P/R/O/L/O/G/U/E 머리말 자동차 보디공학은 유럽에서 시작하여 1920년대 Vintage car, 1930년대 classic car로 보디를 제작하면서 발전되었다. 처음에는 나무로 coach building 하여 모형차를 만들기 시작되었으나 1950년대 대량 생산으로 인하여 손으로 두 드려 만드는 기법에서 현재에는 자동차 금형으로 찍어서 패널을 만들어 조립 하는 형태로 바뀌었다. 현재 한국에서는 보디공학이 보디의 수리쪽으로 기울고 있으나 본래는 자동차 보디 디자인으로 시작하여 디자이너의 아이디어로 보디 형태를 만들어 도색하여 완성하는 것이 바람직하다. 따라서 본서는 자동차 보디공학의 개론서로서 보디공학의 전반적인 개론과 발 전방향을 모색하였다. 자동차는 종합산업으로서 한 사람의 힘으로 모든 공정을 다할 수는 없는 것이 다. 디자이너, 엔지니어, 생산기술자, 판금기술자가 힘을 합하여 제작과 수리분야 를 개척해야 될 것이다. 한국의 보디공학은 이제 시작단계로서 외국의 유수 디자이너의 기술을 전수 받아 국내에서 디자인하고 개발하여 명실상부한 독특한 기술 분야를 개발하여야 할 것이다. 이 분야의 전문가가 미미한 만큼 더욱 더 개발을 가하여 후진을 양성 해야 되리라 생각되고, 독립적인 보디 디자인과 수준 높은 보디 수리의 기술자를 양성하여 한국도 구미제국 및 일본과도 어깨를 나란히 할 수 있는 수준 높은 자 동차를 제작, 수리할 수 있으리라 믿는다. 끝으로 출간을 하기까지 주위에서 많은 격려와 도움을 주신 분들께 진심으로 감사를 드린다. 지 은 이
C/O/N/T/E/N/T/S 01 02 03 04 05 자동차 보디공학의 발전방향과 중요성 /11 자동차 보디의 형태 /15 1. 자동차의 기본 프레임 15 2. 자동차 차체 제작 유형에 관한 분류 21 프레임(Frame)의 형태 /27 1. 조합형 프레임의 종류 27 2. 차체 구조의 주요부품 29 3. 차체의 설계 29 4. 코치 빌딩 29 5. 자동차 보디 설계(예)시 점검사항 30 6. 장애물에 의한 프레임(Frame) 변형 30 보디의 구조 설계와 종류 /33 1. 플로어와 휠 아치(Floor & wheel arch) 34 2. 승용차 37 3. 버스들과 코치들 39 4. 상업용 자동차 41 5. 밴과 픽업(소형 트럭) 45 6. 투시화법(전망, 시각, 원근) 설계도면 46 7. 국내 소비자의 차종 선택 고려사항 47 보디 설계의 형태(Design) /49 1. 예비(준비) 디자인 49 2. 예술적 설계(Design), 의장, 색상설계 51 3. 공학적 설계 65
차/체/수/리/그/리/고/도/장 06 07 08 09 10 11 보디의 모델과 구조 /81 1. 모형차 81 2. 치수 모델(규모 모델) 82 보디의 중량 분석 /83 1. 자동차 보디 중량 분석 83 2. 자동차 중량 분배 86 3. 최종 모델 87 보디 구조의 필수조건 /91 1. 승용차의 구조 91 2. 버스와 코치 보디 96 3. 가벼운 상업용 자동차의 구조 98 4. 트럭 캡의 구조 98 5. 보디 마운트 100 공기역학(Aerodynamics)의 응용 /103 1. 공기역학 자동차(견인) 105 2. 공기역학의 부력과 피칭(굽음) 모멘트 107 3. 요잉 모멘트와 롤링 모멘트 109 4. 공기 받아들이는 곳과 배출구의 장소 111 보디 작업과 인간 공학 /113 차량 사고 역학 /119 1. 충격 에너지의 전달 형태 119 2. 파손 형태에 따른 분류 121
