Что такое гидроформинг на велосипеде
Что такое баттинг и гидроформирование рам, монококк?
В описаниях рам часто встречаются умные слова баттинг и гидроформирование. Разберемся, что они означают, ведь часто этого не знают даже продавцы магазинов.
Баттинг рам
С технической точки зрения баттинг – это величина, характеризующая отношение толщины стенок на конце и в середине трубы.
Баттинг бывает двойной, тройной, четверной. Как известно, эпюры нагрузки на раму максимальны в районе рулевой колонки, каретки, подседельного узла и задней нижней части цепной вилки. В середине трубы имеют меньшую нагрузку. Это позволяет сделать толщину стенок переменной, т.е. толще в местах высокой нагрузки и тоньше в других. Благодаря этому удается значительно снизить вес рамы, так как уменьшается толщина трубы, где нагрузки минимальны.
Кстати, бесшовные стальные рамы с трубами переменного сечения стали применяться с 1935 года. Затем они переползли на хромолевые рамы. Хромомолибденовая рама с четверным баттингом сравнима по весу с рамой среднего класса, сделанной из алюминиевого сплава.
Внутри баттированных труб могут находиться различные усиливающие спирали, типа нарезов в стволе винтовки, что открывает дополнительные возможности для их прочности.
Баттинговые рамы производятся из труб небольшого числа производителей, так как грамотную проработку материала способны выполнить только серьезные производства.
Существует не так много фирм, производящих качественные легированные бесшовные (и шовные в том числе) трубы для производства рам. Запомните их названия: «REINOLDS» (США); «COLUMBUS» (Италия); «VITUS PRESTIGE» (Франция); «TRUE TEMPER» (США); «ORIA» (Малайзия); «TANGE» (Япония) и др. Каждая фирма имеет свое клеймо, которое после сварки и покраски наклеивается на подседельной или наклонной трубе и несет информацию о материале труб, их внутреннем профиле и назначении готовой рамы.
Гидроформовка рам
Последнее достижение производства алюминиевых рам – применение технологии гидроформовки.
Вкратце технологический процесс гидроформования можно описать примерно так: создается металлическая форма, в которую вставляются обычные круглые алюминиевые трубы. В них закачивается горячее масло под высоким давлением, в результате чего алюминиевая труба принимает профиль заданной формы.
Раньше, чтобы увеличить сечение трубы в местах наибольшего напряжения, использовали сварку – к этому месту приваривали еще кусок алюминия для прочности. Теперь с помощью способа гидроформовки алюминиевая труба может иметь любое сечение, включая квадратное. Это заметно повышает надежность конструкции ввиду отсутствия лишних сварных швов.
С появлением технологии гидроформовки бесшовных труб производителям хромомолибденовых рам удалось создать настоящие шедевры. На сегодняшний день одним из лидеров в производстве таких рам остается американская компания MARIN CALIFORNIA, изготавливающая свои рамы из итальянских труб фирмы COLUMBUS. Стоимость подобных рам от 250$.
Гидроформирование рам у Giant
Технология FluidForm, появившаяся в 2003 году, использует гидроформирование, который задействует разогретое масло для прессовки и придания нужной формы трубам алюминиевой рамы. В результате получается продукт, более прочный и более совершенный, чем стандартная труба или простой листовой алюминий.
Компания Giant первой внедрила этот продвинутый процесс формовки в производство велосипедов в больших масштабах.
Технология FluidForm позволяет инженерам-конструкторам компании Giant придавать любую форму трубам велосипеда.
Стильные трубы нового вида, выполненные по технологии FluidForm, использованы в Warp, VT и комфортных велосипедах этого модельного года
Как это работает
Хотя технология Fluid Form достаточно дорогостоящая и продолжительная по времени, это на самом деле становится довольно простым процессом, как только необходимое оборудование закуплено и настроено. Алюминиевые трубы закладываются в грейферную форму с давлением 1000 тонн. Форма закрывается и запечатывается, после чего в нее закачивается горячее масло и гидравлически сжимается с давлением порядка 4000 кг на кв.см, придавая алюминиевой трубе нужную форму.
