KR20150061048A - Titanium bicycle frame, method of fabricating the titanium bicycle frame - Google Patents

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주대헌
김용수
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주식회사 에코에프엠
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Abstract

The present invention relates to a titanium bicycle frame which ensures rigidity using a light structure and a method for fabricating the same. The titanium bicycle frame includes a titanium tube, a stay, and a titanium lug integrated with a plurality of connection tubes to be connected to the titanium tube and the stay. Filler metal shaped into an amorphous foil is inserted into and brazed to a contact surface where the titanium tube or the stay is connected to the titanium lug.

Description

티타늄 자전거 프레임, 티타늄 자전거 프레임의 제조방법 {Titanium bicycle frame, method of fabricating the titanium bicycle frame}Title: METHOD OF MANUFACTURING TITANIUM BICYCLE FRAME, METHOD OF MANUFACTURING THE TITANIUM BICYCLE FRAME

본 발명은 티타늄 자전거 프레임 및 티타늄 자전거 프레임의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부재들을 확산 브레이징 접합하여 구현된 티타늄 자전거 프레임 및 티타늄 자전기 프레임의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a titanium bicycle frame and a titanium bicycle frame, and more particularly to a titanium bicycle frame and a method of manufacturing a titanium bicycle frame implemented by diffusion brazing members.

자전거 프레임은 자전거의 중요한 구성요소로서, 사용자의 체중을 지지하면서 바퀴들과 핸들의 상대적인 위치를 적절하게 배치한다. 일반적으로 자전거 프레임은 측면에서 볼 때 2개의 삼각형 구조가 합쳐진 다이아몬드 형상으로 구성되며, 디자인적인 요소 혹은 기능적인 요소에 의해 그 형상이 변경될 수 있다. A bicycle frame is an important component of a bicycle, placing the relative positions of wheels and handles appropriately while supporting the user's weight. Generally, the bicycle frame is formed in a diamond shape in which two triangular structures are combined as viewed from the side, and its shape can be changed by a design element or a functional element.

도 1은 일반적인 자전거 프레임(1)의 구성을 도해하는 측면도이다. Fig. 1 is a side view illustrating a configuration of a general bicycle frame 1. Fig.

도 1을 참조하면, 시트부를 중심으로 앞바퀴부에 설치되는 전반부의 삼각 프레임은 시트 튜브(11), 탑 튜브(12), 다운 튜브(13)에 의해 구성되며, 탑 튜브(12)와 다운 튜브(13)가 만나는 부분에 조향장치용 포그가 설치될 수 있도록 헤드 튜브(14)가 안착된다. 또한 뒷바퀴부가 설치되는 후반부는 시트 튜브(11)를 중심으로 시트 스테이(15)와 체인 스테이(16)가 연결되어 삼각형의 형상을 구성한다. 시트 스테이(15)와 다운 튜브(13), 체인 스테이(16)가 만나는 꼭지점 부분은 바텀 브라켓(17)이라 명명되며, 이 부분에 구동을 위한 페달이 설치된다. 1, a triangular frame of a front half portion provided on a front wheel portion around a seat portion is composed of a seat tube 11, a top tube 12, and a down tube 13, The head tube 14 is seated so that the steering apparatus fog can be installed at a portion where the steering shaft 13 meets. In the rear half portion where the rear wheel portion is provided, the seat stay 15 and the chain stay 16 are connected to each other around the seat tube 11 to form a triangle shape. The vertex portion where the seat stay 15, the down tube 13, and the chain stay 16 meet is called a bottom bracket 17, and a pedal for driving is provided at this portion.

