Революция в велоспорте: история создания инновационного картерного сцепления

В этом видео Уэс Вулфенбаргер и Гэри Мейо описывают, что натолкнуло их на идею уникальной велодетали и как они прошли от разработки к международной компании, производящей более 100 вариаций этой детали.

Когда увлеченный велосипедист и профессиональный веломастер Гэри Мейо решил произвести свой новый дизайн картерного сцепления (bottom bracket) велосипеда, он работал в веломагазине и не имел опыта металлообработки. Но с помощью друга и будущего делового партнера Уэса Вулфенбаргера и ближайшего дистрибьютора станков они решили проблему преждевременного выхода из строя подшипников, которая годами терзала велоиндустрию.

Идея Мейо о новом дизайне картерного сцепления возникла, когда его новый карбоновый велосипед за $5000 пришел в магазин в 2013 году с двумя пластиковыми корпусами подшипников для стыковки с высококлассным титановым системой педалей. Поняв, что нужен лучший дизайн, он задумался: не станет ли цельнолитой алюминиевой конструкция лучшей альтернативой?

Он проконсультировался с Вулфенбаргером, механическим инженером, работавшим на машиностроительном заводе, по поводу своей идеи. Вдохновленные перспективой, они работали над прототипом на рабочем месте Вулфенбаргера. В конечном счете они решили создать свой машиностроительный цех в Норт-Литл-Рок (Арканзас) для серийного производства картерных сцеплений.

Что такое картерное сцепление?

Картерное сцепление велосипеда — узел, соединяющий систему педалей с рамой, позволяя ей вращаться независимо от рамы. На композитных рамах картерное сцепление прессуется в картер рамы и содержит два подшипника с каждой стороны.

Партнеры решили, что могут обработать тонкостенный алюминиевый корпус для двух подшипников из трубчатой заготовки. Затем подшипники можно впрессовать в каждый конец трубки, создавая монолитное сцепление с улучшенной концентричностью между подшипниками.

К счастью, у Вулфенбаргера были рабочие отношения с местным дистрибьютором станков TechMach (Роджерс, Арканзас), у которого в наличии был токарный станок Doosan. После ознакомления со станком на площадке дистрибьютора, партнеры решили, что токарный центр Doosan Lynx 220 LYA должен стать их первой покупкой из-за скорости шпинделя 6000 об/мин. Эта высокая скорость критична для удержания очень жестких допусков, требуемых тонкостенным алюминиевым корпусом, объясняет Вулфенбаргер.

Мейо арендовал помещение 140 кв.м (1500 кв.фут) с помощью TechMach. Дистрибьютор также проконсультировал по вопросам электропитания, риггинга и финансирования. Это было началом успешного приключения стартапа под названием BBInfinite.

Компания, названная по продукту (bottom brackets — картерные сцепления) и «Infinite» («бесконечный», как «вращающийся вечно»), быстро получила патент на свою монолитную конструкцию, по словам Вулфенбаргера.

Проблема решена

Вулфенбаргер объясняет: большинство велопроизводителей используют двухчастное картерное сцепление — два подшипника, каждый в собственном корпусе, по одному с каждой стороны рамы. Но этот дизайн проблематичен: когда один из подшипников смещается (из-за неравномерной нагрузки), один из них изнашивается быстрее другого.

«Наш монолитный дизайн — отличное решение проблемы преждевременного износа подшипников, потому что мы можем гораздо точнее контролировать их расположение», — объясняет Вулфенбаргер. Также этот дизайн упрощает прессовку сборки в раму велосипеда для производителя или сборщика.

Компания начала производить картерные сцепления для некоторых премиальных велобрендов. Вулфенбаргер говорит, был один бренд, известный большими проблемами с картерным сцеплением, поэтому они сосредоточились на продажах именно ему. «Мы наращивали каталог, добавляя новые продукты на сайт, и для каждого делали видео на YouTube. Так всё и развивалось».

