用CNC车削技术制作车架真的有意义吗？
2018年03月08日 13:32 来源：mtb-news 作者：Stefanus
几个月前，Pole Machine车架引起了热议，他们设计的车架用整块铝合金切割而成，尽管这种车架加工方式不是首创的，但最终成果依然可以说是奇迹，这种加工方式到底有多神奇，我们将在这篇文章中进行探讨。
Pole Machine车架，表面上还遗留着切割后的粗糙痕迹。
Pole在发布新车架之前就开始做营销了，他们在新闻稿中对比了制造车架的碳足迹，在介绍车架优点时，从生产步骤、机械加工方面出发，强调了以下几点：更少手工劳作，更少加工步骤，生产过程中的废弃物完全可回收利用，材料刚性比目前的焊接制品更强。这些并不是空洞的营销说辞，但也不是完全的真相，所以我们有必要深入讨论。
CNC切削加工的车架
提到CNC切削加工山地车，首先出现在脑海中的品牌是Nicolai和Hope。Nicolai多年来设计了很多硬尾车，比如Ro20和Ro24，全部或者部分采用切削的金属部件，然后再从外部焊接起来。这个德国下萨克森地区的品牌将这种生产方式称为“空心焊”（Hollow-Weld）。
空心焊应用在很多Nicolai硬尾车上，但切削和焊接的成本相当大，因此应用这种技术的情况还是很少见的。
Hope很善于将大块铝合金切成小块，然后做成单车部件。拿Enduro HB 160车型来说，整个后下叉都是用金属材料通过机械切削加工而成。后下叉和后三角对机械切削来说算是庞大的部件，至少从切屑率来看会浪费很多金属。并不是说不能切割体型大的部件，而是切削加工成本太大：机械运作时间越长，部件成本越高，所以车架或者其他大部件通常会采用其他工艺：挤压加工、拉拔加工、内部高压成型和铸造等。
Hope HB 160的后下叉，金属切削而成。
Pole并不是第一个从整块金属中切割出车架的制造商，Empire Cycles曾发布过这样的全山地车，瑞士的Ribisu品牌也制造并测试过很多样车。但可惜的是，上述两个厂家最终都没有将单车推向市场，Empire暂停了他们的项目。
Ribisu的四连杆设计，车架上的方格结构很容易切削成型。
Empire Cycles的全山地样车，最开始做整体切削车架的就是他们，但很可惜从未投入量产。
相对简单的设计，表层处理十分光滑，功能区域也很协调。
Pole没有公布他们的原始材料和加工时长，但切削软件制造商Hypermill愿意谈论软件可以让切削程序提速多少，他们与North Bucks Machining切削工厂合作了一个车架。在这个案例中，制作一个速降车架要用到165 kg原料，最后制成6.75kg的车架。96%的切削加工都是这样：一台5轴铣床连续工作73小时，每个工时要给工人付70欧元，平均还有30欧元的机器成本，基本上很难实现商业上的成功。
6.75 kg车架的原材料是三块铝合金坯料，原材料总重量大概有165 kg。
North Bucks Machining制作的样车，车架结构与Ribisu的设计相似。
用机械制切割出车架的三个部分，包括摇臂、主车架和立管，共花了73个小时。Pole将车架分成几部分加工的做法是可行的，但也面临着巨大的挑战：前三角的重量必须在2kg左右。因为从头管到中轴，想要减轻这些车架的重量，只能减少材料的使用量，这样一来，主车架的管壁厚度通常在1mm以下。用金属切削车架的厂家，最开始至少要用30 kg的铝合金，切屑率高达90%，但还不只这样，为了使车架表层足够光滑，不出现任何粗糙的痕迹，切削机器必须要顺着轮廓，一条线一条线地进行操作。组装时长和材料成本太昂贵了，Pole Machine的产品成本很容易到4位数。尽管他们的定价只有3490欧元，还包含避震器，但盈利空间小了很多，产品毕竟还是要考虑经济效益的。
然而，这种加工过程也有优点：不需要最小订单量来降低价格。除了切削程序和固定设备，没有什么需要一次结清的费用。但盈利方面的挑战似乎足够终结Pole，所以我们更愿意探讨技术方面的问题。
相对简单的设计，能节省很多加工时间，造型独特的pole，加工过程要花费更长时间。
加工步骤
机械切削程序完成之后，要用胶水将车架分开的部分粘起来，然后给车架安装上轴承之类的五金部件。因为切削过程要高度精确，所以不像焊接的车架那样需要额外校准。Pole声称，经过切削加工之后，耐腐蚀的铝合金不需要做涂装，其实很多焊接车架也可以本色上阵。
North Bucks Machining摇臂放置在切削机械上，5轴切削机床，保证每个角度都能高效率地进行切削。大型铣刀能快速切割出基本形状。
Pole决定不在单车上浪费贴纸，但不在制造过程中中有任何偷工减料。相比焊接车架，Pole确实不需要制作管件、成型加工、焊接和校准这些步骤，但增加了胶水粘合与螺丝固定的程序。请注意，粘合是个关键词：从制造的视角来看，Pole Machine的粘合是高难度的挑战，车架前三角有一个粘合位置，而车架后三角有更多部位需要粘合，要用可信赖的胶水，还需要合理的设计。从车架结构到生产过程，再到最终检验，每个步骤的重要性都不能被低估。
左图是Pole研发团队与他们制作的主车架，右图是制作车架的原材料。
轻量
如果不需要焊接，你可以选择不具备焊接属性的铝合金，或者附带特殊性质的材料，比如耐腐蚀性，铝合金与铝合金也有差别。Pole声称他们使用的铝合金额外增加了60%的强度，我认为是可信的。当不能将这个特性翻译成“减重”。毕竟，现代山地车的一些手里部位对刚性有很大的要求，从这方面来说，7075铝合金并不比6061铝合金有优势。除此之外，管壁厚度不能被任意削减，否则应力大的区域会变形。我们的问题应该是，Pole这个品牌能将车架管壁做得多薄。
最大型的切削制造山地车的集合现场？目前Pole Machine只制作了一台样车，但Ribisu已经有好多台测试单车了。
用7075铝合金能切削出的车架能比碳纤维更轻？大概不行，3.2kg的铝合金车架并不能创造新的记录，就算与最好的常规铝合金相比，这个数字也不算什么。当碳纤维被合理应用时，重量/强度比和刚性几乎是无敌的。但Pole想提供的是碳纤维的替代品，或许在重量上没有优势，但在生态平衡方面有长处，更何况他们的设计外观上很独特。
铝合金与碳纤维的较量太过复杂，各方面的因素要逐一评估：能源消耗、回收率、重量、刚性、设计、产地……我很难说清楚自己是否喜欢pole的做法，但我很肯定，不喜欢任何人用贬损碳纤维的方式来达到营销铝合金目的。而且我相信，完全用CNC切削制作出来的车架，并不需要通过抨击碳纤维的缺点来做推广。
结论
用铝合金切削出完整的车架有意义吗？Pole似乎排除了普遍认为造价太高的困难。他们制作出来的车架很特别，不带后避震器的重量是3.2kg，精确的切削加工真的有意义吗？如果要追求另一种令人激动的车架制作方式，确实有意义。从高效生产的角度来看，就没意义。纯粹从单车功能方面呢？很难说，毕竟这款车的稳定性和刚性都还没被评测过呢。
翻译：轮火竞赛，轮火竞赛拥有翻译后的中文文本版权，请勿转载！版权疑问：876048124@qq.com
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