Изготовление каркасов из арматуры: Арматурные каркасы по чертежам заказчика

Содержание

Арматурные каркасы

Монолитное строительство

Представляет собой технологию постройки, при которой здание возводят из железобетона, основные составляющие которого бетон и арматурный каркас. Данный метод позволяет сократить расход стали и бетона, расширить горизонт архитектурных решений.
Одним из основных преимуществ монолитного строительства, перед остальными, является высокая жесткость каркаса всего сооружения, его сейсмостойкость. Именно поэтому данная технология постройки позволяет возводить высотные здания. Вес монолитного здания в среднем на 15 % меньше такого же кирпичного, но при этом монолитное строительство требует больших трудозатрат на строительной площадке.
Снизить затраты при монолитном строительстве можно, заказывая готовые арматурные каркасы, которые на строительной площадке остается только установить в проектное положение и залить бетоном.

предельная прочность соединений

580 Н/мм2

плоского арматурного каркаса на разрыв

Метро

С каждым годом строительство в крупных городах становится все плотнее, работать приходится во все более стесненных условиях, именно поэтому технология застройки «стена в грунте» становится все популярнее. Устройство «стены в грунте» как правило осуществляется при разработке котлованов глубиной более 5 м на территориях со слабыми грунтами, высоким уровнем расположения грунтовых вод, в условиях плотной заводской застройки, при расположении котлована вблизи существующих зданий, сооружений, подземных коммуникаций.

Арматурные каркасы данного типа дают возможность сделать долговечные ограждающие системы с наименьшими расходами времени и ресурсов. Особенно данная технология актуальна в метростроении для ограждения вестибюлей станций и вентиляционных камер, при строительстве многоуровневых паркингов, супермаркетов и т.д.

максимальная длина сегмента

20 метров

арматурного каркаса для стены в грунте

Опоры мостов

Применение буронабивных свай в строительстве за последние годы получает всё большее распространение. В условиях плотной городской застройки строители всё чаще прибегают к устройству фундаментов посредством использования данной технологии.

Устройство буронабивных свай обеспечивает надежность высотного строения, несущая способность таких свай выше, чем забивных.

Буронабивные сваи незаменимы в местах, где не допускается сильная вибрационная и динамическая нагрузка на близлежащие грунты. Они находят свое применение при строительстве жилых домов, объектов промышленности и инфраструктуры, усиления основания в ходе реконструкционных работ, ограждения котлованов, устройства фундаментов сооружений, устройства подпорных стен, устройства шумозащитных экранов (автодорожное строительство), строительство мостов и эстакад.

Возможные диаметры

200 — 3000 мм

арматурного каркаса

Секреты изготовления арматурных каркасов

Содержание   

Арматурные каркасы являются неотъемлемой частью при строительстве любого здания. В первую очередь это касается зданий из монолитных железобетонных конструкций, где арматурный каркас выступает своего рода скелетом, обеспечивающим жесткость и устойчивость несущей опоры.

Обычный арматурный каркас

Какими же бывают арматурные каркасы, в чем их особенности и как их создавать? Сейчас узнаете.

Особенности и назначение

Арматурный каркас являет собой конструкцию, собранную из отдельных арматурных стержней. Конструкция эта пространственная, а не плоская, и формируется для армирования бетона.

В стандартном своем представлении бетон имеет отличные характеристики. Это один из самых прочных и легкодоступных материалов, огромным плюсом которого является простота в производстве.

Достаточно смешать цемент, песок и воду, и на выходе вы получите быстротвердеющий, прочный материал.

Основной недостаток любого бетонного изделия без армирования – хрупкость.

Читайте также: какие бывают пистолеты для вязки арматуры, и как ими пользоваться?

Не имеет значения, рассматриваем мы конструкцию ленточного фундамента, балки, свай или столбиков, все они должны качественно работать при нагрузках, как на сжатие, так и на изгиб.

Со сжатием проблем нет. Бетон рассчитан на такие нагрузки, вот почему так популярны изделия типа ленточного фундамента, которые принимают на себя давление от вышестоящих конструкций.

Другое дело – нагрузки для балки или сваи. Здесь хватает сил действующих с изгибающимся вектором, с которыми обычный бетон не справляется. Он может дать трещину или вовсе разломиться.

Каркас плиточного фундамента

Решить проблему легко – достаточно включить в строительство конструкций, этап отвечающий за изготовление арматурных каркасов.

Арматурный каркас фиксирует бетон, делает его прочнее, не дает разрушаться. Он действительно становится своего рода стабилизатором и базовым каркасом.

Для эффективно работы каркасов необходимо соблюдать его правильные размеры. Желательно чтобы на 15 см3 бетона приходился хотя бы один арматурный стержень. В таком случае железобетонная конструкция считается качественно заполненной, и различные пространственные разрушения ей уже не грозят.
к меню ↑

Где применяется?

Арматурные изделия и каркасы в строительстве используются практически повсеместно. Основная сфера, где каркас из арматуры считается полностью незаменимым – строительство несущих конструкций.

В том числе фундамента (любого типа, от ленточного незаглубленного, до столбчатого или свайного) конструкций балки, колонн, несущих перекрытий, стен, обычных и буронабивных свай и т.д.

Основные направления касаются, конечно же, фундамента, потому что именно фундамент принимает давление от конструкций дома в максимальном его проявлении. В частности, при возведении фундамента ленточного, каркас из арматуры в него погружают в каждую ленту и подушку.

Применения армирования в ленточном фундаменте

То же касается любой балки. Для балки наличие каркаса даже более востребовано, так как она большую часть времени выдерживает нагрузки на изгиб. Аналогичным образом каркас из арматуры интегрируют в любую другую несущую конструкцию.

Ненесущие и самонесущие конструкции, к слову, тоже можно армировать. Очень часто такие действия себя окупают. К примеру, состав обычной бетонной стяжки или состав отмостки вокруг дома не предусматривает обязательное наличие армирование.

Плоские бетонные элементы такого типа действительно не нуждаются в монтаже арматурных сеток. Однако их состав и общая прочность сильно улучшится, если при заливке бетона предварительно позаботиться об установке в опалубку хотя бы минимальной сетки из тонкой арматуры или проволоки.

Изделия типа бетонных стен, декоративных перегородок, забирок и т.д, тоже подпадают под это определение.
к меню ↑

Технология возведения и схема

Рассмотрим, как арматурный каркас изготовляют, что такое состав каркаса и общую технологию работ.

В состав любого каркаса, как вы уже наверное и сами догадались, в первую очередь входит арматура. Арматуру в состав берут разную. Изделия могут отличаться по диаметру, классу и марке. Никаких ограничений в этом плане нет.

Основная задача, чтобы состав отвечал будущим нагрузкам и позволял вам связать каркас достаточно прочный и долговечный. Все остальное – вторично.



data-ad-client=»ca-pub-8514915293567855″
data-ad-slot=»1955705077″>

В состав также входит проволока для вязки, и возможно, различного рода швеллеры, уголки и т.д. Очень часто их заменяют выгнутыми отрезками арматуры.

Это экономнее и удобнее, но когда нет времени или возможность производить декоративные накладки прямо на площадке – без вопросов пользуются тем, что есть в наличии. В частности, прекрасно интегрируются в каркас плоские уголки от металлоконструкций.

Монтаж стержней в арматурный каркас ведется постепенно. Делается это своими руками. Да и вообще вся вязка осуществляется вручную. Никакой серьезной техники здесь не предвидится, максимум, специальные механические крючки для вязки проволоки.

Схема каркас проста и понятна – это конструкция, состоящая из нескольких десятков стержней, связанных между собой с помощью проволоки.

Вязка арматурного каркаса проволокой

Схема каждой конструкции различается. Для ленточного фундамента и перекрытия она одна, для балки, колонны или буронабивной сваи другая.

к меню ↑

Принцип сборки

Монтаж изделия и его сборка осуществляется постепенно, в несколько этапов:

  1. Планирование схемы каркаса, подбор необходимых составляющих изделия.
  2. Нарезка арматуры, заготовка проволоки и муфт (о муфтовом соединении можно почитать отдельно).
  3. Сборка отдельных секций.
  4. Сборка секций в единую конструкцию.
  5. Монтаж изделия в опалубку.

Как мы уже отметили выше, работа ведется преимущественно своими руками или с помощью подручных инструментов.

Начинается все с планирования. Учитывается тип конструкции, ее размеры и потенциальные нагрузки. Тип конструкции влияет на монтаж, на качество и количество арматуры. Как правило, все эти моменты архитекторы просчитывают заранее.

Затем определяют количество материала и его особенности, нарезают арматуру, заготавливают крепления, швеллеры, уголки, соединительные элементы и подпорки.

Следующий этап – сборка отдельных секций. Например, сборка стенок каркаса, если мы рассматриваем арматурные каркасы для свай буронабивных, колонн либо под конструкцию балки.

Или же вязка сеток из стержней, если подразумевается заливка перекрытий. Сборка ведется своими руками. Стержни перевязывают между собой проволокой, или стягивают муфтами.

Собранные плоские секции нужно превратить в объемную конструкцию, следовательно, предусматривается их монтаж в рабочее положение и сборка в единый каркас. В качестве вспомогательных изделий здесь применяют арматурные муфты, различные уголки и т.д.

Ну а дальше осуществляется монтаж каркаса в рабочее положение, где его останется только скорректировать и залить бетоном. Желательно выполнять его монтаж на предварительно установленные пластиковые подставки, чтобы в нижней части несущей конструкции остался защитный слой бетона.

к меню ↑

Сборка арматурного каркаса (видео)


к меню ↑

Использование в работе со сваями

Существуют некоторые отличия при монтаже армирования для буронабивных свай. Некоторые разновидности буронабивных свай изготовляют на ходу, с помощью пустотелых шнеков.

Заливка бетона осуществляется сразу же после бурения, то есть до момента вытаскивания шнека. Таким образом, удается ускорить производство буронабивных свай. Но как тогда устанавливать каркас внутрь буронабивной сваи?

Преимущественно строители погружают его в тело буронабивной сваи своими руками, уже после заполнения скважины раствором. Монтаж упрощается за счет действия вибраторов, размягчающих смесь и дающих возможность погрузить арматурный скелет полностью.

к меню ↑

Различия в схемах исполнения

Существуют разные типы несущих конструкций. По классификации их делят на:

  • балки;
  • колонны;
  • стены;
  • конструкции фундамента;
  • перекрытия.

Арматурный каркас для колонн

Каждая конструкция предусматривает свой способ армирования.

Армирование фундамента, к примеру, делается полноценно. Здесь применяют крупную арматуру с диаметром от 15 мм. Схема армирования напоминает обычный скелетный каркас для стены, если мы рассматриваем конструкцию ленточного фундамента, или сетку, если рассматривается образец плоского основания.

Полость ленточного фундамента заполняется полностью, с учетом подошв и выступов. Колонны и балки армируют вытянутыми конструкциями, состоящими из 20-30 стержней длиной от 2 метров.

Стены укрепляют по такой же схеме, как и стены ленточного основания. Ну а каркас перекрытий, как правило, собирают из двух арматурных сеток. Нижняя сетка – более прочная и надежная, и верхняя – покрывающая 40-50 процентов плоскости перекрытия.

На сегодня все, задавайте вопросы в комментариях!

Статьи по теме:

   

Портал об арматуре » Вязка » Как производится изготовление арматурных каркасов?

Арматурные каркасы: виды каркасов, изготовление колец каркаса

Сегодня, уважаемые читатели блога «Как построить дом», мы подробно расскажем о видах арматурных каркасов, их изготовлении  и назначении. Также в этой статье мы расскажем и покажем!!, как самостоятельно изготовить кольца для вязки пространственного арматурного каркаса.

Для начала обратимся к определениям:

Арматурный каркас — это конструкция, которая состоит из соединенных между собой при помощи сварки или вязки (вязальной проволокой) стальных арматурных стержней или сеток. Арматурные каркасы собираются заранее или непосредственно на месте (например, в опалубке). В некоторых случаях применяют неметаллическую арматуру.

Виды арматурных каркасов

Арматурные каркасы бывают:

  • плоские арматурные каркасы, развитые в двух направлениях и имеющие два размера: длину и ширину;
  • пространственные арматурные каркасы, развитые в трех направлениях и имеющие три размеры: длину, ширину и высоту.

Арматурный каркас — неотъемлемая часть железобетонной конструкции, которая предназначена для принятия растягивающих усилий. Обычно применяют стальную арматуру, в некоторых случаях – неметаллическую арматуру.

При строительстве нашего дома мы самостоятельно изготавливали и применяли плоский и пространственный арматурные каркасы.

Плоские каркасы состоят из двух и более продольных арматурных стержней. Продольные стержни соединяют между собой поперечными (соединение «лесенкой»), наклонными или непрерывными (соединение «змейкой») стальными арматурными стержнями.

Такие каркасы чаще всего применяют для армирования различных линейных конструкций:

Как мы изготавливали плоский арматурный каркас в форме лесенки, вы можете прочитать в статье «Армопояс. Армированный пояс» , рубрика «Армопояс».

Пространственные каркасы — это конструкция из двух или более плоских каркасов, которые соединены монтажными стержнями или кольцами. Пространственные каркасы применяют для армирования колонн, тяжелых балок и ригелей, различных фундаментов.

Изготовление пространственного арматурного каркаса для ленточного фундамента

Независимо от типа грунта, любой фундамент необходимо армировать. Для изготовления пространственного арматурного каркаса для фундамента мы используем:

  • арматурные стержни толщиной 12мм — будущие продольные стержни арматурного каркаса;
  • арматурные стержни толщиной 8 мм — будущие монтажные кольца каркаса.

Монтажные кольца для вязки каркаса. Изготовление своими силами.

Как же самостоятельно изготовить кольца для вязки каркаса? Ниже вы можете ознакомиться с полным описанием технологии изготовления колец. Чтобы раскрыть тему полностью, мы предлагаем вам, кроме подробного описания,  и качественные фотографии всех этапов изготовления.

Как это делать?

Шаг 1. Обрезок швеллера крепим к устойчивому основанию. Затем при помощи болгарки выпиливаем на двух ребрах швеллера канавки: одну точно напротив другой. Если вы планируете гнуть швеллер разного диаметра — пропилите столько пар таких канавок, сколько различной по диаметру арматуры вы планируете гнуть.

Шаг 2. Размечаем прутки. Будущий арматурный каркас для нашего ленточного фундамента имеет следующие размеры: длина равна периметру здания, высота-70 см, ширина — 30 см. Таким образом, размеры колец также имеют размеры; высота —  70 см., ширина 30 см.

Для колец нужны арматурные стержни толщиной 8 мм и длиной по 2,30 м. Стержни размечаем следующим образом: метка №1 наносится на расстоянии 30 см от начала  арматуры, метка №2 — на расстоянии 70 см. от метки №1, метка №3 — на расстоянии 30 см от метки №2, метка №4 — на расстоянии 70 см от метки №3. До конца стержня от последней метки остается 30 см.

Шаг 3. Подготавливаем и предварительно размечаем необходимое количество прутков.

 Шаг 4.  Подготовленный арматурный стержень вставляем в пропиленные канавки, для усиления на арматуру надеваем трубу несколько большего диаметра (получаем «рычаг»). По меткам начинаем гнуть арматуру .

Шаг 5. Аккуратно продолжаем гнуть арматуру до получения прямоугольного кольца.

Шаг 6.

Шаг 7.

Шаг 8.

С помощью описанных выше простых приспособлений, кольца получаются одинаковыми по размеру.

Готовые кольца нужно связать проволокой для вязки. Как правильно соединять  арматуру мы подробно рассказали в этой статье. Места связывания готового кольца указаны на рис. 1.

Кольца готовы, теперь вы можете начинать вязать  пространственный арматурный каркас. Как мы это делали для нашего монолитного ленточного фундамента, вы можете прочитать в статье «Монолитный ленточный фундамент для дома из газосиликатных блоков. Армирование ленточного фундамента», рубрика «Фундамент».

Это точно Вас заинтересует:

Каркас для свай из арматуры: изготовление, схемы, инструкция

Строительство дома — это очень серьезный и ответственный процесс, к которому стоит отнестись со всей ответственностью. Одним из самых главных вопросов является изготовление каркаса из арматуры под сваи, который придает конструкции прочность и надежность своего применения.

Наша компания осуществляет изготовление каркасов способом сварки арматуры с несущими стержнями. Арматура укладывается методом спирали. Благодаря применению новейших технологий, которые обеспечивают безупречное качество сварки, мы можем гарантировать высокую производительность и точную геометрию арматурного каркаса. Изготовление каркасов для свай мы осуществляем с учетом всех европейских норм стандартов и соответствующих требований.

Основным материалом, который используется для изготовления каркасов из арматуры, является специальная проволока ВП-1, а также  гладкая или горячекатаная катанка, гладкие и рифленые арматурные стержни,  рифленая бухтовая арматура, диаметр которой составляет 6-12 мм. Правильные пропорции отдельных компонентов позволяют приготовить крепкий и надежный продукт, который будет полностью отвечать всем необходимым требованиям по эксплуатации.

Хотим подчеркнуть, что многие города имеют некоторые ограничения на строительных площадках, которые являются непосредственной причиной ограничения на применение забивных свай. Это стало своеобразным толчком для широкого использования технологии буронабивных свай.

Сделав все необходимые расчеты, наши специалисты подскажут, какой вид идеально подойдет именно для вашего проекта дома. Мы поможем правильно подсчитать необходимое количество требуемого материала, чтобы в качестве результата вы получили прочную и надежную конструкцию.

«СтройБрус» — надежные каркасы для современного дома

Качественное производство арматурных каркасов для свай намного увеличивает скорость установки железобетонных конструкций, уменьшает весь цикл проведения  запланированных работ, при этом не оставляя большого количества арматурных отходов.

Наша компания имеет большой опыт в реализации проектов данного рода. Мы производим и продаем каркасы исключительно отменного качества, которое понравится вам своей умеренной ценой и высокими характеристиками по эксплуатации. Покупая в «СтройБрус», вы получаете полностью готовое изделие, которое отвечает абсолютно всем требованиям предоставленного чертежа заказчиком.

ознакомиться с прайсом

Вам будет интересно посмотреть…

Изготовление арматурных каркасов ТПК «НАНО-СК» – ТПК Нано-СК

Изготовим каркасы из арматуры. Детали уточняйте у наших менеджеров
Тел.: (495) 799-70-73, (495) 799-47-97

Изготовление арматурных каркасов осуществляется на основе производства стеклопластиковой арматуры. ТПК “НАНО-СК” на протяжении многих лет изготавливает и постоянно поставляет во все сферы строительства Московской области арматуру из композитных материалов,  производство арматурных каркасов – это следующий шаг в развитии, обусловленный требованиями рынка.

 

Как изготавливаются арматурные каркасы

ТПК “НАНО-СК” имеет в своем распоряжении станок для арматурных каркасов, который автоматизирует линию производства, и гарантирует отличное качество каркаса на выходе.

Изготовление арматурного каркаса для фундамента из стеклопластика основывается на тех же принципах нано-технологий работы с полимерными композитными материалами, но при этом еще и учитываются технологические требования к армированию ленточных фундаментов.

Где применяются арматурные каркасы

 

Изготовление пространственных арматурных каркасов предназначено прежде всего для ленточного типа фундамента – это самый распространенный тип ввиду его простоты и основательности. Качество изготовления арматурных каркасов, и цена их реализации – все это значительно удешевляет и упрощает процесс заливки ленточного фундамента частного дома, в котором не подразумевается наличие подвала.

Купить арматурный каркас

 

Стоимость изготовления арматурных каркасов ТПК “НАНО-СК” вполне соответствует качеству, и если вы хотите заказать/купить у нас каркас, то для начала следует рассчитать, сколько его потребуется для фундамента дома, который вы строите. На нашем сайте вы можете видеть калькулятор рассчета арматуры, а также вы можете ознакомиться с информацией, которая подробно раскрывает изготовление арматурных каркасов и их применение с учетом инженерных расчётов или просто позвоните нашим менеджерам.

 

Изготовим каркасы из арматуры. Детали уточняйте у наших менеджеров
Тел.: (495) 799-70-73, (495) 799-47-97

Арматурные каркасы – изготовление по лучшим ценам, армокаркасы фундаментов

   

 

 

Сетка сварная из арматуры кл. А500С, В500С, А240 (в картах) ГОСТ и ТУ,

Изготовление арматурных каркасов по чертежам заказчика,

цену уточняйте у менеджера

Диаметр провол. мм. Размер ячейки, мм. Размер карты,  м. (ширина / длина)      Цена за м2.
     6,0   100х100 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
Под заказ
 
150х150 11х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
200х200 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
     8,0   100х100 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
150х150 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
200х200 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
   10,0   100х100 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3 Под заказ
150х150 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
200х200 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
   12,0   100х100 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
150х150 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3
200х200 1х2 /1,5х2/ 2х6/2х3

 

Цены на производство арматурных каркасов:

На основании предоставленных Вами чертежей или эскизов мы предложим на согласование вариант производства изделия, экономящий материалы и время.