Так как картерные сцепления не имеют универсального размера, компания теперь делает около 100 вариаций так называемого базового модуля. Фото: BBInfinite

Doosan Lynx 220 обрабатывает тонкостенный алюминий на 6000 об/мин, что, по словам Вулфенбаргера, необходимо для такого деликатного материала с жесткими допусками.

Поскольку картерные сцепления не имеют универсального размера, компания теперь делает около 100 вариаций так называемого базового модуля. Размеры варьируются по диаметру от 1-1/4 до 2 дюймов (36–50 мм). Заготовка длиной 3 фута (0,9 м) обычно дает 8–12 деталей.

Клиентская база BBInfinite выросла до премиальных велопроизводителей и энтузиастов, собирающих велосипеды в гаражах. «Гэри и я хотели разработать систему для этих клиентов, чтобы они могли устанавливать картерное сцепление сами, и создать вокруг этого структуру поддержки», — говорит Вулфенбаргер. Поэтому команда записала множество YouTube-роликов с четкими инструкциями по установке. Компания также создала сайт и в итоге использовала Shopify как онлайн-магазин.

Разработка эффективного технологического процесса

С 20-л.с. токарным центром Doosan Lynx 220 LYA и знанием TechMach о ключевых аксессуарах для производительности, BBInfinite доказала, что можно стабильно достигать жестких допусков, необходимых для обработки тонкостенной алюминиевой оболочки сборки картерного сцепления. Станок стабильно удерживает допуск ±0,00025 дюйма (≈6,3 мкм), что, по словам Вулфенбаргера, критично для очень тонкого алюминия (у некоторых клиентов толщина стенки ≈0,02 дюйма ≈0,5 мм) с качественной чистотой поверхности.

Алмазный инструмент также помогает достичь качественной чистоты, говорит Вулфенбаргер. После работы с резами Sandvik Coromant на предыдущей работе, он уже знал, что выберет этот инструмент для алюминиевого компонента. «Нравится думать, что мы делаем Феррари — мы не гонимся за большими объемами, а за качеством. Поэтому ищем лучший инструмент для производства высококачественных деталей».

Но станок и его аксессуары должны работать как система. BBInfinite нашла правильную комбинацию следующих опций для эффективности обработки картерных сцеплений.

• Стружкоудавитель: Компания использует барабанный фильтрующий стружкоудавитель Hennig для поддержания чистоты станка, эффективно удаляя мелкую и мелкодисперсную стружку. Это исключает необходимость ручной очистки.
• Коллетовый зажим: Быстросъемный коллетовый зажим Royal Products минимизирует простой при смене коллетов для разных размеров деталей, по словам Зака Химариса, инженера по продажам TechMach, тесно работающего с BBInfinite. Также зажим имеет высокий рейтинг оборотов, соответствующий скорости шпинделя.
• Отрезной пуллер стержня: Lynx 220 оснащен пуллером Royal Products с интегрированным отрезным резцом. Эта функция — форма автоматизации: она позволяет обрабатывать детали без необходимости открывать дверцу и вручную вытягивать стержень для следующей детали. «Они могут запустить 3- или 4-футовый алюминиевый стержень или трубу и получить несколько деталей без участия оператора», — говорит Химарис.

Вулфенбаргер у Doosan Lynx 220, обрабатывающем трубки картерных сцеплений малыми партиями. Бизнес идет хорошо даже во время COVID-19, так как велоиндустрия расцвела. Вулфенбаргер предвидел дефицит цепочек поставок и приобрел новый станок Doosan Lynx 2100.

После завершения токарной обработки отрезной реzec пуллера отрезает деталь от стержня. Пуллер сразу хватает стержень и тянет его в позицию для следующей операции. Такая комбинация использует только одну станцию револьвера и исключает необходимость индексации отдельного пуллера, что сократило бы циклическое время.

