자전거 정비교실(자정교)

Frame -------------------------------------------------------------------------------- 프레임과 그 소재 탄소강(HI-TENSLIED STEEL) 크리몰리 알루미늄 (ALUMINUM ALLOY, A1 탄소섬유(CARBON FIBER COMPOSITE) 티타늄(TITANIUM ALLOY, Ti) <<프레임을 구성하는 파이프>> 튜빙(tubing) 프레임과 그 소재 자전거를 구성하는 부품중 핵심으로서 가장 중요한 것입니다. 자전거의 가격을 결정하는데 가장 크게 영향을 미치는 것으로 차체, 차대라고도 합니다. 여기에 쓰이는 소재로는 일반 자전거에 스이는 탄소강(HI-TEN), 저가의 MTB나 CYCLE에서부터 최상급의 MTB,CYCLE에 이르기까지 고루 쓰이는 크로몰리(CR-MO), 중급 MTB에 가장 많이 쓰이는 알루미늄(A1), 상급 프레임에 쓰이는 고가의 탄소섬유(CARBON FIBER)와 티타늄(Ti) 등이 있습니다. 탄소강(HI-TENSLIED STEEL) 흔히 강철, 좀더 속된말로 쇠떵이라고 하는 소재이다. 정식 명칭은 고장력 탄소강으로 일반 철에 탄소를 함유 강도를 향상시킨 것으로 가격이 저렴하고 튼튼합니다. 그러니 무게가 무겁고 녹이 잘 슬어 저가 자전거의 프레임에 쓰입니다. 크리몰리(CHROME-MOLYBDEN STEEL ALLOY, CR-MO, 4130 ALLOY) 일반 철에 크롬과 몰리브덴, 망간, 마그네슘 등을 첨가하여 강도를 향상시키고 녹이 잘 슬지 않게한 합금소재입니다. 보통 강철보다 인장강도가 2-3배 강하기 때문에 프레임 파이프를 보다 얇게 제작할 수 있고 따라서 더 가볍습니다. 합금 비율과 가공 노하우에 따라서 가격이 천차만별인 것이 특징이어서 최저가의 MTB에서부터 최상급의 MTB에까지 두루 쓰입니다. 장 점 일반적으로 저렴하다 탄성이 매우 뛰어나서 코너링이 우수하고 고속에서 힘을 잘 받는다. 수명이 길다. 단 점 녹이 슬 염려가 있다(일반 철보다는 낫지만 그래도 페인트가 벗겨지지 않도록 주의해야 하고 관리에 신경을 써야한다. 알루미늄 (ALUMINUM ALLOY, A1) 가볍고 녹이 잘 슬지 않으며 그에 비해 그리 비싸지 않은 것이 특징입니다. 합금 소재와 비율에 따라 7005(아연, 마그네슘, 크롬 등 첨가)와 6061(실리콘, 구리, 마그네슘, 크롬 등 첨가)로 크게 나뉩니다. 일반적으로 7005 프레임이 견고하며 6061프레임은 탄성이 좋고 가볍습니다. 숫자를 왜 그렇게 정했는지는 저도 잘 모릅니다. 현재 가장 맣은 MTB에 알루미늄 프레임이 사용되며 특히 중급레벨의 모델에 많습니다. 장 점 크로몰리가격에 티타늄 중량 녹이 잘 슬지 않는다. (녹이 슬더라도 쇠처럼 붉은 색을 띠며 변형되지는 않고 표현에만 얇은 부식막이 생긴다. 파이프를 굵게 하여 견고하다 (오버사이즈 튜빙의 장점) 단 점 차체가 딱딱하여 서스펜션 없이 장거리 주행할 경우 피곤하다.(오버사이즈 튜빙의 단점) 충격을 분산시키지 못하고 자체에서 흡수하여 험하게 탈 경우 수명이 짧다. 탄소섬유(CARBON FIBER COMPOSITE) 비금속 소재로 부식되지 않으며 금속보다 가볍고 강성이 뛰어난 섬유소재입니다. 즉 무게당 강성이 가장 좋습니다. 탄소줄을 천처럼 엮은 것에 에폭시를 접합하여 제작됩니다. 