Звоните нашим менеджерам.

Арматурные каркасы — это конструкция из продольной и поперечной арматуры. Они увеличивают прочность бетона, предотвращают образование трещин, уменьшают вероятность появления прогибов, снижают затраты на строительные работы.

Каркасы для фундамента — плоские и объемные

Более 15 лет «СтройСет» изготавливаем различные виды армокаркасов:

  • Плоский каркас  – арматурная сетка различного диаметра, используется для укрепления линейных конструкции;
  • Объемный, пространственный каркас – состоит из нескольких плоских сварных решеток, соединенных перпендикулярно металлическими арматурными стержнями. Сфера применения: армирование железобетонных конструкций, обладающих большой площадью сечения, например, ленточных фундаментов, колонн, свай.

Выполним заказ любой сложности, в точном соответствии со спецификациями и чертежами. У нас доступные цены, скачайте наш прайс-лист или позвоните по тел. +7 (495) 993-10-40; +7 (495) 993-06-65.

Изготовление армокаркасов в компании «СтройСет»

Высокое качество. Сварочные работы проводим по международными стандартами. Используем высокотехнологичные подвесные машины.

Индивидуальный подход. По вашему чертежу (схеме) предоставим готовый плоский или пространственный каркас для фундамента, забора, колонны или монолитного строительства зданий.

Выгодно. Мы производители, работаем с 2006 года. Точно рассчитываем нужный материал, исключаем лишние производственные расходы, работаем на производительном и точном оборудовании.

 

Разновидности арматурных каркасов, технологии производства и сферы применения

Подробности
Опубликовано: 03 Апрель 2019

Надежный и долговечный каркас фундамента из арматуры различного сечения увеличивает прочность железобетонной конструкции. Для производства используются металлические стержни, собранные в пространственную модель. Благодаря использованию металла удается нивелировать самое слабое место бетонного раствора – хрупкость. Каркас из арматуры для ленточного фундамента, железобетонных блоков, монолитной конструкции является обязательным для длительной эксплуатации сооружения.

Виды арматурных каркасов

Изготовление поддерживающего каркаса из арматуры выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ и СНиП. К металлу, технологии соединения элементов, конструкции модели предъявляются высокие требования в плане прочности, надежности, способности выдерживать нагрузки на изгиб, разрыв и кручение. Поэтому к работам привлекаются специалисты, способные рассчитать максимально допустимое воздействие внешних факторов, сварить каркас из прутков нужной длины и диаметра.


В соответствии с общепринятой классификацией, выделяют два вида продукции. Плоский каркас из арматуры представляет собой металлическую сетку с ячейками одинакового размера. Для производства металлические стержни накладываются друг на друга под прямым углом и соединяются методом сварки или вязки. Используются плоские каркасы из поперечной арматуры для укрепления плоскостных сооружений, например, при выполнении стяжки пола, кирпичной кладке, оштукатуривании поверхности.

Пространственный поддерживающий каркас из арматуры имеет три размера: длину, ширину и высоту. В простейшей форме изделие представляет собой несколько плоских каркасов, объединенных в единую конструкцию. Вид, форма и размеры изделия могут быть самыми разными. Такая продукция используется при заливке фундамента, производстве монолитных блоков, колонн, балок и других железобетонных изделий.

Способы изготовления

Любой плоский каркас из арматуры изготовить достаточно просто. Для этого на поверхности расстилаются металлические прутья параллельно друг другу. Второй ряд стержней кладется сверху также через равные расстояния. Между собой пересекающиеся прутья надежно фиксируются, после чего изделие проверяется на прочность и надежность.

Плоские и пространственные каркасы из арматуры производятся двумя способами: при помощи вязки или сварки. В первом случае используется специальная проволока, толщиной от 0,8 до 1 мм. Прутья крепятся друг к другу с помощью специнструмента, после чего конструкция принимает прочную и надежную форму. Использование сварки также актуально, при этом к выполнению работ привлекаются квалифицированные специалисты.


Технология вязки или сварки арматурного каркаса выглядит следующим образом:

  • составляется схема будущей конструкции, рассчитывается объем и параметры металлических прутков, расстояние между соседними прутьями, габаритные размеры;

  • для производства каркаса из арматуры выполняется нарезка металла в размер, подготавливаются поперечины, проволока, при использовании технологии вязки;

  • арматурные каркасы для фундамента свариваются отдельными секциями, плоские элементы соединяются в объемные конструкции;

  • производится сборка отдельных секций в единую модель нужного размера и формы;

  • готовое изделие устанавливается в опалубку и тщательно фиксируется для исключения подвижек при заливке бетонным раствором.

Аналогичным способом собирается арматурный каркас плиты перекрытия. Металлическая объемная сетка устанавливается в заранее подготовленную форму, после чего конструкция заливается цементом, остается для просушки и набора прочности.

Особенности продукции

Сварка и вязка арматурных каркасов является достаточно сложной операцией, выполнять которую без необходимого опыта не рекомендуется. Готовое изделие может не выдержать механической нагрузки, что приведет к повреждениям мест сварки и деформации фундамента. При соблюдении требований технологического процесса и использовании качественных материалов, сборка арматурного каркаса происходит без недостатков. Полученные конструкции применяются в следующих целях:

  • при производстве монолитных конструкций из бетона использование арматурной основы обязательно и регламентировано нормативными документами;

  • применение плоских каркасов актуально при производстве отделочных работ, так как подобные системы позволяют избежать образования трещин при перепадах температуры, влажности, различных механических воздействиях;

  • арматурные каркасы перекрытий также пользуются спросом, выдерживают нагрузку на изгиб, кручение и разрыв;

  • при кладке кирпича или блоков рекомендуется применять сетку из арматуры, так как прочность стены существенно возрастает;

  • перед укладкой потолочной плитки, заливкой стяжки также желательно положить металлическую основу из сетки;

  • еще одним способом применения продукции является утепление трубопроводов, на плоский каркас вокруг магистрали можно легко закрепить теплоизолятор;

  • облицовка внешних и внутренних поверхностей зданий выполняется более качественно, если предварительно установить плоскую сетку.

Кроме указанных, существуют и другие сферы применения продукции. При выполнении подобных работ главное правильно рассчитать толщину прутьев, проработать чертеж арматурного каркаса и собрать конструкцию в соответствии с намеченным планом.


Достоинства плоских и объемных арматурных моделей

Приобретая и соединяя элементы арматурного каркаса в единую конструкцию, можно существенно улучшить характеристики железобетонно монолита. Использование стальных прутков актуально в строительстве, производственной отрасли, при ремонтных и отделочных работах. Контактная сварка арматурных каркасов востребована в частных целях, при возведении фундаментов дач и домов, других целях.

Использование подобных конструкций дает следующие преимущества:

  • правильно сваренная и смонтированная арматура существенно увеличивает показатели прочности и надежности любого объекта, вне зависимости от размеров, назначения, максимальной нагрузки;

  • хрупкость бетона и выкрашивание материала исключается, вне зависимости от интенсивности перепада температуры, влажности, механических воздействиях;

  • у владельца строящегося объекта появляется возможность снизить расходы на возведение фундамента за счет уменьшения размеров и объема бетона;

  • уменьшаются сроки монтажа здания, соответственно затраты на оплату труда рабочих, возрастает производительность труда.

  • Готовая конструкция по своим характеристикам соответствует требованиями ГОСТ и СНиП, других нормативных документов.

Допускается соединение арматурных каркасов в одну единую систему непосредственно на месте установки. Подобная технология применяется при производстве сложных и протяженных фундаментов для жилых и промышленных объектов.


Технология производства арматурного каркаса

Несмотря на сложность конструкции, особенно пространственных каркасов, возможно самостоятельное изготовление металлического скелета для заливки фундамента. Допускается использование обрезков арматуры, но сварка или вязка должны быть максимально качественными и надежными. Технология производства каркаса в подготовленной для заливки бетонного раствора траншее состоит из следующих этапов:

  • в траншею на одинаковых расстояниях друг от друга вбиваются 2 ряда металлических стержней, высота которых должна быть на несколько сантиметров ниже предполагаемого фундамента;

  • между собой стержни попарно соединяются короткими прутками, длина которых немного меньше ширины траншеи, для фиксации используется сварка или вязка;

  • на поперечные прутки укладывается продольная арматура на всю длину траншеи;

  • стержни также свариваются или связываются между собой;

  • после монтажа нижнего пояса, аналогичным образом производится верхний ряд, в первую очередь привариваются поперечины.

Готовая конструкция проверяется на прочность, после чего заливается цементным раствором. В качестве стержней используется ребристая арматура. Диаметр прутьев варьируется от 8 до 16 мм и более, в зависимости от особенностей фундамента и максимальной нагрузки.

Самостоятельное производство каркаса для плитного фундамента также возможно, но требует больших знаний и трудозатрат. Монтажнику необходимо сварить или связать две плоские сетки нужного размера. Для этого используются прутки толщиной 12-14 мм, желательно ребристые. Между собой сетки соединяются отрезками соответствующего размера. В результате получается объемная конструкция, придающая бетонному основанию прочность.

Возможно самостоятельное производство каркаса для фундамента из буронабивных свай. Для этого используется ребристая арматура в количестве от 2 до 4 штук. Между собой стержни соединяются специальными хомутами. Готовая конструкция устанавливается в подготовленное в грунте отверстие и заливается бетоном.

Отличные технические характеристики стальных прутков, способность выдерживать высокие механические нагрузки определяют спрос на продукцию. Производство любого фундамента, перекрытия, отделочные и строительные работы обязательно выполняются с организацией арматурного каркаса. Для расчета толщины стальных прутков, характеристик сетки, размеров ячеек и других параметров лучше воспользоваться помощью специалистов.

 

Видеоматериалы

Черная магия: как изготавливаются велосипедные рамы из углеродного волокна

Этот контент предоставлен вам Allied Cycle Works. Узнайте больше о нашей политике в отношении спонсируемого контента здесь.


Получите любой маркетинговый материал от любого количества производителей велосипедов, предлагающих раму из углеродного волокна, и вы наверняка столкнетесь с расплывчатым жаргоном об используемых материалах и методах изготовления. Присмотритесь повнимательнее, и вы обнаружите, что многие бренды на самом деле говорят об аналогичных вещах, и, тем не менее, конечный результат часто бывает таким разным.

Как вам скажет шеф-повар ресторана со звездой Мишлен, сырые ингредиенты — это лишь один из аспектов конечного продукта. Передайте эти идентичные ингредиенты другому повару, и результат обязательно будет другим. Это может быть не хуже, но вкус, текстура и внешний вид будут заметно отличаться. Использование углеродного волокна для изготовления рамы ничем не отличается, и в этой аналогии детальное проектирование, правильный выбор материала, компоновка и последовательность производства — все это объединяет, чтобы отделить имитаторов от экспертов и даже экспертов друг от друга.

Итак, как именно углеродное волокно используется для изготовления рамы? Какие бывают способы строительства? Почему сам термин вводит в заблуждение в мире велоспорта? И если сырье одинаковое, почему одна рама работает лучше, чем другая? Чтобы изучить все это и многое другое, нам помогли американские мастера по производству углерода из Allied Cycle Works (бренд HIA Velo) и австралийский специалист по ремонту углерода Рауль Люшер из Luescher Teknik, чтобы получить их представление о черном магия изготовления каркасов.


Что такое углеродное волокно?

Прежде чем углубляться в подробности о том, как возникает рама, мы должны начать с объяснения исходного материала. Углеродное волокно начинает свой путь в виде полимера, который на различных этапах нагрева перерабатывается в длинные цепочки атомов углерода. Эти длинные нити или волокна имеют диаметр около 5-10 микрон каждая, что в 10-20 раз меньше, чем средний человеческий волос.

Нити из углеродного волокна похожи на очень тонкие волосы.

Эти отдельные нити затем собираются вместе, образуя тонкую ленту или жгут. И подобно тому, как нить превращается в веревку, которая затем становится веревкой, углеродные нити работают вместе, образуя что-то чрезвычайно легкое и прочное.

Количество нитей, используемых на один жгут, является обычным показателем в мире велоспорта и обычно измеряется тысячами. Например, жгуту из 3000 нитей обычно присваивается обозначение 3K; 6000 нитей — это 6К и так далее.

Фактическая прочность и жесткость отдельных волокон также может варьироваться, при этом жесткость описывается как модуль. Более высокий модуль упругости достигается за счет все большего совершенствования процесса производства нитей, удаления каждой нити все дальше и дальше, постепенно делая ее более гладкой и тонкой. Хотя эти более тонкие волокна более ресурсоемки, они также более плотно прилегают друг к другу в жгуте и увеличивают жесткость жгута в целом. Однако более высокий модуль связан с повышенной хрупкостью, поскольку каждая нить тоньше.

Модуль упругости — это термин, который часто используют в маркетинговых материалах, и главное, что нужно знать, это то, что не существует стандартизации в описании модуля, по крайней мере, в велосипедной промышленности: заявленный одним брендом «сверхвысокомодульный» материал на самом деле может быть больше более гибкие, чем углерод «с низким модулем упругости» других производителей. Что еще более важно, наибольшее значение имеет то, как применяется эта разная жесткость карбона, и в лучших рамах всегда будет использоваться сочетание модулей.

От углерода к композиту

Жгуты из углеродного волокна вряд ли пригодятся сами по себе, поскольку на данном этапе они представляют собой просто сухие, податливые кусочки материала.Именно здесь обнаруживается один из наиболее вводящих в заблуждение элементов. Весь углеродный волокнистый материал, используемый в велоспорте, должен быть каким-то образом связан, обычно с двухкомпонентной эпоксидной смолой. Добавление смолы к углеродному волокну превращает материал в композит, или, если использовать более конкретный технический термин, полимер, армированный углеродным волокном (CFRP). Поскольку материал также обычно слоистый, композит также часто называют ламинатом.

Там, где углеродное волокно чрезвычайно прочное и легкое, смола сравнительно тяжелая и непрочная.Цель такого композита — использовать как можно меньше смолы, чтобы углеродное волокно удерживалось на месте. Именно здесь углерод с более высоким модулем упругости действительно сияет, поскольку для заполнения меньших зазоров между нитями требуется меньше смолы.

Innegra — один из примеров армирующего материала для конструкций из углеродного волокна, позволяющий производить более безопасные велосипеды.

Некоторые производители изменяют рабочие характеристики готовой структуры за счет использования других типов волокон и модифицированных смол, таких как композитные эпоксидные смолы, пропитанные стеклянными или углеродными нанотрубками (микроскопические нити).Allied Cycle Works использует в своих каркасах армирующий материал, известный как Innegra, в то время как другие, как известно, включают такие материалы, как арамид, для повышения ударопрочности ламината.

Большинство производителей рам строят рамы из листов углеродного волокна, предварительно пропитанного неотвержденной смолой — более известной как pre-preg — нанесенной на антипригарную бумажную основу и отправляемой в больших рулонах. Смола активируется при нагревании, поэтому эти предварительные листы хранятся в морозильной камере до тех пор, пока они не понадобятся.Этот процесс помогает обеспечить равномерное покрытие смолой по всей раме, лучший контроль над укладкой и сокращение рабочего времени.

В большинстве случаев волокна в этих рулонах однонаправлены, причем все волокна идут в одном параллельном направлении. Эта ориентация обеспечивает максимальную прочность и жесткость в одном направлении, но за счет минимальной прочности и жесткости в ортогональном направлении. В качестве альтернативы, жгуты могут быть сплетены вместе под разными углами, часто в перекрестном порядке, так что материал может быть одинаково прочным во многих направлениях.

Углеродное волокно Pre-preg поступает на фабрики рам в огромных рулонах плоского листа, который необходимо разрезать на более мелкие части, прежде чем его можно будет уложить в форму.

«Однонаправленный препрег (UD) является обычным явлением, потому что он имеет более высокие специфические свойства и его легче укладывать при определенном угле наклона волокна», — говорит Люшер. «[Ткань] легче складывать в местах со сложной геометрией и там, где нагрузки менее определены. Это также обеспечивает лучшую устойчивость к повреждениям, поскольку менее вероятно расслоение из-за механического сцепления волокон.Тканые ткани часто используются в местах по всей раме, таких как вставки, кожухи нижних кронштейнов, головные трубы, а также везде, где просверливаются отверстия для держателей бутылок, направляющих для кабелей и т. Д. »

Хотя препрег на сегодняшний день является наиболее распространенным материалом в велосипедной промышленности, другие методы строительства начинаются с использования сухих волокон.

Обмотка из нити, например, наматывает листы или ленты из сухого углеродного волокна вокруг твердой оправки, которая имеет номинально цилиндрическую форму. Смола наносится во время процесса обертывания, а затем вся сборка отверждается под действием тепла и давления.

Еще одним методом Time плетет собственные углеродные трубки из сухого углеродного жгута — что-то вроде того, как делают носки. Затем эта сухая трубка закрепляется в форме, и смола впрыскивается под высоким давлением с использованием процесса, называемого Time Transfer Moulding.

Независимо от метода, используемого для формирования окончательной формы конструкции, инженер должен убедиться, что правильные типы углеродного волокна (и смол) используются в нужных местах и ​​в правильной ориентации для достижения наилучшего конечного результата.Конструкторам рам необходимо взвесить широкий диапазон параметров, таких как жесткость и хрупкость, а также вес и долговечность. Ударопрочность и, конечно же, стоимость тоже должны быть учтены в уравнении. В целом, однако, возможности дизайна углеродной рамы широко открыты, и, если все сделано правильно, ожидаемый срок службы углеродной рамы может быть почти бесконечным.

В двух словах о процессе проектирования

Создание рамы — задача не из легких, поэтому невозможно передать ее должным образом.Независимо от производителя или модели рамы, процесс является обширным и сильно варьируется между различными марками.

Большинство рам из углеродного волокна, вероятно, имеют схожее происхождение — бренд определяет назначение рамы и наличие на нее спроса. В конце концов, если вы собираетесь инвестировать большие ресурсы, лучше убедитесь, что вы сможете их коммерциализировать.

На следующем этапе бренды определят, чего должна достигать новая рама. Учитывая зрелость велосипедных рам из углеродного волокна на данный момент, обычно постоянные улучшения приводят к изменениям, а подлинные инновации достигаются редко.Вот почему каждые несколько лет вы видите, как бренд обновляет существующую модель с итеративными и постепенными улучшениями, а не с оптовой переработкой продуктов, которые уже достаточно усовершенствованы. Это как результат обучения на прошлых ошибках или прежних конструктивных ограничениях, так и признак постоянного развития использования углеродного волокна.

Люшер объясняет, что развитие рам из углеродного волокна в основном связано с более постоянным контролем процесса.

«Хотя были достигнуты улучшения в сортах волокна, которые часто находятся в центре внимания маркетинговых отделов, надежное уплотнение и формование перевешивают теоретические выгоды от одной лишь смены сырья», — сказал он.«Повышенная однородность уплотнения привела к уменьшению дефектов, более стабильным свойствам ламината и, следовательно, к повышению структурных характеристик. Имея возможность производить более однородные ламинаты, структурные модели могут лучше оптимизировать компоновку рамы, чтобы производить более легкие, прочные и устойчивые к усталости рамы, которые не требуют такого большого запаса прочности, как требовалось ранее ».

Анализ методом конечных элементов (FEA) позволяет протестировать сотни проектов виртуально, прежде чем появится единый физический прототип.Для Allied такой процесс обычно занимает целый год.

По словам Сэма Пикмана, директора по продуктам и инжинирингу Allied Cycle Works, цифровая разработка играет огромную роль после того, как первоначальная концепция доработана.

«Здесь мы подробно погружаемся в дизайн, включая 3D FEA-анализ, CFD [вычислительную гидродинамику, используемую для аэродинамического проектирования и испытаний], если это необходимо, и, что наиболее важно, то, как мы собираемся это сделать. Мы решаем, будет ли рама разделена и где она будет [в ее конструкции], какие материалы мы хотим использовать, как мы будем ее предварительно формировать, как мы хотим, чтобы инструменты выглядели, и так далее.”

Ездовые прототипы дороги и обычно появляются намного позже. По словам Пикмана, Allied сначала использует напечатанный на 3D-принтере образец велосипеда для проверки установки компонентов, общей эстетики и плана производства.

«Как только мы это очистим, начнется проектирование и производство оснастки, а также будут созданы руководства по слоям. Когда инструменты готовы, мы начинаем разработку детали. Это когда мы физически изготавливаем и ломаем детали. После всей цифровой разработки мы довольно уверены, но обычно требуется несколько изменений, чтобы получить необходимую производительность.После прохождения тестирования мы начинаем кататься на байках и собирать отзывы. Одновременно мы начинаем обучение персонала новым процессам. Когда мы все прояснили, мы запускаем пилотный запуск, чтобы устранить неполадки ».

Процессы производства

Есть несколько способов превратить эти сырые ингредиенты из углеродного волокна и смолы в раму велосипеда. Хотя есть несколько нишевых игроков с нетрадиционными методами, подавляющее большинство отрасли приняло метод монокока.