C/O/N/T/E/N/T/S 3. 패널 덧 씌우기 작업(Patch panel) 122 12 13 14 15 16 보디작업의 기본 공구 /125 1. 보디 작업의 기본 공구(Tool) 125 보디의 부위별 특성 /133 1. 차량의 부분별 소개 133 2. 전면부(Front) 보디 손상 134 3. 중앙부 손상 137 4. 후면부(Rear) 손상 141 판금잭의 원리 및 사용법 /145 1. 판금 잭 사용법(Body Jack) 145 2. 자동차 수리에 사용되는 보디 잭 작업의 실례 146 3. 문틀 수리 147 4. 철판 구조물을 벌리는 작업 148 5. 보디잭 작업 실무 149 6. 라이너와 보디잭 151 차체수리 교정기의 원리 및 사용법 /153 1. 차체 수리 교정기(Liner)의 원리 153 2. 차체 수리 교정기의 설치방법 166 3. 차체 교정기의 데이터 시트(Data sheet) 174 4. 손상된 차체의 측정 179 5. 차체 수리 교정기의 사용 원칙 188 6. 차체 프레임의 보강 방법 (ㄷ찬넬 이용법) 188 7. 차체 교정기 전자측정장치 191 휠 머신의 원리 및 사용법 /197
차/체/수/리/그/리/고/도/장 17 18 19 1. 휠 머신(Wheel Machine)을 이용한 판금의 특징 197 2. 휠 머신 사용시 주의사항 및 안전관리 198 3. 롤러 머신의 작업형태 199 4. 자동차에 실제 사용되는 6부분의 작업 형태 200 5. 휠 롤러(Wheel roller)의 조정 204 6. 휠 머신의 패널에 이용되는 부위 205 7. 휠 머신의 보디 작업에 응용되는 실용 예 205 8. 특수 휠링(고난도 Wheeling 작업) 207 기초용접+판금 /211 1. MIG 용접+판금 211 2. SPOT+판금 212 3. TIG 용접 213 4. 프리즈마 용접 214 5. 머플러 제작작업 215 6. 사각봉 수리작업 218 7. Patch panel 작업 218 보디의 금속재료 및 비금속재료 /221 1. 금속 재료 221 2. 비금속 재료 222 3. 임계 압력 온도(Critical pressure temperature) 224 안전관리, 대물손해사정과 보디공학 /227 1. 전동공구 안전관리(Safety control) 227 2. 판금 손작업 안전관리 228 3. 용접 안전관리 228 4. 화재 안전관리 229 5. 플라스틱 용접 안전관리 230 6. 차체 수리 교정기 안전관리 230
C/O/N/T/E/N/T/S 20 21 22 23 24 7. 안전관리 장비(Gear) 231 8. 보디공학과 대물 손해사정 234 9. 대물손해사정과 표준시간 234 자동차 도장이란 무엇인가? /245 1. 보수도장 245 2. 신차 도장 245 열 건조로의 이용법 /247 1. 부스의 역할 247 2. 건조실이 나쁠 때 250 3. Spray Booth 내의 공기흐름도(고온 공기) 255 보수 도장 /257 1. 페인트(paint) 전 처리 작업 257 2. 필러(filler), 퍼티(putty) 이용법 264 3. 프라이머 서페이서(Primer surfacer, 중도) 265 4. Filler & Putty 혼합법 실습 268 스프레이 건 이용법 /269 1.스프레이 건(spray gun)의 이용(조정)법 269 2.스프레이 건(Spray gun)의 종류 270 페인트 재료별 특성 /275 1. 페인트 재료 275 2. 상도(Top coat) 건조 방식 277 3. 클리어(Clear) 보호제 279
차/체/수/리/그/리/고/도/장 25 26 27 28 29 도장의 피부미용 /281 1. 물 연마, 흡입 건조 연마(dry sanding), 래커(lacquer), 2K 도색 281 2. 연마(Polishing) 282 3. 광택 작업(Buffing) 283 4. 유리 거울면(Glazing) 285 조색작업(Colour matching) /291 1. 색상 맞추기 291 2. 색상 배합 291 보수도장 색상조색(Blending) /303 도색의 화학반응(Reaction) /207 1. 도색 불량의 처리법 308 도색공장의 관리요령 /311 1. 수지의 종류 316 2. 자동차용 도료시장 및 인원현황 318 3. 자동차장 원가산정 319 4. 자동차 보수도장의 표준작업시간 책정 320 외국(영연방) 차체수리 기사 국가고시 출제문제 / 326 참고문헌
