Processus de fabrication dun cadre de vélo

Le cadre de vélo est le squelette du vélo, reliant les roues avant et arrière, la selle et le système de transmission. Il doit allier résistance, rigidité, légèreté et confort. Le processus de fabrication du cadre affecte directement les performances, le poids et le coût du vélo, et sapplique à différents types tels que les vélos de route, les VTT et les vélos pliants.

1. Conception et préparation

• Conception du cadre : Utilisation de CAD ou SolidWorks pour la modélisation 3D, optimisation de la géométrie et de la distribution des tubes, en tenant compte du type de cyclisme (par exemple, course, tout-terrain). Lanalyse par éléments finis (FEA) est utilisée pour vérifier la résistance et la rigidité.
• Préparation des matériaux :
  • Acier/alliage daluminium : Achat de tubes ou de plaques de dimensions fixes, coupés à la longueur requise.
  • Fibre de carbone : Préparation de préimprégné (tissu de fibre de carbone + résine), à conserver au réfrigérateur.
  • Alliage de titane : Achat de tubes de haute précision, contrôle de la qualité de la surface.

2. Formage des tubes

• Acier/alliage daluminium :
  • Extrusion : Extrusion de la billette métallique en tube, contrôle de lépaisseur de la paroi (0,8-2,0 mm).
  • Étirage : Formation de tubes profilés par étirage à froid (par exemple, tubes à double paroi, épaisseur de paroi variable), améliorant la résistance et la légèreté.
  • Hydroformage : Utilisé pour les tubes profilés complexes, leau à haute pression (environ 100 MPa) à lintérieur du moule permet au tube dépouser la forme du moule.
• Fibre de carbone :
  • Stratification : Superposition de préimprégné selon des angles spécifiques (0°/45°/90°), contrôle de la direction des fibres pour optimiser la rigidité.
  • Moulage par compression : Durcissement par chauffage dans un moule (120-180°C, pression 5-10 bar), formant des tubes ou un cadre complet.
• Alliage de titane : Utilisation fréquente de tubes sans soudure, nécessitant une découpe et un cintrage précis.

3. Soudure et assemblage

• Acier :
  • Soudure TIG (GTAW) : Couramment utilisée, soudure uniforme, adaptée aux tubes à paroi mince.
  • Brasage : Utilisé pour lacier au chrome-molybdène, température plus basse (environ 900°C), réduisant la zone affectée par la chaleur.
• Alliage daluminium :
  • Soudure TIG ou MIG : Nécessite un contrôle de la température de soudure (environ 600°C) pour éviter une diminution de la résistance due à la surchauffe.
  • Post-traitement : Traitement thermique (T6, trempe à environ 500°C + revenu à 180°C) pour restaurer la résistance du matériau.
• Fibre de carbone :
  • Collage : Utilisation de résine époxy pour coller les tubes et les raccords (par exemple, raccords en alliage daluminium ou en fibre de carbone).
  • Moulage monobloc : Les cadres haut de gamme sont moulés en une seule pièce, sans soudure.
• Alliage de titane :
  • Soudure TIG : Doit être effectuée sous protection de gaz inerte pour éviter loxydation.
  • Positionnement par gabarit : Assure la précision de la soudure (écart < 0,2 mm).
• Éléments de connexion : Tels que le boîtier de pédalier, le tube de direction, etc., nécessitent un usinage de haute précision (tolérance ±0,1 mm) pour sadapter aux accessoires standard.

4. Perçage et finition

• Perçage :
  • Le cadre doit être percé de trous taraudés (pour les porte-bidons, le montage des freins) et de trous traversants (pour le passage des câbles).
  • Usinage CNC : Les machines CNC sont utilisées pour le perçage et le fraisage de haute précision, avec une tolérance de position des trous de ±0,05 mm.
  • Perçage manuel : Utilisé pour les petits lots ou les cadres personnalisés, moins efficace.
• Finition :
  • Fraisage/rectification : Élimination des bavures, assurant la douceur des joints.
  • Taraudage : Taraudage du boîtier de pédalier et des trous de porte-bidons, nécessitant des tarauds de haute précision.

5. Traitement de surface

• Acier :
  • Grenaillage/sablage : Élimination de la couche doxyde, rugosité de surface Ra 3,2-6,3 μm.
  • Galvanisation ou peinture : Traitement antirouille, souvent apprêt époxy + peinture de finition polyuréthane, épaisseur de la couche 50-100 μm.
• Alliage daluminium :
  • Anodisation : Formation dun film doxyde (10-20 μm), améliorant la résistance à la corrosion et lesthétique.
  • Peinture : Revêtement mat ou brillant en option, améliorant lapparence.
• Fibre de carbone :
  • Vernis : Protection de la couche de fibres, épaisseur denviron 30-50 μm, préservant la texture de la fibre de carbone.
  • Autocollants : Ajout didentification de la marque, nécessitant une résistance à lusure et aux intempéries.
• Alliage de titane :
  • Brossage : Formation dune texture uniforme, sans revêtement supplémentaire, préservant laspect métallique.

6. Contrôle qualité

• Contrôle dimensionnel : Utilisation dune machine à mesurer tridimensionnelle pour vérifier la longueur des tubes, les angles et la précision de la position des trous (écart < ±0,2 mm).
• Test de résistance : Simulation de la charge de cyclisme (environ 1000 N), contrôle de la déformation du cadre et de la durée de vie en fatigue.
• Qualité de la surface : Contrôle de luniformité des soudures, du revêtement et de labsence de fissures ou de bulles.
• Test dassemblage : Installation daccessoires standard (tels que la fourche, les manivelles), vérification de la compatibilité.