Часть трубы, обработанная по технологии FluidForm, оказывается прочнее, чем труба, не подверженная этой обработке. Во время формовочного процесса алюминий сжимается, уплотняя структуру зерна в удлиненные формы, лучше сопротивляющиеся усталости металла. Это позволяет инженерам Giant производить трубы лучше отвечающие специфическим задачам каждого велосипеда.
Поскольку ALUXX SL Super Light алюминий уже на 30% прочнее, чем стандартный алюминий 6061, трубы FluidForm еще более устойчивы к появлению трещин и усталости металла.
Монококк
Такие рамы опять же появились, будучи еще стальными.
Самая распространенная сегодня технология сварки недорогих рам из дешевых сталей – клеено-сварная. Суть ее в том, что предварительно обработанные механическим путем концы труб покрываются токопроводящим клей-флюсом, и на предварительно собранную раму, находящуюся на специальном стапеле, подается напряжение. Возникающая при этом электрическая дуга расплавляет концы труб, и получается конструкция типа «монококк».
Самое широкое распространение получила технология сварки японской компании «TANGE». Эта технология напоминает отечественную углекислотную сварку, хотя имеет существенные отличия. Она позволяет собрать безузловую раму по схеме «монококк», имеющую высокую надежность двусторонних сварных швов. Вкупе с использованием баттированных стальных труб это дает возможность получить легкую и прочную раму.
В результате сочетания карбоновых волокон с биовальным профилем и полностью карбоновыми соединительными муфтами удалось воплотить в жизнь монококовую конструкцию композитной рамы, которая сочетает в себе высочайшую вертикальную упругость с отличной поперечной жесткостью.
Что такое гидроформинг
Велосипедная индустрия постоянно совершенствуется, появляются новые технологии и материалы. В последние несколько лет многие компании стали активно применять гидроформинг. Технология гидроформинга в изготовлении рамы указывается многими производителями как особое преимущество. Давайте разберёмся, что такое гидроформинг рамы, и как он влияет на эксплуатационные характеристики велосипеда.
Гидроформинг – это технология изменения формы трубы рамы, которая позволяет придать ей любую форму. В процессе гидроформирования в трубу, находящуюся внутри трёхмерного шаблона, под большим напором подаётся нагретая жидкость. Жидкость распирает металл изнутри, и труба принимает необходимую форму. В процессе учитывается восстановление толщины стенок трубы, которые закономерно утончаются в местах расширения в ходе форминга.
Этот процесс обеспечивает формирование максимально эргономичной трубы, спроектированной инженерами компании. Такая рама имеет высокую прочность конструкции и небольшой вес, так как она не нуждается в «наваривании» дополнительных деталей для усиления.
Гидроформинг используется в производстве алюминиевых рам, очень редко – стальных. По инновационной технологии можно формировать любые трубы, но чаще всего этой процедуре подвергают трубы переднего треугольника и перья, которые больше влияют на эргономические свойства велосипеда. Производители стремятся создать максимально качественные соединения рамы с рулевым стаканом и кареточным узлом. С этой целью верхнюю и нижнюю трубы увеличивают, подгоняя друг к другу чётко по стыку. Это не только более функционально, но и выглядит эстетичней, чем сооружение из двух труб.
Технология гидроформинга и баттинга
Всем хорошо знакомы алюминиевые рамы с нестандартным изгибом труб. Обычным изгибом такого изменения формы достичь невозможно. Поэтому для увеличения площади сварных соединений, повышения жесткости конструкции и создания привлекательного дизайна применяется гидроформинг труб.
Гидроформинг— это технология изменения формы трубы, которая применяется в промышленности и активно используется в велоиндустрии. Она дает возможность придавать трубам фактически любую форму. Процесс прост: обычную трубу кладут в кондуктор, нагревают и подают жидкость под давлением.
