午夜视频在线网站,日韩视频精品在线,中文字幕精品一区二区三区在线,在线播放精品,1024你懂我懂的旧版人,欧美日韩一级黄色片,一区二区三区在线观看视频

分享

碳纖維自行車的生產(chǎn)過程

 夢澤赤子 2014-11-02

TREK碳纖維自行車怎么做的


想象一下有這么一件絕密的東西,絕密到甚至連制造的人都說不清它是什么。在1990年吉姆·科萊格羅夫(JimColegrove)加入這支從事OCLV(最優(yōu)致密碳纖)項(xiàng)目研發(fā)的團(tuán)隊(duì)以前,就從事這種軍事與航空復(fù)合材料工程團(tuán)隊(duì)的工作。吉姆目前是這支團(tuán)隊(duì)的首席工程師,并且為TREK的碳纖材料生產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

我們十分榮幸能夠在吉姆的帶領(lǐng)下,從頭到尾地參觀TREK位于沃特魯?shù)奶祭w維自行車生產(chǎn)基地。稍事休息,我們將會(huì)看到TREK的OCLV碳纖自行車到底是如何在威斯康星州一步步制造出來的。

在任何碳纖材料進(jìn)入生產(chǎn)線之前,TREK自行車的所有設(shè)計(jì)工作都已經(jīng)在高級(jí)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室(ACL)展開了。你可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)室看做是一個(gè)測試機(jī)構(gòu),相當(dāng)于是一個(gè)小型的生產(chǎn)線,所有新型碳纖材料的設(shè)計(jì)和連接都要在這里進(jìn)行測試。近些年來,我聽到過兩種有關(guān)TREK的碳纖自行車的傳言:一是TREK從未在美國本土生產(chǎn)碳纖自行車,二是一旦TREK的海外工廠被授權(quán)生產(chǎn)OCLV,就意味著美國本土不再生產(chǎn)自行車了——每條都看起來像是真的一樣。從TREK在威斯康星州生產(chǎn)碳纖制品開始,他們就在緩慢地將生產(chǎn)向海外轉(zhuǎn)移,以保持競爭力。TREK在產(chǎn)品質(zhì)量控制、測試與生產(chǎn)環(huán)節(jié)投入了大量的資金和精力,使得在海外生產(chǎn)的自行車同樣可以達(dá)到TREK在美國本土的標(biāo)準(zhǔn)。

但是最高端的碳纖自行車還是大部分在威斯康星州本土生產(chǎn),并且工廠還是在正常出貨。

在ACL的生產(chǎn)現(xiàn)場,你會(huì)發(fā)現(xiàn)到處是同樣的碳纖切割和沖壓工具,但是數(shù)量并不多。這里就是生產(chǎn)碳纖車架原型的地方,很可能TREK贊助的專業(yè)車手們使用的車架也是以同樣的工序在這里生產(chǎn)的。我們在這里聽到最多的關(guān)鍵詞就是質(zhì)量、精度和重復(fù)。圖中上方的藍(lán)色機(jī)器是單個(gè)碳纖車架的成型機(jī)器(后文有詳細(xì)介紹),下面是一臺(tái)計(jì)算機(jī)輔助碳纖裁剪臺(tái)。



圖中,一名工人正在連接Madone或者Domane車架的五通和后下叉。墻上掛著幾款有意思的車架,可惜我不能靠近去拍一個(gè)特寫。ACL還有自己的冰箱,用來存放未加工的碳纖材料,冰箱旁邊綠色的爐子便是用于車架成型的固化爐。


一旦設(shè)計(jì)方案定稿,通過了測試和批準(zhǔn),便可以在TREK內(nèi)部的復(fù)合材料生產(chǎn)線上開工了。吉姆半開玩笑似地提醒我們禁止拍照——除非吉姆同意。


走進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場,你會(huì)看到儲(chǔ)存有大量碳纖材料的冷庫,里面存放著所有預(yù)浸(用樹脂預(yù)浸碳布以備成型)過的碳布輥筒,整齊的排放在右側(cè)備用。這些碳布在使用之前只能存放兩周,TREK每次取走的數(shù)量大約是不到一周的生產(chǎn)用量。但是要注意:碳布冷庫里不能存放任何食物和飲品!如果你像我一樣好奇的話,可以算一下,每卷碳布重達(dá)70磅,每磅價(jià)值35到40美元,算一下會(huì)發(fā)現(xiàn)地板上一共堆放著價(jià)值超過2.2萬美元的碳布!