통상적으로 자전거 프레임(1)의 부재들인 튜브류(11, 12, 13), 스테이류(15, 16), 브라켓(17) 등은 각각의 위치에 맞추어 조립된 후 이들 부재들이 연결되는 결합부의 연결면을 용접함으로써, 자전거 프레임(1)이라는 하나의 몸체를 형성한다. 용접 방식은 자전거 프레임(1)을 구성하는 각 부재들의 결합을 위하여 시행되는 국부가열 방식을 채용하기 때문에 결합부에 불순물이 유입되거나, 용접결함 등의 결함들이 결합부에 잔류하여 자전거 프레임(1)의 강성을 저해하는 등의 문제점들이 흔히 발생할 수 있다. 따라서 이러한 결합 기술에 의한 자전거 프레임(1)의 제작은 상당한 기술적 노하우 및 우수한 기능도가 요구되어 품질의 균일성을 확보하기 어렵다. 또한 종래의 결합 기술은 국부적인 가열에 의해 모재 및 용가재를 녹였다가 이들이 응고되면서 모재와 결합되는 접합기술이기 때문에 필연적으로 열응력을 발생하게 되어 자전거 프레임(1)의 뒤틀림 등의 변형을 발생시키며, 자전거 프레임(1)의 각 결합부에 인장응력 형태의 잔류응력을 형성시킨다. 따라서 용접과 같은 국부 가열방식에 의해 결합된 자전거 프레임(1)의 경우 실제 운전 중에 발생하는 자전거의 진동 및 반복하중에 의해 결합부 및 그 인근부분이 파손되는 사례가 빈번히 보고되고 있다. The tubes 11, 12 and 13, the stays 15 and 16, the brackets 17 and the like, which are members of the bicycle frame 1, are assembled according to their respective positions, By welding the surfaces, one body, i.e., the bicycle frame 1, is formed. Since the welding method adopts the local heating method for bonding the members constituting the bicycle frame 1, defects such as welding impurities are introduced into the joint parts, defects such as welding defects remain in the joint parts, And the stiffness of the stiffener is deteriorated. Therefore, the manufacture of the bicycle frame 1 by such a coupling technique requires considerable technical know-how and excellent functionality, making it difficult to ensure uniformity in quality. In addition, since the conventional joining technique is a joining technique in which the base material and the filler material are melted by the local heating and then they are solidified and joined to the base material, thermal stress is inevitably generated to cause deformation such as twisting of the bicycle frame 1, Thereby forming a residual stress in the form of tensile stress at each of the engaging portions of the bicycle frame 1. Therefore, in the case of the bicycle frame (1) combined with the local heating method such as welding, the joint portion and its neighboring portions are frequently damaged due to the vibration and repeated load of the bicycle generated during the actual operation.

특히 티타늄 합금 소재를 사용하여 자전거 프레임(1)을 형성하는 경우, 티타늄 합금들이 고온에서 대기 중의 산소 등과 매우 쉽게 반응하여 쉽게 불순물들을 형성하므로 일반적인 용접 방법으로 그 결합을 구성하는 것이 용이하지 않아, 분위기 가스 및 차폐 도구 등 별도의 특별한 설비가 요구되며, 용접부의 결함 발생 방지를 위한 많은 기술적 노력 및 기능도가 요구된다. Particularly, when the bicycle frame 1 is formed using a titanium alloy material, since the titanium alloys react with oxygen and the like in the atmosphere very easily at high temperature to easily form impurities, it is not easy to form the bonding by a general welding method, Gas and shielding tools are required, and many technical efforts and functions are required to prevent defects in the welds.

또한 각종 튜브류(11, 12, 13), 스테이류(15, 16), 브라켓(17) 등은 설계에 의해 구성된 특별한 각도를 형성한 상태에서 용접이 이루어져야 하며, 특히 바텀 브라켓(17) 및 시트부는 4개의 튜브가 한 곳을 집중되는 구성형태를 보이게 되어 결합부의 겹침 등이 발생하게 되어 용접 결함을 방지할 수 있는 공정순서를 구성하여야하고 용접이 단속적으로 이루어질 수밖에 없어 대량생산의 형태를 구성하기가 어렵다. In addition, welding must be performed in a state in which the various tubes 11, 12 and 13, the stays 15 and 16, the bracket 17 and the like are formed with a special angle formed by design. In particular, the bottom bracket 17, Part 4 shows a configuration in which one tube is concentrated, so that overlapping of the joints occurs, so that a process sequence for preventing welding defects must be established and welding is intermittently made, thereby forming a form of mass production Is difficult.

또한, 자전거 프레임(1)은 기능적으로 볼 때 각종 튜브류(11, 12, 13), 스테이류(15, 16), 브라켓(17)이 상호 연결되는 부분들에 사용 중 많은 하중이 인가되므로, 이 부분들이 고하중에 견딜 수 있도록 구성되어야 한다. 일반적인 자전거 프레임(1)의 경우 동일한 두께로 하나의 튜브를 구성해야 하므로 상대적으로 하중 인가가 낮은 튜브의 중앙 부분까지도 결합부의 강성을 유지할 목적으로 불필요하게 두껍게 제작되는 경우가 많아, 티타늄 소재의 자전거 프레임과 같이 경량 고강도 소재를 사용하여 구현하고자 하는 경량화의 목표에 충분히 도달하지 못하는 어려움이 있다. Since a great load is applied to the parts of the bicycle frame 1 to which the various tubes 11, 12 and 13, the stays 15 and 16 and the bracket 17 are interconnected when viewed from a functional standpoint, These parts must be constructed to withstand high loads. In the case of a general bicycle frame (1), since one tube must be formed with the same thickness, the center portion of the tube with relatively low load is often made unnecessarily thick for the purpose of maintaining the rigidity of the joint portion. The lightweight and high-strength materials such as the above-described lightweight materials are difficult to achieve.