자/동/차/보/디/공/학/의/발/전/방/향/과/중/요/성 차체수리 그리고 도장 자동차 보디공학의 발전 방향과 중요성 James Watt가 1765년 증기 엔진의 발명에 의하여 증기차로 인한 자동차의 역 사가 시작되어 1859년 미국의 석유 발견, 1920년대의 Vintage car(포도농장용), 1924년의 Dkw에 의한 단위 건조물인 특별 객차의 디자인과 소형 엔진으로 인한 보디의 중량을 줄이기 위하여 나무합판을 이용한 자동차의 보디가 출현하였다. 1930년대 초 Citroen은 유닛식 구조물의 차체를 고안하였고, Dr. Porsche가 간 소하고 완전한 Volkswagen를 디자인 하였다. 1030 1950년대에 유럽 및 미국에 서 Benz, BMW, VOLVO 등 저명 자동차 회사의 출현으로 발전 계승되어 오늘날 생활의 필수품이 되었다. 한국은 1944년 경성정공(기아)의 창립과 1954년 하동환자동차 제작소 설립, 신 진 공업사의 발족으로 자동차 공업이 시작되었으나 1967년 현대자동차의 출현으로 1970년 Pony 생산이 한국 최초의 본격적인 대량 생산은 세계의 이목이 집중되었고 현재(2003년) 약 350만대의 자동차 생산으로 세계 4위의 생산량을 고수하고 있다. 이웃 나라인 일본은 100년 전에 닛산이 Dodson 자동차 개발을 시작으로 현재 1000만대를 생산 수출하여 세계 굴지의 자동차 생산국으로 군림하고 있다. 도요 타, 닛산, 혼다, 마쯔다, 미쓰비스, 다이하수, 이스즈 등 제작사들은 세계적인 명성 을 얻고 있다. 300년 역사의 유럽, 미국자동차와 100년 역사의 일본 등을 30년 역사의 한국 자 동차가 선진국 차( 車 )를 능가하려면 보디의 연구에 엄청난 노력이 필요할 것이다. 한국과 일본은 생산체제가 처음부터 대량 생산체제였기 때문에 손의 기술로 시작되 11
차/체/수/리/그/리/고/도/장 어 점차 발전해온 유럽차의 보디기술을 이해하지 못하는 부분이 있다. 스포츠카, Classic 차의 보디는 휠 머신(Wheel machine)에 의한 수제작 보디 이므로 이에 관한 문헌과 기술 소개는 전무한 상태로 유럽 및 미국차의 보디를 따라 잡으려면 조직적이고 체계적인 보디기술이 소개되어야 하고 이에 세계적이고 고급 스러운 명성을 지닌 차를 제작할 수 있을 것이다. 아울러 보디 디자인 또한 이와 함 께 연구되어야 할 것이다. 한국의 보디 수리기술은 처음부터 대량생산 체제로 시작 발전되어 기본 개념부 터 잘못 인식된 부분이 많다. 대학, 전문대학의 약 70여개 학과에서도 정비, 전기 전자 부문만 교과목에 치중되어 있으나 실제 현장에서는 1500만대가 넘는 자동차 등록 대수로 미루어 보아 1년에 1 3회 정도의 경미한 사고에서부터 큰 사고가 전 국적으로 1000만 건이 발생된다고 보면 최소한 보디 수리 기술자 일인당 1년에 50 대를 수리한다 해도 20만의 보디 수리 기술자가 전국적으로 필요할 것이다. 통계적(실제로)으로 1급 정비공장에서 매출의 80%를 판금, 도장 파트에서 감당 하고, 20% 정도를 정비파트에서 매출을 올린다고 보면 1급공장에서의 기술자 비율 을 8 : 2 정도로 배분하는 것이 합리적일 것이다. 이에 따른 대학자동차의 인원 배 당도 판금 도장 대 정비 비율을 8 : 2 로 조정해야 될 것이다. 보디 수리 기술자가 제대로 기술을 습득하려면 3년여의 시간이 소요된다고 볼 때 그동안의 박봉과 고단함을 이기지 못해 이직을 하는 경우가 있으므로 현장에서는 언 제나 보디 기술자의 빈곤을 느낄 것이다. 결과적으로 대학과 전문대에서 최소한 30 40%의 인원을 보디 전문 기술양성 전공으로 전환되어야 산학협동이 제대로 될 것으로 사료된다. 이에 따른 장비의 현대화로 보디 라인(Body liner)의 전산화, 측정의 전산화, 작 업환경 등의 개선을 가한다면 앞으로 전도양양한 기술 분야가 될 것이다. 외국에서 의 보디 기술자는 고소득의 장래성 있는 직업으로 인식되고 있다. 자동차 차체 설계는 인간 공학적인 것을 고려하여 운전자 및 승객이 안락하며 또 한 충돌 사고시에도 안전해야 할 것이다. 자동차는 각 용도에 따라 업무용, 승용차 용, 스포츠용, 레저용, 단체용, 가족용(7 8인용) 등이 다양하게 설계되어 나온다. 이에 따라 차체의 설계도 달라져야 될 것이다. 주행거리에 따라 장거리용 또는 city용 또는 경주용 자동차 등으로 구분될 것이 12
