daen — Самодельная карбоновая рама для памп-трека

В этом посте хочу поделится с вами историей создания рамы из углеволокна с параллельным наступанием на грабли изучением технологий.
Внимание, много букв и фотографий!

Немного втупительной воды.
Дело началось в декабре 2017 года со спонтанной покупки вилсета EastonHeaven 26” за какие-то смешные деньги (кажется 4000р). Зачем они мне нужны долго думать не пришлось, задумал я сборку велосипеда для памп-трека. Но была проблема – задняя втулка 142х12 и из-за древности колёс найти адаптеры под 135 не удалось. Купить подходящую раму под колесо, с необходимой геометрией, тоже не представлялось возможным. На этом данная история могла закончится, но я парень не простой – решил, что сам сделаю раму! Руки есть и инструмент вроде тоже.

Решение сделать самому было не безосновательным и легкомысленным, опыт фреймбилдинга уже был. Получить удалось его работая в KUVALDA Bikes. Это была воля случая, я искал подработку и размышлял о постройке рамы из водопровода (так, для освоения процессов), и Кувалде требовался человек. А так как мы с Антоном Непочатым, на тот момент, жили в соседних домах – все звёзды сошлись удачно.

Итак, о самом создании. Сначала думал сварить раму из алюминия, даже начал рисовать 3D модель под имеющийся сортамент труб, но от этой мысли быстро отказался т.к. это было бы очень скучно. Весной 2017 года я уже успел сделать для себя циклокроссовую раму по технологиям Кувалды и “повторять” её в другой геометрии не захотелось.

И тут пришла гениальная идея слепить её из углеволонка и эпоксидки. У меня даже имелось немного ткани и смолы, в том же году чинил перья на шоссейной раме приятеля и некоторое понимания процесса уже было.

Начало.
Выбор технологического процесса был не простым. Большую часть информации черпал из инстаграмм и ютуб. Я был удивлён, сколько полезного можно найти на этих развлекательных сервисах. Одних картинок конечно же было мало и приходилось так же искать нужную информацию на зарубежных форумах.

Остаток зимы 2018г. ушёл на теорию и практику по работе с материалами, планирование задач и проектирование модели. А также закупку материалов и оборудования.

Сразу были куплены: вакуумный насос, коврик для раскроя, всякие ножи и лезвия, плёнки, вспомогательные материалы для формовки, углеткань, смола, разделители и ещё разные мелочи. На этом этапе удалось потратить почти 40т.р., что уже не давало быстро забросить затею в случае неудачи. А к лету собраны стапель и печка (ещё 40т.р)

Из практики первым делом решил освоить соединение труба к трубе. Для этого закупил дешёвой ткани с Али и изготовил из неё несколько труб методом намотки на оправку (ПВХ сантехническая труба). Ну и собственно соединил их под углом. Действия при этом совершенно простые – торцовка одной из труб, склейка, нанесение спец. шпаклёвки из эпоксидки и микросферы, выведение переходов наждачкой и, самое главное, обмотка волокном получившегося узла.

Далее, для контроля качества, разрезаем получившийся узел пополам, любуемся, делаем выводы (или делаем вид, что делаем выводы).

В тот же временной отрезок была невнятная попытка сделать перья. И вот они первые грабли, решил я намотать их на позитивную оправку, напечатанную из HIPS пластика, которую подразумевалось после растворить в цитрусовом уксусе. Опыт был быстро признан неудачным.

На основании полученного опыта я принял единственное верное решение – заказать на передний треугольник трубы филаментной намотки у TimCrossman (к сожалению, он больше не производит их). За всего 180$ я получил красивые верхнюю, нижнюю, подседельную трубы и норм такой стакан.



С кареточным стаканом думать не пришлось, был в наличии алюминиевый BSA от Кувалды.
Оставалось придумать как сделать перья и дропауты.

Дропауты.
Для дропаутов была изготовлена 12мм карбоновая плита по очень уеб дурацкой технологии. Это около 60 слоёв китайской 200гр/кв.м ткани, вырезанные вручную под углами 0/90 и -45/45 градусов. Сказать, что я упоролся это раскраивать, ничего не сказать. Ну и эти слои поочерёдно укладывались с одновременной ручной пропиткой. Далее полученный пакет закрывался техническими тканями/плёнками и под вакуум минимум на 8 часов. Она была изготовлена и выкинута в самый дальний угол мастерской, ибо так производить пластины нельзя.

Спустя почти год я изготовил новую пластину 10мм уже из нормальной ткани 630гр/кв.м, где понадобилось всего 16 слоёв. Ну и пропитка производилась по технологии вакуумной инфузии. Не сказать, что она прошла гладко, но учитывая толщину пакета и площадь, качество изделия вышло нормальное. Далее плита отправилась на фрезеровку, что бы получились сами дропауты.

Почему я их решил сделать из угля? Да, из алюминия было бы дешевле, быстрее и 100% надёжно, но мне были интересны возможности углепластика при не типичных нагрузках.

Матрицы.
Для перьев в итоге выбрал технологию формовки в негативной матрице путём раздувания. И для начала нужно было изготовить матрицы. Фрезеровку на ЧПУ бюджет не позволял, поэтому были распечатаны модели перьев на 3Dпринтере в хорошем качестве и с них планировалось снять стеклопластиковые матрицы. И это, пожалуй, был самый трудоёмкий процесс. Я даже не знаю как передать всю боль, через которую пришлось пройти.

Во-первых, нужно как-то освоить и соблюдать технологический процесс.
Во-вторых, очень долгий цикл изготовления (при этом нужно пристально следить за временем, иначе – запоротый материал).
В-третьих, ВСЁ В БЛ ДУРАЦКОЙ СМОЛЕ!