최근 들어 하이드로 포밍, 열간 벌지 성형공법, 버티드 가공 등의 공정기술들이 개발되어 자전거용 튜브의 단면 두께 및 형상을 보강하여 고하중 부분을 집중적으로 보강함으로서 자전거 프레임의 전체 경량화를 구현하는 기술들이 알려져 있으나, 이러한 기술들이 상당한 고가의 공정기술이고, 티타늄과 같이 소성가공 성능이 나쁜 재료의 경우 상술한 공정들을 활용하여 자전거 프레임용 튜브류를 생산하는 것이 매우 어렵기 때문에 소재의 비강도(比强度)에 의한 경량화를 구현하는 것 이외에 최적 설계구성에 의한 자전거 프레임의 경량화를 구현하는 것이 기술적으로 매우 어려운 실정이다. In recent years, there have been known techniques for realizing weight reduction of a bicycle frame by intensively reinforcing a high-load portion by reinforcing the cross-sectional thickness and shape of a bicycle tube by developing process technologies such as hydroforming, hot bulge forming, and butt processing However, it is very difficult to produce tubes for bicycle frames by using the above-described processes in the case of materials having such a high-cost process technology as titanium and having poor plastic-forming performance such as titanium. Therefore, It is technically very difficult to realize the weight reduction of the bicycle frame by the optimum design construction.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 강성은 확보하면서 구조체의 경량화를 구현하고 결합부의 국부가열에 의한 열변형 및 열응력을 억제하는 티타늄 자전거 프레임 및 티타늄 자전거 프레임의 제조방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 과제는 예시적으로 제시되었고, 따라서 본 발명이 이러한 과제에 제한되는 것은 아니다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a titanium bicycle frame and a titanium bicycle frame, which are designed to solve the above-mentioned problems and which realize weight reduction of a structure while maintaining rigidity and suppress thermal deformation and thermal stress due to local heating of a joint portion to provide. These and other objects of the present invention are presented by way of example, and the present invention is not limited thereto.

본 발명에서 제안하는 티타늄 자전거 프레임은 튜브 및 스테이가 결합되는 부위들에 각각 튜브류 및 스테이류와 결합될 수 있는 연결관을 갖는 시트 러그, 헤드 러그, 바텀브라켓 러그, 드롭아웃 러그 등을 배치하고 이들과 탑 튜브, 시트 튜브, 다운 튜브, 시트 스테이, 체인 스테이들을 함께 조립하여 일체형의 자전거 프레임 결합체를 구성할 때 그 결합면에 포일 형태의 비정질 브레이징 필러 금속을 미리 삽입하고, 필러 금속의 용융온도 이상 결합체의 동소변태 온도 이하까지 가열하여 확산 브레이징 접합에 의해 일체화된다. In the titanium bicycle frame proposed in the present invention, a seat lug, a head lug, a bottom bracket lug, a dropout lug, or the like having a connecting tube that can be connected to tubes and stays, respectively, When assembling the bicycle frame assembly with the top tube, the seat tube, the down tube, the seat stay, and the chain stays together, the amorphous brazing filler metal in the form of a foil is preliminarily inserted into the coupling surface thereof, And is then integrated by diffusion brazing.

확산 브레이징을 위한 티타늄 자전거 프레임 조립체를 구성하는 단계에서 튜브류 및 스테이류의 소재 보다 고하중에 견뎌야하는 러그부의 소재를 고강도 티타늄 합금 재질로 선정함으로서 티타늄 자전거 프레임 결합체의 강성을 구현한다. Titanium bike frame assembly for diffusion brazing The rigidity of the titanium bicycle frame assembly is realized by selecting the material of the lug part which should endure under the higher load than the material of the tubes and stays as the high strength titanium alloy material.

확산 브레이징 접합에 의해 일체화하는 단계는 자전거 프레임 조립체를 진공 혹은 Ar과 같은 불활성 분위기 하의 로에 위치시키고 이를 동일한 온도조건 하에서 브레이징 접합하여 자전거 프레임을 완성하는 단계를 포함한다. The step of integrating by diffusion brazing involves placing the bicycle frame assembly in a furnace under an inert atmosphere such as vacuum or Ar and brazing it under the same temperature conditions to complete the bicycle frame.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시 예에 따르면, 국부적 열응력에 의한 결합체의 국부변형이 억제되며, 결합부에 인장 잔류응력이 발생되지 않아 이로 인한 피로 파단의 촉진을 억제할 수 있다. 나아가, 고하중부를 구성하는 러그부에는 적절한 두께를 갖는 고강도 재질의 티타늄 합금 러그를 설치하여 고하중부에 대응되는 강성을 확보하고, 저하중부인 튜브 및 스테이는 두께가 얇은 티타늄 합금 소재로 구성함으로써 티타늄 자전거 프레임 구조체의 강성은 확보하면서 그 구조체의 경량화를 구현할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the local deformation of the joined body due to the local thermal stress is suppressed, and the tensile residual stress is not generated in the coupled portion, thereby suppressing the promotion of fatigue fracture. Further, titanium alloy lugs of high strength material having appropriate thickness are provided in the lug portion constituting the high-load portion to secure the rigidity corresponding to the high-load portion, and the tubes and stays as the middle portion are made of a titanium alloy material having a small thickness, The rigidity of the bicycle frame structure can be ensured and the weight of the structure can be realized.

