ФРЕЙМБИЛДИНГ
Тритон, титан и технологии
О работе с титаном и проектировании велосипедов
Текст Константин Жебко | Фотографии Triton Bikes
В строительстве, проектировании автомобилей и приборостроении и других сферах конструирование и проектирование давно автоматизировано и не осуществляется вручную на чертежных столах. Компьютерные программы ускорили этот процесс, взяли на себя задачи, отнимающие полезное время инженера. В проектировании велосипедных рам пока все не так. Константин Жебкоинженер-проектировщик в Triton Bikes, российской компании, производящей на заказ титановые рамы и велосипеды. Он спроектировал несколько десятков велосипедных рам и, собрав весь свой опыт, решил облегчить задачу будущим поколениям.
Тритон
Изображение ездока в программе BikeCAD Pro
В Triton Bikes делают кастомные титановые рамы, геометрия которых индивидуально подбирается для каждого клиента. Руководитель Triton'а — Дмитрий Нечаев — беседует с клиентом и выясняет основные требования к раме и индивидуальные параметры человека, подбирает геометрию. Данные загружаются в программу BikeCAD, которая по заданным размерам выдает вид рамы сбоку и положение всадника на ней. По соотношению фигур и посадке ездока можно определить, правильно ли подобрана геометрия, просмотреть анимацию езды. Однако это не более чем картинка с базовыми размерами. Как техническое задание для изготовления рамы она не годится.
Моя задача — отталкиваясь от базовых размеров рамы и габаритов компонентов, спроектировать раму с учетом всех эксплуатационных особенностей и в соответствии с производственными возможностями нашего цеха. Во многом нам диктует ограничения сам металл рам — титан. Он считается одним из лучших материалов для производства велосипедных рам — такой же легкий, как алюминий; так же хорошо гасит вибрации, как сталь; и долговечнее их обоих благодаря более высокой усталостной прочности. Уникальные свойства титана компенсируют его привередливость к механической обработке и сварке — работа с титаном всегда основана на горьком опыте.
Геометрия рамы выставляется по чертежу на стапеле
Титан
Основная проблема при проектировании рам из титана — реализация изгибов и деформации труб. Спроектировать изгиб можно как угодно, но не всегда получится воплотить его в металле. Например, если пытаться расположить два места сгиба очень близко друг к другу, то при работе над вторым сгибом первый будет выпрямляться, и наоборот — как «тяни-толкай».
В мастерской трубы гнут на самодельном трубогибе. Это простая механическая конструкция, в которой трубу прокатывают между двумя стальными кругами с выточенными профилями, до нужного градуса изгиба.
Со сплющиванием труб тоже есть сложности: овализировать сечение круглой трубы выходит не более чем на 15-20%, а это очень мало по сравнению с другими металлами.

Правильные изгибы и сплющивание крайне важны при проектировании нижних перьев рам, где очень близко расположены покрышка и шатуны со звездами.
Трубу помещают в деревянную матрицу и сжимают ее тисками. Это позволяет контролировать процесс сплющивания
Подготовленные трубы обрезают в местах стыка под нужным углом и подгоняют на стапеле для дальнейшей сварки
Привариваем нижние перья к кареточному узлу
В сварке титана тоже есть своя специфика. Этот металл не дружит с содержимым нашей атмосферы и при нагреве выше 400 градусов активно взаимодействует с азотом, водородом и другими газами, окисляется и становится хрупким. Поэтому при сварке рамы вся область металла, которая подвержена нагреву, обдувается аргоном не только снаружи, но и изнутри, пока не остынет.

Аргон — газ, защищающий затвердевающий сварной шов от окисления и содержащихся в воздухе примесей и влаги, которые могут ослабить стойкость шва к коррозии, привести к образованию пор и снизить прочность.
Для внутреннего продува аргон нагнетается внутрь полостей рамы. В раме предусматриваются технологические отверстия, через которые аргон циркулирует, к примеру, из рулевого стакана в верхнюю или нижнюю трубу. В местах повышенного нагрева, где очень близко находится несколько швов (например, в кареточном и рулевом стакане) устанавливаются медные теплосъемники. Медь — это металл с большей теплопроводностью, он отводит тепло с сильно нагревающихся элементов и рассеивает его в воздух.

Подытожив все прихоти титана, представьте, каково сварщику курировать такое количество процессов одновременно?
Технологии
До недавних пор единственной известной мне комплексной программой для проектирования рам и велосипедов был канадский проект BikeCAD, существующий уже более 10 лет. Функционал программы довольно широк и продуман, но ограничен двухмерным пространством: все виды рамы, профиль всадника и анимацию езды вы увидите только сбоку.

Но прогресс не стоит на месте: в 2015 году мы со Святохой Кириллом приступили к созданию плагина, способного проектировать велосипеды в 3D. Целевая аудитория нашего софта — фреймбилдерские компании, которым нужна возможность спроектировать раму или велосипед быстро и достоверно. С учетом анатомии заказчика и желаемых компонентов, чтобы можно было измерить зазоры между перьями, резиной, звездами, отрендерить фото и видео с любых ракурсов и показать клиенту. И таких клиентов может быть по несколько десятков в месяц. Наш софт позволит сразу получить представление клиента о результате и предвидеть нестыковки еще на этапе проектирования.

Пока что проект носит название Frame Builder. Это плагин для программы Autodesk Maya — редактора трехмерной графики, широко используемого в кинематографе и анимационном кино. Мы делаем его исходя из собственных нужд, зная, что необходимо проектировщикам велосипедов, и какие работы можно упростить с помощью программы. Поэтому плагин умеет не просто создавать раму по заданным размерам, но и учитывает особенности работы с металлами: например, изгибание труб с нужными радиусами и в любой плоскости.

3D-модель рамы можно будет экспортировать в любую CAD (систему автономного проектирования). Перекинув модель в SolidWorks или КОМПАС, можно будет получить готовые чертежи для производства, провести FEM-анализ — анализ механики деформаций рамы. Он позволит увидеть, как распределяются нагрузки в раме, найти ее слабые места, узнать, где и при каких нагрузках появится первая трещина. Раньше проектирование подобного качества занимало дни, теперь это будет укладываться в минуты.

И приятные бонусы: можно будет получить проекции с видом рамы в любом ракурсе, установить на нее любые модели реально существующих компонентов (втулок, систем, тормозов), спроектировать собственные детали и даже вилку для рамы. И, конечно, можно будет усадить за виртуальный велосипед всадника, созданного в соответствии с анатомией реального человека, сразу посмотреть, как он будет ехать сидя, стоя и в любой возможной позе.

На создание качественного софта уходит много времени — мы улучшаем интерфейс, тестируем рендеринг, выгрузку моделей и экспорт чертежей... Нас ждет еще немало работы.
Демонстрации возможностей программы (версия 1.1)
Новая версия интерфейса со схематичным видом, удобным для людей без опыта работы с 3D-пакетами (версия 2.4)
Начинающим фреймбилдерам, желающим во всем разобраться, я советовал бы почитать материалы Тима Патерека, он дает неплохую информационную базу для занятия фреймбилдингом. Довольно подробно и наглядно объясняет все принципы классического проектирования и изготовления рам
Константин Жебко
Инженер-проектировщик Triton Bikes
Статья была опубликована в 4 номере Fields & roads.
comments powered by HyperComments
Читать дальше
Made on
Tilda