Жидкость давит изнутри и труба принимает нужную форму. При этом учитывается изменение толщины стенок трубы, которые неизбежно истончаются в местах расширения во время гидроформинга. Если к трубе не применена технология баттинга, то в местах расширения после гидроформинга будет слишком мало материала, что приведет к поломке.
Гидроформуют, как правило, алюминиевые рамы, гораздо реже стальные. Особенно эффектно смотрится конструкция с зашлифованными сварными швами. Монолитный дизайн.
Гидроформовать возможно любую трубу в раме, но, как правило, технологию применяют к трубам переднего треугольника и перьям. Рулевой стакан изготавливают на токарном оборудовании, как и кареточный узел. Подседельная труба в 99% случаях не требует изменения формы. Исключением являются рамы для шоссе — там подседельной трубе придают аэродинамическую форму.
В переднем треугольнике рам пытаются создать максимально жесткое и прочное соединение с рулевым стаканом и кареточным узлом. Для этого верхнюю и нижнюю трубу расширяют и подгоняют на стыках друг к другу. Выглядит это лучше, чем простая сварная конструкция из двух круглых труб. Также верхнюю и нижнюю трубу формируют из соображений повышения жесткости кросс-кантрийных, шоссейных, трюковых и гоночных рам.
Особую форму перьев рамы также используют для увеличения наката. Например, расширение центральной части пера. В некоторых велосипедах для трюковых рам применяют гидроформинг при создания нижних перьев одной трубы. Такое решение позволяет создать максимально качественное соединение с кареточным стаканом, что увеличивает прочность. Кроме этого, оно служит для увеличения пространства при установке широких покрышек заднего колеса.
Баттинг (butting) — это конструктивное решение, которое позволяет уменьшить вес конструкции, не потеряв прочности.
Нагрузка на каждую отдельную деталь конструкции распределяется по ее длине неравномерно (например, взять нижнюю трубу рамы велосипеда — на конце труб может приходиться больше нагрузки, чем на ее середину).
С технической точки зрения баттинг — это величина, характеризующая отношение толщины стенок на конце трубы и в середине.
Баттинг бывает двойной, тройной, четверной. Как известно, нагрузки на раму максимальны в районе рулевой колонки, каретки, подседельного узла и задней нижней части цепной вилки. В середине трубы меньше нагрузки. Это позволяет сделать толщину стенок переменной, то есть в местах высокой нагрузки она толще и тоньше в других. Благодаря чему удается значительно снизить вес рамы, так как уменьшается толщина трубы, где минимальные нагрузки. В середине баттованых труб могут находиться различные спирали для усиления, что-то типа нарезов в стволе винтовки, благодаря этому открываются новые возможности для их прочности.
Гидроформинг
Всем знакомы красивые алюминиевые рамы с причудливой формой труб. Простой гибкой такого изменения формы достигнуть невозможно. Для увеличения площади сварных соединений, повышения жесткости конструкции и создания привлекательного дизайна применяется гидроформинг труб.
Гидроформинг — это технология изменения формы трубы. Применяется в промышленности и активно используется в велосипедной индустрии. Дает возможность придать трубам практически любую форму. Сам процесс прост, как все гениальное: обычную трубу кладут в кондуктор, нагревают и подают жидкость под давлением. Жидкость распирает изнутри и труба принимает заданную форму. При этом учитывается изменение толщины стенок трубы, которые неизбежно утончаются в местах расширения в ходе форминга. Гидроформинг рука об руку идет с баттингом, о котором мы уже вам рассказывали. Если трубу не биттировать, то в местах расширения после гидроформинга, будет слишком мало материала, что приведет к поломкам.
Гидроформируют в основном алюминиевые рамы, реже стальные. Особенно эффектно выглядит конструкция с зашлифованными сварными швами. Монолитный дизайн. Гидроформировать можно любую трубу в раме, но в основном технологию применяют к трубам переднего треугольника и перьям. Рулевой стакан изготавливают на токарном оборудовании, как и кареточный. Дропауты отливают или фрезеруют. Подседельная труба в 99% случаев не нуждается в изменении формы. Исключением становятся рамы для шоссе — там подседельной трубе придают аэродинамическую форму.