도 1은 일반적인 자전거 프레임의 구성을 도해하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 티타늄 자전거 프레임을 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 티타늄 자전거 프레임의 조립체의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 티타늄 자전거 프레임의 완성체의 결합사시도이다.
1 is a side view illustrating a configuration of a general bicycle frame.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a titanium bicycle frame according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of an assembly of a titanium bicycle frame according to an embodiment of the present invention.
4 is an assembled perspective view of a completed body of a titanium bicycle frame according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임을 제조하는 방법을 도해 하는 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임을 제조하는 방법은 튜브류, 스테이류, 러그류를 제공하는 단계(S10), 상기 자전거 프레임의 조립체의 연결부에 비정질 포일 필러금속을 공급하는 단계(S20), 상기 튜브류 및/또는 스테이류와 상기 러그류의 사이에 비정질 포일 필러메탈을 삽입하고 이들을 동시에 연결하여 자전거 프레임의 조립체를 형성하는 단계(S30), 상기 자전거 프레임의 조립체를 지그 시스템 상에 장착한 후에 퍼니스에 장입하는 단계(S40) 및 상기 자전거 프레임의 조립체를 브레이징 접합 온도로 가열함으로써 자전거 프레임의 완성체를 형성하는 단계(S50)를 포함한다. 이들 단계들에 대하여 이하에서 상세하게 설명한다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a bicycle frame according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a method of manufacturing a bicycle frame according to an exemplary embodiment of the present invention includes providing tubes, stays, and lugs (S10), supplying amorphous foil filler metal to a connection portion of the assembly of the bicycle frame (S30) of inserting an amorphous foil filler metal between the tubes and / or stays and the lug flow and connecting them together to form a bicycle frame assembly (S30) A step (S40) of charging the furnace after being mounted on a jig system (S40), and a step (S50) of forming a finished body of a bicycle frame by heating the assembly of the bicycle frame to a brazing junction temperature. These steps are described in detail below.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임의 조립체(100)의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임의 완성체(100a)의 결합사시도이다. FIG. 3 is an exploded perspective view of an assembly 100 of a bicycle frame according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an assembled perspective view of a finished body 100a of a bicycle frame according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임은, 예시적으로, 다아아몬드 형태의 프레임을 가질 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 시트부를 중심으로 앞바퀴부에 설치되는 전반부의 삼각 프레임은 시트 튜브(111), 탑튜브(112), 다운 튜브(113)에 의해 구성되며, 뒷바퀴부가 설치되는 후반부는 시트튜브(111)를 중심으로 시트 스테이(115)와 체인 스테이(116)가 연결되어 삼각형의 형상을 구성한다. Referring to FIGS. 3 and 4, the bicycle frame according to the embodiment of the present invention may have, for example, a diamond-shaped frame. Specifically, the triangular frame of the front half portion provided on the front wheel portion around the seat portion is constituted by the seat tube 111, the top tube 112, and the down tube 113, and the rear half, And the chain stay 116 is connected to the seat stay 115 to form a triangle shape.

나아가, 시트 러그(132)는 시트 튜브(111), 탑 튜브(112) 및 시트 스테이(115)와 각각 연결되는 복수의 연결관들이 일체화된 구조체의 형상을 가진다. 시트 러그(132)는 시트부가 설치될 수 있도록 형성된 연결관을 더 포함할 수 있다. 헤드 러그(134)는 탑 튜브(112) 및 다운 튜브(113)와 각각 연결되는 복수의 연결관들이 일체화된 구조체의 형상을 가진다. 또한, 헤드 러그(134)는 탑 튜브(112)와 다운 튜브(113)가 만나는 부분에 조향장치용 포그가 설치될 수 있도록 형성된 연결관을 더 포함할 수 있다. 바텀브라켓 러그(136)는 시트 튜브(111), 다운 튜브(113) 및 체인 스테이(116)와 각각 연결되는 복수의 연결관들이 일체화된 구조체의 형상을 가진다. 드롭아웃 러그(138)는 시트 스테이(115) 및 체인 스테이(116)와 각각 연결되는 복수의 연결관들이 일체화된 구조체의 형상을 가진다.Further, the seat lug 132 has the shape of a structure in which a plurality of connecting pipes each connected to the seat tube 111, the top tube 112, and the seat stay 115 are integrated. The seat lug 132 may further include a connection pipe formed so that the seat portion can be installed. The head lug 134 has the shape of a structure in which a plurality of connection tubes each connected to the top tube 112 and the down tube 113 are integrated. The head lug 134 may further include a connection pipe formed at a portion where the top tube 112 and the down tube 113 meet so that the steering fog can be installed. The bottom bracket lug 136 has the shape of a structure in which a plurality of connecting pipes each connected to the seat tube 111, the down tube 113, and the chain stay 116 are integrated. The dropout lug 138 has the shape of a structure in which a plurality of connecting pipes respectively connected to the seat stay 115 and the chain stay 116 are integrated.