未經(jīng)處理的碳布會(huì)被用各種方式裁剪成便于加工的片狀。第一張照片中帶有黃條的機(jī)器是其中一臺(tái)裁剪工具,既可以直接裁剪碳布,也可以將成卷的碳布展開鋪在裁剪臺(tái)上進(jìn)行人工裁剪。像許多自行車廠商一樣,TREK同時(shí)使用單向和編織的碳布,但是我們所能見到的大部分是UD碳布(譯者注:UD碳布全稱叫做UNIDIRECTIONAL CARBON,單向碳纖維預(yù)浸碳布,韌性較低,定向剛性和強(qiáng)度較高)。編織碳布多用在碳纖制品的表層作為裝飾,同時(shí)也可以增強(qiáng)車架的性能。UD碳布中所有的碳纖維都是朝著同一個(gè)方向排布的,因此UD碳布的強(qiáng)度更高,同時(shí)也允許工程師根據(jù)車架的特殊要求來裁剪相應(yīng)的接頭。雖然TREK曾使用過三菱公司的碳布,但是現(xiàn)在向赫氏公司和東麗公司采購碳布。你或許聽說過TREK所使用的碳布中有一部分是不允許在非北約國家使用的,這的確是事實(shí),這也是TREK的高端車仍然在美國本土生產(chǎn)的原因之一。事實(shí)上,這些高模和超高模的碳布是被劃分為戰(zhàn)略物資的,不允許出口到非北約國家,以防止他們使用這些碳布制造武器而不是自行車。同時(shí),使用的碳布不同,也就意味著美國本土和海外生產(chǎn)的車會(huì)存在差異。

每一卷碳布在生產(chǎn)出來之后都會(huì)在表面印刷一些數(shù)字標(biāo)簽來表明所使用的材料。吉姆提到航空航天用的碳部件之所以如此昂貴,其中一個(gè)原因就是要反復(fù)核實(shí)所使用的材料是他們所需要的,直到最終制成產(chǎn)品。如果機(jī)翼出了問題,那么就會(huì)追查到工廠出廠的每一批材料。對于自行車的生產(chǎn)來說,完全不需要搞這么多措施,因此整個(gè)生產(chǎn)過程的成本相對來說就低了很多。

編織碳布表面貼的紅色薄膜,或者叫牽引條(覆蓋著12,000根碳纖維)是一卷碳布的自由端。有了這層薄膜,碳布在卷起來之后就不會(huì)互相粘連在,當(dāng)碳布鋪展開之后就可以把它撕掉了




當(dāng)碳布鋪展在裁剪工作臺(tái)上后,激光引導(dǎo)系統(tǒng)就會(huì)投下激光圖案來標(biāo)明哪些地方需要裁減,如何去裁減。激光的移動(dòng)速度非常快,你用眼睛看到的是一副完整的圖像,但是用相機(jī)去拍攝時(shí)只能看到一部分的圖像,這一部分圖像就是在相機(jī)快門的時(shí)間內(nèi)激光所走過的路徑。在碳纖維布裁剪成片后,他們使用一種高科技的標(biāo)記系統(tǒng)做出永久性標(biāo)記以區(qū)分每一塊碳布。