В переднем треугольнике рам стараются создать максимально жесткое и прочное соединение с рулевым стаканом, а также с кареточным узлом. Для этого верхнюю и нижнюю трубу расширяют и подгоняют по стыку друг к другу. Выглядит это лучше, чем простая сварная конструкция из двух круглых труб. Также верхнюю и нижнюю трубы формируют из соображений повышения жесткости кросскантрийных, шоссейных, трюковых и гоночных рам.
Особую форму перьев также используют для увеличения наката рамы. Например, расширение центральной части нижних перьев. В некоторых трюковых рамах применяют гидроформинг для создания нижних перьев из одной трубы. Такое решение позволяет создать максимально прочное соединение с кареточным стаканом, что увеличивает прочность. Также оно служит для увеличения пространства для покрышки заднего колеса. Бонусом будет уменьшение количества сварных соединений у каретки и отличный внешний вид.
ljvelo
ljveloljvelo
Некоторые говорят, что мол, такая-то рама не катит. Как же может не катить кусок железяки, спросите вы. И как бы это не казалось удивительным, я отвечу — может.
Вообще, в понятие катимость байка велосипедисты вкладывают очень широкое значение. Начинающие идут по верхушкам, меняя «некатащие» шины и колеса. Те, кто более продвинут, присматриваются к геометрии велосипеда, не завален ли угол рулевой, не нарушена ли развесовка между передом и задом.
CRONUS_Models3-1_600x200
Все это действительно очень влияет на катимость, вплоть до того, что человек явственно различает нюансы разгона, движения в горку и прямолинейного хода между двумя, казалось бы, одинаковыми великами. Но что делать, если все причины некачения устранены, велосипед облегчен, но все равно остается ощущение, что как бы что-то не так.
Это и есть это пресловутое «рама не катит». Разумеется, это уже достаточно глубокий субъективизм, основанный на большом опыте сравнения велосипедов. Не могу сказать, что это по настоящему актуальный вопрос для обычного катальца, но для общего развития не помешает знать. Разберем вопрос катимости на шоссейных и туристических рамах, где она не «заглушается» подвеской и толстыми шинами.
На катимость рамы в первую очередь влияет жесткость конструкции и материал, из которого она изготовлена. Например, вы знаете, насколько сильно прогибается рама в кареточном узле? Возьмите свой байк одной рукой за руль, другой за сидение, и сильно надавите ногой на ось каретки.
Наверняка вы удивитесь, когда увидите, что весь низ велосипеда смещается на 5-10 см. Теперь представьте, что когда вы привстаете на педалях, чтобы надавить на них всем весом, этот кареточный узел уходит в сторону, поглощая часть энергии, предназначенной для ускорения.
Подобные деформации происходят и с задним треугольником. Когда вы ускоряетесь или форсируете горку, задние перья начинают ходить вверх-вниз, буквально на миллиметры, но этого хватает, чтобы забрать часть драгоценной энергии. Чем дальше ось заднего колеса вынесена дальше от подседельной трубы, тем сильнее амплитуда.
Именно поэтому у шоссейных велосипедов это значение минимально, покрышка почти касается трубы. Такое решение не только делает задние перья более жесткими, но и укорачивает базу велосипеда, что также положительно сказывается на эффективности движения.
Казалось бы, логично было бы сделать максимально жесткую раму, и навсегда закрыть вопрос катимости. К сожалению, все очень непросто. Теоретически такой велосипед возможно сделать, но он будет ужасен. Рама, которая нигде не гнется, в полной мере будет передавать все вибрации на позвоночник ездока, что крайне вредно.
Второй негативный фактор — невозможность «обработки» поверхности жесткой рамой. Это трудноуловимое, но вполне объективное явление, при котором рама как бы «облизывает» неровности дороги. Из-за этого велосипедист особенно хорошо чувствует велосипед и трассу.