본 발명을 통하여 자전거 프레임을 구성하기 위해서는 우선 2개 이상의 조립부를 포함하는 러그류(132, 134, 136, 138)와 각각의 러그류들을 상호 연결하여주는 튜브류(111, 112, 113) 혹은 스테이류(115, 116) 등을 각각의 부품 형태로 준비한다. In order to construct the bicycle frame according to the present invention, the lugs 132, 134, 136, 138 including two or more assembling parts and the tubes 111, 112, 113 or stays Currents 115 and 116 are prepared in the form of respective parts.

본 실시예에서 러그류(132, 134, 136, 138)는 Ti-6Al-4V 티타늄 합금을 정밀주조한 후 러그류(132, 134, 136, 138)의 내경을 각각의 튜브류(111, 112, 113) 및 /또는 스테이류(115, 116)의 외경에 맞추어 가공하여 준비하였고, 튜브류(111, 112, 113) 및 스테이류(115, 116)는 압출공법으로 제조된 Ti-3Al-2.5V 심리스 파이프를 길이 및 형상에 맞추어 절단 및 밴딩 등의 소성 가공을 하여 준비하였다. 그러나 본 실시예와 다르게 러그류(132, 134, 136, 138)의 외경과 튜브류(111, 112, 113) 및/또는 스테이류(115, 116)의 내경이 결합할 수 있도록 설계하여도 본 발명의 단계를 이어나가는데 문제없이 활용될 수 있다. 또 다른 변형된 실시에서는, 러그류(132, 134, 136, 138)의 내경 및 외경이 튜브류(111, 112, 113) 및 스테이류(115, 116)의 내경 및 외경과 각각 동일하면서 결합될 수 있도록 설계될 수도 있다. In this embodiment, the lugs 132, 134, 136 and 138 are formed by precisely casting a Ti-6Al-4V titanium alloy and then the inner diameters of the lugs 132, 134, 136, The tubes 111, 112 and 113 and the stays 115 and 116 were prepared by extruding Ti-3Al-2.5 V seamless pipes were prepared by plastic working such as cutting and banding according to the length and shape. However, unlike the present embodiment, the outer diameter of the lugs 132, 134, 136, and 138 can be designed to be coupled with the inner diameters of the tubes 111, 112, and 113 and / or the stays 115 and 116, It can be utilized without any problem in continuing the steps of the invention. In another modified embodiment, the inner and outer diameters of the lugs 132, 134, 136, and 138 are equal to the inner and outer diameters of the tubes 111, 112, 113 and the stays 115, May be designed.

준비된 부품들은 세정작업을 거친 후 각각의 위치에 맞추어 조립된다. 이 때 조립 겹침부의 사에에 40~80μm의 두께를 갖는 비정질 브레이징 포일을 삽입한다. 본 실시예에서는 조립 겹칩을 15mm로 유지할 수 있도록 조립을 실시하였다. The prepared parts are assembled to each position after being cleaned. At this time, an amorphous brazing foil having a thickness of 40 to 80 mu m is inserted into the yarn of the assembly overlapping portion. In this embodiment, the assembled ply chip was assembled so that it could be maintained at 15 mm.

브레이징 필러금속으로 비정질 포일 이외에 분말, 페이스트, 혹은 결정질 리본을 이용하는 방법도 있으나, 분말 혹은 페이스트 형태의 필러금속의 경우 과량의 필러공급으로 인해 브레이징 결합부 침식으로 인한 강도 저하 및 잔류 필러금속의 제거에 어려움을 준다. 또한 결정질 포일형태의 필러금속의 경우 조립 중 변형되거나 파손되는 등의 문제가 흔히 발생하여 원활한 조립체의 구성을 어렵게하는 경향을 보여 본 발명에서는 그 사용을 제한하였다. In addition to the amorphous foil as the brazing filler metal, powder, paste, or crystalline ribbon may be used. However, in the case of powder or paste filler metal, excessive filler supply may cause degradation of strength due to erosion of the brazing joint portion and removal of residual filler metal It gives difficulties. In addition, in the case of the filler metal of the crystalline foil, problems such as deformation or breakage during assembly often occur, which tends to make the structure of a smooth assembly difficult, which limits its use in the present invention.

티타늄 확산 브레이징 필러금속은, Zr-17.2Ti-24Ni, Zr-14.2Ti-12.6Ni-6.8Cu, Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni, Ti-37.5Zr-25Cu, Ti-20Zr-20Cu-20Ni, Ti-25Zr-50Cu, Ti-15Cu-25Ni 등 일 수 있다. 그러나, 티타늄 브레이징 필러금속을 구성하는 물질은 이에 한정되지 않으며 티타늄의 확산 브레이징이 가능한 다양한 다른 물질들로 구성될 수도 있다. The titanium diffusion brazing filler metal is selected from the group consisting of Zr-17.2Ti-24Ni, Zr-14.2Ti-12.6Ni-6.8Cu, Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni, Ti-37.5Zr-25Cu, Ti-20Zr-20Cu- -25Zr-50Cu, Ti-15Cu-25Ni, and the like. However, the material constituting the titanium brazing filler metal is not limited thereto and may be composed of various other materials capable of diffusion brazing of titanium.