有一些形狀復(fù)雜的碳布?jí)K難以手工裁剪,由計(jì)算機(jī)控制的裁剪裝置就會(huì)迅速裁剪出上百塊相同的碳布。裁剪時(shí)的布局要求盡可能地少浪費(fèi)材料,就算是不能繼續(xù)裁剪的下腳料也要回收處理?;厥盏南履_料被送往位于南卡羅來納州的材料處理技術(shù)中心進(jìn)行強(qiáng)化熱塑處理,用于制造航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備以及娛樂裝置。TREK回收三種類型的碳布,包括上面提到過的未加工的預(yù)浸碳布、與要求不一致的部件(沒有達(dá)到精度要求的零件等)以及質(zhì)保期內(nèi)回收的車架。



如右圖所示,當(dāng)碳布被裁剪成小塊的布料后,會(huì)被整齊的擺放在相應(yīng)的抽屜里。每個(gè)抽屜里面的碳布的形狀和大小都是一樣的,相當(dāng)于只有一塊碳布,只能用在某一輛自行車的某個(gè)地方。當(dāng)進(jìn)行到車架的組裝工序時(shí),所需使用的帶有標(biāo)簽的碳布?jí)K就會(huì)被挑揀出來貼合在相應(yīng)的位置上,同時(shí)碳布上的標(biāo)簽也會(huì)作為區(qū)分自行車的標(biāo)識(shí)。下次再見到這塊碳布的時(shí)候,可能就是2013款Madone發(fā)布的那個(gè)周三了!

盤子里準(zhǔn)備了許多經(jīng)過復(fù)雜設(shè)計(jì)的小部件,工人們將它們裝配在預(yù)先成型的結(jié)構(gòu)體上,然后送往模具中進(jìn)行進(jìn)一步的成型。圖中好像是在生產(chǎn)車架的后下叉或者是前叉的叉腿,放大一下圖片來看看究竟需要多少片碳布才能制作出一個(gè)叉腳!

一些比較大的結(jié)構(gòu)體,比如立管的連接處,就要將碳布一片一片地貼在模具里。工廠里有許多教具供工人實(shí)習(xí),確保在實(shí)際的生產(chǎn)過程中,每一片碳布都能完美地貼合在相應(yīng)的位置。圖中就是一個(gè)連接車架上管、頭管和下管的模具。



當(dāng)所有的碳布貼合到位后,OCLV氣囊就會(huì)以一定的方式放置在合適的位置,然后就可以扣合模具了。OCLV的成型過程是一個(gè)高度保密的生產(chǎn)環(huán)節(jié),當(dāng)然也就不允許我們拍照了。模具會(huì)被接入480伏的高壓電源并施以巨大壓力,可以想象,模具里面的碳纖材料承受著極高的內(nèi)外雙重高溫高壓的作用,從圖中可以看到模具現(xiàn)在的溫度是華氏195度(約91攝氏度)。圖中只展示了TREK幾個(gè)比較小的成型工作區(qū),我身后的工作區(qū)有圖片中的三到四倍大。

經(jīng)過一定時(shí)間高溫高壓的煎熬,車架終于可以從模具里拿出來了,隨后便會(huì)使用圖中所示的各種檢測工具進(jìn)行質(zhì)檢。經(jīng)過質(zhì)檢的車架便會(huì)根據(jù)訂單進(jìn)行分組。但是這并不是最終的質(zhì)檢,只是為了確保這些部件可以進(jìn)行下一步的加工。每一道質(zhì)檢程序都非常嚴(yán)格,確保最終生產(chǎn)出的每一件產(chǎn)品都不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題。

碳車圈?沒錯(cuò),它們也是在這里制造的。圖中已經(jīng)制作好的車圈擺放在桌子上,旁邊一名工人正在打開制作車圈的模具。

一張留影證明我確實(shí)在威斯康星州。坐落在威斯康星州的工廠都會(huì)引用一句文斯·隆巴迪的勵(lì)志名言。




如果車架、零件或是輪子需要后續(xù)加工,那么它們還要進(jìn)入其他車間。肯定還會(huì)有人納悶,機(jī)器到底在哪里?圖中,一個(gè)Speed Concept計(jì)時(shí)賽車架正在使用CNC機(jī)床進(jìn)行內(nèi)走線的打孔。

