Proceso de Fabricación de Cuadros de Bicicleta

El cuadro de la bicicleta es el esqueleto de la misma, conectando las ruedas delantera y trasera, el asiento y el sistema de transmisión. Debe equilibrar resistencia, rigidez, ligereza y comodidad. El proceso de fabricación del cuadro afecta directamente el rendimiento, el peso y el costo de la bicicleta, y es aplicable a varios tipos, como bicicletas de carretera, de montaña y plegables.

1. Diseño y Preparación

• Diseño del Cuadro: Se utiliza CAD o SolidWorks para el modelado tridimensional, optimizando la estructura geométrica y la distribución de los tubos, considerando el tipo de ciclismo (como carreras, todoterreno). El análisis de elementos finitos (FEA) se utiliza para verificar la resistencia y la rigidez.
• Preparación de Materiales:
  • Acero/Aleación de Aluminio: Se compran tubos o láminas de tamaño fijo, cortados a la longitud requerida.
  • Fibra de Carbono: Se prepara el preimpregnado (tela de fibra de carbono + resina), que debe conservarse refrigerado.
  • Aleación de Titanio: Se compran tubos de alta precisión, verificando la calidad de la superficie.

2. Conformado de Tubos

• Acero/Aleación de Aluminio:
  • Extrusión: Se extruye el lingote de metal para formar el tubo, controlando el espesor de la pared (0.8-2.0mm).
  • Estirado: Se forma un tubo de forma irregular mediante estirado en frío (como un tubo de doble conificado, con espesor de pared gradual), mejorando la resistencia y la ligereza.
  • Hidroformado: Se utiliza para tubos de forma irregular complejos, donde agua a alta presión (aproximadamente 100 MPa) dentro del molde hace que el tubo se ajuste al molde.
• Fibra de Carbono:
  • Laminado: El preimpregnado se lamina en ángulos específicos (0°/45°/90°), controlando la dirección de la fibra para optimizar la rigidez.
  • Moldeo por Compresión: Se calienta y cura en un molde (120-180°C, presión de 5-10 bar), formando el tubo o el cuadro completo.
• Aleación de Titanio: Se utilizan principalmente tubos sin costura, que requieren corte de precisión y tratamiento de curvado de tubos.

3. Soldadura y Conexión

• Acero:
  • Soldadura TIG (GTAW): Común, la soldadura es uniforme, adecuada para tubos de pared delgada.
  • Soldadura Fuerte: Se utiliza para acero al cromo-molibdeno, la temperatura es más baja (aproximadamente 900°C), reduciendo la zona afectada por el calor.
• Aleación de Aluminio:
  • Soldadura TIG o MIG: Es necesario controlar la temperatura de soldadura (aproximadamente 600°C) para evitar que el sobrecalentamiento reduzca la resistencia.
  • Post-Tratamiento: Tratamiento térmico (T6, temple a aproximadamente 500°C + envejecimiento a 180°C) para restaurar la resistencia del material.
• Fibra de Carbono:
  • Adhesión: Se utiliza resina epoxi para unir los tubos y las juntas (como juntas de aleación de aluminio o fibra de carbono).
  • Moldeo Integral: Los cuadros de gama alta se moldean en un molde completo, sin necesidad de soldadura.
• Aleación de Titanio:
  • Soldadura TIG: Debe operarse bajo protección de gas inerte para evitar la oxidación.
  • Posicionamiento con Plantillas: Asegura la precisión de la soldadura (desviación <0.2mm).
• Conectores: Como la caja de pedalier (soporte del eje inferior), el tubo de dirección, etc., requieren un mecanizado de alta precisión (tolerancia ±0.1mm) para adaptarse a los accesorios estándar.

4. Perforación y Acabado

• Perforación:
  • El cuadro necesita orificios roscados (para portabidones, instalación de frenos) y orificios pasantes (para el enrutamiento de cables).
  • Mecanizado CNC: Las máquinas CNC se utilizan para taladrar y fresar con alta precisión, con una tolerancia de posición del orificio de ±0.05mm.
  • Perforación Manual: Se utiliza para cuadros personalizados o de lotes pequeños, con menor eficiencia.
• Acabado:
  • Fresado/Rectificado: Elimina las rebabas, asegurando que las juntas sean lisas.
  • Roscado: Mecaniza las roscas de la caja de pedalier y del portabidones, requiriendo machos de roscar de alta precisión.

5. Tratamiento de Superficie

• Acero:
  • Granallado/Chorreado de Arena: Elimina la capa de óxido, rugosidad superficial Ra 3.2-6.3μm.
  • Galvanizado o Pintura: Tratamiento antioxidante, imprimación epoxi + pintura de poliuretano común, espesor de la capa 50-100μm.
• Aleación de Aluminio:
  • Anodizado: Forma una película de óxido (10-20μm), mejorando la resistencia a la corrosión y la estética.
  • Pintura: Se puede elegir un revestimiento mate o brillante, mejorando la apariencia.
• Fibra de Carbono:
  • Capa de Barniz: Protege la capa de fibra, espesor de aproximadamente 30-50μm, manteniendo la textura de la fibra de carbono.
  • Calcomanías: Aumenta la identificación de la marca, debe ser resistente al desgaste y a la intemperie.
• Aleación de Titanio:
  • Acabado Cepillado: Forma una textura uniforme, sin necesidad de revestimiento adicional, manteniendo la textura metálica.

6. Control de Calidad

• Inspección Dimensional: Se utiliza una máquina de medición de coordenadas para verificar la longitud del tubo, el ángulo y la precisión de la posición del orificio (desviación <±0.2mm).
• Prueba de Resistencia: Simula la carga de ciclismo (aproximadamente 1000N), verificando la deformación del cuadro y la vida útil a la fatiga.
• Calidad de la Superficie: Verifica la soldadura, la uniformidad del revestimiento y la ausencia de grietas y burbujas.
• Prueba de Montaje: Instala accesorios estándar (como horquilla delantera, bielas), verificando la compatibilidad.