Поэтому производители рам пытаются найти баланс между жесткостью и комфортом. Например, в шоссейных велосипедах, в которых задняя ось максимально приближена к подседельной трубе, жесткость конструкции компенсируется тонкими и зачастую изогнутыми верхними задними перьями. Каретчный узел усиливается, но возможность рамы изгибаться в поперечном направлении сохраняется, чтобы велосипед лучше входил в повороты.
Но как везде, построить идеальную раму практически невозможно. Сочетание углов геометрии, жесткости конструкции и применяемого материала и определят эту самую полумифическую катимость. Шаг вправо, шаг влево — и на выходе получилась не слишком катящая рама.
Справедливости ради, на данный момент этот фактор уже имеет значительно меньшее влияние, потому что производители, нащупав правильное решение, применяют его ко всем своим изделиям. Практически все современные рамы неплохо катят, и вместе с тем достаточно комфортны.
Надо понимать, что многие велофирмы — лишь сборщик, имеющий отдел маркетинга, заставляющий покупателя покупать велосипед именно этой марки. Вы можете увидеть два совершенно одинаковых велосипеда: одинаковая рама из ОЕМ каталога, обвес Shimano, колеса Mavic, палки Ritchey, резина Schwalbe, но под разными марками, и стоящие разных денег только потому, что бренд А раскручен больше, чем бренд Б.
Такие рамы имеют весьма усредненные параметры, и про малопонятную «катимость» китайский или тайваньский конструктор вряд ли задумывался. Ничего фатального в этом нет, в любом случае это будут достойные велосипеды, поэтому я всегда призываю выбирать велосипед по сбалансированности сетапа, а не по названию. Особенно это касается бюджетного и среднего ценового сегмента.
Теперь перейдем к материалам, из которых сейчас и в прошлом изготавливаются велосипедные рамы. Открывает список сталь Hi-ten, самый распространенный материал велосипедных рам с его изобретения и до 80-х годов прошлого века. Эта сталь тяжела, весьма мягка и сильно подвержена коррозии.
В настоящее время она полностью вытеснена алюминием, но велосипеды с рамами из этой стали еще могут встречаться в магазинах Ашан по цене 3-5К рублей. Будьте внимательны — не покупать ни в коем случае. Исключение — детские велосипеды, они чаще всего до сих пор изготавливаются из hi-ten стали.
Следующий пункт списка — сталь Cro-Mo. Это тоже сталь, но с добавлением легирующих добавок хрома и молибдена. Этот благородный материал использовался в изготовлении дорогих гоночных рам, из-за меньшего веса (в сравнении с обычной сталью) и возможности «облизывать» дорогу и «писать» повороты. Хромоль продолжает применяться в туристической сфере, где важен комфорт.
Я имел удовольствие вдоволь покататься на хромолевой туристической раме Surly, и могу только подтвердить крайне приятные ощущения от поведения велосипеда на дороге. По сравнению с современными рамами, стальной байк имеет совсем низкую жесткость и как следствие — приемистость, но для туринга это понятие последнее.
Самый распространенный материал для изготовления велосипедных рам на данный момент — алюминий. Алюминий жесток и достаточно легок, поэтому полностью вытеснил сталь почти из всех ниш в велосипедном производстве. Из алюминия делают не только рамы, но и палки, обода и детали трансмиссии. Рамы из алюминия прочны и надежны, это обеспечивается трубами большого диаметра и расчётами мест нагрузки.
Алюминий весьма хрупок и не выдержит сгибания-разгибания, поэтому на раме применяют съёмный держатель задних переключателей, под названием петух. Если велосипедист упадет и погнет петух, то он сможет его выгнуть, в отличии от алюминиевой рамы, которая бы просто сломалась. Еще, вы должно быть заметили, что производители иногда пишут на рамах номера алюминиевого сплава 6061, 7005, 7075 и тд. Каждый сплав немного отличается от другого, но там нет ничего такого, чтобы гоняться за каким-то конкретным.
