골프 5세대의 차체
골프 5세대의 차체
  • 의사신문
  • 승인 2009.11.04 14:34
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기념비적일 정도로 강한 차체를 자랑

차체를 만드는 방법은 크게 두 가지가 있는데 쉽게 생각해보면 뼈대인 프레임을 만들고 차체를 얹는 방식은 골격을 갖는 척추 동물 비슷한 방법이고 다른 방법은 곤충처럼 껍질의 힘으로 자체적인 강도를 만드는(외골격 구조) 모노코크 구조다. 승용차에는 프레임을 얹는 방식이 먼저 쓰이다가 모노코크로 변했다. 승용차에서 모노코크가 아닌 차종은 구형의 페라리나 몇 종류의 슈퍼카 그도 아니면 특수차량정도다.

그러니 요즘 차들은 모두 풍뎅이처럼 모노코크라고 보는 편이 맞다. 모노코크의 장점은 가볍고 비교적 튼튼하며 내부의 공간을 크게 잡을 수 있다. 모노코크는 1930년대 시트로엥 트락숑 아방 시절부터 시작됐으니 아주 오래된 기술이다. 항공기는 2차 대전부터 사용됐다. 이 정도의 역사라면 거의 모르는 것이 없을 것 같은데 그렇지가 않다. 그래서 얼마 전까지는 메이커마다 모노코크 차체의 수준이 큰 차이가 났다. 요즘도 몇몇 업체는 크게 차이가 난다. 어떤 메이커들은 아주 강성이 강한 차들을 만든다. 그 중의 하나가 폭스바겐이다. 폭스바겐의 골프는 강성이 강한 차를 만들어 왔는데 5세대 골프는 기념비적일 정도로 강한 차체를 자랑한다.

컴퓨터의 도움으로 다른 메이커들이 유한요소 해석을 통해 발전을 이루는 와중에 폭스바겐은 만드는 방법을 혁신했다. 아마 미래에는 폭스바겐이 만드는 방법을 모두 따라 할지 모른다.폭스바겐의 새로운 차체 만들기에 동원된 방법은 레이저의 도입과 제작 프로세스의 개선이었다.

차체를 만드는 것은 철판을 종잇장처럼 오리고 틀에 찍어서 힘과 강도를 가진 케이스로 만드는 것이다. 차를 만드는 대부분의 노력이 들어가는 곳이다. 전기와 에너지도 차체에 집중된다. 엔진이나 변속기는 차체 제작에 비하면 아주 쉬운 작업이다. 우리가 아는 공장의 이미지는 차체에 몇 개의 로봇팔이 붙어 스포트용접을 하며 불꽃을 일으키며 접혀진 철판을 붙이는 장면이다. 차체는 같은 재료를 투입하더라도 설계의 수준에 따라 크게 변한다. 무겁기만 하고 잘 비틀리며 약한 차체를 만드는 경우도 있고 부품을 적게 사용하더라도 튼튼하고 강인한 차체를 만들 수 있기도 하다. 몇 %의 고장력 강을 투입해도 차체의 강도는 극적으로 달라진다.

그 다음은 구성 요소의 접착력이다. 철판이 강하더라도 접착부분이 약하면 애초의 설계는 아무런 의미가 없다. 차체를 붙이는 몇 가지의 방법을 생각할 수 있다.

우선 리벳이나 볼트로 붙이는 방법이 있다. 예전에 항공기를 만들 때 사용했다. 차에는 포인트가 너무 많아서 현실적이지 않다. 극히 제한적으로 사용될 뿐이다.

그 다음은 용접이다. 용접은 너무나 다양하다. 철판을 겹치고 양쪽 끝에서 작은 스포트에 전류를 흘려 그 열로 스포트 부위를 녹여 붙인다. 수 천개의 스포트 포인트가 차를 접착시킨다. 그러나 경우에는 아크웰딩도 사용하는데 용접봉을 전류로 녹이면서 차체를 풀로 붙이듯이 붙이는 방법이다. 시간도 많이 걸리지만 열이 지속적으로 발생하므로 주변의 철판이나 구조물이 변형되기도 한다. 아주 좋은 방법이지만 비싼 방법이기도 하다. 그리고 차체의 변형을 가져올지도 모를 가스를 사용하는 토치 용접이 있다. 이 방법은 거의 사용되지 않는다.

그 다음은 풀로 붙이는 방법이다. 이 방법은 항공기의 구조물들이 용접이 불가능한 장소들이 많아 도입되었다. 용접으로 인한 알루미늄 구조물들의 변형이 항공기 구조에 치명적이라 강력한 본드로 프레임을 붙인다. 이 정도로 강한 본드는 개발이 이미 끝났다. 가격은 상당히 비싸다.

그 다음 방법은 일종의 납땜한다. 철판을 납으로 붙이지는 않지만 황동으로 땜하기도 한다. 전자장치에서 구리선은 납으로 깨끗하게 붙일 수 있다. 자동차는 황동으로 붙인다. 용접이 녹여 붙이는 것이라면 동으로 붙이는 것은 열을 가해 일종의 합금상태를 만드는 것이다. 동합금을 사용하는 땜을 브레이징(Brazing)이라고 하는데 그 장점이라면 열을 받으면서 철판의 변형이 오는 것을 최소화하고 밀봉을 유지하기 쉽다는 것이다. 브레이징은 오래전에 한물 간 기술이었는데 폭스바겐은 브레이징을 중요한 접합수단으로 격상시켰다.

대략 차들은 이런 접착 방법 중 스포트 용접을 제일 많이 사용했다. 철판공장에서 납품된 매끈한 아연도 강판을 프레스로 찍어 모양을 만들고 이들을 스포트로 붙인다. 그러면 표면은 전류가 흐른 부위에 약간의 상처가 남는다. 밀봉성이 100% 유지되는 것도 아니다. 그러면 스프레이로 다시 녹이 슬지 않도록 재처리를 하거나 실란트로 밀봉을 해야 한다. 아니면 물이 새거나 녹이 슬게 된다. 어떤 부위는 이런 처리 자체가 불가능하다. 스포트 용접이 전혀 어울리지 않지만 다른 방법이 불가능해서 그냥 사용하기도 한다. 일종의 타협이다.

 폭스바겐이 들고 나온 방법은 레이저를 적극적으로 도입하는 것이었다. 이 방법은 ‘VW Golf V Laser Processing Concept and Production Implementation’라는 문서에 잘 요약되어 있다. 다음 번의 주제다.

이런 혁신으로 5세대 골프의 4세대에 대비해서 정적인 비틀림 강성은 80%, 동적 비틀림 강성은 15%, 동적 구부리기 강성은 35% 증가했다. 4세대 골프의 강성은 당시 업계 최고 수준이었다.

안윤호〈송파 대광의원장〉


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