용접을 할 수 없으므로 보통 파이프를 본드로 접합하여 만들어지지만일체형으로 금형을 뜬 모노코크형으로도 나옵니다. 자동차경주의 최고봉이며 첨단 기술의 결정체인 F1(FORMULA ONE)머신의 차체가 이런 방식으로 만들어집니다. 장 점 무게비 강성이 매우 뛰어나다 즉 견고하고 가볍다. 금속이 아니므로 부식되지 않는다. 충격 흡수력이 좋다. 단 점 강하지만 수명이 비교적 짧다. 산에서 탈 때 자갈이 프레임에 튀어서 충격이 누적되면 그것이 프레임의 강도를 약화시킬 수 있다. 모델이 많지 않아서 선택의 폭이 좁다. 티타늄(TITANIUM ALLOY, Ti) 첨단금속 소재로 가볍고 강하며 부식되지 않는 금속입니다. 실제 비중은 알루미늄 보다 무겁지만 강도가 매우 강한 금속이기 때문에 튜빙을 얇고 가늘게 하여 프레임의 초경량화가 가능합니다. 소재 자체의 매장량은 많으나 정제, 가공이 어렵기 때문에 고가입니다. 합금배율에 따라 3/2.5합금(티타늄 94.5% 알루미늄 3% 바나듐 2.5%), 6/4합금(티타늄 90% 알루미늄 6% 바나듐 4%)이 있는데 프레임에 흔히 쓰이는 것은 3/2.5티타늄이고 6/4티타늄은 보다 강하여 3/2.5보다 얇게 제작되어 프레임의 초경량화를 가능하게 하지만 탄성이 조금 떨어지는게 단점입니다 장 점 소재 자체가 매우 강하다 (그래서 파이프가 가늘고 파이프 벽이 종이장처럼 얇다) 가볍다(가늘고 얇기 때문) 수명이 길다 크로몰리의 탄력, 알루미늄의 견고함, 카본의 충격흡수력을 고루 갖추었다. 여러 소재중 가장 첨단소재로 인식되어 있다. 단 점 비싸다 o 그외에 서모플라스틱, 메탈매트릭스, 베릴륨등 여러 소재가 있지만 이것들은 너무 희귀할 뿐 아니라 그 장단점도 분명치 않아서 생략하였습니다. 다음에는 프레임의 각 부위별 명칭을 소개해 드리겠습니다. <<프레임을 구성하는 파이프>> 헤드 튜브 (HEAD TUBE) 프레임의 맨 앞, 수직으로 붙어있어 탑튜브(TOP TUBE)와 다운튜브(DOWN TUBE) 가 만나는 길이 15cm정도의 짧은 파이프입니다. 여기에 바퀴와 차체를 연결해주는 포크(FORK)가 들어가고 조향(핸들로 중심을 잡거나 방향을 바꾸는 것)을 부드럽게 해주는 헤드셋(HEADSET)이 장착됩니다. 프레임에 따라 1inch와 1과 1/8inch, 1과1/4inch등 크게 3종류의 굵기가 있는데, 일반자전거나 사이클에많이 쓰이는 사이즈는 1inch, MTB에 많이 쓰이는 사이즈는 주로 1과1/8인치 입니다. 포크나 헤드셋을 교환할때 신경써서 주의해야 할 부분입니다. 탑 튜브 (TOP TUBE) 프레임의 가장 윗부분에 수평으로 헤드 튜브와 시트 튜브(SEAT TUBE)를 연결하는 길이가 긴 파이프입니다. 자전거의 휠베이스(WHEEL BASE)를 결정하는 파이프로 매인 튜브(MAIN TUBES: TOP TUBE, DOWN TUBE, SEAT TUBE)중 하나에 해당됩니다. 이 탑튜브에 보통 자전거 모델명이 찍힙니다. (물론 예외도 있습니다.) 다운 튜브 (DOWN TUBE) 자전거를 구성하는 파이프들 중 가장 길이가 길고 굵기도 굵은 강한 강도가 요구되는 중요한 파이프입니다. 헤드튜브와 B.B 쉘 (BOTTOM BRACKET SHELL)을 연결해주는 파이프로 보통 여기에 자전거 메이커 이름이 찍힙니다. (역시 예외도있습니다.) 메인 튜브중 하나입니다. 