• Сбор деталей: Чтобы исключить риск царапин при падении деталей в традиционный корзинку, Вулфенбаргер и Мейо разработали метод « кольцевого» улавливания. Вулфенбаргер описывает процесс как по сути канавочный резец, улавливающий полую алюминиевую трубку. (Представьте игру «кольца» на ярмарке.) Деталь удерживается там до сбора оператором.
• Сборщик омыления: При высокооборотной обработке критично внедрять сборщик омыления для улавливания большого объема омыления и дыма. Химарис говорит, что этот чистый цех остается чистым благодаря сборщику LNS Fox WS 2 330, удерживающему масло вне пола и воздух чистым.

Монолитный дизайн картерного сцепления BBInfinite состоит из тонкостенного алюминиевого корпуса для двух подшипников, обычно подверженных преждевременному износу. Подшипники впрессовываются в каждый конец трубчатой оболочки, обеспечивая улучшенную концентричность между ними.

Контроль качества — использование правильного ПО

Хотя он не считает себя токаром, Вулфенбаргер управлял станком на старте компании, так как не было никого другого. С тех пор компания наняла токаря, но Вулфенбаргер продолжает программировать станок офлайн в пакете CAMWorks

Программа Verisurf на измерительной системе Renishaw Equator 300 повышает точность измерения допусков зондом на тонкостенной алюминиевой трубке.

от SolidWorks с поддержкой реселлера GoEngineer. Он находит ПО удобным, потому что может запрограммировать всю деталь офлайн, делая вмешательство во время обработки ненужным. Особенно нравится плагин с библиотекой инструментов его конкретного станка. Оттуда он может симулировать режущие инструменты и точно настраивать программу.

BBInfinite серьезно относится к контролю качества, потому что без гарантии отсутствия ошибок размеров детали партнеры были бы в бизнесе, говорит Вулфенбаргер.

Именно поэтому их программа Verisurf, работающая с измерительной системой Renishaw Equator 300, так ценна для бизнеса. ПО повышает точность измерения допусков зондом на тонкостенной алюминиевой трубке. Он объясняет: зонды, похожие на паучьи лапки, окружают измеряемую деталь, касаются её при расчете размеров. Это позволяет знать, как корректировать смещения для удержания размера. И когда деталь бракуется, BBInfinite перерабатывает материал.

Лазерная маркировка и сборка

После обработки алюминиевых трубок компания отдает их на анодирование. Затем цех сам наносит лазерную маркировку своим волоконно-лазерным маркером от Derek Laser. Станок наносит на каждую трубку QR-код с инструкциями клиента по установке картерного сцепления на велосипед. Эти

Внутренний лазерный маркер наносит на каждую трубку QR-код с инструкциями по установке картерного сцепления.

бесплановые инструкции помогают сократить упаковочный материал и позволяют легко обновлять онлайн-инструкции при необходимости.

Прессовка двух (закупленных) подшипников, по одному на каждый конец алюминиевой трубки, — финальный этап внутренней сборки картерных сцеплений BBInfinite.

Прогресс и советы

Цех до сих пор использует только исходный Doosan Lynx 220, купленный при основании, для обработки алюминиевых трубок. Однако партнеры позже приобрели еще один станок Doosan — Lynx 2100 — с немного большим диаметром шпиндельного отверстия для более крупных деталей. Новый станок позволил добавить в собственное производство дельриновые распорки для другого продукта (ранее отдаваемые на аутсорсинг).

Наличие подходящего оборудования для работы определенно необходимо, но Вулфенбаргер объясняет: для запуска бизнеса покупка станков сразу не обязательна. Он говорит, что маркетинг продукта до его реального производства может быть не менее важным.

«Если вы пытаетесь открыть машиностроительный цех, не пугайтесь тем, что не можете позволить себе станок», — объясняет он. «Придумайте способ продать себя, сделайте сайт, чтобы вас могли найти. Так, когда начнете делать продукт, маркетинг не будет следующей преградой».

BBInfinite | bbinfinite.com
DN Solutions (ранее Doosan Machine Tools America) | dn-solutions.com