在我們參觀的時(shí)間段(周五下午)大部分機(jī)器并沒有運(yùn)轉(zhuǎn),但是車間太多了,搞得我眼花繚亂。TREK采用的是單元式制造系統(tǒng)布局,也就是說制造一種車架所需要用到的機(jī)器全都集中在一起運(yùn)作。上圖中就是一個(gè)Madone車架的制造單元,整個(gè)工廠里到處都是不同車架的制造單元。

如果說3D打印是最有趣的設(shè)計(jì)工具之一,那么這便是最有趣的制造工具之一。這臺(tái)名叫Buzz的大型機(jī)械手有且只有一個(gè)任務(wù)——在碳車圈上鉆出輻條孔。鉆孔的角度、直徑和深度都被嚴(yán)格控制,以確保這臺(tái)黃色怪獸能夠在籠子這么小的空間內(nèi)完成這項(xiàng)任務(wù)。車圈在底座的中央被夾緊后,籠子關(guān)閉,在機(jī)械手鉆孔的同時(shí),這些巨大的軟管會(huì)提高籠子內(nèi)的真空度來吸走碳?jí)m或碎屑。




可能你不太熟悉TREK的碳纖連接工藝,TREK之所以使用接頭來連接是因?yàn)檫@樣可以便于車架每一部分的調(diào)整,使其具有一定的特性,這樣加工比采用單殼體要實(shí)際得多。吉姆說他不太喜歡“單殼體”這個(gè)術(shù)語,因?yàn)樾袠I(yè)內(nèi)并沒有正確使用這個(gè)術(shù)語,讓人感覺僅僅是外部結(jié)構(gòu)承受著所有的載荷,而沒有任何內(nèi)部的支撐。然而,不可否認(rèn),沒有長纖維貫穿其中,接頭處總是最薄弱的環(huán)節(jié)。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn),TREK研發(fā)出了一種臺(tái)階式接頭,三個(gè)臺(tái)階面互相增強(qiáng)了接合處的強(qiáng)度。這樣一來,接頭處不但變得更長,同時(shí)也能與整根碳管保持相同的厚度。環(huán)氧樹脂從軟管中緩緩流出,粘合一輛車只需要這么一小杯,與玻璃微珠混合均勻就可以了。這些玻璃微珠的直徑僅有四千分之一英寸,如此小的玻璃珠可以填補(bǔ)接頭處細(xì)小的縫隙,將它們完美地粘合在一起。

然后我又問他們是怎樣算出每個(gè)接頭到底需要涂抹多少環(huán)氧樹脂呢?對于這個(gè)問題,吉姆的回答是:“我很高興你會(huì)問這個(gè)問題?!杯h(huán)氧樹脂的用量是根據(jù)接頭處的尺寸和厚度要求計(jì)算出來的。我們在鋁材的表面機(jī)加工出許多凹坑,這些凹坑可以吸附精確數(shù)量的環(huán)氧樹脂,我們的環(huán)氧樹脂工藝大師曼紐爾就會(huì)將杯子中的環(huán)氧樹脂均勻地涂抹在有凹坑的表面上,使其能夠更好地粘合每一個(gè)接頭。這項(xiàng)工作看似很輕松,但是要一遍又一遍的重復(fù)去做,因?yàn)闅埩粼谲嚰軆?nèi)部的環(huán)氧樹脂會(huì)額外增加車架的重量,更別提環(huán)氧樹脂的浪費(fèi)了。涂抹樹脂的量要恰到好處,既能完全填滿接頭處的縫隙,又要稍微多擠出一點(diǎn)來確保粘合的強(qiáng)度。