본 발명에서 상기의 자전거 프레임 조립체(100)가 자전거프레임 완성체(100a)로 되기 위해서는 진공 혹은 불활성 분위기하에서 브레이징 접합 온도까지 가열되었다가 상온으로 냉각되는 온도변화의 단계를 거치게 된다. In order to form the bicycle frame assembly 100a according to the present invention, the bicycle frame assembly 100a is heated to a brazing joint temperature under a vacuum or an inert atmosphere, and is then cooled to room temperature.

자전거 프레임 조립체(100)를 진공 퍼니스(도 7의 300)에 투입한 후에 진공 혹은 불활성 분위기하에서 브레이징 접합 온도까지 가열하고 일정 시간 이상 유지하면, 러그류를 구성하는 재료(130)과 튜브류 및 스테이류를 구성하는 재료(110) 사이에 개재된 브레이징 필러 금속(120)이 양방향으로 각각 확산하면서 러그류를 구성하는 재료(130)과 튜브류 및 스테이류를 구성하는 재료(110) 사이를 접합한다. 상기 브레이징 접합 온도는 필러금속(120)의 액상선(liquidus) 온도보다 높지만, 모재(110, 130)의 베타 변태점(beta transus) 온도보다 낮다. When the bike frame assembly 100 is put in a vacuum furnace (300 in FIG. 7) and then heated to a brazing joint temperature in a vacuum or an inert atmosphere and maintained for a predetermined period of time, the material 130 constituting the lug flow, The brazing filler metal 120 interposed between the materials 110 constituting the flow is diffused in both directions and the material 130 constituting the lug flow is bonded to the material 110 constituting the tubes and the stays . The brazing junction temperature is higher than the liquidus temperature of the filler metal 120 but lower than the beta transus temperature of the parent material 110,

본 발명에 의한 티타늄 자전거 프레임은 그 강성을 최적화 할 수 있도록 고하중 부위를 러그류로 보강하고 이들을 튜브 및 스테이로 통칭되는 파이프 형태의 구조물로 결합하고 이들의 결합면을 브레이징 공법을 통하여 접합한다는 것이 용접공정에 의해 제작되는 일반적인 티타늄계 자전거 프레임과 상이한 부분이다.In order to optimize the rigidity of the titanium bicycle frame according to the present invention, the high-load parts are reinforced with lugs and joined together by a pipe-like structure commonly referred to as a tube and a stay, and their joint surfaces are joined by a brazing method It is a different part from the general titanium bike frame produced by the welding process.

티타늄 및 그 합금류는 고온에서 급격한 미세조직의 변화와 결정구조의 변화로 인한 급격한 체적변화를 동반하는 동소변태라는 상변태의 과정을 거치게 된다. 만일 브레이징 공정이 이 동소변태 온도 이상에 실시될 경우 승온과정 및 냉각과정에서 발생되는 2번의 동소변태로 인한 급격한 체적변화가 자전거 프레임에 인가되어 자전거 프레임의 변형이 발생하기 쉽고, 브레이징 후 상변태에 의한 미세조직의 변화가 유발될 것이다. 통상적으로 자전거 프레임류에 사용되는 Ti-3Al-2.5V 티타늄 합금의 경우 935℃에서 동소변태가 발생하여 이 온도 이전에서 브레이징을 실시하는 것이 매우 중요하다. 또한 동소변태 이전의 온도일 지라도 높은 온도에서 브레이징을 실시하게되면, 재료의 연화가 심화되어 브레이징 중 자전거 프레임의 변형을 유발할 수 있어 이를 방지하기 위해 브레이징 지그의 형상이 복잡하게 되어 그 생산성을 저하하는 요소로 작용하게 된다. Titanium and its alloys undergo a phase transformation process called high-temperature transformation accompanied by rapid microstructure change at high temperature and rapid volume change due to change of crystal structure. If the brazing process is performed at a temperature higher than the transformation temperature, a sudden volume change due to the two rounds of transformation occurring in the heating process and the cooling process is applied to the bicycle frame, so that the bike frame is easily deformed. Changes in microstructure will be induced. Generally, Ti-3Al-2.5V titanium alloys used in bicycle frames are formed at 935 ℃ and it is very important to perform brazing before this temperature. If the brazing is performed at a high temperature even at the temperature before the transformation, the softening of the material may be intensified to cause the deformation of the bicycle frame during brazing. To prevent this, the shape of the brazing jig becomes complicated, .