Про алюминий еще можно знать два термина: баттинг и гидроформинг. Баттинг — это метод изготовления труб переменной толщины. Например, верхняя и нижняя трубы испытывают большие нагрузки в местах прикрепления к подседельной трубе и рулевому стакану, тогда как в середине почти не загружаются. При помощи баттинга облегчают трубу, делая ее максимально тонкой в центре, и толще по краям.
Гидроформинг же — это технология, позволяющая создавать трубы с любыми изгибами и сечениями, что также помогает усилить раму в нужных местах, и облегчить там, где повышенная жесткость не требуется.
Самым технологичным и продвинутым материалом для изготовления велосипедных рам на сегодня является карбон (углеволокно). Его начали массово применять совсем недавно, но с каждым годом карбон отвоевывает себе пространство на рынке. Сейчас уже практически не встретишь топовых моделей велосипедов с алюминиевыми рамами — везде карбон.
Есть три фактора, из-за которых этот материал так популярен у производителей велосипедов. Первое — он ощутимо легче алюминия, и тем не менее очень жесток и хорошо держит нагрузку. Второе — сочетая высокую жесткость, карбон имеет определенную упругость и эластичность, что позволяет абсорбировать микровибрации. Это качество сложно переоценить на шоссейном велосипеде, где нет подвески, а давление в шинах 10атм.
И третье — карбон удобен при изготовлении рам нестандартных форм и сечений. В отличии от сложной сварки и гидроформинга при изготовлении алюминиевых рам, здесь нужны лишь формы для углеволокна.
Несмотря на изрядную долю недоверия к карбону со стороны народных масс, этот материал уже заслужил репутацию крепкого и надежного. Если вы по каким-то причинам хотите купить себе карбоновый велосипед, но боитесь, что он будет недолговечным — отставить бояться. Сколько прослужит карбон — зависит только от вас. Если алюминиевый велосипед не развалился от вашего стиля езды, то карбоновый будет бегать не меньше.
В ближайшие годы произойдет вытеснение карбоном алюминия из сегмента среднего ценового уровня. Цены потихоньку снижаются, технологии совершенствуются, и вполне возможно, что когда-то алюминий совсем уйдет со сцены, как это произошло со сталью.
Еще можно отметить титан в качестве материала для велосипедных рам. Впрочем, его популярность в большей степени обусловлена активностью энтузиастов на велосипедных форумах, в народных массах про этот материал знают плохо. Считается, что титан поглощает микровибрации даже лучше карбона и стали, из-за чего он ценится среди туристов. Титановые рамы весьма дороги, но причина этому не столько цена этого материала, сколько малое производство. К сожалению, титан не пошел в народ, хотя мог бы стать отличной заменой стали, будучи значительно более легким.
Также существуют рамы из магниевых сплавов. Тут я ничего не могу рассказать, так как не видел такой экзотики вживую. Говорят, что магний тоже хорошо гасит микровибрации и обладает легким весом, но боится коррозии. Не думаю, что вы столкнетесь с подобными рамами, поэтому мы можем их не принимать в расчёт.
Итак, покупая байк в этой ценовой нише, не стоит размышлять о катимости рамы, оставьте лозунги типа «Мерида не катит» тем, кто их придумывает. Ваш велик будет катить ровно настолько, насколько вы способны его раскочегарить. Гоняться за более дорогими «катящими» рамами есть смысл лишь серьезно увлекаясь хотя бы любительскими гонками.
На сегодняшний день в сегменте бюджетных и средних велосипедов по прежнему нет замены старому доброму алюминию. Карбон хорош, но пока за него просят несколько завышенную цену, поэтому этот вариант не самый практичный с точки зрения вложения денег. Но если с деньгами проблем нет, то я могу только одобрить выбор карбонового байка, по меньшей мере, он будет вас радовать эстетически.