시트 튜브 (SEAT TUBE) 시트 포스트, 즉 안장과 연결된 파이프가 들어가는 수직으로 되어있는 파이프입니다. 위 끝에는 탑튜브(TOP TUBE)가 아래 끝에는 B.B 쉘이 연결되어 있는데이 시트 튜브가 프레임의 사이즈를 결정해줍니다. 즉 시트튜브의 길이가 16inch이면 그 자전거의 사이즈는 16inch가 되는 것입니다. 대개 이 시트튜브 하단에 앞변속기인 프론트 디레일러 (FRONT DERAILLEUR)가 밴드처럼 감겨있습니다. 시트 스테이 (SEAT STAY) 프레임을 옆에서 봤을때, 다운튜브와 대칭되는 위치에 있는 튜브로 시트 튜브의상단에서 두갈래로 나뉘어 뒷바퀴 허브(HUB), 즉 차축의 양 끝으로 각각 연결되면서 체인스테이로 이어지는 가느다란 파이프입니다. 이 양쪽 시트스테이에 브레이크가 장착됩니다. 체인 스테이 (CHAIN STAY) 프레임을 옆에서 봤을때, 탑튜브와 대칭되는 위치에 있는 파이프로, B.B 쉘에서두갈래로 갈라져 뒷바퀴 허브의 양끝으로 각각 연결되면서 시트스테이로 이어지는 가느다란 파이프입니다. 산에서 심하게 탈때 출렁이는 체인에 의해 손상되기쉬운 부위입니다. 그러므로 표면을 보호할 모종의 조치 (타이어 튜브로 감거나, 보호대를 사는 등)를 취하는 것이 좋습니다. B.B 쉘 (BOTTOM BRACKET SHELL) 프레임을 이루는 파이프중 가장 밑에 있고 다른 튜브들과 수직으로 되어있는, B.B (BOTTOM BRACKET)이 안에 장착되는 굵고 짧은 파이프입니다. 이 파이프의 내경(안지름)은 자전거마다 호환이 됩니다만 길이, 즉 폭이 틀립니다. 폭의 길이는보통 107mm, 110mm, 113mm 등이 있습니다. 따라서 B.B를 교환하실 때 여기에 맞도록 주의해 주시기 바랍니다. 이상으로 프레임을 구성하는 파이프에 관해 정리를 해드렸습니다. 다음에는 프레임 제작에 관한 용어를 정리해 드리겠습니다. **이번에는 프레임의 제작 과정에 용접,가공하는 기술에 관한 용어를 정리하겠습니다. 튜빙(tubing) 프레임의 파이프를 제작하는 것을 튜빙이라고 합니다. 즉, 말 그대로 튜브를 만드는 과정입니다. 오버사이즈 튜빙(oversize tubing) 말 그대로 사이즈를 크게 한 튜빙입니다. 소재의 강도가 약한 알루미늄에 주로 많이 쓰이는 기술인데 지름을 굵게 한 대신 벽면을 얇게 하여 강도의 향상은 크고 무게의 향상은 상대적으로 적게하여 같은 소재로 무게비 강도를 크게 할 수 있습니다. 일반적으로 같은 양의 같은 소재라도 벽을 두껍게, 지름을 가늘게 하면 유연하며 그 반대의 경우 견고해집니다. 버팅기술이 발달하지 않았던 초기 오버사이즈 튜빙은 라이더를 상당히 피곤하게 했었습니다. 그러나 요즘은 그런 현상이 많이 완화되었고, 크로몰리나 티타늄도 오버사이즈로 가는 추세입니다. 오벌라이즈 튜빙(ovalize tubing) 프레임이 각 부위별로 받는 하중과 충격의 부위를 계산하고, 그에 따라 파이프를 타원형으로 제작하여 같은 양의 소재로도 더욱 강한 프레임의 제작이가능합니다. 만들 수 있습니다. 또한 미관상 '아름답다' 장점도 있습니다. 용접과 본딩 프레임을 구성하는 파이프를 서로 이으려면 이것을 강하게 접합시켜주는 기술이 필요합니다. 가장 많이 쓰이는 아크용접, 로우부착, 본딩(카본의 경우) 등이 있습니다. 아크 용접 (arc welding) MTB, 사이클에 가장 일반적으로 쓰이는 용접기술. 