또한 브레이징 온도가 낮을 경우 브레이징 사이클에서 동반되는 열팽창 및 열수축에 의한 자전거 프레임의 길이 변화가 작고, 재료의 강성이 비교적 높아 복잡한 형태의 지그를 사용하지 않아도 브레이징 공법에 의해 양질의 자전거 프레임을 제작할 수 있다. In addition, when the brazing temperature is low, the change in the length of the bicycle frame due to the thermal expansion and heat shrinkage accompanying the brazing cycle is small, and the rigidity of the material is relatively high, so that a high quality bicycle frame can be manufactured by the brazing method without using a complicated form jig .

그러나 본 발명에서 제안하는 브레이징 공법은 기본적으로 브레이징 접합을 위해 공급하는 브레이징 필러금속이 용융되어 브레이징 접합면으로 공급되고 최종적으로 용융확산 접합에 의하여 각 부품들간의 상호 결합이 진행되는 공법이므로 브레이징 필러금속이 용융될 수 있는 정도로 충분히 높은 온도에서 실시되어야 한다. However, the brazing method proposed in the present invention is basically a method in which the brazing filler metal supplied for brazing is melted and supplied to the brazing joint surface, and finally the mutual bonding between the parts is progressed by the melt diffusion bonding, Should be carried out at a temperature sufficiently high to permit melting.

따라서 본 발명의 공정 흐름을 볼 때 브레이징은 필러금속의 융점이상에서부터 자전거 프레임 재료의 상변태온도 이하에서 실시되어야 하고, 지그의 구성 및 생산적인 측면을 고려할 때 800℃~950℃에서 실시될 수 있으며, 바람직하게는 800℃~870℃에서 실시될 수 있다. 더불어 브레이징 필러금속의 유동성 및 자전거 프레임재료의 고온강성을 고려할 때 엄격히는 800℃~830℃에서 브레이징을 실시하는 것이 가장 바람직하다 할 수 있다. Therefore, in view of the process flow of the present invention, the brazing should be performed at a temperature not lower than the melting point of the filler metal and below the temperature of the biaxial frame material, and may be performed at 800 ° C to 950 ° C, Preferably 800 [deg.] C to 870 [deg.] C. In addition, considering the fluidity of the brazing filler metal and the high temperature stiffness of the bicycle frame material, it is most preferable to braze at 800 ° C to 830 ° C.

본 발명에 따르면 자전거 프레임의 조립체(100)는 고하중 영역을 지탱하는 러그류와 이들 사이를 연결하는 튜브류 및 스테이류를 겹침 결합한 후 브레이징 공정을 통하여 일체화 시킨 결합된 티타늄 자전거 프레임 완성체(100a)가 형성된다. 상기의 결합체 구성 방법을 통하여 고하중 영역과 저하중 영역에 서로 다른 재질과 두께의 결합체를 공급함으로서 단일 두께의 파이프를 용접하여 제작되는 프레임에 비하여 동일한 강성구조 하에서도 더욱 경량화된 티타늄 자전거 프레임을 제공할 수 있게 된다. According to the present invention, the assembly 100 of the bicycle frame comprises a combined titanium bike frame finished body 100a (see FIG. 1) which is formed by lapping lugs supporting the high-load region, tubes and stays connecting the lugs, Is formed. By supplying the joints of different materials and thickness to the high-load area and the low-load area through the above-described joint construction method, a lightweight titanium bicycle frame can be provided even under the same rigidity structure compared to a frame manufactured by welding a single- .

또한 본 발명에서는 자전거 프레임 전체가 동일한 온도까지 승온되었다 냉각되는 브레이징 공법에 적용되었기 때문에 기존의 용접 등 국부가열 공법으로 제작된 프레임에서 나타날 수 있는 결합부의 인장잔류응력이 근원적으로 발생하지 않아 사용중 발생하는 반복하중에 의한 피로파단의 발생 가능성이 현저히 줄어들게 된다. In the present invention, since the entire bicycle frame is heated up to the same temperature, it is applied to the brazing method in which cooling is performed. Therefore, the tensile residual stress of the joint portion, which may appear in the frame manufactured by the local heating method such as welding, The possibility of occurrence of fatigue fracture due to cyclic loading is significantly reduced.

더불어, 본 발명에 의하면, 자전거 프레임의 조립 및 필러금속의 공급, 브레이징 지그와 자전거 프레임과의 조립 등의 브레이징 준비과정은 매우 단순하게 진행될 수 있으며, 최종제품의 품질은 자전거 프레임의 설계, 브레이징 지그의 설계, 브레이징 공정 파라메터에 의해 결정되므로, 용접기술의 숙련도 및 기능도에 의해 품질의 편차가 발생하는 용접 접합 프레임에 비하여 품질의 산포가 적고, 다수의 자전거 프레임 조립체(100)를 일시에 장입하여 브레이징 접합할 수 있으므로 대량 생산에도 유리한 공법이라 할 수 있다. In addition, according to the present invention, the brazing preparation process such as assembling the bicycle frame, supplying the filler metal, assembling the brazing jig and the bicycle frame can be carried out very simply, and the quality of the final product can be improved by designing the bicycle frame, The quality of the welded joint frame is reduced compared with the welded joint frame in which the quality varies due to the skill of the welding technique and the degree of functioning and the plurality of bicycle frame assemblies 100 are charged at a time It can be said that it is advantageous for mass production because it can be brazed.