Изготовление монокока

Термин, обычно используемый для описания современных велосипедных рам из углеродного волокна, конструкция монокока эффективно означает, что предмет выдерживает свои нагрузки и силы через единую обшивку. На самом деле настоящие монококовые рамы шоссейных велосипедов встречаются крайне редко, и большая часть того, что можно увидеть в велоспорте, представляет собой только монококовый передний треугольник, при этом подседельные и нижние перья изготавливаются отдельно, а затем соединяются вместе. Их, когда они встроены в законченный каркас, правильнее называть полумонококовыми или модульными монококовыми конструкциями.Эта техника, используемая Allied Cycle Works, является наиболее распространенной в велосипедной индустрии.

Независимо от того, верна ли отраслевая терминология, обычно на первых этапах большие листы пре-прег углеродного волокна разрезаются на отдельные части, каждый из которых размещается в определенной ориентации внутри формы. В случае Allied Cycle Works конкретный выбор углерода, укладка и ориентация — все вместе в руководстве по слоям, также известном как график укладки.В нем конкретно указывается, какие куски угля пре-прег попадают в форму. Думайте об этом как о головоломке, в которой каждая часть пронумерована.

По словам Пикмана, дорожная рама Allied Alfa начинает свою жизнь с однонаправленных листов препрега, которые режутся на станке с ЧПУ под углами 0, 18, 22, 30, 45 и 90 градусов. Эти углы относятся к ориентации волокон, поэтому, например, при 0 градусах волокна будут двигаться вдоль трубок.

Каркасы из углеродного волокна часто считаются дешевыми и простыми в производстве, но на самом деле этот процесс наслоения чрезвычайно трудоемок и дорог.Согласно Allied Cycle Works, дорожная рама Alfa состоит из 326 частей отдельных карбоновых элементов pre-preg в раме и 170 элементов в вилке, все из которых аккуратно уложены вручную в определенной последовательности и в несколько слоев, следуя указаниям инженера. руководство по слоям.

Чтобы помочь получить сложные формы, такие как головная труба, Allied использует компоненты предварительной формы, которые она производит в отдельных, меньших формах, прежде чем перемещать компоненты в основную форму для формирования рамы.

Еще один пример компонента предварительной формы.

Pre-preg детали ждут простоя.

Pre-preg хранится на больших рулонах, а затем раскатывается для резки с ЧПУ.

Иногда создание самых маленьких деталей может отнимать больше всего времени. На фото — выпадение вилки.

График простоев всегда под рукой.

«То, как слои накладываются друг на друга, помогает в том, как они разворачиваются в [форму], когда вязкость смолы падает», — пояснил Пикман. «Чем легче они будут скользить и заполнять инструмент, тем лучше вы получите консолидацию.Размер предварительной формы просто гарантирует, что слоям не нужно будет сильно перемещаться, чтобы достичь своей окончательной формы. Чем больше им нужно переместить, тем больше проблем вы получите, в том числе проблемы с консолидацией ».

Форма, изготовленная в соответствии с моделью и размером, определяет внешнюю поверхность и форму рамы. Эти формы обычно изготавливаются из стали или алюминия, рассчитаны на многократное использование и без изменений.

Однако внешняя поверхность — это только часть истории, и углерод также должен быть сжат изнутри, чтобы гарантировать правильное уплотнение и отсутствие пустот (слабых мест).Здесь используются разные техники. Надувные пузыри, которые иногда просто оставляют в кадре, пожалуй, самые распространенные. Другие примеры включают оправки из пенопласта или воска, которые можно расплавить; гибкие силиконовые оправки; а иногда и более прочные оправки, будь то пластиковые или металлические.

Процесс

Allied довольно распространен среди премиальных и крупногабаритных вариантов рамы. Каркас наслаивается на сеть надувных баллонов и полутвердых преформ на одной стороне двухкомпонентной формы в виде раковины, а другая сторона формы закрепляется сверху после завершения сборки. .

Отсюда форма полностью закрывается вакуумным мешком перед перемещением на фазу разгрузки. «Удаление массы — это процесс между укладкой и отверждением, при котором вы прикладываете вакуум и немного нагрева к детали и вытягиваете как можно больше воздуха перед отверждением», — пояснил Пикман.

Формование осуществляется в несколько этапов на специализированном оборудовании.

В случае Allied форму затем извлекают из вакуумного мешка и помещают в нагретый пресс. Опять же, рама внутри нагревается, чтобы смола могла стекать, в то время как внутренние баллоны находятся под давлением, чтобы окончательно гарантировать, что достигается правильное уплотнение материала.Этот процесс отверждения постепенно увеличивает внутреннее давление с целью проталкивания слоев к наиболее удаленным частям формы. И это, и разуплотнение работают вместе, чтобы помочь устранить воздушные пустоты, складки волокон или другие потенциальные источники напряжения в материале — и все это при удалении излишков смолы.

Голые кадры ждут следующей фазы.

Нижние перья почти готовы к приклеиванию.

Пример зажимного приспособления, используемого для выравнивания рамы во время приклеивания задней части.

После отверждения каркас извлекается из формы, а внутренние воздушные камеры и заготовки удаляются.Затем дропауты, подседельные перья и нижние перья соединяются с передним треугольником. Эти скрепления обернуты дополнительными полосами из углеродного волокна для обеспечения как дополнительной структурной поддержки, так и бесшовной отделки поверхности, и вся эта сборка выполняется в зажимном приспособлении для обеспечения идеального выравнивания.

Теперь, когда он выглядит как рама, следующим шагом является шлифовка и подготовка краски. Трудный процесс мелкой детализации гарантирует, что излишки смолы или следы от формы не будут видны. В частности, производители будут уделять очень пристальное внимание клеевым соединениям, которые часто требуют наибольшей обработки при сборке каркаса.

На этом же этапе выполняется просверливание кожухов для бутылок, крепления переднего переключателя и системы управления кабелями. Со смесью резьбовых гаек (заклепок с резьбой), заклепок и эпоксидной смолы, обычно используемой для постоянного крепления предметов, они аккуратно добавляются к участкам, которые уже были укреплены при подготовке на этапе укладки.

В случае Allied, шарниры имеют очень мелкую (0,5 мм) выемку. Это углубление оставляет место для предварительной обертки, которая не только добавляет дополнительный уровень структурной безопасности, но и является профилактической мерой, чтобы избежать появления трещин на краске в будущем.На этом этапе каркас готов под покраску.

Покраска — один из наиболее трудоемких этапов, и это то, что Allied держит в себе.

Возможности индивидуальной окраски

Allied практически безграничны.

Глянцевое металлическое покрытие на карбоновом каркасе? Да, это возможно.

В целом, создание единой рамы Allied Alfa, которая полностью производится в США, требует примерно 24 часов работы.

«В действительности, велосипеду нужно около 10 дней, чтобы проехать через здание», — констатирует Пикман.

Если все сделано правильно, конструкция монокока позволяет получить невероятно прочный и легкий продукт с минимальным перекрытием материалов. По этой причине, а также благодаря тому, что механические свойства углеродного волокна можно так тщательно контролировать, изготовление монококов является лучшим выбором для создания рамы с самым высоким соотношением жесткости к весу. Если вы посмотрите, например, на велосипеды, использованные в WorldTour, все, кроме Colnago C60 из ОАЭ Team Emirates, используют технологию изготовления модульного монокока.

Производство монококов не лишено некоторых недостатков, в основном связанных с доступностью и стоимостью.

На создание такой рамы уходит много ручного труда.

Во-первых, как описано выше, этот метод чрезвычайно трудоемок. Даже на такой хорошо укомплектованной и эффективной фабрике, как Allied, требуется относительно много времени, чтобы произвести раму. Это одна из основных причин, по которой большинство велосипедов из углеродного волокна в мире производятся в Азии — когда рабочая сила составляет большую часть производственных затрат, имеет смысл минимизировать свои затраты на рабочую силу в максимально возможной степени.

Во-вторых, для каждой конструкции рамы должны быть созданы определенные формы, и в рамках этого для каждого размера рамы также требуется собственная форма. Принимая во внимание то, что некоторые производители предлагают 12 размеров или даже несколько геометрических форм для каждого размера, легко увидеть затраты, присущие этому процессу. По словам Пикмана, инвестиции Allied в формование новой конструкции рамы и вилки во всем диапазоне размеров, включая сопутствующие специальные инструменты, стоят около 160 000 долларов США.

Чтобы преодолеть это, многие производители работают над двух- или трехлетним жизненным циклом углеродной рамы, чтобы окупить затраты в течение длительного периода.Это одна из основных причин, почему вы не видите, чтобы компании, подобные Giant или Specialized, каждый год выпускали новую модель рамы.

При таких затратах на инструменты более мелким брендам и производителям трудно оправдать ресурсы, когда нет объемов производства, которые могли бы поддержать инвестиции. Во многих случаях именно это приводит к тому, что формы с открытым исходным кодом или общие формы используются более мелкими или дисконтными брендами.

Трубка к трубке

Производители бутиков, специализирующиеся на нестандартной геометрии, подгонке и компоновке, находят чрезвычайно трудным производство монококовых конструкций по рыночной цене, поэтому они часто обращаются к другому методу изготовления каркаса, называемому «труба к трубе».По сути, это не так уж и отличается от того, как изготавливаются сварные стальные, титановые и алюминиевые рамы.

В этом процессе каждая карбоновая рама изготавливается отдельно, а иногда и напрямую от производителя углеродных труб. Этот метод дает строителям более низкий барьер для доступа к управлению геометрией, жесткостью и ходовыми качествами рамы. Выбор трубы определяет рабочие характеристики, к которым стремится производитель рам, а индивидуальная длина трубы определяет геометрию.

Готовый образец трубы к трубе от Tsubasa.

Выбранные и отрезанные по длине трубы скошены таким образом, чтобы плавно стыковаться друг с другом. Затем используется приспособление для соединения трубок для создания каркаса. Строители часто соединяют трубы эпоксидной смолой, а затем используют предварительно нарезанные листы из предварительно подготовленного материала, чтобы обернуть трубы вместе и укрепить стыки.

Некоторые более продвинутые методы заключаются в том, что каркас затем помещается в вакуумный мешок или даже в жесткую или гибкую форму для облегчения уплотнения, в то время как другие переходят непосредственно к окончательной подготовке после отверждения смолы.

Этот метод популярен для рам с нестандартной геометрией, поскольку он позволяет в широком диапазоне контролировать определенные углы и длины трубок. Однако этот процесс требует квалифицированного подхода для обеспечения долгосрочной безопасности. Кроме того, при этом методе перекрытия материала будет больше, чем при использовании метода монокока.

Углерод с проушиной

Подобно методу «труба-труба», карбоновые рамы с выступами представляют собой отдельные трубы, соединяемые по частям для создания рамы.Однако там, где соединения между трубками обернуты индивидуально, углеродные рамы с проушинами используют больше процесс plug-and-play, когда скошенные трубы соединяются в предварительно сформированные выступы — опять же, как и их металлические аналоги.

Часто ушки современных карбоновых рам тоже карбоновые, например, на Colnago C60, но это не всегда так. Подобно соединению труба с трубой, конструкция с проушинами обеспечивает большую гибкость с точки зрения геометрии рамы, жесткости рамы и качества езды, при этом возможности ограничиваются только доступными проушинами.

Colnago C60 — единственный карбоновый мотоцикл с тягами, который до сих пор находится на высшем уровне в этом виде спорта.

Одним из наиболее высокотехнологичных недавних примеров является компания Bastion из Мельбурна, Австралия, которая использует напечатанные на 3D-принтере титановые наконечники для полного индивидуального контроля над каждым заказом. В оригинальной машине BMC Teammachine, такой как та, на которой ездил Тайлер Гамильтон на Phonak, использовались алюминиевые проушины с карбоновыми трубками, и гораздо раньше Trek впервые начал массовое производство этой технологии со своей дорожной рамой 2300.

Однако, как и в случае конструкции «труба-труба», рамы с проушинами по своей природе имеют большее перекрытие материала, чем монококовые, и, следовательно, имеют более низкое отношение жесткости к весу.

Контроль качества и испытания

Что неочевидно, так это шаги, которые предпринимают некоторые производители, чтобы гарантировать, что готовые рамы действительно соответствуют замыслу дизайна и, другими словами, безопасны для езды.

Хотя в этой области существуют некоторые отраслевые стандарты, такие как сертификаты CEN и ISO, то, что делают Allied Cycle Works и большинство других крупных брендов, можно считать наиболее распространенной практикой.В дополнение к частым визуальным проверкам отдельные детали и узлы индивидуально взвешиваются, чтобы гарантировать, что в каждый компонент введено надлежащее количество смолы. Отчасти благодаря меньшим объемам производства Allied, сырье также отслеживается.

Немецкий поставщик рам Canyon доходит до того, что проверяет вилы и рамы с помощью рентгеновского аппарата, который обеспечивает более детальный, неразрушающий способ исследования готовых композитных деталей.

«Каждая формованная деталь также проходит тщательный визуальный контроль перед тем, как перейти к склеиванию», — говорит Пикман.«После склеивания мы проводим 100% проверку совмещения рамы. Затем рамы проверяются на качество поверхности перед тем, как приступить к процессу окраски, и, наконец, велосипеды проверяются после окраски на предмет дефектов отделки, прежде чем они отправляются на сборку. Мы также проводим 10% случайную выборку тестов на жесткость наших рам и вил ».

Готовая рама

Все сказано и сделано, создание карбонового каркаса — это трудоемкий процесс, который остается на удивление практическим. Несомненно, что дьявол кроется в деталях для материала с такой универсальностью в использовании, особенно когда речь идет о создании чего-то столь же легкого, прочного, универсального и безопасного.

Издалека мало что изменилось в производстве карбоновых велосипедов за эти годы. Однако если присмотреться глубже, вы увидите, что более точное понимание применения материала и улучшенный контроль качества привели к созданию продукта, который превосходит то, что было доступно в прошлые годы. Независимо от того, какую эстетическую форму принимает рама, можно с уверенностью сказать, что истинные характеристики углеродного волокна скрыты далеко от поверхности.

Бамбуковый железобетон: критический обзор

Опубликованные отчеты показывают, что использование бамбука для армирования бетонных конструкций в Юго-Восточной Азии восходит к столетию.Ранние экспериментальные исследования бетона, армированного бамбуком, были проведены в Массачусетском технологическом институте Чоу [13], в Германии [14], Италии [15], США [16], Смитом и Сосье [17] и Колумбии [18]. В этих исследованиях использовались либо бамбуковые бруски (цельные стебли малого диаметра), либо шины (полукруглые полоски).

Большой интерес к армированному бамбуком бетону с самого начала связан с военно-морскими силами США и их интересом к быстрому [восстановлению] строительства в Юго-Восточной Азии после Второй мировой войны. Исследования, проведенные Гленном [16] по армированному бамбуком бетону, финансируемые Управлением военного производства США, включали механические испытания и строительство экспериментальных зданий.Гленн сделал ряд выводов на основании полученных результатов испытаний, а также принципов проектирования и строительства для использования бамбуковых тростей и шин в качестве арматуры в бетоне. Глен выделил такие проблемы, как (а) высокий прогиб, низкая пластичность и раннее хрупкое разрушение бамбуковых железобетонных балок под нагрузкой; (б) их пониженная предельная грузоподъемность по сравнению с элементами, армированными сталью; (c) проблемы склеивания, связанные с чрезмерным растрескиванием и набуханием бамбука; и (d) необходимость использования асфальтовых эмульсий.Гленн рекомендует использовать растягивающее напряжение бамбука 34–41 МПа, исходя из максимальных значений напряжения 55–69 МПа для бетонных балок с 3–4% бамбуковой арматуры. Наконец, допустимое растягивающее напряжение бамбука между 20 и 28 МПа для армированных элементов рекомендовано Гленном, чтобы сохранить прогиб балки ниже 1/360 пролета.

Выделяются два более поздних исследования, посвященных «методологиям проектирования». Бринк и Раш [19] пропагандируют подход допустимого напряжения для проектирования армированного бамбуком бетона, сравнимый с современным подходом ACI 318 [20] для железобетона.{{\ prime}} \) (единицы МПа). К этому добавляется 3–4% бамбукового армирования, что, по их утверждению, дает коэффициент безопасности порядка 2–2,5. Более точный анализ может быть проведен с использованием рекомендуемого допустимого напряжения бамбука 34 МПа и модуля упругости 13,8 ГПа для растянутой арматуры и 8,6 ГПа для арматуры на изгиб. Геймайер и Кокс признают уникальное и ограниченное сцепление бамбука и рекомендуют, чтобы прочность сцепления составляла 44 Н / мм от окружности арматурного стержня, а длина заделки должна превышать 305 мм.Это максимальное напряжение связи около 0,15 МПа. Геймайер и Кокс основали свое исследование на Arundinaria tecta , разновидности бамбука, произрастающей на юго-востоке США.

При использовании любого подхода, основанного на допустимом напряжении, способность сцепления всегда будет определять конструкцию. Для сравнения: бамбуковый арматурный стержень диаметром 25 мм, заделанный 305 мм, может развить только от 3,5 кН [21] до 8,4 кН [19]. Напротив, стальной арматурный стержень диаметром 9,5 мм в тех же условиях может развиться 29.4 кН.

Ряд исследовательских работ, описывающих изгибаемые элементы, армированные бамбуком, подтверждают основную предпосылку методологии проектирования, предложенной Геймайером и Коксом [21]. Оптимальные соотношения продольной бамбуковой арматуры колеблются от 3 до 5%, при этом пропускная способность неармированной бетонной балки увеличивается как минимум в 2,5 раза [22,23,24,25,26,27]. Рекомендуется ограничить расчетную мощность моментом растрескивания неармированной секции, M cr , что для армированной бамбуком секции должно давать «коэффициент безопасности» против растрескивания, равного 2, и против разрушения, равного 7 [ 23].Хотя конкретное исследование сцепления не было включено в эти исследования, рекомендации по использованию армирующей бамбуковой шины включают требование нанесения двух слоев битумной краски с нанесением песка на верхний слой [23]. Это процедура, аналогичная той, что применил Гавами к бамбуковым шинам [28], в котором автор придал шероховатость поверхности бамбука перед нанесением первого слоя битумной краски с песком и затем намотал 1,5-миллиметровую проволоку вокруг шин перед нанесением второго Пальто.

В несвязанных исследованиях Ghavami [29], Agarwal et al. [30] и Севалия и др. [31] демонстрируют важность обеспечения хотя бы минимального бамбукового армирования и соответствующей обработки поверхности для улучшения сцепления. Гавами [29] обнаружил, что балки с 3% -ным соотношением расщепленной бамбуковой арматуры в четыре раза превышают предельную прочность сопоставимых неармированных бетонных балок. В двух последних исследованиях авторы сообщают, что бетон, армированный бамбуком, с шинами не имеет усиления сцепления и имеет коэффициент армирования примерно 1.4%, не улучшают поведение неармированного бетона. Точно так же плиты, армированные бамбуком, имеющие коэффициент армирования только 0,5%, образовали единственную большую трещину и продемонстрировали значительное проскальзывание арматуры [32].

Два исследования, Тераи и Минами [33] и Лилатанон и др. [34] рассмотрели бамбуковую арматуру для элементов, несущих осевое сжатие. В этих исследованиях тестировались концентрически нагруженные заглушки колонны, имеющие отношение высоты к ширине 2 и 2,5, соответственно. Как и следовало ожидать от таких коротких образцов, осевая способность может быть приблизительно определена с использованием анализа преобразованных сечений и улучшена при наличии поперечного ограничения.Никакой четкой разницы между поведением, армированным сталью или бамбуком, не было обнаружено ни в одной из экспериментальных программ. Из-за короткой геометрии испытательного образца эти испытания не зависят от сцепления с бетоном.

Гавами [29] провел разведочное исследование бетонных колонн высотой 2 м и квадратным поперечным сечением 200 мм. Они были усилены продольно ориентированными бамбуковыми лентами с улучшающей сцепление поверхностью и ограничены стальными стременами. Гавами отмечает, что 3% бамбуковой арматуры в бетонных колоннах было идеальным соотношением для соответствия бразильским строительным нормам, но не дает никаких значений предельной прочности или других подробностей.

Связь и развитие

Agarwal et al. [30] показали значительный положительный эффект «обработки» бамбуковых шин коммерческими клеями на основе эпоксидной смолы с целью улучшения сцепления. Они сообщили о средних напряжениях сцепления (по результатам испытаний на вырыв) порядка 0,13 МПа для простых бамбуковых шин (значение, перекликающееся с рекомендацией Геймайера и Кокса [21]) и значений до 0,59 МПа (увеличение на 350%), когда Sikadur Для покрытия шин использовался клей 32. Это поведение привело к улучшению реакции на изгиб.Точно так же Гавами [28] сообщает об увеличении на 430% прочности сцепления для бамбуковых шин с покрытием Sikadur 32, заделанных в бетон, по сравнению с шинами без покрытия; Значения прочности сцепления составили 2,75 и 0,52 МПа соответственно. Гавами также провел испытания с асфальтовым покрытием (Negrolin) и песчаным покрытием, в результате которых прочность сцепления составила 0,73 МПа (рис. 1). Agarawal et al. сообщают, что коэффициент армирования бамбуком 8% был необходим, чтобы привести к изгибным характеристикам, аналогичным свойствам железобетонного элемента, имеющего коэффициент армирования 0.89% (при заявленном модульном соотношении E сталь / E бамбук = 8,3). Для усиления бамбуковых шин, покрытых Sikadur 32, требуется коэффициент усиления всего 1,4% для достижения поведения, аналогичного этой стали; Это означает улучшение поведения шин при нанесении покрытия на 470%.

