а значит более подвержен деформации, однако и этот фактор ввиду современного прогресса можно практический свести к нулю.
Титановые рами: Весьма редкий вид велосипедных рам. Титан довольно прочный материал, с ним довольно легко работать, да и вес титан имеет ниже, чем сталь. Титановые рамы порой можно встретить в таких видах велоспорта как опять же BMX или Trial, но, не смотря на его прочность к нагрузкам, титан довольно легко крошится, что не есть хорошо для велосипеда.
Рамы из карбона: Карбоновые рамы еще легче и еще прочнее, однако, это не значит, что такая рама не трещит. Карбон позволил инженерам двигаться еще дальше, создавая с каждым годом все более и более технологичные конструкции, такие как карбоновая рама с полимерными вставками, что позволяет раме гасить микровибрации или же эластичные задние перья выводят велоспорт на новый уровень. Карбоновые рамы не имеют швов вовсе, а значит, вид такого велосипеда еще больше приковывает внимание окружающих. Из недостатков – пожалуй он здесь один и самый весомый – это цена таких велосипедов. Порой велосипед с карбоновой рамой стоит от 1000$, а значит что не каждый вело любитель сможет позволить себе такой велосипед. Объяснение такой цене тоже есть – данная технология относительно нова, а все что новое стоит дорого, да и создание карбоновых рам довольно трудоемкое и порой требует затрат довольно больших ресурсов.
Рамы из дерева: Такие рамы создаются лишь по одной причине: это довольно необычно ново и эксклюзивно. Весьма вероятно, что порой такие рамы весьма прочны и легки. Однако рамы из дерева, являются исключительно ручной работой, а значит цена на такое изделие довольно сильно кусается. Свойства дерева известны всем – дерево не вечно и рано или поздно Ваша рама будет признана не работоспособной, а еще имея велосипед с деревянной рамой лучше, если вы будете держаться подальше от огня.
Также хотим напомнить, что в нашем магазине работает сервисный центр по ремонту и обслуживанию велосипедов.
Если Вы не в силах самостоятельно устранить скрип, хруст, треск или любую другую неисправность вашего железного коня — не переживайте, мы поможем вам с этим.
И не беспокойтесь о сложности ремонта. Мы делаем работы любой сложности — от установки мелких аксессуаров, до самых сложных технических работ.