아크(비활성기체) 용접이라고도 합니다.모재 즉 파이프와 용접봉 사이에 전압을 걸어 발생하는 아크의 열로 용접하는데 이때 용접봉은 녹아서 모재의 녹은 것과 섞여 모재와 모재의 접합부의 틈에 메꾸어 굳어서 용착금속이 됩니다. 이 비활성기체의 용접에는 여러분들께서도 많이 들어봤을 티그용접(TIG welding: Tungsten Inert Gas welding)과 자전거에 그다지 쓰이지 않는 미그용접(MIG welding: Metal Inert Gas weldin-g)이 있는데 티그용접의 경우 전극을 소모되지 않는 텅스텐을 사용하는 것과,미그용접은 전극을 소모되는 용접봉을 사용하는 차이점이 있습니다. 요즘의 자전거들, 특히 MTB의 경우 카본을 제외한 제품은 거의 모두 티그용접방식을사용한다고 해도 과언이 아닙니다. 로우 부착 요즘은 그다지 쓰이지 않는 방식입니다. 예전에는 일반적으로 자전거에 가장많이 쓰였던 방식이나 티그용접의 발달로 요즘은 저가의 사이클이나 짐 자전거에나 주로 쓰입니다. 프레임을 자세히 보시면 파이프들이 러그 안에 끼워져 있습니다. 본딩 접합 카본화이버 프레임과 극히 일부의 알루미늄프레임에 쓰이는 방식입니다. 카본이라는 첨단소재가 나오면서 프레임 접합으로서는 새롭게 생긴 방식이어서 아직까지는 강도나 내구성에 관한 의견이 분분합니다. 카본은 소재 자체가 기본적으로 플라스틱의 일종이기 때문에 용접이 불가능하기 때문에 본딩을 쓰는것이고 알루미늄의 경우 너무 딱딱해서 피로를 유발할 우려가 있는 소재의 특성때문에 그것을 보다 완화시키기 위해 일부의 모델이 본딩방식을 사용합니다. 가 공 프레임의 품질은 이 가공에서 차이가 난다고 해도 과언이 아닙니다. 크로몰리가 매우 값싼 소재여서 저가의 MTB 많이 쓰임에도 불구하고 최상급의 제품에있어서는 오히려 웬만한 알루미늄보다 비싼 이유가 파이프를 가공하기가 그만큼 힘들기 때문입니다. 최저가의 크로몰리와 최고가의 크로몰리는 가공에서 가장 큰 차이가 납니다. 버팅(butting) 파이프의 벽면을 힘, 즉 스트레스를 많이받는 부분과 그렇지 않은 부분을 측정하고 분석하여 힘을 많이받는 부분, 즉 양끝 용접부분은 두껍게, 힘을 적게받는 가운데 부분은 깊게 파내서 경량화, 탄성을 동시에 만족시키는 가공기술입니다. 버팅을 함으로써 쓸데없는 무게를 줄이고 승차감을 향상시키며 프레임에 오는 충격을 분산시키는 일거삼득의 효과를 봅니다. 그러나 지나친 경량화를 목적으로 한 버팅은 오히려 프레임의 수명을 짧게하는 결과를 가져옵니다. 버팅에는 파이프의 안쪽에서 파내는 인터널 버팅(internal butting)과 바깥쪽에서 파내는 익스터널 버팅(external butting)이 있습니다. 테이퍼링(tapering) 버팅보다 한수 위의 가공기술로 버팅의 경우 파이프의 두꺼운부분과 얇은부분의 경계가 명확하나 테이퍼링은 그것과 달리 중간부분 즉 힘을 적게 받는 부분으로 가면서 두께가 서서히 얇아지는 형태를 갖추고 있습니다. 따라서 같은소재로 제작되었다고 해도 버팅에 비해 탄력이 뛰어나고 무게비 강도에 있어서도 한수 위라고 할 수 있습니다. 이스턴(EASTON)이 대표적인 테이퍼월(tape-rwall) 파이프 전문업체입니다. * 이상으로 프레임의 튜빙과 용접, 가공에 대한 용어에 관해 간단히 정리하였으며 내용은 통신에서 발췌한 것입니다.