Рис. 1

Изменение напряжения связи в зависимости от длины заделки и влияние обработки поверхности

Тераи и Минами [32] сообщают об испытаниях на разрыв круглых образцов бамбука, имеющих различные поверхностные обработки синтетической смолой и синтетическим каучуком.Сообщается, что необработанная прочность скрепления составляет 0,66 МПа, а обработка повысила ее до значений в диапазоне до 1,34 МПа. В той же программе испытаний прочность сцепления деформированного стального стержня составила 2,43 МПа.

Более реалистично, Геймайер и Кокс [21] и Сакарай и др. [35] сообщают об испытаниях на разрыв шин и круглых стеблей, соответственно, имеющих разную длину заделки. Оба исследования пришли к выводу, что среднее напряжение связи уменьшается по мере увеличения длины заделки, и что это уменьшение значительно более выражено, чем наблюдается в [изотропных] стальных арматурных стержнях.Такое уменьшение можно объяснить более сильным эффектом сдвига и плохими поперечными характеристиками материала анизотропного бамбука. Как видно на рис. 1, бамбуковые шины, которые не имеют выраженных деформаций (таким образом, в основном полагаются на трение для передачи напряжения), демонстрируют более низкое напряжение сцепления, чем круглые стебли, для которых узловые выступы обеспечивают некоторую степень механической блокировки. Геймайер и Кокс пришли к выводу, что бамбуковые шины имеют эффективную длину скрепления, за пределами которой дальнейшее увеличение длины заделки не влияет на доступную емкость; Исходя из этого, они установили свою рекомендацию, что прочность сцепления должна составлять 44 Н / мм окружности арматурного стержня и что предусмотренное заделывание должно превышать 305 мм.

Присутствие кремнезема (SiO 2 ) в бамбуке может способствовать пуццолановой реакции, увеличивая количество гидратов силиката кальция (CSH) за счет реакции с Ca (OH) 2 во время гидратации портландцемента, что улучшает связывание с бетоном. Однако кремнезем в бамбуке находится в основном в эпидермисе (на клеточном уровне) и должен подвергаться воздействию бетона, чтобы произошла пуццолановая реакция [36]. Следовательно, при использовании бамбука в форме стеблей или шин дополнительная пуццолановая активность сомнительна и вряд ли внесет какой-либо значимый вклад в соединение бамбука с бетоном.

Все известные исследования, посвященные склеиванию бамбука в бетоне, определяют усадку необработанного, зеленого или предварительно замоченного бамбука, а также циклы набухания, вызванные колебаниями влажности в бетоне, как вредные для склеивания. В результате большинство исследований рекомендуют покрывать бамбук влагозащитным слоем при условии, что покрытие не приводит к смазывающему эффекту, что само по себе ухудшает сцепление. С другой стороны, герметизация недостаточно выдержанного бамбука в водонепроницаемой среде может усугубить гниение.Наконец, на практике сложно добиться надежного и длительного состояния водонепроницаемости.

Обычной практикой является покрытие бамбука эпоксидной или полиэфирной смолой и рассыпание по нему песка для улучшения характеристик сцепления; однако из-за гигроскопичности бамбука, колебания содержания влаги в бамбуке (MC) и относительной влажности (RH) может произойти набухание или сжатие материала в зависимости от поглощения и потери влаги. Это может привести к трудозатратным и энергоемким и потенциально дорогостоящим процедурам, которые противоречат цели использования недорогого и доступного на месте материала.Например, Javadian et al. [37] сообщают о максимальной прочности сцепления, сравнимой с прочностью стальных арматурных стержней, 3,65 МПа, для композитных бамбуковых шин с высокой степенью обработки. Для достижения такого высокого напряжения сцепления трещины сушили при влажности ниже 10%, подвергали термообработке под давлением (для увеличения плотности бамбука) и покрывали эпоксидной смолой на водной основе и мелким песком.

В целом, исследования цементных и полимерных композитов с использованием бамбука и других природных материалов в качестве арматуры выявили общие проблемы, такие как биоразлагаемость, технологичность и термическая совместимость бамбука и матричного материала [29, 38].Последней проблемой, потенциально влияющей на характеристики сцепления бамбука, является коэффициент теплового расширения (КТР), который а) зависит от содержания влаги; и б) в пять раз меньше, чем у бетона или стали в продольном направлении, но в два раза больше, чем это значение в поперечном направлении. Сообщаемый CTE в продольном направлении для бамбука колеблется от 2,5 до 10 × 10 −6 / C; поперечный КТР примерно на порядок больше [9].

Прочность бамбуковой арматуры в бетоне

Прочность бамбука тесно связана с его естественным составом.Как и другие лигноцеллюлозные материалы, бамбук состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Химический состав этих компонентов в бамбуке изменяется с возрастом (например, когда растения достигают зрелого состояния) и / или после сбора урожая, что запускает процесс гибели клеток и распада тканей. О значительной статистической корреляции между изменениями химического состава, возраста и плотности у Phyllostachys pubescens и Gigantochloa scortechinii сообщили Li et al. [39] и Hisham et al.[40] соответственно.

Есть несколько известных исследований, конкретно посвященных долговечности бамбука, залитого в бетон. Тем не менее, существует значительное количество литературы, посвященной долговечности и обработке различных материалов биомассы (иногда включая бамбук) в цементных материалах. Gram [41] представляет собой, пожалуй, первое значительное исследование в этом отношении, а Vo и Navard [42] и Pacheco-Torgal и Jalali [43] представили недавние и очень подробные обзоры. Большинство существующих исследований сосредоточено на «армировании волокном» или включении целлюлозных материалов в цементный композит.В этом обзоре авторы рассмотрели только те вопросы долговечности, которые считаются актуальными для бетона, армированного бамбуком. Читатели будут направлены к обзорным статьям, в которых обсуждаются другие вопросы, связанные с долговечностью.

Портландцементный бетон — это среда с высоким содержанием щелочей. PH поровой воды в портландцементном бетоне обычно превышает 12. Это обеспечивает пассивирующую среду для встроенной стальной арматуры, эффективно снижая вероятность коррозии стали, при условии, что pH остается выше 10 [44].Напротив, щелочная обработка часто используется для разрушения клеточной структуры лигноцеллюлозных материалов, таких как древесина, конопля, лен и бамбук [45], чтобы извлечь, обнажить или обработать их волокна. Такая обработка может улучшить шероховатость поверхности (так называемая проклейка волокон) для улучшения сцепления с полимерными смолами в композитных материалах, но явно нежелательна в случае использования бамбуковых стержней в бетоне, армированном бамбуком. Хосода [46] сообщает о 50% -ной потере растягивающей способности бамбука после годичного выдерживания в ванне с водой с высоким содержанием щелочи; через 3 года бамбук сохранил только 30% своей первоначальной прочности.Гемицеллюлоза и водорастворимые экстракты (последние, как правило, не должны присутствовать в обработанных бамбуковых стеблях) вступают в реакцию с гидроксидом кальция (Ca (OH) 2 ), присутствующим в цементном тесте [47,48,49,50], что приводит к кристаллизации извести. в порах биомассы [43]. Лигнин растворим в горячей щелочной среде [41], как в случае гидратации цемента, и, возможно, когда бетон подвергается воздействию прямых солнечных лучей в тропической среде. Было обнаружено, что уменьшение щелочности при использовании тройных цементов [51] или карбонизации [52] лишь частично смягчает деградацию биомассы.Лигноцеллюлозные материалы в гидратированном цементе также охрупчиваются из-за минерализации, связанной с катионами (в основном Ca 2+ ) в пористой воде бетона [53].

Водопоглощение — критическая проблема долговечности биомассы любого вида, заключенной в цементную матрицу [43]. Водопоглощение и гигротермический цикл приводят к практически непрерывному изменению объема внедренной биомассы, что приводит к межфазному повреждению и микро- и макротрещинам. Эти эффекты увеличивают проницаемость, вызывая описанные ранее вредные процессы.

Биологическая атака, возможно, является наиболее серьезной проблемой для бамбука. По сравнению с деревом есть определенные факторы, которые делают бамбук более склонным к гниению, в том числе: (а) его тонкостенная геометрия (что делает гниение более значительным с точки зрения уменьшения емкости элемента), (б) высокое содержание крахмала и ( в) отсутствие устойчивых к гниению соединений, таких как те, которые содержатся в некоторых лиственных породах древесины, таких как тик и ипе [3, 54, 55]. Существует две причины биологического разложения бамбука: насекомые (например, жуки и термиты) и поражение грибами (гниль).Как и в случае с древесиной [3, 56], для защиты бамбука от насекомых и грибков требуются четыре меры: (а) приправить бамбук; (б) обработать химикатами всю толщину; (c) сохранять бамбук сухим и способным «дышать» на протяжении всей его жизни; и, (г) держите бамбук в недоступном для термитов месте.

Заливка в бетон не считается достаточной для защиты бамбука от нападения насекомых, особенно термитов. Термиты могут переходить в трещины размером до 0,8 мм [57]. Бетон, армированный бамбуком, может иметь такие трещины в результате воздействия температуры, усадки и / или нагрузки.Таким образом, бамбуковая арматура требует химической обработки по всей толщине стенки для предотвращения нападения насекомых [55, 58].

Грибковая атака (гниль) требует аэробных условий и влажности, обычно превышающей 20% [59]. Бамбук, полностью или частично залитый в бетон, подвержен гниению, потому что бетон (или строительный раствор) пористый, а влага легко переносится через капиллярное действие [60] и существующие трещины. Кроме того, заделка в бетон, вероятно, предотвратит быстрое испарение или диспергирование влаги, которая присутствует в результате проникновения, что приведет к увеличению содержания влаги в бамбуке.Обычно считается, что обработка поверхности или «нанесение краски» не обеспечивает достаточной защиты от гниения древесины [3, 56, 59] или бамбука [61]. Насколько известно авторам, не проводилось никаких всесторонних испытаний для конкретной оценки вероятности гниения бамбука, когда он полностью залит бетоном. За исключением случаев, когда бетон остается сухим на протяжении всего срока службы, гниение возможно даже тогда, когда бамбук покрыт битумным или эпоксидным покрытием.

Проблемы деградации бамбуковой арматуры усугубляются тем, что такие повреждения останутся незамеченными.Например, коррозия стальной арматуры происходит в течение многих лет или десятилетий и приводит к расширению стальной арматуры, что приводит к растрескиванию, образованию пятен и отслаиванию покрывающего бетона, тем самым обеспечивая визуальное «предупреждение» до того, как коррозия станет критически важной проблемой для безопасности. Однако в некоторых средах бамбук может быстро разлагаться и разлагаться, не указывая на повреждение бетонной поверхности.

Патент США на способы изготовления трехмерного элемента внутреннего усиления дверной рамы автомобиля, для изготовления дверной рамы автомобиля и для изготовления усиливающей конструкции Патент (Патент № 10,974,780, выданный 13 апреля 2021 г.)

Изобретение относится к способу изготовления трехмерного внутреннего элемента усиления дверной рамы автомобиля, при этом указанный внутренний усиливающий элемент дверной рамы содержит, по меньшей мере, внутреннюю центральную часть стойки, внутреннюю часть передней стойки и часть внутренней боковой направляющей, соединяющуюся с внутренним центром. часть стойки и внутренняя часть передней стойки.

В частности, изобретение относится к производству элементов усиления транспортных средств, таких как внутренний элемент усиления дверной коробки. Более конкретно изобретение применимо к транспортным средствам типа «кузов на раме», например пикапам.

Обычно транспортные средства содержат элементы усиления, предназначенные для защиты пассажиров транспортного средства в случае удара, в частности бокового удара, лобового удара или разрушения крыши во время аварии с опрокидыванием, путем ограничения любого проникновения в пассажирский салон транспортного средства.

Усиливающие элементы содержат с каждой стороны транспортного средства боковую конструкцию кузова, образующую дверную раму, которая обычно изготавливается из стали. Дверная рама представляет собой трехмерную часть, обычно состоящую из нескольких секций, включая боковую направляющую, центральную стойку, переднюю стойку и нижний порог, которые вместе образуют дверной проем. Уменьшение общего веса транспортного средства очень желательно для снижения потребления энергии и соответствия будущим экологическим требованиям.Таким образом, желательно уменьшить толщину деталей, образующих транспортное средство, в частности элементов усиления, включая дверную раму.

Однако простое уменьшение толщины усиливающих элементов обычно приводит к ухудшению защиты пассажиров транспортного средства от вторжений.

Могут использоваться стали с лучшими механическими свойствами, такими как предел текучести или предел прочности. Действительно, такие стали обеспечивают повышенную защиту, чем стали более низкого класса для данной толщины.Однако такие стали обычно имеют более низкую формуемость.

Кроме того, известно изготовление дверной коробки путем разрезания стального листа для образования плоской заготовки с желаемыми размерами и штамповки плоской заготовки для придания дверной коробке желаемой окончательной трехмерной формы. Однако этот метод требует значительных обрезков и, как следствие, материальных потерь. Кроме того, этот метод подразумевает одинаковую толщину всей дверной коробки, тогда как конкретная толщина может быть желательной для каждой секции дверной коробки в зависимости от механических нагрузок, которым эта секция может подвергаться.Следовательно, этот метод подразумевает, что некоторые секции дверной коробки толще, чем необходимо, что приводит к большему весу дверной коробки.

Для решения этой проблемы было предложено изготавливать дверную коробку путем отдельной штамповки нескольких заготовок, чтобы сформировать штампованные детали, и путем сборки штампованных деталей, чтобы сформировать дверную коробку. Сборка обычно выполняется точечной сваркой. Действительно, после штамповки детали подвергаются упругому восстановлению, так что точное совмещение краев деталей, необходимое для лазерной сварки, обычно не может быть достигнуто.Однако точечная сварка приводит к образованию прерывистых сварных швов, которые могут снизить сопротивление дверной коробки.

Целью изобретения является решение вышеупомянутых проблем и, в частности, обеспечение способа изготовления усиливающих элементов, имеющих уменьшенную толщину и вес, вместе с удовлетворительной защитой пассажиров транспортного средства.

С этой целью изобретение относится к способу вышеупомянутого типа, при этом указанный способ включает следующие этапы:

    • обеспечивают по меньшей мере внутреннюю заготовку центральной стойки, внутреннюю заготовку передней стойки и заготовку внутренней боковой направляющей, указанные внутренние заготовки являются по существу плоскими,
    • сборка заготовки внутренней центральной стойки и заготовки внутренней передней стойки с заготовкой внутренней боковой направляющей для образования по существу плоской заготовки внутреннего усиления дверной коробки,
    • горячая штамповка заготовки внутреннего усиления дверной коробки для придания формы трехмерному внутреннему армирующему элементу дверной коробки.

Сборка внутренних заготовок для формирования заготовки внутреннего усиления дверной коробки перед горячей штамповкой заготовки внутреннего усиления дверной коробки позволяет использовать один пресс для формования всего элемента внутреннего усиления дверной коробки, что снижает стоимость изготовление элемента внутреннего усиления дверной коробки автомобиля.

Кроме того, формирование заготовки внутреннего усиления дверной коробки путем сборки нескольких внутренних заготовок позволяет иметь различную толщину между различными частями внутреннего элемента усиления дверной коробки транспортного средства и дополнительно позволяет сократить расход материала благодаря улучшенному размещению.

Согласно другим выгодным аспектам изобретения, способ изготовления трехмерного внутреннего элемента усиления дверной рамы транспортного средства содержит один или несколько из следующих элементов, рассматриваемых отдельно или в любой технически возможной комбинации:

    • Внутренний элемент усиления дверной рамы содержит часть усиления крыши, проходящую в направлении, по существу перпендикулярном внутренней части передней стойки и части внутренней боковой направляющей, указанная часть усиления крыши получается путем горячей штамповки заготовки усиления крыши, выполненной заодно с внутренней боковой направляющей пустой;
    • ,
    • внутренние заготовки изготовлены из закаленной стали;
    • упрочняемая сталь представляет собой высокопрочную сталь с покрытием из алюминия или алюминиевого сплава и представляет собой, например, Usibor®;
    • ,
    • , упрочняемая под давлением сталь имеет предел прочности на разрыв выше или равный 1300 МПа после стадии горячей штамповки;
    • Заготовка внутренней центральной стойки и внутренняя заготовка передней стойки собираются с заготовкой боковой направляющей с помощью лазерной сварки таким образом, что каждая внутренняя заготовка центральной стойки и внутренняя заготовка передней стойки соединяются с заготовкой внутренней боковой направляющей непрерывной линией сварки .

Изобретение также относится к способу изготовления дверной рамы транспортного средства, содержащей, по меньшей мере, переднюю стойку, центральную стойку и боковую направляющую, образованную сборкой трехмерного элемента внешнего усиления дверной рамы транспортного средства и трехмерный элемент внутреннего усиления дверной рамы транспортного средства, указанный способ включает следующие этапы:

    • изготовление трехмерного элемента внешнего усиления дверной рамы транспортного средства,
    • изготовление трехмерного внутреннего элемента усиления внутренней дверной коробки транспортного средства с помощью способ в соответствии с изобретением,
    • ,
    • , сборка внешнего элемента усиления дверной коробки и внутреннего элемента усиления дверной коробки для образования дверной коробки транспортного средства.

Согласно другим выгодным аспектам изобретения, способ изготовления дверной коробки транспортного средства включает одну или несколько из следующих характеристик, рассматриваемых отдельно или в любой технически возможной комбинации:

    • внешняя дверная коробка Элемент усиления содержит, по меньшей мере, внешнюю центральную часть стойки, внешнюю верхнюю часть передней стойки и часть внешней боковой направляющей, соединяющую внешнюю часть центральной стойки и внешнюю верхнюю часть передней стойки, этап создания внешнего усиления трехмерной дверной рамы транспортного средства. элемент, содержащий следующие этапы:
        ,
      • , обеспечивающий, по меньшей мере, внешнюю заготовку центральной стойки, внешнюю верхнюю заготовку передней передней стойки и заготовку внешней боковой направляющей, при этом указанные внешние заготовки являются, по существу, плоскими,
      • ,
      • , собирают внешнюю заготовку центральной стойки и внешнюю верхнюю переднюю часть Заготовка стойки к заглушке боковой направляющей, чтобы образовать по существу плоскую внешнюю арматуру дверной коробки. цементная заготовка,
      • горячее тиснение заготовки внешнего усиления дверной рамы для придания формы трехмерному элементу внешнего усиления дверной рамы автомобиля;
    • внешние заготовки изготовлены из закаленной под давлением стали;
    • ,
    • , внешний усиливающий элемент дверной рамы дополнительно содержит внешнюю нижнюю часть передней стойки, соединенную с внешней верхней частью передней стойки, и внешнюю нижнюю часть порога, соединяющую внешнюю нижнюю часть передней стойки с внешней центральной частью стойки, этап изготовления трех -размерный элемент внешнего усиления дверной рамы автомобиля, дополнительно содержащий следующие этапы:
        ,
      • , обеспечивает заготовку внешней нижней передней стойки и внешнюю заготовку нижнего порога, при этом указанные заготовки являются по существу плоскими,
      • собирают заготовку внешней нижней передней стойки с внешней верхней передней частью. заготовку стойки и сборку внешней заготовки нижнего порога с заготовкой внешней нижней передней стойки и с заготовкой внешней центральной стойки для образования по существу плоской заготовки внешнего усиления дверной коробки;
    • внешняя нижняя заготовка порога изготовлена ​​из стали, упрочняемой прессованием, отличной от стали, упрочняемой под давлением других внешних заготовок;
    • трехмерный наружный элемент усиления дверной рамы автомобиля и трехмерный внутренний усиливающий элемент дверной рамы имеют форму дополняющих друг друга открытых профилей, так что часть передней стойки, центральной стойки и боковой направляющей дверной рамы автомобиля у каждой есть полая закрытая секция.

Изобретение также относится к способу изготовления усиливающей конструкции транспортного средства, содержащей, по меньшей мере, дверную раму транспортного средства и элемент усиления днища, причем указанный элемент усиления днища содержит, по меньшей мере, переднюю поперечную балку (и заднюю поперечную балку, параллельную ей). передняя поперечная балка, причем указанный способ включает следующие этапы:

    • изготовление дверной рамы автомобиля способом согласно изобретению,
    • изготовление элемента усиления днища,
    • сборка дверной рамы автомобиля к элементу усиления днища таким образом, что передняя стойка дверной коробки транспортного средства прикреплена к передней поперечной балке элемента усиления днища, а центральная стойка дверной коробки транспортного средства прикреплена к задней поперечной балке элемента усиления днища.

