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Materiales de los cuadros.

28 junio, 2013 by Carlos Mazón 5 comentarios

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Tras leer un artículo en Btwin sobre los cuadros de BTT, pensé que estaría bien hacer mi propia versión.

El cuadro es la parte principal de una bicicleta, y la más importante. El alma. Es la principal cosa en la que te tienes que fija a la hora de comprar una bicicleta. La geometría, la talla, los materiales… determinarán el uso y el comportamiento que esta tendrá.

En este aspecto hay muchas cosas en las que fijarnos, y que deberemos de conocer de antemano para elegir el cuadro que más se adapte a nuestras características. Luego claro que se pueden ajustar, cambiando componentes. Pero una correcta elección de cuadro es fundamental; talla, geometría, paso de rueda, tipos de frenos, agujeros para portabultos, tamaño del cuadro, ángulos, batalla, disposición de los cables…

terra_7-01
Ahora bien, parte del alma de ese cuadro está en el material (y no solo en la forma).
Así podemos encontrar diferentes materiales para la fabricación de cuadro; acero, aluminio, carbono o titanio, con sus ventajas e inconvenientes (así como la combinación de diferentes materiales, claro).

De manera resumida podemos decir de material;

Acero; Es un material muy noble, resistente y fuerte. Pero pesado y se oxida. Es el material más antiguo con el que se empezaron a fabricar las bicicletas, posteriormente se pasó a aleaciones más ligeras y al aluminio.

Ahora se está volviendo a utilizar por ser un material que absorbe bien las vibraciones. Con nuevos métodos de cálculo y procesos de fabricación se pueden obtener cuadros de acero relativamente ligeros, y con buenas propiedades, además de un aspecto “diferente”, y de diseño minimalista.

Aluminio; no se oxida y es más ligero, aunque menos resistente. Esto hace que sea un material más fácil de trabajar y permite utilizar mejores técnicas de fabricación como el doble o triple embutido (que elimina impurezas y mejora las características del material), o el hydroforming, que permite conseguir cuadros con diferentes secciones y espesores, mucho más eficientes y con mejores diseños.

Carbono; Es muy ligero y rígido, pero también muy frágil. Cuesta trabajarlo (a pequeña escala), aunque la industrialización de las empresas del sector y la mejora de proceso de fabricación de estas hacen que el estos hayan mejorado enormemente (diseño de moldes, procesos térmicos, trenzado de las fibras, materiales de las mismas, etc). Así se pueden obtener infinidad de diseños con diferentes espesores y refuerzos, permitiendo una estética externa limpia, y un comportamiento de alto rendimiento.

TERRA_2-01

Titanio; es rígido y sólido. Es un material muy noble, y tiene la mejor relación peso-rigidez-comodidad-solided. Sin embargo es con diferencia el más caro y debido a su dureza y que es muy difícil de trabajar; punto de fusión alto, cuesta mecanizar… por ello no tiene una gran industralización detrás y su precio es aún más caro.

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Archivado en: Mecánica y Reparaciones Etiquetado con: acero, aluminio, bicicleta, btwin, carbono, comodidad, comportamiento, cuadro, dakitdesign, design, diseño, dureza, fabricación, frágil, frame, geometria, hidroformado, hydroforming, material, materiales, mecanizado, Orbea, orca, peso, precio, proceso, resistencia, rigidez, rígido, solidez, terra, titanio, trabajarlo, trabajo