至此,所有的碳布?jí)K都被貼合到車架上了,曼紐爾用浸滿工業(yè)酒精的布料去除毛邊。在我們的參觀過程中并沒有見到這道工序,但是在噴漆前,接頭處的表面會(huì)被打磨平整,所以你才能在展示廳見到那些光滑圓潤的車架。



已經(jīng)完成的車架會(huì)被裝夾在特制的碳纖夾具上,送入固化爐中進(jìn)行固化處理。夾具是用與車架相同的碳纖材料制作的,因此它們與車架有相同的熱膨脹率。這對于保證制造精度有很重要的作用,尤其是對自行車的制造精度要求越來越高的今天。在以前的生產(chǎn)過程中對精度要求沒有這么高,碳纖夾具又太貴,所以一直是使用金屬夾具,但是現(xiàn)在所有的車架都是使用碳纖夾具了。當(dāng)固化處理完成后,車架就可以從固化爐中取出,并且從夾具上取下來了。

接下來要進(jìn)行更多方面的質(zhì)檢,雖然這一過程由計(jì)算機(jī)來完成。上圖中的車架并沒有被完全固定,這樣才能讓你知道它到底符不符合要求,因?yàn)樗磳⒁邮軠y試。所有這些測量設(shè)備都與電腦相連接,以確保車架的各項(xiàng)尺寸都處在最小的公差范圍內(nèi)。

手工打磨車架的工人們應(yīng)當(dāng)給予更多的尊重。雖然換氣設(shè)備的運(yùn)行保證了打磨工作區(qū)的清潔,但這里仍然是噪聲最大、最刺耳的工作環(huán)境。我想如果有合適的耳塞和口罩的話,你可能會(huì)逐漸適應(yīng)這里的環(huán)境,但我還是希望5分鐘后能離開這里。這里有許多這樣的工作區(qū),每個(gè)工作區(qū)可容納三位工人同時(shí)工作。



已經(jīng)制作完成的Madone、Speed Concept、Session車架都已經(jīng)在這里等待噴漆了,但是怎么沒有見到前叉呢?到處都是已完工或著部分完工的部件在等待進(jìn)行下一步的加工。由此可見,威斯康星州的制造業(yè)是多么的生機(jī)勃勃。

本著不斷改良、不斷進(jìn)步的精神,以及TREK在廣受歡迎的Project One項(xiàng)目上的投資,我們正在參觀的,便是一間新的定制涂裝自動(dòng)化噴涂控制室。這間頗有未來主義風(fēng)格的控制室包含了一個(gè)直接用噴嘴噴出新鮮空氣的凈化室,以及一塊可以吸附鞋底灰塵的門墊,這樣就不會(huì)給噴涂區(qū)域帶入任何污染。已經(jīng)裝夾好的車架將會(huì)通過運(yùn)輸帶陸續(xù)穿過控制室,里面的機(jī)械臂將會(huì)依次對車架進(jìn)行噴涂。

當(dāng)噴涂工序完成后,車架被送往貼花工作區(qū),濕轉(zhuǎn)印貼紙會(huì)在車架涂上光亮的清漆之前貼在車架上。

Project One的定制車架會(huì)在被掛起來之前挑揀出來,隨后運(yùn)往車店。我們得知,這臺(tái)標(biāo)著sPartHacus的Domane車架將會(huì)被送往德國,不知道sPartHacus會(huì)不會(huì)正在讀這篇文章,或者已經(jīng)收到了這臺(tái)車架?

車架通過一根傳送帶在工廠里面循環(huán)運(yùn)送,還會(huì)被抬得很高。


最后,把該貼的標(biāo)簽、該涂的字樣弄好,這些在威斯康星州TREK的生產(chǎn)線上生產(chǎn)的車架終于可以裝箱了。


    本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間,所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布,不代表本站觀點(diǎn)。請注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購買等信息,謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容,請點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。
    轉(zhuǎn)藏 分享 獻(xiàn)花(0

    0條評論

    發(fā)表

    請遵守用戶 評論公約

    類似文章 更多