Согласно другим выгодным аспектам изобретения, способ изготовления усиливающей конструкции транспортного средства включает один или несколько из следующих элементов, рассматриваемых отдельно или в любой технически возможной комбинации:

    • усиливающий элемент днища дополнительно содержит промежуточную поперечную балку, проходящую между передней и задней поперечными балками и параллельно им, указанная промежуточная поперечная балка прикреплена к нижнему порогу, соединяющему переднюю стойку с центральной стойкой дверной коробки;
    • Поперечные балки элемента усиления днища приварены к внутренней нижней части порога нижней части порога, проходящей между передней поперечной балкой и задней поперечной балкой.

Другие особенности и преимущества изобретения будут лучше поняты при чтении следующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 — вид в перспективе кузова транспортного средства согласно конкретному варианту осуществления;

РИС. 2 показывает в разобранном виде в перспективе дверную раму транспортного средства кузова транспортного средства, показанного на фиг. 1;

РИС. 3 — вид снизу конструкции днища кузова транспортного средства, показанного на фиг.1;

РИС. 4 показано поперечное сечение по линии IV-IV на фиг. 3 сборки дверной рамы автомобиля и конструкции днища.

В нижеследующем описании термины внутренний, внешний, передний, задний, поперечный, продольный, вертикальный и горизонтальный толкуются со ссылкой на обычную ориентацию проиллюстрированных элементов, частей или конструкций при сборке на конструкции транспортного средства.

Кузов 10 транспортного средства согласно варианту осуществления изобретения показан на фиг.1. Кузов 10 транспортного средства представляет собой кузов транспортного средства типа «кузов на раме», например пикап. Транспортное средство этого типа состоит из шасси, которое отделено от кузова транспортного средства.

Кузов транспортного средства 10 содержит конструкцию днища 20 транспортного средства и, с обеих сторон конструкции днища транспортного средства 20 , дверную раму 22 транспортного средства.

Конструкция днища автомобиля 20 включает панель пола 24 и элемент усиления днища 26 , показанные на ФИГ.3. Конструкция 20 днища транспортного средства предназначена для соединения с шасси транспортного средства, как более подробно описано ниже.

Рама двери автомобиля 22 и каждый элемент усиления днища 26 вместе образуют, по меньшей мере, часть конструкции усиления автомобиля 30 .

Рама двери автомобиля 22 состоит из боковой направляющей 34 , центральной стойки 36 и передней стойки 38 .В проиллюстрированном варианте осуществления дверная рама 22 транспортного средства дополнительно содержит нижний порог 40 .

Боковая направляющая 34 проходит по существу горизонтально в продольном направлении между передним концом 34 a и задним концом 34 b.

Передняя стойка 38, проходит вниз от переднего конца 34 a боковой направляющей 34 в целом по существу в вертикальном направлении.Передняя стойка , 38, состоит из верхней передней части стойки , 42, и нижней передней стойки , 44, .

Верхняя передняя секция стойки 42 проходит вперед и вниз от переднего конца 34 a боковой направляющей 34 в наклонном направлении. Таким образом, верхняя секция передней стойки 42 проходит между верхним концом 42 a , прилегающим к переднему концу 34 a боковой направляющей 34 и нижним концом 42 b.

Нижняя часть передней стойки 44 проходит по существу вертикально от нижнего конца 44 b верхней части передней стойки 42 . Нижняя часть передней стойки 44 проходит между верхним концом 44 a , прилегая к нижнему концу 44 b верхней части передней стойки 42 и нижнему концу 44 b .

Центральная стойка 36 проходит вниз от боковой направляющей 34 по существу в вертикальном направлении.В проиллюстрированном примере центральная стойка 36, проходит от промежуточной секции боковой направляющей 34 , содержащейся между передним концом 34 a и задним концом 34 b боковой направляющей 34 . Центральная стойка 36 , таким образом, проходит между верхним концом 36 a , прилегающим к промежуточной секции боковой направляющей 34 , и нижним концом 36 b.

Таким образом, боковая направляющая 34 соединяет верхние концы передней стойки 38 и центральной стойки 36 .

Нижний порог 40 проходит по существу в продольном направлении между передним концом 40 a и задним концом 40 b.

Нижний конец передней стойки 38 прилегает к передней части 40 a нижнего порога 40 и нижнего конца 36 b центральной стойки 36 примыкает к промежуточной секции нижнего порога 40 , расположенной между передним концом 40 a и задним концом 40 b нижнего порога 40 .Таким образом, нижний порог 40 соединяет нижние концы передней стойки 38 и центральной стойки 36 .

Таким образом, передняя стойка 38 , центральная стойка 36 , боковая направляющая 34 и нижний порог 40 определяют проем двери. Действительно, дверная рама 22 транспортного средства предназначена для установки двери транспортного средства, которая при закрытии заполняет дверной проем.

Как показано на фиг. 2, дверная рама 22, автомобиля образована сборкой внешнего элемента усиления рамы двери автомобиля 50 и внутреннего элемента усиления дверной рамы 52 .

Внутренний усиливающий элемент 52 дверной рамы транспортного средства и внешний усиливающий элемент 50 дверной коробки транспортного средства, каждый, являются трехмерными элементами.

Внутренний элемент усиления рамы двери транспортного средства 52 содержит внутренние элементы усиления, включая внутреннюю часть боковой направляющей 64 , внутреннюю часть центральной стойки 66 и внутреннюю часть передней передней стойки 68 . Внутренние армирующие детали дополнительно включают армирующую часть , 70, крыши.

Аналогично боковой направляющей 34 , часть внутренней боковой направляющей 64 проходит по существу горизонтально в продольном направлении между передним концом 64 a и задним концом 64 b.

Аналогично центральной стойке , 36, , внутренняя часть центральной стойки , 66, проходит вниз от внутренней боковой направляющей , 64, , по существу в вертикальном направлении. В проиллюстрированном примере часть внутренней центральной стойки , 66, проходит от промежуточной секции внутренней части боковой направляющей 64 , находящейся между передним концом 64 a и задним концом 64 b стойки. внутренняя часть боковой направляющей 64 .Таким образом, внутренняя часть центральной стойки 66 проходит между верхним концом 66 a , прилегающим к промежуточной части внутренней части боковой направляющей 64 , и нижним концом 66 b.

Внутренняя часть передней стойки 68 проходит вперед и вниз от переднего конца 64 a внутренней боковой направляющей 64 в наклонном направлении. Таким образом, внутренняя часть передней стойки 68 проходит между верхним концом 68 a , прилегающим к переднему концу боковой направляющей 34 , и нижним концом 68 b .Предпочтительно нижний конец 68 b расположен в горизонтальной плоскости выше, чем горизонтальная плоскость, содержащая нижний конец передней стойки 38 , то есть внутренняя часть передней стойки 68 не проходит по всей длине передней стойки 38 и, например, проходит только по длине верхней части передней стойки 42 .

Таким образом, внутренняя часть боковой направляющей 64 соединяется с внутренней частью передней стойки 68 и внутренней частью центральной стойки 66 .

Усиливающая часть крыши 70 проходит по существу в горизонтальной плоскости внутрь от переднего конца 64 a внутренней боковой направляющей 64 в направлении, по существу перпендикулярном внутренней части передней стойки 68 и к внутренней части боковой направляющей 64 .

Усилитель крыши 70 предназначен для поддержки элемента передней направляющей крыши.

Усиливающая часть 70 крыши, например, выполнена за одно целое с частью внутренней боковой направляющей 64 .

По крайней мере, часть внутренних арматурных деталей изготовлена ​​из закаленной под давлением стали. Например, все внутренние арматурные детали изготовлены из закаленной под давлением стали. Детали внутреннего усиления могут быть изготовлены из различных сталей, закаленных под давлением.

Предпочтительно закаленная под давлением сталь имеет предел прочности на разрыв более или равный 1300 МПа.

Например, закаленная под давлением сталь имеет состав, содержащий, в мас.%, 0,10% ≤C≤0,5%, 0,5% ≤Mn≤3%, 0,1% ≤Si≤1%, 0.01% ≤Cr≤1%, Ti≤0,2%, Al≤0,1, S≤0,05%, P≤0,1%, 0,0005% ≤B≤0,010%, остальная часть состоит из железа и неизбежных примесей, образующихся в процессе производства.

Упрочненная сталь — это, например, Usibor®, в частности Usibor®1500.

Сталь может быть покрыта или без покрытия, например, отожжена гальваническим способом или оцинкована любым подходящим способом, таким как покрытие горячим погружением, электроосаждение, вакуумное покрытие.

В частности, закаленная под давлением сталь предпочтительно имеет структуру, состоящую в основном из феррита и перлита, перед горячей штамповкой стали, и структуру, состоящую в основном из мартенсита после горячей штамповки.

Внутренний элемент усиления рамы двери автомобиля 52 имеет общую толщину, определяемую как наименьший размер внутреннего элемента усиления рамы двери автомобиля 52 , например, составляющий от 0,7 мм до 1,3 мм.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна из частей внутреннего усиления имела толщину, отличную от толщины других частей внутреннего усиления. Например, толщина внутренней части боковой направляющей , 64, , внутренней части центральной стойки , 66, и внутренней части передней стойки, , 68, , отличаются друг от друга.

Каждая деталь внутреннего усиления имеет толщину, адаптированную к окончательному положению детали в транспортном средстве и к достижимому сопротивлению.

Например, часть 64 внутренней боковой направляющей вместе с частью 70 усиления крыши имеет толщину, по существу, равную 1 мм. Внутренняя часть передней передней стойки 68 имеет толщину, по существу, равную 0,9 мм. Внутренняя часть центральной стойки , 66, имеет толщину, по существу, равную 1.1 мм.

Внешний элемент усиления рамы двери транспортного средства 50 содержит внешние элементы усиления, включая часть внешней боковой направляющей 74 , часть внешней центральной стойки 76 и часть внешней передней стойки 78 . Внешние элементы усиления дополнительно включают в себя внешнюю нижнюю часть порога , 80, .

Аналогично боковой направляющей 34 , часть внешней боковой направляющей 74 проходит по существу горизонтально в продольном направлении между передним концом 74 a и задним концом 74 b.

Аналогично центральной стойке , 36, , часть внешней центральной стойки , 76, проходит вниз от внешней части боковой направляющей , 74, , по существу, в вертикальном направлении. В проиллюстрированном примере часть внешней центральной стойки , 76, проходит от промежуточной секции внешней части боковой направляющей 74 , находящейся между передним концом 74 a и задним концом 74 b стойки внешняя часть боковой направляющей 74 .Таким образом, часть внешней центральной стойки 76 проходит между верхним концом 76 a , прилегающим к промежуточной части внешней части боковой направляющей 74 , и нижним концом 76 b.

Аналогично передней стойке 38 , внешняя часть передней стойки 78 проходит вниз от переднего конца 74 a внешней боковой направляющей 74 в целом по существу в вертикальном направлении.Наружная часть передней передней стойки 78, содержит внешнюю верхнюю часть передней стойки , 82 и внешнюю нижнюю часть передней стойки , 84, .

Наружная верхняя передняя часть 82 проходит вперед и вниз от переднего конца 74 a внешней боковой направляющей 74 в наклонном направлении. Наружная верхняя часть передней передней стойки 82 , таким образом, проходит между верхним концом 82 a , прилегающим к переднему концу 74 a части внешней боковой направляющей 74 , которая является верхним концом внешнего передняя часть стойки 78 и нижняя часть 84 b.

Наружная нижняя часть передней передней стойки 84 проходит по существу вертикально от нижнего конца внешней верхней части передней стойки 82 . Наружная нижняя часть передней стойки 84 проходит между верхним концом 84 a , примыкая к нижнему концу 84 b внешней верхней части передней стойки 82 и нижнему концу 84 b , который является нижним концом внешней части передней стойки 78 .

Таким образом, часть внешней боковой направляющей 74 соединяется с внешней частью передней стойки 78 и внешней частью центральной стойки 76 .

Аналогично нижнему порогу 40 , внешняя нижняя часть порога 80 проходит по существу в продольном направлении между передним концом 80 a и задним концом 80 b.

Нижний конец 84 b внешней части передней стойки 78 прилегает к передней части 76 a внешней нижней части порога 80 и нижнему концу 76 b внешней центральной части стойки 76 примыкает к промежуточной части внешней нижней части порога 80 , расположенной между передним концом 80 a и задним концом 80 b внешняя нижняя часть порога 80 .Таким образом, внешняя нижняя часть порога , 80, соединяет внешнюю нижнюю часть передней стойки , 84, , с внешней центральной частью стойки, , 76, .

По крайней мере, часть внешних усиливающих элементов изготовлена ​​из закаленной под давлением стали. Например, все внешние арматурные детали изготовлены из закаленной под давлением стали.

Предпочтительно закаленная под давлением сталь имеет предел прочности на разрыв выше или равный 1300 МПа.

Например, упрочненная под давлением сталь имеет состав, содержащий, мас.%, 0.10% ≤C≤0,5%, 0,5% ≤Mn≤3%, 0,1% ≤Si≤1%, 0,01% ≤Cr≤1%, Ti≤0,2%, Al≤0,1%, S≤0,05%, P≤0,1 %, 0,0005% ≤B≤0,010%, остальное — железо и неизбежные примеси, возникающие в процессе производства.

Упрочненная под давлением сталь представляет собой, например, Usibor®, в частности Usibor®1500.

Сталь может быть покрыта или без покрытия, например, отожжена или оцинкована любым подходящим способом, таким как покрытие горячим погружением, электроосаждение, вакуумное покрытие.

Наружные арматурные детали могут быть изготовлены из различных сталей, закаленных прессованием.Например, внешняя нижняя часть порога , 80, может быть изготовлена ​​из закаленной под давлением стали, отличной от других внешних частей. В частности, внешняя нижняя часть порога , 80, может быть изготовлена ​​из Ductibor®, а другие внешние армирующие детали — из Usibor®.

Тем не менее, предпочтительно, чтобы все внешние армирующие детали были изготовлены из одной и той же закаленной под давлением стали, так что при воздействии внешнего напряжения распределение деформации было однородным внутри внешнего армирующего элемента 50 .

В частности, закаленная под давлением сталь предпочтительно имеет структуру, состоящую в основном из феррита и перлита, перед горячей штамповкой стали, и структуру, состоящую в основном из мартенсита после горячей штамповки.

Внешний усиливающий элемент дверной коробки 50 имеет общую толщину, определяемую как наименьший размер внешнего усиливающего элемента дверной коробки 50 , например, составляющий от 0,8 мм до 2,5 мм.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна из внешних усиливающих частей имела толщину, отличную от толщины других внешних усиливающих частей.Например, толщина внешней части боковой направляющей , 74, , внешней части центральной стойки , 76, и внешней передней части стойки, , 78, , отличаются друг от друга.

Каждая внешняя часть имеет толщину, адаптированную к окончательному положению детали в транспортном средстве и к достижимому сопротивлению.

Например, внешняя часть боковой направляющей 74 имеет толщину, по существу, равную 1,1 мм, внешняя верхняя часть передней передней стойки 82 имеет толщину, по существу, равную 0.9 мм, а внешняя нижняя часть передней стойки 84 имеет толщину, по существу, равную 1,1 мм. Согласно этому примеру, внешняя часть центральной стойки , 76, имеет толщину, по существу, равную 2 мм, а внешняя нижняя часть порога, , 80, , имеет толщину, по существу, равную 1,2 мм.

Внешний усиливающий элемент дверной коробки 50 и внутренний усиливающий элемент дверной коробки 52 имеют дополняющие друг друга формы, так что в собранном виде внешний усиливающий элемент дверной коробки 50 и внутренний усиливающий элемент дверной коробки 52 образуют рама двери автомобиля 22 .

В частности, боковая направляющая 34 образована сборкой внутренней части боковой направляющей 64 и внешней боковой направляющей части 74 , а центральная стойка 36 образована сборкой внутренней часть центральной стойки 66 и внешняя часть центральной стойки 76 .

Кроме того, передняя стойка 38 образована сборкой внутренней части передней стойки 68 и внешней части передней стойки 78 .Более конкретно, верхняя часть передней передней стойки , 42, образована сборкой внутренней части передней передней стойки , 68, и внешней верхней передней части стойки, , 82, .

В проиллюстрированном примере нижняя часть передней стойки 44 образована внешней нижней частью передней стойки , 84, .

Внешний элемент усиления рамы двери автомобиля 50 и внутренний элемент усиления рамы двери автомобиля 52 имеют форму дополняющих друг друга открытых профилей, так что часть передней стойки 38 , центральной стойки 36 и боковой рельсы , 34, дверной рамы автомобиля, , 22, , имеют полые закрытые секции.

В частности, внешние детали усиления имеют открытое поперечное сечение. Открытое поперечное сечение содержит, по меньшей мере, нижний сегмент и два сегмента стенки, отходящие от обоих концов нижнего сегмента.

Теперь будет описан способ изготовления дверной рамы 22 транспортного средства.

Производство дверной рамы 22 включает изготовление внутреннего элемента усиления дверной рамы 52 , изготовление внешнего усилителя дверной рамы 50 и сборку внутреннего усиливающего элемента дверной рамы 52 на дверной раме. элемент внешнего усиления 50 .

Внутренний элемент усиления рамы двери автомобиля 52 изготавливается путем горячей штамповки заготовки внутреннего усиления, которая сама формируется путем сборки нескольких заготовок.

Изготовление элемента 52 внутреннего усиления дверной коробки транспортного средства, таким образом, включает этап формирования по существу плоской заготовки внутреннего усиления дверной коробки. Форма заготовки внутреннего усиления дверной коробки адаптирована так, чтобы ее можно было подвергнуть горячей штамповке для образования внутреннего элемента усиления, имеющего желаемую форму.

Заготовка внутреннего усиления предпочтительно представляет собой сварную заготовку по индивидуальному заказу.

Формирование заготовки внутреннего усиления включает обеспечение заготовки внутренней центральной стойки, заготовки внутренней передней стойки и заготовки внутренней боковой направляющей, при этом указанные внутренние заготовки являются, по существу, плоскими. Предпочтительно формирование заготовки внутреннего армирования дополнительно включает обеспечение заготовки арматуры крыши, выполненной за одно целое с заготовкой внутренней боковой направляющей.

Формы и толщина внутренних заготовок адаптированы таким образом, что после горячей штамповки заготовка внутренней центральной стойки, заготовка внутренней передней стойки, заготовка внутренней боковой направляющей и заготовка усиления крыши могут образовывать внутреннюю часть центральной стойки 66 , внутренняя часть 68 передней стойки, часть 64 внутренней боковой направляющей и часть 70 усиления крыши соответственно.

Внутренние заготовки получают, например, путем резки стальных листов, например листов из закаленной под давлением стали, такой как Usibor®, до желаемых форм.

Заготовка внутренней центральной стойки и внутренняя заглушка передней стойки затем собираются с заготовкой внутренней боковой направляющей, образуя заготовку внутреннего усиления.

В частности, верхний конец заготовки внутренней передней стойки собирают с передним концом заготовки внутренней боковой направляющей, а верхний конец заготовки внутренней центральной стойки собирают с промежуточной частью заготовки внутренней боковой направляющей.

Предпочтительно внутренние заготовки собирают посредством сварки, более предпочтительно с помощью лазерной сварки, так что внутренние заготовки соединяются непрерывными линиями сварки.

В частности, заготовка внутренней центральной стойки и внутренняя заготовка передней стойки соединены с заготовкой внутренней боковой направляющей непрерывными сварными линиями.

Производство внутреннего элемента усиления дверной рамы автомобиля 52 затем включает этап горячей штамповки заготовки внутреннего усиления дверной рамы для придания формы трехмерному внутреннему элементу усиления дверной рамы автомобиля 52 .

Если внутренние заготовки изготовлены из закаленной под давлением стали, горячая штамповка приводит к упрочнению стали.

В частности, как указано выше, закаленная под давлением сталь предпочтительно имеет структуру, состоящую в основном из феррита и перлита, перед горячей штамповкой стали, и структуру, состоящую в основном из мартенсита после горячей штамповки и закалки.

Аналогичным образом внешний усиливающий элемент 50 дверной коробки изготавливается путем горячей штамповки заготовки внешнего усиления, которая сама формируется путем сборки нескольких заготовок.

Изготовление элемента 50 внешнего усиления дверной коробки, таким образом, включает этап формирования по существу плоской заготовки внешнего усиления дверной коробки. Форма заготовки внешнего усиления дверной коробки адаптирована так, чтобы ее можно было подвергнуть горячей штамповке для образования внешнего элемента усиления, имеющего желаемую форму.

Заготовка внешнего усиления предпочтительно представляет собой сварную заготовку по индивидуальному заказу.