Comentarios

  1. Carlos dice

    28 junio, 2013 en 10:46 pm

    Te adujuno una serie de comentarios, al fin y al cabo es mi tema. Puedes borrar, copiar o pegar lo que quieras.
    El principal parámetro que hay que tener en cuenta en los cuadros es el módulo de rigidez específico, es decir dividido por su densidad. En eso, los cuatro materiales típicos de cuadros son similiares. Sin embargo, como la bici está hecha de tubos, los materiales más ligeros permiten hacer tubos más rígidos que los pesados utilizando diámetros mucho mayores (es lo que se llama momento de torsión). Por eso los tubos del aluminio y el carbono son muchos más gruesos que el acero y el titanio.
    Otro factores que hay que considerar es la tenacidad y resistencia a la fatiga. La tenacidad es la resistencia a la rotura, aún a costa de deformar el metal. En este caso, el acero y titanio son los mejores, mientras que el aluminio y la fibra de carbono son muy frágiles. Un concepto similar es la fatiga, que consiste en la rotura de una pieza de un material por una serie de esfuerzos repetidos pero que por sí solos no inducen la rotura del material. El acero y el titanio no tienen fatiga, es decir nunca se van a romper por el uso diario. El aluminio en cambio es muy fácil de romper por fatiga, sobre todo por la zona de la soldadura. yo puedo dar fé de ello, que partí un cuadro sin haberme caido nunca de la bici.
    La fibra de carbono es un material compuesto, hecho por fibras de carbono pegadas con resina epoxy (similar al Araldit). Las fibras, que tienen el aspecto de hilos negros, son los materiales más rígidos que existen, lo que significa que no se pueden estirar, pero en cambio son muy fáciles de doblar. Por ello se embeben en resina, que mecánicamente tiene unas propiedades muy malas pero es muy ligera. Sin embargo, a base de poner fibras de carbono en diferentes direcciones se consigue que para cualquier torsión del tubo haya que estirar algúna fibra, lo que permite diseñar un material que tiene diferente grado de rigidez en función de la dirección. Esto es el sueño de cualquier buen ingeniero, pues puede hacer piezas rígidas y/o flexibles en función de donde interese. Sin embargo la fibra de carbono puede romperse debido a dos procesos, propagación de griestas y delaminación. En el primer caso, bajo un esfuerzo muy grande la resina puede romperse con lo que da lugar a una grieta. Debido a la estructura de tejido de la fibra de carbono, esta grieta se suele parar, con lo que el cuadro no se rompe, pero sus propiedades se resienten y hace que al final haya que cambiarlo. Un problema más serio es que con el tiempo las fibras se pueden despegar de la resina, de modo que el material compuesto pierde sus propiedades. Esto es la deslaminación y significa el fallo completo del material.
    Como sucede en casi todos los campos de la ciencia de materiales, no se puede decir que haya un material mejor que otro para un cuadro. Sin embargo sí que sabemos qué material va bien para cada aplicación:
    Rigidez++;Fiabilidad++ precio++ peso– -> Acero;
    Rigidez++,Fiabilidad+ precio–,peso+->titanio.
    Rigidez+,fiabiliidad–, precio +; peso +->aluminio
    Rigidez++;Fiabilidad-,precio–,peso++-> Fibra de carbono

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    • biziosona dice

      28 junio, 2013 en 11:32 pm

      Pues lo dejo como está, que es un muy buen comentario. Creo que de esto ya hablamos alguna vez además! No quería extenderme demasiado solo dar unas pinceladas (al estilo de lo que ponía en el blog de Btwin).

      Muy interesante lo del carbono, y lo de los espesores. Sin embargo yo veo (a oído de uña), que hay partes del cuadro tanto de carbono como de aluminio realmente finas!

      Lo que quería decir, es que tanto el aluminio como el carbono, permiten obtener secciones de tubo “al gusto”. Algo que con el titano o el acero está mucho más limitado por su propia rigidez. Así el defecto, o flata de resistencia del aluminio y el carbono, se suplen con secciones de mucha más inercia. Por eso al final el comportamiento también pues cambia, porque ya es diferente la geometría o la estructura interna del propio cuadro.

      Respecto a la fatiga, es cierto que el aluminio la padece mucho más, pero el acero no está exenta de ella. En la escuela hemos visto bastantes ejes rotos a fatiga, así como los hemos tenido que calcular.

      Aluminio roto a fatiga… mi propio cuadro de decathlon! Pese a tener algún golpe, el pedaler se rajó sin causa aparente, y como bien dices, sobre la soldadura.

      Un saludo tocayo. Y gracias por compartir tus conocimientos y completar la entrada.

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  2. Bob Esponja dice

    2 septiembre, 2015 en 5:11 pm

    Muy correcta la explicación de Carlos, excepto en algún detalle. El acero si puede sufrir fatiga, aunque tiene lo que se llama “vida a fatiga infinita”, que significa que si en 10E6 (1 millón) de ciclos no ha roto, ya no romperá. También puede confundir el tema de la rigidez. En realidad, como bien has expresado, el módulo elástico específico es similar en los 3 metales, pero para aprovechar las características del aluminio, este tiene que usarse en tubos de gran diámetro, y esto provoca que el cuadro sea demasiado rígido en muchos casos.
    Si no fuera por el precio, todos los cuadros serían de titanio, excepto los de competición, que serían de carbono.

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    • biziosona dice

      2 septiembre, 2015 en 5:44 pm

      Gracias por el aporte!
      A veces me cuesta un poco explicarme.

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  3. Nige dice

    10 junio, 2020 en 5:31 pm

    Woow nada q mas podría decirles q gracias por tan buenas explicaciones y detalles q no sabía dw una bici de verdad mucjas gracias a todos y lastima q veo este bloc después de años asi no cometía los errores q cometí comprando bicicletas q se echaron a perder saludos a todos✌🏻

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