또한 본 발명에서는 러그류와 튜브 및 스테이류와의 모든 결합부에 브레이징 필러금속을 삽입 혹은 그 주변에 도포함에 의해 공급한 후 로에 전체 조립체를 삽입한 후 브레이징 접합공정을 진행되기 때문에 다수의 접합부를 동시에 생성함에 의해 완성된 자전거 프레임을 제공할 수 있다. Further, in the present invention, since the brazing filler metal is inserted into all the joint portions of the lug, the tube, and the stator, or the brazing filler metal is applied to the bracket filler metal, the entire assembly is inserted into the furnace, The bicycle frame thus completed can be provided.

100 : 자전거 프레임의 조립체 100a : 자전거 프레임의 완성체
111 : 시트 튜브 112 : 탑 튜브
113 : 다운 튜브 115 : 시트 스테이
116 : 체인 스테이 132 : 시트 러그
134 : 헤드 러그 136 : 바텀브라켓 러그
138 : 드롭아웃 러그 200 : 브레이징 지그
100: Assembly of the bicycle frame 100a: Finished body of the bicycle frame
111: sheet tube 112: top tube
113: down tube 115: seat stay
116: chain stay 132: seat lug
134: head lug 136: bottom bracket lug
138: Dropout lug 200: Brazing jig

Claims (4)

티타늄 합금 튜브 및 스테이 및 상기 튜브나 스테이와 연결되도록 복수의 연결관들이 일체화된 구조를 가지는 티타늄 합금 러그를 포함하고, 상기 티타늄 합금 튜브나 스테이가 상기 티타늄 합금 러그와 연결되는 접촉면에 브레이징 필러금속을삽입하여 브레이징 접합된, 티타늄 자전거 프레임.And a titanium alloy lug having a titanium alloy tube and a stay and a plurality of connecting tubes connected to the tube or stay, wherein the titanium alloy tube or the stay has a brazing filler metal on a contact surface to which the titanium alloy lug is connected, Bonded brazed, titanium bike frame by inserting. 제 1항에 있어서, 상기 티타늄 러그는 상기 티타늄 튜브 및 스테이에 비하여 고강도의 티타늄 합금 재질로 구성된 티타늄 자전거 프레임.The titanium bicycle frame according to claim 1, wherein the titanium lug is made of a titanium alloy material having a higher strength than the titanium tube and the stay. 티타늄 튜브 및 스테이를 제공하는 단계, 상기 티타늄 튜브나 스테이와 연결되도록 복수의 연결관들이 일체화된 구조를 가지는 티타늄 러그를 제공하는 단계, 상기 티타늄 러그와 상기 티타늄 튜브 및 스테이의 연결 부위에 브레이징 필러금속을 공급하는 단계, 상기 티타늄 러그와 상기 티타늄 튜브 및 스테이를 연결하여 티타늄 자전거 프레임 조립체를 형성하는 단계, 상기 티타늄 자전기 프레임 조립체를 퍼니스 내에 장입하는 단계 및 상기 퍼니스 내에서 상기 티타늄 자전거 프레임 조립체를 진공 혹은 불활성 분위기 하에서 브레이징 접합 온도로 가열하여 상기 필러금속이 확산됨으로써 상기 티타늄 러그와 상기 티타늄 튜브 및 스테이가 접합되어 티타늄 자전거 프레임 완성체를 형성하는 단계를 포함하는, 티타늄 자전거 프레임의 제조방법.Providing a titanium tube and a stay; providing a titanium lug having a structure in which a plurality of connection tubes are integrated to be connected to the titanium tube or the stay; providing a brazing filler metal to the connection portion of the titanium lug, Connecting the titanium lug to the titanium tube and the stay to form a titanium bicycle frame assembly; charging the titanium electric frame assembly into a furnace; and placing the titanium bicycle frame assembly in a vacuum Or heating the brazing metal under an inert atmosphere to diffuse the filler metal so that the titanium lug and the titanium tube and stay are joined to form a titanium bicycle frame finished body. 제3항에 있어서, 상기 티타늄 러그와 상기 티타늄 튜브 및 스테이의 연결 부위에 필러금속을 공급하는 단계에서 40~80μm 두께의 비정질 포일 형태의 필러메탈을 공급하여 수행하는, 티타늄 자전거 프레임의 제조방법.
4. The method of claim 3, wherein the step of supplying the filler metal to the connecting portion of the titanium lug and the titanium tube and the stay is performed by supplying filler metal in the form of amorphous foil having a thickness of 40 to 80 占 퐉.
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