Формирование заготовки внешнего усиления включает обеспечение заготовки внешней центральной стойки, заготовки внешней верхней передней стойки, заготовки внешней нижней передней стойки, заготовки внешней боковой направляющей и заготовки внешней нижней стороны порога, при этом указанные внешние заготовки являются, по существу, плоскими. .

Формы и толщина внешних заготовок адаптированы таким образом, что после горячей штамповки заготовка внешней центральной стойки, внешняя верхняя заготовка передней стойки, внешняя нижняя заготовка передней стойки, внешняя заготовка боковой направляющей и внешняя нижняя заготовка порога. может образовывать внешнюю часть центральной стойки 76 , внешнюю верхнюю часть передней передней стойки 82 , внешнюю нижнюю часть передней стойки 84 , внешнюю часть боковой направляющей 74 и внешнюю нижнюю часть порога 80 .

Наружные заготовки получают, например, путем резки стальных листов, например листов из закаленной под давлением стали, такой как Usibor®, до желаемых форм.

Затем внешняя заглушка центральной стойки и внешняя верхняя передняя заглушка стойки собираются с заготовкой внешней боковой направляющей, внешняя нижняя заглушка передней стойки собирается с внешней верхней верхней передней заглушкой стойки, а внешняя нижняя заглушка порога собирается с заглушку нижней нижней передней стойки и заглушку внешней центральной стойки, чтобы образовать заготовку внешнего усиления.

В частности, верхний конец заготовки внешней верхней передней стойки собирают с передним концом заготовки внешней боковой направляющей, а верхний конец заготовки внешней центральной стойки собирают с промежуточной частью заготовки внешней боковой направляющей. Кроме того, нижний конец заготовки внешней верхней передней стойки соединяется с верхним концом заготовки внешней нижней передней стойки, нижний конец заготовки внешней нижней передней стойки соединяется с передним концом заготовки внешней нижней боковой стойки порога, и нижний конец заготовки внешней центральной стойки соединен с промежуточной частью внешней заготовки нижней боковой стойки.

Предпочтительно, чтобы внешние заготовки собирались с помощью сварки, более предпочтительно с помощью лазерной сварки, так что внешние заготовки соединяются между собой непрерывными линиями сварки.

Изготовление элемента 50 внешнего усиления дверной рамы затем включает этап горячей штамповки заготовки внешнего усиления дверной рамы для придания формы трехмерному внешнему элементу усиления дверной рамы 50 .

Если внешние заготовки изготовлены из закаленной под давлением стали, горячая штамповка приводит к упрочнению стали.

Затем собирают внутренний усиливающий элемент 52 дверной коробки и внешний усиливающий элемент 50 дверной коробки, например, сваркой.

Использование упрочняемой стали для внутренних и внешних заготовок, таким образом, обеспечивает хорошую формуемость заготовок, так что внутренние и внешние усиливающие заготовки дверной рамы могут подвергаться горячей штамповке для придания формы внутренним и внешним усиливающим элементам дверной рамы автомобиля без получение шейки или утолщение стали, а также сверхвысокая прочность внутренних и внешних усиливающих элементов дверной рамы автомобиля после горячей штамповки.

Сборка внутренних заготовок (соответственно внешних заготовок) для формирования заготовки внутреннего усиления дверной коробки (соответственно заготовки внешнего усиления дверной коробки) перед горячей штамповкой заготовки внутреннего усиления дверной коробки (соответственно заготовки внешнего усиления дверной коробки) позволяет использовать одного пресса для придания формы всему внутреннему элементу усиления рамы двери автомобиля 52 (соответственно всему внешнему элементу усиления рамы двери 50 ), что снижает стоимость производства внутренней 52 и внешней дверной рамы автомобиля 50 элементов арматуры.

Кроме того, формирование заготовки внутреннего усиления дверной коробки (соответственно заготовки внешнего усиления дверной коробки) путем сборки нескольких внутренних заготовок (соответственно нескольких внешних заготовок) позволяет иметь различную толщину между различными частями элемента внутреннего усиления дверной коробки автомобиля. 52 (соответственно внешний усиливающий элемент дверной коробки 50 ), и дополнительно позволяет сократить расход материала благодаря улучшенному размещению.

Кроме того, сборка внутренних заготовок (соответственно внешних заготовок) для формирования заготовки внутреннего усиления дверной коробки (соответственно заготовки внешнего усиления дверной коробки) перед горячей штамповкой заготовки внутреннего усиления дверной коробки (соответственно заготовки внешнего усиления дверной коробки) позволяет использование лазерной сварки для сборки внутренних заготовок (соответственно внешних заготовок) вместо точечной сварки.Лазерная сварка обеспечивает непрерывную линию шва между заготовками и, следовательно, обеспечивает лучшее сопротивление и, следовательно, лучшую стойкость к ударам, чем точечная сварка.

Теперь обратимся к фиг. 3, конструкция днища автомобиля 20 включает панель пола 24 и элемент усиления днища 26 .

Панель пола 24 обычно проходит в горизонтальной плоскости. Панель пола 24 проходит продольно между передней стороной 24 a и задней стороной 24 b и поперечно между правой стороной 24 c и левой стороной 24 d .

Панель пола 24 содержит продольный туннель пола 100 , образующий выемку в панели пола 24 , открывающуюся вниз. Туннель пола 100 проходит от передней стороны 24 a панели пола 24 к задней стороне 24 b , между двумя боковыми частями пола.

Напольный туннель 100 содержит по существу горизонтальную верхнюю стенку 100 a и две по существу продольные вертикальные боковые стенки 100 b , 100 c .Каждая боковая стенка , 100, , , , , 100, , , проходит между верхним концом, прилегающим к верхней стенке, и нижним концом, прилегающим к одной из боковых частей пола.

Панель пола 24 , например, изготовлена ​​из стали.

Элемент усиления днища 26 прикреплен к нижней боковой панели пола 24 и предназначен для обеспечения сопротивления конструкции днища автомобиля 20 .

Усиливающий элемент 26 днища представляет собой сетку балок, предназначенную для поглощения напряжения, когда автомобиль подвергается ударам.В частности, усиливающий элемент 26 днища кузова предназначен для поглощения напряжения, воспринимаемого дверным кольцом, например, при боковом ударе.

Элемент усиления днища 26 , таким образом, состоит из нескольких усиливающих балок, прикрепленных к панели пола 24 .

В частности, усиливающие балки содержат по меньшей мере переднюю поперечную балку и заднюю поперечную балку, при этом передняя и задняя поперечные балки проходят параллельно друг другу.

В проиллюстрированном примере усиливающие балки содержат две передние поперечные балки 112 a , 114 b и одну заднюю поперечную балку 114 .

Балки усиления дополнительно включают две промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b , две продольные балки 118 a , 118 b и туннельную поперечную балку 120.

Две передние поперечные балки 112 a , 114 b проходят поперечно в передней части панели пола 24 по обе стороны туннеля пола 100 . Действительно, каждая передняя поперечная балка 112 a , 114 b проходит между внутренним концом, прилегающим к нижнему концу боковой стенки 100 b , 100 c туннеля пола 100 и внешний конец, прилегающий к стороне 24 c , 24 d панели пола 24 .

Задняя поперечная балка 114 проходит в центральной части панели пола 24 , параллельно передним поперечным балкам 112 a , 114 b . Таким образом, задняя передняя поперечная балка 114 проходит между правой 24 c и левой 24 d сторонами панели пола 24 .

Более конкретно, передние поперечные балки 112 a , 114 b и задняя поперечная балка 114 сконфигурированы так, что, когда конструкция днища автомобиля 20 собирается с дверной рамой 22 , внешние концы каждой передней поперечной балки 112 a , 114 b могут соединяться с передней стойкой 38 дверной рамы 22 , и каждый конец задней поперечной панели может соединяться центральная стойка 36 дверной коробки 22 .

Две промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b проходят между передними поперечными балками и параллельно им 112 a , 114 b и задняя поперечная балка432 114 114 , по обе стороны от туннеля пола 100 . Каждая промежуточная поперечная балка 116 a , 116 b проходит между внутренним концом, прилегающим к нижнему концу боковой стенки туннеля пола 100 , и внешним концом, прилегающим к стороне панели пола. 24 .

Например, промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b проходят практически посередине между передними поперечными балками 112 a , 114 b и задней поперечной балкой 114 .

Таким образом, промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b сконфигурированы таким образом, что при сборке конструкции днища автомобиля 20 с дверной рамой 22 внешний конец каждой промежуточной поперечная балка 116 a , 116 b может присоединяться к нижнему порогу 40 дверной коробки 22 .

Две продольные балки 118 a , 118 b проходят продольно по обе стороны туннеля пола 100 . Каждая продольная балка 118 a , 118 b проходит между передним концом, прилегающим к передней поперечной балке 112 a , 114 b и задним концом, прилегающим к задней поперечной балке 114 . Таким образом, каждая продольная балка 118 a , 118 b соединяется с одной из передних поперечных балок 112 a , 114 b с задней поперечной балкой 114 .

Кроме того, каждая продольная балка 118 a , 118 b содержит промежуточную секцию, прилегающую к внутреннему концу промежуточной поперечной балки 116 a , 116 b . Таким образом, каждая продольная балка 118 a , 118 b соединяет одну из передних поперечных балок 112 a , 114 b с промежуточной поперечной балкой 116 a a a 116 b и к задней поперечной балке 114 .

Туннельная поперечная балка 120 проходит от одной продольной балки 118 a до другой продольной балки 118 b и через туннель пола 100 . Таким образом, поперечная балка туннеля 120 содержит центральную область 122 , пересекающую туннель пола 100 и расположенную между двумя концами 124 a , 124 b , соединяющую продольные балки 118 a .Центральная область 120 a поперечной балки туннеля 120 содержит по существу горизонтальную верхнюю стенку, прикрепленную к верхней стене туннеля пола 100 , и две по существу продольные вертикальные боковые стенки, каждая из которых прикреплена к туннелю пола 100 боковая стенка.

Предпочтительно, туннельная поперечная балка 120 не совмещена поперечно с промежуточными поперечными балками 116 a , 116 b , так что существует продольное смещение между туннельной поперечной балкой 120 и промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b.

Из-за этого смещения напряжение, воспринимаемое промежуточными поперечными балками 116 a , 116 b , не передается напрямую на поперечную балку туннеля 120 , а передается через продольные балки 118 а , 118 б . Действительно, поскольку туннельная поперечная балка , 120, не является прямой, она работает не при сжатии, а при изгибе, когда подвергается поперечному напряжению, и, таким образом, изгибается легче, чем прямая балка.Смещение между туннельной поперечной балкой 120 и промежуточными поперечными балками 116 a , 116 b , таким образом, позволяет снизить риски изгиба туннельной поперечной балки 120 .

Каждая передняя поперечная балка 112 a , 114 b и задняя поперечная балка 114 снабжены пазами 130 для установки соединительного элемента, также называемого креплением кузова, предназначенного для соединения автомобиля. конструкция днища 20 к шасси.

Предпочтительно, элемент усиления днища 26 изготовлен из стали (или нескольких различных сталей), отличной от стали, образующей туннель пола 100 , и имеет более высокий предел прочности на разрыв, чем сталь, образующая туннель пола 100 .

Предпочтительно, по крайней мере, некоторые из армирующих балок изготовлены из стали, имеющей предел прочности на растяжение выше или равный 1300 МПа. Например, сталь представляет собой упрочняемую под давлением сталь, которая после прессования имеет предел прочности на растяжение не менее 1300 МПа.

Например, закаленная под давлением сталь имеет состав, содержащий, в% по весу, 0,10% ≤C≤0,5%, 0,5% ≤Mn≤3%, 0,1% ≤Si≤1%, 0,01% ≤Cr = 1%. , Ti≤0,2%, Al≤0,1%, S≤0,05%, P≤0,1%, 0,0005% ≤B≤0,010%, остальная часть состоит из железа и неизбежных примесей, возникающих в процессе производства.

Упрочненная под давлением сталь представляет собой, например, Usibor®, в частности Usibor®1500 или Usibor®2000.

Сталь может быть покрыта или без покрытия, например, отожжена гальваническим способом или оцинкована любым подходящим способом, таким как покрытие горячим погружением, электроосаждение, вакуумное покрытие.

В частности, закаленная под давлением сталь предпочтительно имеет структуру, состоящую в основном из феррита и перлита, перед прессованием стали, и структуру, состоящую в основном из мартенсита после прессования.

Усиливающий элемент 26 днища имеет общую толщину, определяемую как наименьший размер элемента усиления днища 26 , например, составляющий от 0,7 мм до 1,5 мм.

Предпочтительно, чтобы по крайней мере одна из усиливающих балок имела толщину, отличную от толщины других балок.Например, толщины передних поперечных балок 112 a , 114 b , задней поперечной балки 114 , промежуточных поперечных балок 116 a , 116 b , продольные балки 118 a , 118 b и туннельная поперечная балка 120 отличаются друг от друга.

Каждая арматурная балка имеет толщину, соответствующую положению балки и достигаемому сопротивлению.

Предпочтительно, чтобы туннельная поперечная балка , 120, имела толщину выше, чем другие балки, из-за непрямолинейной геометрии этой балки, в частности, чтобы избежать изгиба туннельной поперечной балки 120 .

Например, передние поперечные балки 112 a , 114 b имеют толщину, по существу, равную 1,2 мм, а задняя поперечная балка 114 имеет толщину, по существу, равную 1.2 мм. Промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b имеют, например, толщину, по существу равную 1,3 мм, продольные балки 118 a , 118 b имеют, например, толщину практически равной 1,2 мм, и туннельная поперечная балка 120 имеет, например, толщину, по существу, равную 1,5 мм.

Усиливающие балки имеют открытое поперечное сечение, поэтому элемент усиления днища 26 образует открытый профиль.Открытое поперечное сечение каждой арматурной балки содержит, по меньшей мере, нижний сегмент и два стеновых сегмента, отходящие от обоих концов нижнего сегмента.

Усиливающий элемент 26 днища прикреплен к панели пола 24 таким образом, что панель пола 24 закрывает открытый профиль.

Предпочтительно, усиливающий элемент 26 днища и панель 24 днища прикреплены сваркой, например точечной сваркой.

Производство конструкции днища автомобиля 20 включает изготовление панели пола 24 , изготовление элемента усиления днища 26 и монтаж элемента усиления днища 26 к панели пола 24 , чтобы сформировать конструкцию днища автомобиля 20 .

Панель пола 24 , например, изготавливается путем штамповки практически прямоугольной заготовки.

Усиливающий элемент 26 днища кузова изготавливается путем формирования и придания формы каждой усиливающей балке и сборки усиливающих балок с образованием элемента усиления днища 26 .

Таким образом, изготовление элемента усиления днища 26 включает этап формирования по существу плоских заготовок арматурной балки.

Формирование заготовок арматурной балки включает формирование двух заготовок передней поперечной балки, задней заготовки поперечной балки, двух промежуточных заготовок поперечной балки, двух заготовок продольной балки и заготовки туннельной поперечной балки.

Формы и толщина заготовок усилительной балки адаптированы таким образом, что после горячей штамповки могут образовываться заготовки передней поперечной балки, задняя заготовка поперечной балки, промежуточные заготовки поперечной балки, заготовки продольной балки и заготовка туннельной поперечной балки. передние поперечные балки 112 a , 114 b , задние поперечные балки 114 , промежуточные поперечные балки 116 a , 116 b , продольные 118 балки a , 118 b и туннельная поперечная балка 120 соответственно.

Заготовки арматурных балок получают, например, путем резки стальных листов, например листов из закаленной под давлением стали, такой как Usibor®, до желаемых форм.

Заготовки арматурных балок затем подвергаются горячей штамповке для придания формы армирующим балкам, а затем закалке.

Затем собираются усиливающие балки, образуя элемент усиления днища 26 .

В частности, передний конец каждой продольной балки 118 a , 118 b монтируется с внутренним концом передней поперечной балки 112 a , 114 b , промежуточная секция каждой продольной балки 118 a , 118 b монтируется на внутреннем конце промежуточной поперечной балки 116 a , 116 b , а задний конец каждая продольная балка 118 a , 118 b собирается с задней поперечной балкой 114 .

Кроме того, каждый конец туннельной поперечной балки 120 собран с продольной балкой 118 a , 118 b.

Усиливающие балки предпочтительно собирать с помощью сварки, например точечной или лазерной сварки.

Использование упрочняемой стали, по крайней мере, для части элемента усиления днища 26 обеспечивает хорошую формуемость заготовок усиливающих балок, так что заготовки усиливающих балок могут подвергаться горячей штамповке для придания формы усиливающим балкам без сжатия или сжатия. утолщение стали и сверхвысокая прочность арматурных балок после горячей штамповки и закалки.

Использование закаленной под давлением стали с пределом прочности на разрыв выше или равным 1300 МПа обеспечивает улучшенную стойкость к ударам, в частности боковым ударам, без необходимости утолщения балок и, таким образом, без увеличения веса конструкции днища автомобиля.

Кузов автомобиля 10 образован сборкой конструкции днища автомобиля 20 и по меньшей мере одной дверной рамы 22 на одной стороне конструкции днища автомобиля 20 , предпочтительно двух дверных рам 22 по обе стороны от нижней части кузова 20 .Сборка кузова 10, транспортного средства теперь будет описана со ссылкой на одну дверную раму 22 транспортного средства на одной стороне конструкции днища 20 транспортного средства, но будет понятно, что вторая дверная рама 22 транспортного средства может быть установлен таким же образом на другой стороне конструкции днища автомобиля 20

Рама двери автомобиля 22 прикреплена к конструкции днища автомобиля 20 на стороне конструкции днища автомобиля 20 , предпочтительно так, чтобы передняя стойка 38 была прикреплена к передней поперечной балке 112 a элемента усиления днища 26 , а центральная стойка 36 прикреплена к задней поперечной балке 114 Элемент усиления днища 26 .Кроме того, к нижнему порогу 40 прикреплена промежуточная поперечная балка 116 a .

Таким образом, энергия удара, воспринимаемая дверной рамой 22 автомобиля, в частности передней и центральной стойками, может эффективно передаваться на конструкцию днища автомобиля 20 .

Предпочтительно поперечные балки 112 a , 114 и 116 a прикреплены к дверной раме 22 автомобиля с помощью внутренней нижней части порога 140 (РИС.4), образуя соединительный стальной лист, который проходит между передней поперечной балкой 112 a и задней поперечной балкой 114 . Например, поперечные балки 112 a , 114 и 116 a прикреплены к дверной раме 22 автомобиля сваркой.

Внутренняя нижняя часть порога 140 выступает и проходит по существу в продольном направлении. Внутренняя нижняя часть 140 порога собирается, например, с помощью сварки с внешней нижней частью 80 порога, образуя нижнюю часть порога 40 .Внутренняя нижняя часть порога 140 имеет форму, дополняющую форму внешней нижней нижней части 80 , так что при сборке стыковочного стального листа 140 и внешней нижней нижней части 80 они образуют нижнюю часть подоконник 40 и такой, что нижний порог 40 имеет полую закрытую секцию.

Внутренняя нижняя часть порога 140 изготовлена, например, из стали, имеющей полностью мартенситную микроструктуру и имеющую предел прочности на растяжение, предпочтительно выше или равный 1700 МПа.Сталь, образующая внутреннюю нижнюю часть порога 140 , представляет собой, например, MS1700®.

Наружная нижняя часть порога 80 сама закрыта внешней декоративной панелью 142 .

Сформированная таким образом конструкция днища автомобиля повышает устойчивость автомобиля в случае столкновения, в частности, бокового удара. В частности, расположение передней и задней поперечных балок, обращенных к передней стойке , 38, и центральной стойке , 36, соответственно, позволяет распределять нагрузку, воспринимаемую транспортным средством во время удара, и обеспечивает эффективную поддержку передней и задней стоек. центральные стойки.Кроме того, промежуточная поперечная балка 116 a , обращенная к нижнему порогу 40 , может поглощать энергию в случае бокового удара, происходящего между передней и центральной стойками, и, таким образом, ограничивает риски проникновения в салон автомобиля в случае бокового удара.

Следует понимать, что представленные выше примерные варианты осуществления не являются ограничивающими.

Полный справочник по материалам рамы: что лучше для велосипедов?

О материалах каркаса существует множество мифов, рекламных шумих и сомнительных «инженерных» разговоров.с различными лагерями, превозносящими (или осуждающими) легендарные характеристики плавности хода стали и титана, жесткость алюминия и жесткость углеродного волокна.

[Обновлено 21 июня 2020 г.]

На самом деле, хотя каждый материал имеет свои преимущества и недостатки, ходовые качества во многом определяются хорошей конструкцией рамы, которая работает с используемым материалом и учитывает его свойства.

Понимание свойств материалов

Все металлы, используемые в велосипедах, представляют собой сплавы.Мы не используем чистое железо (сталь — это смесь железа и углерода), чистый алюминий или чистый титан. Вместо этого добавляются дополнительные элементы для улучшения основных свойств металла. Углеродное волокно немного отличается, но мы обсудим это позже.