Вкратце это выглядит так – делаем опалубку по середине мастер-модели, все щели замазываем и ровняем, наносим разделитель, ждём, наносим гелькоут, ждём, выкладываем стеклоткань и пропитываем смолой, иии… ждём. Через 24 часа можно делать 2-ю часть – отрываем опалубку и процесс повторяется с момента нанесения разделителя. По прошествии ещё суток готовую матрицу можно раскрывать, выковыривать мастер-модель и любоваться полученным результатом.

Но не всё так просто. Более-менее годная матрица получилась с 4 раза. В первых двух случаях у меня был некачественный гелькоут ЭТАЛ (гори в аду ЭТАЛ). Гелькоут это наполненная эпоксидная смола для формирования лицевых поверхностей и острых кромок устойчивых к скалыванию. И как вы могли догадаться, острая кромка не получалось. Для этого были ещё и другие основания, но на столько подробно не буду писать.

С покупкой импортного дорогого гелькоута всё пошло гораздо глаже и к осени 2018г. у меня были готовы матрицы для перьев.







И остаются ещё четыре время затратных пункта — это изготовление стапеля, печки, самих перьев и сборка рамы.

Стапель.
Тут всё просто – посмотрел картинок в интернете, спроецировал свой опыт, закупил конструкционного профиля и алюминиевых заготовок на 20т.р. и собрал его.





Печь.
Условно всё так же. ПИД контролер отечественной фирмы, пара нагревательных ковриков от 3Dпринтера, ОСБ и утеплитель из Леруа, горстка шурупов и вуаля.

Перья.
Дело было опять с использованием жидкой смолы и тряпки. А также шоссейной камеры.

Простые действия – пропитал смолой, намотал в нужных направлениях, вложил в матрицу, надул камеру и через 24 часа можно смотреть что получилось.
Из-за того, что камера в сложенном состоянии 21мм, а высота верхнего пера 20мм, получился жирный облой в 2мм толщиной. Как на первом пере, так и на втором. И опять же, в целях эксперимента было решено так и оставить (ну и переделывать матрицу очень не хотелось)







Нижние перья с первого раза вообще не получились. При накачивании лопнула камера.



Второй раз удачнее, но из-за того, что использовал угле-рукав, а не ткань, не продавилась середина на верхней плоскости перьев. На этот момент сил и средств делать третий раз заново не было, и я решил сделать “косметический ремонт” микросферой обтянув сверху ещё одним слоем чулка. Это сильно утяжелило изделие, но в прочности сомнений нет.







К слову. Глядя на ремонт карбона и прочие поделки всех вело-мастерских, кто не стесняется выкладывать фото в сеть, у меня всё выполнено было на высшем уровне. Я разве что не загонялся по косметике в ноль.

Сборка.
Традиционный набор простых действий – выставить стапель, отторцевать/подогнать трубы и перья, склеить, вывести шпаклёвкой переходы, обмотать углём получившиеся узлы, запечь.







Передний треугольник переклеивал 2 раза, перья/дропауты 3 раза. Почему не помню, но что-то не устраивало. И вообще этот процесс растянулся на полгода, то покататься в горах хочется, то на работе завал.





Обматывать узлы я сразу решил однонаправленным препрегом, ибо мокрая намотка совсем не вариант. Препрег – это волокно, пропитанное специальной смолой, которая при комнатной температуре не обладает текучестью и отверждается при температурах от 100 градусов. Им очень легко работать, просто приклеивая по кусочку слой за слоем. И главное, что нет жёсткого ограничения по времени работы (живёт он 2-3 недели при 25 градусах). С ним обмотку можно выполнить в сотни раз качественней, контролируя направление каждого жгутика углеволокна. А при должной сноровке финишная обработка будет практически не нужна.

У меня же поверхность получилась не ровной т.к. я делал большое количество перехлёстов полосок препрега. Не было цели сделать супер красиво и тем самым сильно усложнив задачу.









И так, все узлы обмотаны, рама упакована в вакуумную плёнку и помещена в печь. Самые долгие 3 часа ожидания за всю постройку… И готово!









Байк собран, обкатан и даже держит кривые 360 с баннихопа с моими 85кг веса.

Рама, к слову, вышла 1150 грамм. Весь байк 8,5кг на данный момент. Изначально был 8,3кг, но цепь от мультиспида не прижилась, вынос весом 90гр сменил на более длинный (31мм на 50мм) и герметика пришлось долить в покрышки. На каноничную сборку точно не претендую. Просто брал доступные и в меру лёгкие компоненты.





За сезон покатался на нём в боевом режиме немного, но достаточно чтобы понять, что почти все мои решения работают, на первый взгляд страшные косяки оказались не такими критичными (в рамках проекта первой рамы).

Вот и вся история. Старался написать понятно и без лишнего, надеюсь вам было интересно читать.
Что осталось не понятно — спрашивайте в комментариях.

ЗЫ
На будущий год у меня в планах изготовление новой рамы (29" хардтейл) на абсолютно другом уровне качества, с металлическими матрицами, препрегом, блекджеком и шлюхами, с новыми знаниями и опытом, и никакой жидкой смолы!.. А опыта за последние полгода удалось получить очень много. Весь этот процесс изучения композитных материалов настолько увлёк, что я начал работать в Bjorn. Для тех кто не вкурсе, Bjorn производят шикарные карбоновые сёдла и штыри для крутильных дисциплин, а так же сейчас ведётся активная работа для того, что бы порадовать и владельцев маунтинбайков.
Оставлю ссылочки для ознакомления: https://bjorncycles.com/ https://www.instagram.com/bjorncycles/
И на свой инстаграм оставлю, где в основном в сторисах фото красивых закатов, но и переодически выкладываю в ленту достижения в композитном деле.