자/동/차/보/디/공/학/의/발/전/방/향/과/중/요/성 고, 구동방식에 따라 4륜 구동이나 2륜 구동으로 구분되며, 비포장도로가 많은 지방 에서는 4륜 구동차가 선호 될 것이다. 자동차 구매자의 취향이 다양하기 때문에 각 특징별로 설계하여 소비자의 구미에 맞추어야 될 것이다. 자동차 부분별 취향으로는 광폭 타이어, 스포일러, 큰 폭 머플러, 서치라이트형 헤드라이트, 후면 장착형 엔진 등이 인기가 있을 것으로 사료된다. 현재 가변 변속기가 개발중인 것으로 알고 있으며, 전기 자동차가 속속 개발되어 나올 것이다. 또한 태양열 자동차도 개발되어 이에 따른 차체의 설계도 수행되어야 할 것이므로 차체 설계도 최신 시설을 이용한 현대식 설계(CAD)가 바람직할 것이 다. 이에 따라 우리나라도 선진국 못지않은 차체 설계의 기술자를 체계적으로 양성 해야 될 것이다. 한국은 보디공학을 체계적으로 수립하여 저가이고 강하며, 미려한 자동차 보디를 설계하여 제작한다면, 세계 굴지의 뛰어난 자동차 생산국이 될 것이다. 13
자/동/차/보/디/의/형/태 차체수리 그리고 도장 자동차 보디의 형태 1 자동차의 기본 프레임 1.1 일체형 차체 및 모노코크 보디[uni-body(mono)] 일체형 차체 및 모노코크 보디는 모든 차체가 한 덩어리로 된 형태로 여러 장의 패널이 서로 겹쳐서 용접되어 있다. 이 형태의 특징으로는 프레임과 차체가 일체로 된 형태로 엔진과 현가장치가 직접 차체에 부착되어 있다. 현재 생산되는 다수의 많은 자동차가 대부분 이 형태로 제작되고 있으며, 장점으 로는 대량 생산에 유리하나 단점으로는 충격을 받을 경우에 조향장치, 현가장치 등 이 손상되어 폐차시켜야 하는 경우가 많으며, 가벼운 충격이라도 필히 휠 얼라인먼 트를 조정하여 조향 핸들을 바로 잡아 주어야 된다. 그림2.1 일체형 차체 1.2 스페이스 프레임(경주용 차 보디) 스페이스 프레임의 형태는 알루미늄 등 가벼운 금속을 많이 사용하여 중량을 감소 시키는 경향이 많으며, 바깥쪽의 차체는 볼트, 너트나 접착제를 많이 사용한다. 15
차/체/수/리/그/리/고/도/장 그림2.2 스페이스 프레임 대부분 대량으로 생산되는 차 들은 전체 보디가 일체형으로 되어 있다. 이것은 생 산 자동화로 생산은 쉬우나 한번 사고가 발생되면 전체적으로 보디 프레임은 직접 또는 간접 충격으로 인하여 변형이 발생되기 때문에 수리를 한다 하여도 직접 충격 은 눈에 보이므로 수리를 한다지만 간접 충격은 수리에 소홀히 하거나 잊어버리기 쉬울 것이다. 대량 생산으로 저가의 자동차 보디를 생산하여 생산 원가를 절감시킬 수 있는 장점 이 있으나 많은 소비를 위해 폐차시키는 단점이 있다. 스페이스 프레임은 생산비가 고가이나 차체가 튼튼하고 사고가 발생되어도 전체적으로 충격의 전파가 일체형 보디 보다 작아 고급차의 보디 형태로는 바람직하지만 생산 원가가 비싸 고가의 자동차가 되기 때문에 소비자가 부담스러울 수 있다. 그러나 안전성이 뛰어난 장점이 있다. 그림2.3 Benz 300Sl의 스페이스 프레임 그림2.4 Benz 300SL의 스페이스프레임 설치도 16
자/동/차/보/디/의/형/태 그림2.5 스포츠카 디자인(전반)(대학생 자동차 경주대회용 자동차) 그림2.6 페라리의 360 스파이더 17
차/체/수/리/그/리/고/도/장 그림2.7 페라리의 575M 그림2.8 프랑스 퓨죠 스포츠카 그림2.9 메르세데스 벤츠 컨셉트 카, 뉴 SLR 맥라렌 18
자/동/차/보/디/의/형/태 그림2.10 삼성 SM 5(2004) 그림2.11 푸조, 컨셉트 카 오가(Hoggar) 그림2.12 기아 자동차 컨셉트 카 KCV-Ⅲ 19
차/체/수/리/그/리/고/도/장 그림2.13 두원 공과대학(경주용 스포츠카) 그림2.14 스포츠 카 디자인(후반) 20