Велосипедные компании часто говорят об использовании металлов аэрокосмического качества, но реальность такова, что указанные сплавы должны соответствовать определенным требованиям качества независимо от того, используются ли они в конструкции самолета или велосипеда. Скорее всего, не будет никакой разницы между байком, который, как утверждается, сделан из материала «военного», и байком не

.


Основным свойством конструкции рамы велосипеда является модуль Юнга.Это описывает жесткость материала — его тенденцию возвращаться к своей первоначальной форме под нагрузкой. Модуль Юнга аналогичен для металлов, изготовленных из одного и того же сплава.

Вопреки тому, что вы могли ожидать, чистая сила менее важна. Если вы спроектируете раму достаточно жесткой, она также будет достаточно прочной, чтобы выдерживать циклические нагрузки. Однако прочность материала важна для обеспечения устойчивости к повреждениям. Более жесткий материал может поглотить больше энергии, прежде чем сломается, а это означает, что он будет изгибаться, а не ломаться.

Повторная загрузка материалов может привести к усталостному разрушению. Сталь и титан имеют предел выносливости, максимальное напряжение, ниже которого материал может быть нагружен неограниченное количество раз без сбоев.

Однако у алюминия нет предела, и при достаточном количестве циклов нагружения он выйдет из строя при очень малых нагрузках. Однако это не означает, что вы должны прислушиваться к людям, которые утверждают, что алюминиевые рамы гораздо более склонны к сбоям в реальном мире; Благодаря конструкции рамы, минимизирующей максимальные уровни нагрузки, срок службы рамы будет более чем достаточным, чтобы покрыть нормальный срок эксплуатации.

Форма и функции

Контроль геометрии и размеров трубок, используемых для сборки рамы, также имеет очень большое влияние на ходовые качества. По мере увеличения диаметра трубки увеличивается ее жесткость. При заданном количестве материала (и весе) мы можем увеличить диаметр трубы рамы, но одновременно должны уменьшить ее толщину. В результате удвоение диаметра увеличивает жесткость в четыре раза.

Чтобы сохранить ту же жесткость при меньшем весе, мы могли бы использовать меньше материала в трубке большего диаметра и с более тонкими стенками.Однако существует предел того, насколько тонкие стенки трубы могут быть изготовлены до того, как они станут уязвимыми для повреждений, вмятин и, что более важно, изгибов.

Конструкция рамы велосипеда

заключается в выборе размеров трубок, чтобы должным образом подобрать жесткость и соответствие желаемым характеристикам езды. Модуль упругости в сочетании с размерами труб — это то, что влияет на жесткость рамы. Теоретически можно было бы изготавливать велосипеды с идентичной управляемостью из любого материала, согласовывая относительную жесткость материала с помощью соответствующего выбора труб.

Сталь

Сталь — мать всех инженерных материалов. Он невероятно прочный, очень жесткий, с ним легко работать и дешево в производстве.

Эта удобоукладываемость является одной из причин возрождения стали среди мелких строителей. Однако у стали «проблема плотности» — рамы обычно тяжелее, чем их алюминиевые или титановые эквиваленты.

Сталь будет ржаветь, если ею пренебречь — хотя рамы можно обрабатывать, и такие производители, как Reynolds, производят нержавеющие трубы, что в значительной степени решает эту проблему.

Большинство легированных стальных сплавов основано на хромомолибдене 4130. Термическая обработка может улучшить свойства материала — это нагрев и охлаждение материала определенным образом. Рейнольдс 525 и 725 используют один и тот же базовый сплав (очень похожий, если не такой же, как 4130), но 725 имеет улучшенные свойства благодаря термообработке. Также используются различные стальные сплавы, такие как ниобий, мангалой и, конечно же, нержавеющая сталь.


В прошлом ограничения по материалам и производству ограничивали минимальную толщину стенки, достижимую для стали.С введением сверхвысокопрочных сталей (UHS) стало возможным уменьшить толщину стенок до 0,38 мм с помощью трубок Columbus Spirit.

Теоретически, используя достаточно тонкие трубки, можно было бы построить раму с весом, равным самым легким рам сегодня. Однако долговечность значительно пострадает, поскольку такие тонкостенные трубки очень чувствительны к вмятинам, повреждению и короблению.

Сборка тонкостенных труб также становится трудной для сборки, поскольку тепло от сварки влияет на термическую обработку и снижает прочность в зоне сварного шва.Некоторые стали, такие как 853 от Reynolds, действительно увеличивают прочность после охлаждения из-за способа их обработки.

Трубы, соединенные встык, трубы с различной толщиной стенки по длине облегчают сварку, сохраняя при этом тонкие стенки. Например, современная стальная труба с двойным стыком может иметь длину 0,7 мм с обоих концов, но 0,4 мм по большей части длины трубы.


В случае аварии или повреждения существует значительный порог, при котором сталь может деформироваться до разрушения.Другими словами, прежде чем стальная рама полностью выйдет из строя, обычно должно быть серьезное предупреждение и видимый изгиб.

Часто можно упустить возможность ремонта стали. Обычно можно снова согнуть рамы, чтобы выровнять их, и устранить повреждения. Я, например, был рад, что смог снова прикрепить крепления в стойку во время экспедиции по упаковке велосипедов — это не то, что так просто с другими материалами.

Алюминий

Алюминиевый сплав далеко не такой прочный или жесткий, как сталь, но его плотность составляет около одной трети.Ранние рамы характеризовались как «ненормальные», потому что в них использовались трубки, аналогичные размерам более традиционной стали — не было учтено изменение жесткости материала, и они значительно изгибались.

Вот почему теперь мы видим алюминиевые велосипеды с трубами увеличенного размера, которые необходимы для придания раме необходимой жесткости.

Алюминиевая рама будет использовать более чем в два раза больше материала, чем сталь. Толщина стенок примерно вдвое больше, чем у стали, а диаметр трубок примерно на 20–30% больше, чтобы поддерживать подходящую жесткость.Однако меньшая плотность приведет к тому, что рама будет весить примерно на 30% меньше, чем стальная рама.

Сегодня в велосипедной промышленности используются два основных алюминиевых сплава — 6061 и 7005. Будет добавлено обозначение, указывающее на процесс закалки — часто T6 — сплав прошел. Хотя объяснение этого выходит за рамки данной статьи, это термическая обработка, улучшающая свойства сплава.

На практике разные сплавы будут неотличимы, хотя 7005 немного дешевле в работе, так как требует меньшей общей обработки.Есть несколько более экзотических сплавов, в том числе скандий и литий, которые используются в ограниченном количестве, что еще больше снижает вес рамы.


Алюминий имеет репутацию сурового сплава. Это могло быть верно для ранних кадров, но теперь это не так. Рамы, как правило, надстраиваются в зонах сварных швов, чтобы избежать растрескивания из-за усталости. Сварные швы могут действовать как концентраторы напряжений, и в настоящее время многие рамы из высококачественных сплавов, такие как серия Cannondale CAAD, сглаживают зону сварного шва, чтобы избежать какой-либо локальной концентрации напряжений.

Чрезмерное использование большего количества материала для усиления рам привело к получению жестких рам до того, как конструкции стали более изысканными. Однако в наши дни ходовая часть алюминиевой рамы может быть исключительной. Тем не менее, алюминий является более хрупким и слабым материалом, чем сталь, и поэтому рамы имеют тенденцию быть немного перестроенными, чтобы сделать рамы более прочными и обеспечить больший запас прочности.

Рамы

спроектированы таким образом, чтобы напряжения были достаточно низкими, чтобы при нормальной нагрузке они не достигли своей усталостной долговечности в течение срока службы.Добавление материала в сильно нагруженные области также может помочь перераспределить напряжение, чтобы минимизировать испытываемое напряжение.


Гидроформование используется с алюминиевыми трубками для формирования сложных форм. Поскольку 6061 более пластичен, вероятность его образования выше. В матрицу вставляется «заготовка» трубки. Жидкость проходит под невероятно высоким давлением, формируя трубку по форме формы, в которой она находится. Это позволяет адаптировать размеры и геометрию трубки для обеспечения определенных ходовых характеристик, а также может помочь перераспределить напряжения в раме.

Сталь

также может быть профилирована, хотя гидроформовка стали на самом деле не применяется к велосипедным трубам. Вместо этого трубы модифицируются механически. Овальные трубы по существу действуют как большая труба в одном направлении и как меньшая труба под углом 90 градусов к этому. Это обеспечивает жесткость в одном направлении и податливость в другом.

Титан

Титан широко используется в аэрокосмической промышленности. 3Al-2,5V является наиболее широко используемым сплавом, хотя также существует и более эффективный сплав 6Al-4V.

Несмотря на то, что в качестве элемента титан очень распространен, требуется много усилий, чтобы усовершенствовать и переработать трубы, используемые для изготовления рам. С ним относительно сложно работать, инструмент изнашивается быстрее и требует контролируемой атмосферы для сварки. Все это значительно увеличивает его стоимость.

Однако титан действительно обеспечивает оправу на всю жизнь. Он невероятно износостойкий и устойчивый к коррозии, поэтому его часто оставляют неокрашенным. Его можно сделать очень прочным.


Менее плотный, чем сталь, но тяжелее алюминия, он также находится примерно посередине по жесткости. Сложнее найти титановые трубки со стыковкой, хотя по мере роста их популярности производители предлагают все больше и больше вариантов.

Углеродное волокно

Углеродное волокно, или, точнее, полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), — новинка. Он совершенно другой, потому что его можно «спроектировать» специально для его применения.Углепластик обладает невероятной прочностью и жесткостью для своего веса, что позволяет создавать очень легкие рамы.

Металлы изотропны, то есть их механические свойства одинаковы во всех направлениях. В металлических каркасах побочным продуктом построения каркаса до необходимой прочности является то, что трубы также будут выдерживать «нециклические» нагрузки. Он выдерживает нагрузки во всех направлениях.

С другой стороны, углепластики анизотропны. Их свойства зависят от направления нагрузки. Сильные в направлении загрузки / дизайна фреймы могут быть довольно гибкими в другом.Действительно, на некоторых рамах можно заметно сжать стенки трубок.

CFRP состоит из микроскопических углеродных волокон, выровненных и удерживаемых в матрице смолы. Волокна имеют диаметр до 5 микрометров, что намного тоньше человеческого волоса. Они связаны вместе, образуя паклю.

Волокна похожи на веревки, обеспечивая большую часть прочности. Они могут выдерживать натяжение, но при сжатии могут смяться. Матрица из смолы обеспечивает правильное расположение волокон и дополнительную прочность на сжатие.Смолу необходимо отвердить, чтобы придать форму композиту.

Большинство производителей в настоящее время используют углерод с предварительной обработкой; лист из углеродных волокон, предварительно пропитанных смолой. Обычно они однонаправленные — все волокна выровнены в одном направлении, что обеспечивает высокую прочность вдоль оси волокон.

Листы должны быть собраны в несколько слоев — образуя ламинат — размещены под разными углами, чтобы выдерживать разные направления нагрузки. То, как это делается, известно как простоя.Тканый пре-прег можно использовать в качестве ударопрочного верхнего слоя и для улучшения отделки поверхности.


Листы Pre-preg используются для изготовления рам монококов. Листы нарезаются по форме и укладываются вокруг сердцевины. В кадре могут использоваться сотни отдельных частей. Затем его помещают в форму и отверждают при высокой температуре и давлении. Сердечник обычно представляет собой съемный надувной баллон, который оказывает внутреннее давление во время отверждения.

Качество укладки очень важно, поскольку плохое соединение между слоями ламината вызывает значительную слабость.Давление во время отверждения направлено на удаление пустот и создание связного прочного ламината. Контроль качества производства очень важен.

Ключевым преимуществом углеродного волокна является то, что его можно адаптировать для достижения определенных ходовых качеств. Углепластик позволяет укрепить каркас за счет добавления большего количества материала в определенных областях. Очевидный пример — усиленные нижние кронштейны, предназначенные для предотвращения изгиба во время педалирования. Ориентация волокна может быть изменена в пользу жесткости или эластичности для получения оправы, сфокусированной на гонке или комфорте.

Часто углеродное волокно с разными свойствами используется в разных частях рамы для настройки податливости и жесткости по мере необходимости. Для придания жесткости ключевой области можно использовать высокомодульный углерод. Для дальнейшей настройки свойств композита также можно использовать различные типы волокон. Например, кевлар и вектран используются для обеспечения дополнительной устойчивости к ударам.

Альтернативой использованию pre-preg является литье под давлением полимера (RTM). Это предполагает плетение «сухого» углеродного волокна вокруг оправки — съемного сердечника.Затем его пропитывают смолой под вакуумом и отверждают. Затем отдельные трубки необходимо склеить вместе.

Look — один из немногих производителей, которые используют этот метод и применяют передовые методы для формирования труб сложной формы и цельного каркаса. RTM, возможно, дает даже лучший контроль над локальными свойствами материала и может привести к более высокому качеству деталей из углеродного волокна.

Однако самым большим ограничением углеродного волокна является то, что это по своей природе хрупкий материал.В то время как металл будет гнуться перед тем, как полностью разрушиться, когда углерод достигнет предела прочности, он внезапно сломается. Отказ очень маловероятен, но когда он все же случится, скорее всего, он будет катастрофическим.

Необходимо тщательно продумать конструкцию рам, чтобы выдержать реальные сценарии и нагрузки. Тем не менее, авария, которая разрушает карбоновую раму, может разрушить и большинство других рам.


Потенциально труднее идентифицировать повреждение с углеродным каркасом — там, где металлический каркас будет изгибаться, углеродный каркас может иметь трещины, которые могут быть невидимы.Тщательная оценка повреждений карбоновых рам значительно усложняется.

Хотя углеродное волокно можно отремонтировать, это может быть трудно сделать удовлетворительно, не зная (проприетарных) деталей укладки ремонтируемой рамы. Однако многие производители предлагают программы замены при сбое.

Существует значительный интерес к повышению ударопрочности углеродного волокна путем модификации смолы и волокон, а также использования новых слоев и смол.Должно быть ясно, что разработка высококачественной углеродной рамы требует значительных затрат, и эта стоимость связана не только с производством, но и с детальным проектированием «спроектированного» материала.

Хорошая вибрация

Одной из уникальных способностей углеродного волокна является его способность гасить вибрацию. Это связано со смолой, которая эффективно фильтрует высокочастотную вибрацию, например, гудение дороги. То, что одни люди называют мертвым чувством, другие восхищаются как чрезвычайно комфортное.

Изменение свойств смолы также можно использовать для улучшения этих свойств. «Прорезинируя» смолу, она может поглощать больше вибрации. Технология Bianchi Countervail включает в себя слой гашения вибрации в укладке, который выполняет аналогичную функцию.

Металлы, напротив, действуют как пружины и не обладают значительным демпфированием. Однако рамы могут быть спроектированы так, чтобы они соответствовали требованиям, то есть отклонялись под нагрузкой, обеспечивая дополнительный комфорт. Регулировка соответствия путем выбора соответствующих размеров и геометрии трубок — ключевой способ обеспечить комфорт в металлических каркасах.


Ходовую часть рамы из карбона можно контролировать более детально, варьируя укладку в различных областях рамы, чтобы добиться соответствия или жесткости. Обсуждение тонкостей этого вопроса может занять целую дополнительную статью.

Следует отметить, что способность поглощать «дорожный шум» на самом деле не связана со способностью поглощать более сильные толчки или удары. Это гораздо больше связано с геометрией рамы, влияющей на то, как силы передаются на водителя.Комфорт и дизайн рамы — это, пожалуй, то, что мы оставим на другой день.

Итак, что лучше?

Можно сделать отличную раму из любого из упомянутых материалов, но для рамы с высокими эксплуатационными характеристиками выбор обычно сводится к углеродному волокну или алюминию. Нет никаких сомнений в том, что карбоновая рама может быть самой легкой, поэтому она выигрывает, если исходить из цифр. Алюминий обеспечивает отличный компромисс, позволяя изготавливать легкие велосипеды по более разумным ценам.К сожалению, это тот случай, когда вы получаете то, за что платите, а карбоновая рама будет дороже, чем металлический эквивалент.

Тем не менее, у многих есть что-то романтическое в красиво сделанной, высококачественной стальной раме. Что касается титана и стали, мы выходим на более нишевый рынок. Производственные рамы, конечно, доступны, но эти материалы также являются прерогативой заказчиков, которые разработают велосипед, подходящий именно вам.

В конце концов, вы должны выбрать, в чем заключаются ваши приоритеты.Вам нужен незначительный выигрыш, который может обеспечить легкая карбоновая рама, вам нужен легкий, но более дешевый компромисс алюминия, вам нужен престиж и долговечность титана, или вам нужна традиционная и универсальная сталь?

Вам также может понравиться:

СОВЕТ: Теории

СОВЕТ: Теории

Обзор:

Теория Б.Ф. Скиннера основана на идее, что обучение — это функция изменения открытого поведения.Изменения в поведении являются результатом реакции человека на события (стимулы), происходящие в окружающей среде. Ответ приводит к таким последствиям, как определение слова, удар по мячу или решение математической задачи. Когда конкретный паттерн «стимул-реакция» (S-R) усиливается (вознаграждается), индивид настраивается на ответ. Отличительной особенностью оперантного обусловливания по сравнению с опасными формами бихевиоризма (например, Торндайка, Халла) является то, что организм может испускать ответы, а не только вызывать реакцию из-за внешнего стимула.

Армирование — ключевой элемент теории Скиннера. Подкрепление — это все, что усиливает желаемую реакцию. Это может быть словесная похвала, хорошая оценка или чувство больших достижений или удовлетворения. Теория также охватывает негативные подкрепления (наказание), которые приводят к уменьшению нежелательных реакций. Большое внимание уделялось режимам подкрепления (например, интервал в сравнении с соотношением) и их влиянию на формирование и поддержание поведения.

Одним из отличительных аспектов теории Скиннера является попытка дать поведенческие объяснения широкому кругу когнитивных явлений. Например, Скиннер объяснил драйв (мотивацию) графиками депривации и подкрепления. Скиннер (1957) попытался объяснить вербальное обучение и язык в рамках парадигмы оперантного обусловливания, хотя лингвисты и психолингвисты категорически отвергли эту попытку. Скиннер (1971) занимается проблемой свободы воли и социального контроля.

Область применения / Применение:

Оперантное кондиционирование широко применяется в клинических условиях (например, для модификации поведения), а также в обучении (например, в классе) и при разработке учебных программ (например, программированное обучение). Между прочим, следует отметить, что Скиннер отверг идею теорий обучения (см. Скиннер, 1950).

Пример:

В качестве примера рассмотрим значение теории подкрепления применительно к разработке программного обучения (Маркл, 1969; Скиннер, 1968).

1.Практика должна принимать форму вопросов (стимулов) — ответов (ответов), которые постепенно знакомят учащегося с предметом.

2. Требовать, чтобы учащийся отвечал на каждый кадр и получал немедленную обратную связь.

3. Постарайтесь определить сложность вопросов так, чтобы ответы всегда были правильными и, следовательно, положительным подтверждением.

4. Убедитесь, что хорошая успеваемость на уроке сочетается с дополнительными подкреплениями, такими как словесная похвала, призы и хорошие оценки.

Принципы:

1. Положительно подкрепленное поведение будет повторяться; периодическое армирование особенно эффективно

2. Информация должна быть представлена ​​небольшими объемами, чтобы ответы могли быть подкреплены («формировать»)

3. Подкрепления будут обобщаться на похожие стимулы («генерализация стимулов»), производя вторичное кондиционирование

Артикул:

Маркл, С. (1969). Хорошие кадры и плохие (2-е изд.). Нью-Йорк: Вили.

Скиннер, Б.Ф. (1950). Нужны ли теории обучения? Психологический обзор, 57 (4), 193-216.

Скиннер, Б.Ф. (1953). Наука и поведение человека. Нью-Йорк: Макмиллан.

Скиннер, Б.Ф. (1954). Наука обучения и искусство преподавания. Harvard Educational Review, 24 (2), 86-97.

Скиннер, Б.Ф. (1957). Вербальное обучение. Нью-Йорк: Appleton-Century-Crofts.

Скиннер, Б.Ф. (1968). Технология обучения.Нью-Йорк: Appleton-Century-Crofts.

Скиннер, Б.Ф. (1971). За пределами свободы и достоинства. Нью-Йорк: Кнопф.

Обновление Airbus A350: BRaF и FPP

Airbus A350-1000 — это новейший и самый большой реактивный лайнер A350 XWB французского производителя самолетов Тулузы. Его фюзеляж такого же диаметра, как и у других самолетов этого семейства, но он будет на 7 м / 23 фута длиннее, чем готовый к производству A350-900. Более мощные, но более тяжелые двигатели позволят варианту 1000 превзойти дальность полета 900-го на 600 км / 373 мили и увеличить полезную нагрузку на 40 метрических тонн (88 185 фунтов).Однако вес пустого самолета увеличится на 2,4 тонны (5 291 фунт), а стоимость самолета будет на 9 миллионов долларов больше, чем у модели 900.

Airbus прилагает все усилия для снижения веса и затрат. Одна из программ нацелена на автоматизацию производства и оптимизацию веса и характеристик фюзеляжа из армированного углеродным волокном полимера (CFRP).

Шпангоуты представляют собой кольцевые нервюры, охватывающие внутренний диаметр фюзеляжа, которые вместе с продольными стрингерами образуют каркас самолета.Для более длинного фюзеляжа 1000-го потребуется одиннадцать дополнительных шпангоутов: пять в задней части крыла и шесть в передней части. Производство идентичных рам — это просто и дешево, но обычно это не позволяет конструировать каждую раму в соответствии с конкретными механическими требованиями в зависимости от ее расположения в конструкции. Из-за этого многие кадры имеют избыточный дизайн и, следовательно, добавляют ненужный вес. Чтобы избежать этого сценария, Airbus решил адаптировать каждую секцию ствола фюзеляжа (см. «Обновление A350 XWB ….»под» Выбором редактора «справа), включая его рамы, к нагрузкам, которые каждый будет нести. Задача заключалась в том, чтобы найти способ производить индивидуально адаптированные композитные рамы из углепластика в условиях серийного производства и делать это с минимальными затратами.

Airbus и материнская компания European Aeronautic Defense & Space Co. (EADS, Амстердам, Нидерланды) разработали этот процесс для корпусов A350-900 с использованием препрега. Но для 1000 была возможность улучшения. «Мы знали, что есть области, в которых мы можем еще больше снизить вес», — говорит Мэтью Бомонт, руководитель отдела композитных технологий EADS Innovation Works (EADS IW, Оттобрун, Германия).«Таким образом, вместо того, чтобы ждать следующую платформу, возможно, через 5-10 лет, мы увидели возможность быстрого выигрыша в снижении веса и надежности производственного процесса в течение двух-трех лет с A350-1000». Он представляет A350-900 как составной фюзеляж первого поколения и A350-1000 как поколение 1.5.

Плетеные рамки из углепластика

Чтобы избежать ограничений препрега, команда EADS IW Бомонта в течение 10 лет работала с Airbus и SGL Kumpers GmbH & Co.KG (Райне, Германия) для разработки квазибесконечного процесса изготовления одноосных плетеных преформ из сухого углеродного волокна с использованием высокоавтоматизированной кругловой машины, размер которой соответствует диаметру фюзеляжа самолета. Затем преформы пропитываются смолой, отверждаются и обрабатываются с помощью компьютерной обработки и процессов, запатентованных EADS.

«Это низкий риск и высокая степень автоматизации», — утверждает Бомонт, но для Airbus, по его словам, это совершенно новый процесс. «Это большое изменение, переход от препрега, укладываемого с помощью автоматических машин для укладки, к преформам, сплетенным из сухого волокна, которые пропитаны смолой.«Это новый шаг и для EADS IW, выходящий за рамки исследований и направленный на разработку реальных компонентов. И, как признает Бомонт, эта работа еще не завершена. «Нам предстоит еще много работы, чтобы доказать, что процесс и продукт удовлетворяют требования Airbus».

Прототип производственной линии плетеных рам (BRaF) используется с 2008 года и первоначально был установлен в Технологическом центре композитных материалов Airbus (CTC) в Штаде, Германия. С тех пор он был переведен в более крупный исследовательский центр CFK Nord, также в Штаде.

Одноосное плетение уменьшает волнистость

Автоматическая линия по производству плетения BRaF изначально была основана на существующей установке SGL Kümpers.Хотя он мог иметь больший объем и более низкую стоимость производства, он давал продукт, который демонстрировал плохие механические свойства из-за волнистости волокна, свойственной обычному плетению. Кроме того, команда заметила, что волокна часто были повреждены или ослаблены силами сдвига, действующими на них во время обычного плетения, или в результате трения в точках пересечения. EADS IW знала, что это трение можно уменьшить, используя машину с двумя оплеточными кольцами, но проблема волнистости волокна останется.Учитывая это, EADS IW начала работу над запатентованным процессом одноосного плетения.

Новый процесс, согласно патенту США 2007/0193439 A1, решает проблему сморщивания волокон за счет двух разработок. Во-первых, вместо традиционной установки, в которой все катушки снабжены армирующими волокнами, EADS IW использует катушки с армирующими нитями только для первого пути и использует бобины с вспомогательной пряжей (называемые в патенте «поддерживающими нитями») для противоположного круговой путь (см. рис. 1 справа).Во-вторых, по крайней мере, некоторые, если не все, вспомогательные пряжи / поддерживающие нити представляют собой термопластические волокна, которые нагревают до плавления, а затем охлаждают до повторного затвердевания, что приводит к хорошим характеристикам скольжения, так что трение между перекрещивающимися нитями плетения уменьшается, как повреждение волокна. Термопластические нити также удерживают армирующие волокна на месте после того, как они наложены на сердечник плетения (сердечник). В патенте поясняется: «Эластичные термопластические нити настолько плотно укладываются между армирующими нитями, что последние оказываются параллельно, практически без промежутков между ними, и поэтому укладываются почти без каких-либо волн» (см. Рис.2, справа). Таким образом, прочность на сжатие углеродных волокон значительно улучшается, как и общие механические свойства готового профиля или рамы.

Для демонстрации BRaF команда использовала HTS40 F13 12K 800tex (Toho Tenax Europe GmbH, Вупперталь, Германия) в качестве армирующего волокна и плавкое полиамидное волокно K85 Grilon производства EMS-GRILTECH (Домат / Эмс, Швейцария) для вспомогательной пряжи. Все слои имели поверхностный вес 260 г / м 2 (7,7 унций / ярд 2 ).Демонстрационная последовательность штабелирования включала 12 слоев, которые были построены вокруг алюминиевой оправки с квадратным поперечным сечением. Эти слои наносили под углом + 30 ° или -30 ° с последующим нанесением тех же армирующих волокон путем наматывания слоев под углом 90 ° или чередования однонаправленной (UD) ленты из сухих волокон в виде слоев фланца с углом 0 °.

«Реалистичные углы наклона волокон для обычных оплеточных машин составляют от ± 10 ° до ± 75 °», — поясняет Бомонт. «Таким образом, очень важно, что BRaF включает возможности 0 ° и 90 °». Однонаправленная лента из сухого волокна под углом 0 ° укладывается между слоями плетения вдоль левой и правой стороны квадратной оправки.Когда квадратная преформа разрезается пополам по горизонтали, эта лента совмещается с фланцами двух полученных С-образных секций, аналогично укладке ленты UD вдоль крышки лонжерона. Слои UD под углом 90 ° наматываются по окружности (см. Рис. 3 справа). Бомонт отмечает, что эффективное добавление слоев 0 ° и 90 ° — это разработка SGL Kümpers.

На рис. 4 (справа) показана схема оборудования демонстратора. Транспортная система описывается как способная зажимать с самоадаптирующимся положением и размахом.И плетеные, и мотальные машины могут перемещаться в боковом направлении, а также намотчик имеет функцию коррекции угла. Такое расположение оборудования позволяет изменять радиус рамы и высоту полотна. Он также может изготавливать сложные каркасы, включая выпадения слоев для плетеных слоев и слоев UD под углом 0 °, и интегрировать местные арматуры (например, произведенные FPP, описанные ниже).

Когда плетение и намотка завершены, кольцо из предварительно сформированных волокон квадратного сечения разрезается пополам, и два С-образных профиля удаляются из оправки.С-образные формы, которые соответствуют диаметру фюзеляжа самолета, как указано, могут быть дополнительно сформированы с помощью штампа и расширяемой силиконовой вставки для переворота одного из С-образных фланцев для образования Z-профиля. SGL Kümpers сообщает, что BRaF «обеспечивает максимальную гибкость конструкции и непревзойденную повторяемость для удовлетворения больших объемов производства самолетов будущего».

По словам Бомонта, на прототипе производственной линии плетеной рамы теперь можно изготавливать рамы, которые полностью функциональны и сопоставимы с рамами, которые в настоящее время производятся серийно.«Уроки, извлеченные из этого прототипа машины, — говорит он, — будут использованы при разработке окончательного производственного оборудования».

Предварительное формование волокна

EADS IW и партнеры Oxeon (Бурос, Швеция) и Manz AG (Тюбинген, Германия) разработали еще один процесс, предназначенный не только для шпангоутов из углепластика, но также для стрингеров (продольных) и для локального усиления для более крупных композитных панелей фюзеляжа (например, оконные проемы и дверные проемы). Этот процесс называется предварительным формованием волокна (FPP).

FPP был задуман как способ автоматизации производства композитных конструкций, которые в результате оптимизации топологии и других передовых методов САПР имеют очень сложную геометрию. Эти композиты, разработанные для того, чтобы превзойти традиционные металлические конструкции, имеют сложные трехмерные волоконно-оптические пути, которые нелегко создать с использованием существующих технологий, таких как ленты с препрегом.

В процессе FPP короткие (20 мм на 60 мм или 0,79 дюйма на 2,36 дюйма) участки однонаправленного волокна распределяемого жгута вырезаются и затем размещаются специализированным роботом в любом направлении для создания преформы сухого волокна, которая имеет точно подогнанную волоконная архитектура.Он сохраняет гибкость, необходимую для сложных форм и геометрий, без складок и перемычек. Робототехника снижает производственные затраты без ущерба для точности или образования отходов. Полученные преформы легко использовать в стандартных процессах впрыска и инфузии смолы, включая литье с переносом смолы (RTM) и запатентованный EADS процесс с вакуумной поддержкой (VAP), а также их можно комбинировать с другими типами преформ. (VAP, запатентованный в 2002 году, представляет собой процесс вдувания смолы в двойной вакуумный мешок, в котором внутренний мешок представляет собой газопористую мембрану, которая позволяет извлекать летучие вещества, одновременно служа барьером для смолы.)

Заготовка из сухого волокна из FPP может использоваться в качестве местного армирования для структуры препрега с использованием смолы из препрега или дополнительной пленки смолы для пропитки очень тонкой преформы (несколько слоев 100 г / м 2 ) во время отверждения в автоклаве. Бомонт также ссылается на полностью трехмерную цифровую технологическую цепочку FPP как на средство повышения надежности изготовления: «Начиная с CAD-модели детали, путем анализа напряжений и определения местоположения заплат, до программирования роботов для укладки преформ, а затем роботизированного размещения, информации о детали. никогда не удаляется из мира цифровых САПР.”

Подробнее о FPP

Партнеры EADS IW поставляют однонаправленное усиление и роботизированное оборудование. EADS IW самостоятельно разработала робота FPP и лицензировала Manz Automation Tübingen на его воспроизведение. Oxeon поставляет ленты TeXero UD Spread Tow Tap (все продукты Oxeon теперь продаются под торговым наименованием TeXtreme), которые имеют термически активируемое связующее с одной стороны для фиксации после размещения. Бомонт объясняет, что FPP не ограничивается материалами для распространения жгутов.«Мы также можем использовать ткани без обжима», — говорит он. «Однако наша цель заключалась в том, чтобы процесс предварительного формования был максимально гибким в отношении типов геометрии, которые он может изготавливать. Таким образом, мы используем небольшое количество волокна на пластырь, примерно 1 г по весу, используя жгут 12K, и раскладываем его настолько ровно, насколько можем, не теряя устойчивости, что составляет около 20 мм [0,79 дюйма] ».

Сообщается, что ткани

Beefier без изгиба ограничивают возможные геометрии и формы из-за их большего поверхностного веса и толщины. Более тонкие арматуры имеют тенденцию быть более драпируемыми и гибкими; они также помогают управлять патчем за патчем — другими словами, направлением и расположением каждого участка.«Это строительный блок нашей преформы», — говорит Бомонт. «Это процесс для деталей небольшого объема и высокой сложности. Мы говорим о нормах складирования в г / час, а не в кг / час ».

Несмотря на то, что этот процесс слишком медленный для крупных деталей, этот процесс позволяет получить индивидуальные конструкции волокон, необходимые для небольших деталей со сложной геометрией. «Мы теряем скорость осаждения, потому что пятна такие маленькие, но мы получаем гибкость и адаптируемость, что было нашей первоначальной целью». Бомонт говорит, что компоненты с весом волокна менее 500 г являются привлекательной мишенью для FPP.

Первоначально подход к изготовлению таких сложных преформ основывался на передовой технологии напыления волокна с целью обеспечения регулировки длины волокна в режиме онлайн и контроля угла укладки волокна. Однако эксперименты показали, что этот процесс не обеспечивает требуемого высокого качества материала. Таким образом, нынешняя технология была взята на вооружение. Были необходимы участки с короткими волокнами, поэтому было разработано специальное механическое режущее устройство с возможностью задавать длину резки. Лазеры рассматривались как альтернатива механической резке, но они не показали улучшения процесса или скорости.Что касается размера, Бомонт комментирует: «До сих пор мы использовали участки размером 20х60 мм, но мы не ограничены ни этим размером, ни формой. Например, мы могли бы использовать треугольные заплатки ».

Роботизированная машина для укладки собирает участки волокна и размещает их, как определено в цифровом контрольном файле. Накладочная головка изготовлена ​​из эластичного материала, который обеспечивает оптимальный контакт со сложными изогнутыми поверхностями и оказывает равномерное давление по мере наложения пятен.

Обеспечение качества (QA) во время резки и укладки было заботой EADS IW с самого начала.Бомонт рассказывает: «Этапы контроля качества были встроены в процесс разработки, а не на последнем этапе между прототипированием и производством». Первый шаг гарантирует отсутствие расщепления волокон и правильную форму заплатки после ее разрезания. На следующем этапе контроля качества роботизированная машина для укладки снимает участок волокна с конвейерной ленты и перемещает его на станцию, где лазерное устройство по существу делает снимок участка. В реальном времени местоположение и ориентация нашивки на роботизированном штампе оценивается и сравнивается с данными компоновки САПР.Если корректировка необходима, об этом сообщается роботу, который затем компенсирует любые отклонения в положении накладки на штампе, регулируя поворот на количество градусов, необходимое для корректировки положения штампа, когда он помещается на преформу. . Таким образом, и геометрия, и положение каждого участка проверяются как неотъемлемая часть процесса.

FPP использует рудиментарную систему рулевого управления. По сути, робот определяет местонахождение патча, используя координаты x, y и z как для точки 1 (начало патча), так и для точки 2 (конец патча), так что для его точного позиционирования необходимы только шесть чисел и начальная ссылка. .Сочетание системы рулевого управления и контроля качества обеспечивает допуск позиционирования заплатки ± 0,1 мм (± 0,04 дюйма).

Когда было обнаружено, что образцы перекрытия пятен значительно влияют на прочность композитной преформы, была разработана чешуйчатая накладка с закругленными передним и задним краями, позволяющая размещать участки на одной линии. Заплаты также помогают поддерживать высокую прочность и жесткость деталей со сложной кривизной и геометрией. Команда обнаружила, что полученные композиты могут противостоять межслойному расслаиванию и распространению трещин.По сравнению с композитами, армированными непрерывным волокном, ламинаты из FPP показали небольшое снижение прочности (14 процентов), но практически такую ​​же жесткость.

Дополнительные эксперименты показали, что отказ в основном произошел из-за разрушения волокна. Бомонт объясняет: «С короткими прерывистыми волокнами в этих участках можно ожидать разрушения между участками, но тестовые образцы этого не показывают. Тесты на отказ показывают результаты, которые выглядят так же, как и для ламинатов из непрерывного волокна ». Испытания на удар также показали способность поглощать относительно высокие энергии удара с небольшими площадями повреждения и высокой остаточной прочностью на сжатие по сравнению с ламинатами из непрерывных волокон.

BRaF и FPP продвигаются вперед

На начальном этапе BRaF получил награду JEC Innovation Award за автоматизацию в 2010 году и премию Niedersachsen Innovation Award, которая была вручена на ежегодном съезде CFK-Valley Stade Convention за разработки с особенно высокой степенью инноваций в легкой конструкции из углепластика. Примечательно, что судьи JEC Innovation Award предсказали, что этот процесс позволит композитам конкурировать с металлами за их применение в конструктивных элементах планера.Но работа продолжается в форме BRaF II с целью оптимизации всего процесса, включая встроенную фиксацию вспомогательной пряжи (плавление и охлаждение), автоматическую резку и уточнение станции загрузки и разгрузки. Новые материалы оправки также будут исследованы, как и встроенные меры контроля качества, такие как мониторинг волокна в намотчиках и плетеных машинах, а также оптическое определение угла для слоев плетения. Дальнейшая разработка материала BRaF направлена ​​на снижение поверхностного веса, повышение нагрузки на подшипник и усиление защиты кромок от ударов.

Разработка технологий будет финансироваться Airbus в течение следующих двух лет, что приведет к квалификации и сертификации как компонентов рамы, так и самого процесса. Это перенесет сертификацию рам до 2013 года, но она должна легко приспособиться к началу производства компонентов А350-1000, перед сборкой и испытаниями до того, как самолет будет введен в эксплуатацию в 2017 году. Серийное производство преформ плетеной рамы будет поручено поставщику, например SGL Kümpers, партнеру EADS IW.

Тем временем компания FPP получила от EADS IW еще одно признание JEC в категории «Автоматизация», на этот раз в качестве финалиста конкурса Innovation Awards 2011. И первое приложение FPP, стрингеры, разрабатывается в рамках проекта IMac-Pro, финансируемого Седьмой рамочной программой Европейской комиссии. EADS IW возглавляет проект, стремясь снизить вес как минимум на 20 процентов по сравнению с алюминиевыми профилями и минимум на 5 процентов при снижении стоимости на 45 процентов по сравнению с профилями из препрега.

В настоящее время исследуются различные процессы для уплотнения и отверждения преформ стрингера, включая RTM с адаптируемыми элементами для компенсации оседания преформы (уменьшение толщины), непрерывное впрыскивание смолы и высокоскоростной микроволновый нагрев.Планируется три демонстратора: (1) усиленная панель с четырьмя предварительно отвержденными стрингерами на обшивке из препрега; (2) усиленная панель с четырьмя преформами стрингера и текстильной оболочкой, отвержденной одновременно; и (3) блок грузового пола, состоящий из изогнутого каркасного профиля, прямой перекладины и z-распорок.

Бомонт также видит потенциал для FPP и BRaF. «FPP хорошо подходит для производства местной арматуры, например, там, где балки перекрытия прикрепляются к кольцевым каркасам [фюзеляжа], — говорит Бомонт, — где просто требуется больше волокна и в определенных индивидуальных схемах».Он также считает, что это может улучшить усиливающие конструкции, такие как дверные проемы. «Мы действительно видим использование местного усиления при производстве плетеных рам из углепластика, предназначенных для A350-1000, — заявляет Бомонт, — но будет ли этот процесс похож на разработанный FPP или что-то более примитивное, мы не знаем». Он добавляет, что FPP для рамок фюзеляжных колец может быть более оптимизирован, чтобы лучше соответствовать потребностям производства этого продукта, по сравнению с FPP для местного усиления панелей фюзеляжа, что должно использовать больше расширенных возможностей процесса.

У вас недостаточно прав для чтения этого закона в это время

У вас недостаточно прав для чтения этого закона в это время Логотип Public.Resource.Org На логотипе изображен черно-белый рисунок улыбающегося тюленя с усами. Вокруг печати красная круглая полоса с белым шрифтом, в верхней половине которого написано «Печать одобрения», а в нижней половине — «Public.Resource.Org». На внешней стороне красной круглой марки находится круг. серебряная круглая полоса с зубчатыми краями, напоминающая печать из серебряной фольги.

Public.Resource.Org

Хилдсбург, Калифорния, 95448
США

Этот документ в настоящее время недоступен для вас!

Уважаемый гражданин:

В настоящее время вам временно отказано в доступе к этому документу.

Public Resource ведет судебный процесс за ваше право читать и говорить о законе. Для получения дополнительной информации см. Досье по рассматриваемому судебному делу:

Американское общество испытаний и материалов (ASTM), Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA), и Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ASHRAE) v.Public.Resource.Org (общедоступный ресурс), DCD 1: 13-cv-01215, Объединенный окружной суд округа Колумбия [1]

Ваш доступ к этому документу, который является законом Соединенных Штатов Америки, был временно отключен, пока мы боремся за ваше право читать и говорить о законах, по которым мы решаем управлять собой как демократическим обществом.

Чтобы подать заявку на получение лицензии на чтение этого закона, ознакомьтесь с Сводом федеральных нормативных актов или применимыми законами и постановлениями штата. на имя и адрес продавца.Для получения дополнительной информации о постановлениях правительства и ваших правах как гражданина в соответствии с нормами закона , пожалуйста, прочтите мое свидетельство перед Конгрессом Соединенных Штатов. Вы можете найти более подробную информацию о нашей деятельности на общедоступных ресурсах. в нашем реестре деятельности за 2015 год. [2] [3]

Спасибо за интерес к чтению закона. Информированные граждане — это фундаментальное требование для работы нашей демократии.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *