چه قطعات خودرویی با ریخته گری ساخته می شوند؟ راهنمای کامل

ریخته گری یکی از پرکاربردترین فرآیندهای تولیدی در صنعت خودروسازی است - بیش از 70 درصد از تمام اجزای فلزی در یک خودروی سواری معمولی از طریق نوعی ریخته گری تولید می شود. بلوک‌های موتور، سرسیلندرها، محفظه‌های گیربکس، کالیپرهای ترمز، کیس‌های دیفرانسیل، بند فرمان، منیفولدهای ورودی و توپی چرخ‌ها از مهم‌ترین قطعات ریخته‌گری شده در خودروهای مدرن هستند. این اجزا یک نیاز مشترک دارند: هندسه داخلی پیچیده، یکپارچگی ساختاری بالا، و تولید انبوه مقرون به صرفه - همه ویژگی‌هایی که ریخته‌گری بهتر از بسیاری از فرآیندهای رقیب ارائه می‌دهد.

اجزای موتور ساخته شده توسط ریخته گری

موتور فشرده ترین سیستم ریخته گری در هر وسیله نقلیه ای است. اجزای آن تحت فشار شدید حرارتی و مکانیکی کار می کنند و به مواد و هندسه هایی نیاز دارند که فقط ریخته گری می تواند به طور قابل اعتماد در مقیاس تولید کند.

بلوک موتور

بلوک موتور بزرگترین و پیچیده ترین قطعه ریخته گری شده در یک وسیله نقلیه است. این شامل سوراخ‌های سیلندر، گذرگاه‌های خنک‌کننده، گالری‌های روغن و زین‌های یاتاقان اصلی است - همه در یک ریخته‌گری تشکیل شده‌اند. تولید سنتی از چدن خاکستری با استفاده از ریخته گری شن و ماسه، بلوک های موتور مدرن به طور فزاینده ای استفاده می شوند آلیاژ آلومینیوم (A380، A319، یا A356) قالب دایکاست یا نیمه دائمی برای کاهش وزن. یک بلوک موتور آلومینیومی V8 معمولی تقریباً وزن دارد 50-60 پوند ، در مقایسه با 80-100 پوند برای یک بلوک چدنی معادل - کاهش وزن که به طور مستقیم مصرف سوخت را بهبود می بخشد.

سر سیلندر

سر سیلندرها امروزه تقریباً به طور جهانی از آلیاژ آلومینیوم ریخته گری می شوند و جایگزین سرهای چدنی غالب قبل از دهه 1990 شده اند. این قطعه شامل پورت‌های ورودی و خروجی، محفظه‌های احتراق، روکش‌های خنک‌کننده و درج‌های صندلی سوپاپ است - هندسه‌های داخلی فقط از طریق ریخته‌گری شن و ماسه یا ریخته‌گری فوم گمشده با هسته‌های شنی دقیق قابل دستیابی هستند. سرسیلندرهای آلومینیومی جرم حرارتی فنر نشده را کاهش می دهند، زمان گرم شدن را بهبود می بخشند و امکان نسبت تراکم بالاتر را در موتورهای عملکردی فراهم می کنند.

میل لنگ

در حالی که میل لنگ با کارایی بالا ساخته می شود، اکثر میل لنگ ماشین های سواری ریخته گری می شوند - عمدتاً از چدن گره‌ای (نشکن) با استفاده از فرآیندهای قالب‌گیری پوسته یا ماسه سبز. میل لنگ ریخته گری برای اکثر کاربردهای موتور تولیدی کافی است و به طور قابل توجهی ارزان تر از آهنگری است. یک میل لنگ چدن داکتیل 4 سیلندر معمولی هزینه دارد 30 تا 50 درصد کمتر برای تولید نسبت به فولاد فورج شده، آن را به انتخاب پیش فرض برای خودروهای اقتصادی و میان رده تبدیل می کند.

منیفولد ورودی

منیفولدهای ورودی از لحاظ تاریخی از آلومینیوم با استفاده از قالب دائمی یا ریخته گری دایکاست. امروزه، بسیاری از کامپوزیت‌های نایلونی برای کاهش وزن بیشتر، قالب‌گیری تزریقی می‌شوند، اما منیفولدهای ورودی ریخته‌گری آلومینیومی در کامیون‌ها و کاربردهای عملکردی که مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی در اولویت هستند، رایج هستند.

منیفولد اگزوز

منیفولدهای اگزوز باید دمای بیش از حد مداوم را تحمل کنند 900 درجه سانتی گراد (1650 درجه فارنهایت) و چرخه حرارتی سریع چدن - به ویژه گریدهای مولیبدن با سیلیکون بالا (SiMo) - ماده غالبی است که از طریق سبز تولید می شود. ریخته گری شن و ماسه . برخی از برنامه های کاربردی با کارایی بالا از فولاد ضد زنگ ریخته گری یا چدن مقاوم در برابر نیکل برای مقاومت در برابر اکسیداسیون برتر استفاده می کنند.

تابه روغن و پوشش زمان بندی

تشت های روغن موتور در کامیون های بزرگتر و خودروهای پرفورمنس اغلب از آلومینیوم ریخته گری می شوند که استحکام و قابلیت ادغام بافل ها و سینی های بادگیر را فراهم می کند. روکش های زمان بندی معمولا قالب های آلومینیومی هستند که جلوی بلوک موتور را آب بندی می کنند و مهر و موم میل لنگ را در خود جای می دهند.

قطعات ریخته گری پیشرانه و گیربکس

مسکن و کیس انتقال

محفظه های گیربکس اتوماتیک و دستی از پیچیده ترین قطعات ریخته گری هندسی در یک وسیله نقلیه هستند. آنها باید دقیقاً محل سوراخ های یاتاقان، تونل های شفت و وجوه نصب بدنه سوپاپ را تا حد تحمل تعیین کنند. 0.05 ± میلی متر یا محکم تر . ریخته گری آلومینیومی فرآیند غالب است، با جعبه های انتقال معمولی برای وزن خودروهای سواری 10-18 کیلوگرم . ریخته گری فشار بالا (HPDC) زمان چرخه را کمتر از 2 دقیقه در هر قطعه می دهد که برای تولید با حجم بالا ضروری است.

کیس دیفرانسیل و حامل

کیس دیفرانسیل (محفظه چرخ دنده عنکبوتی) و حامل از آهن گره‌ای یا در کاربردهای خودروهای سبک‌تر از آلیاژ آلومینیوم ریخته‌گری می‌شوند. این قطعات باید بارهای گشتاور قابل توجهی و نیروهای واکنش دنده را تحمل کنند و در عین حال هندسه صندلی بلبرینگ دقیق را حفظ کنند. کیس‌های دیفرانسیل آهنی گره‌دار در کامیون‌های دیفرانسیل عقب معمولاً با ماسه ریخته‌گری می‌شوند و برای ظرفیت‌های گشتاور بیش از حد درجه بندی می‌شوند. 500 نیوتن متر .

مسکن مورد انتقال

خودروهای چهار چرخ و چهار چرخ متحرک برای تقسیم گشتاور بین محورهای جلو و عقب به یک جعبه انتقال نیاز دارند. محفظه‌های جعبه انتقال از آلیاژ آلومینیوم ریخته‌گری می‌شوند، فلنج‌های نصب، باس‌های بلبرینگ و تونل‌های شفت خروجی را در یک قطعه یکپارچه می‌کنند – که در غیر این صورت به قطعات ماشینکاری و جوشکاری شده متعدد نیاز دارد.

قطعات ریخته گری سیستم ترمز

کالیپر ترمز

کالیپرهای ترمز از چدن خاکستری یا آلیاژ آلومینیوم (دایکست A380) ریخته گری می شوند. کولیس های چدنی به دلیل قیمت پایین و مقاومت در برابر سایش عالی در اکثر خودروهای تولیدی استاندارد هستند. کالیپرهای آلومینیومی - مورد استفاده در خودروهای عملکردی و لوکس - پیشنهاد می‌شود کاهش وزن 40 تا 50 درصد بیش از معادل آهن، کاهش وزن فنر نشده و بهبود احساس ترمز. سوراخ داخلی پیستون و مجرای سیال در حین ریخته‌گری شکل می‌گیرند و با ماشینکاری به پایان می‌رسند. 0.013 ± میلی متر .

درام ترمز

درام‌های ترمز برای سیستم‌های ترمز درام عقب از آهن خاکستری (ASTM A159 Grade G3000 یا G3500) ساخته شده‌اند که به دلیل خواص میرایی عالی آن که صدای ترمز را کاهش می‌دهد و توانایی آن در توزیع گرمای اصطکاکی در سراسر دیواره درام انتخاب شده است. یک درام ترمز عقب معمولی برای یک کامیون سبک وزن دارد 7-12 کیلوگرم و از طریق ریخته گری شن و ماسه سبز افقی تولید می شود.

روتور ترمز (دیسکی)

روتورهای ترمز تقریباً به طور انحصاری از چدن خاکستری ریخته‌گری می‌شوند، با هندسه پره‌های داخلی (برای روتورهای تهویه‌شده) توسط هسته‌های شنی در طول ریخته‌گری تشکیل می‌شود. ریزساختار گرافیت آهن خاکستری رسانایی حرارتی عالی و میرایی اصطکاکی را فراهم می کند. برخی از روتورهای عملکردی از کامپوزیت کربن-سرامیک یا انواع چدن حفاری/شکافی استفاده می کنند، اما مواد پایه تقریباً در همه موارد به صورت ریخته گری باقی می ماند.

بدنه سیلندر اصلی

بدنه سیلندر اصلی ترمز که نیروی پدال را به فشار هیدرولیک تبدیل می کند، از آلومینیوم ریخته گری شده است. حفره، باس نصب مخزن، و گذرگاه‌های پورت همگی در ریخته‌گری شکل می‌گیرند، سپس با دقت هیدرولیک ماشینکاری می‌شوند.

قطعات سیستم تعلیق و فرمان

بند انگشت فرمان

بند فرمان (حامل دوک) توپی چرخ را به سیستم تعلیق و فرمان متصل می کند. باید بارهای پیچیده چند محوره ناشی از ترمز، پیچیدن و برخورد جاده را تحمل کند. بازیگران سنتی از چدن نشکن ، بند انگشت های مدرن به طور فزاینده ای استفاده می شود قالب دائمی آلومینیومی یا ریخته گری کم فشار برای کاهش وزن تا 40% . برندهای لوکس مانند BMW و Audi از اوایل دهه 2000 از بند های آلومینیومی استفاده کرده اند. پذیرش جریان اصلی در دهه 2010 تسریع شد.

بازوها و استخوان‌های آرزو را کنترل کنید

بازوهای کنترلی بالا و پایین در خودروهای عملکردی و لوکس از آلیاژ آلومینیوم با استفاده از ریخته گری گرانشی یا ریخته گری فشاری ریخته گری می شوند. ریخته گری فشاری با اعمال فشار در حین انجماد و حذف تخلخل - که برای اجزای ایمنی تعلیق حیاتی است، خواص مکانیکی تقریباً در سطح آهنگری ایجاد می کند. وسایل نقلیه اقتصادی معمولاً از بازوهای کنترل فولادی مهر و موم شده استفاده می کنند. آلومینیوم ریخته گری درجه یک است.

جعبه دنده فرمان

محفظه‌های قفسه فرمان و پینیون از آلومینیوم ریخته‌گری می‌شوند که سوراخ قفسه، نقاط نصب انتهای میله‌های اتصال و مفاد نصب هیدرولیک یا موتور الکتریکی را یکپارچه می‌کنند. حفره باید پس از ریخته‌گری تا تلورانس‌های بسته ماشین‌کاری شود تا از حرکت صاف قفسه اطمینان حاصل شود.

توپی چرخ و حامل بلبرینگ

توپی چرخ - که یاتاقان، روتور و چرخ را حمل می کند - در اکثر خودروهای تولیدی از آهن گره ای ریخته می شود و استحکام مورد نیاز برای تحمل بارهای شعاعی و محوری چرخ را فراهم می کند. برخی از خودروهای پرفورمنس از توپی های آلومینیومی آهنگری یا ریخته گری برای کاهش وزن فنر نشده استفاده می کنند.

اجزای ساختاری و بدنه

گره های سازه ای آلومینیومی و برج های شوک

یک روند رو به رشد در معماری وسایل نقلیه مدرن استفاده از قالب های ریخته گری آلومینیومی بزرگ به عنوان گره های ساختاری که جایگزین چندین قطعه فولادی مهر و موم شده و جوش داده شده است. رویکرد "Gigacasting" تسلا، که با مدل Y در سال 2020 معرفی شد، از یک قالب تکی زیر بدنه عقب استفاده می کند که جایگزین شده است. 70 قطعه تک مهره شده و بیش از حد حذف شد 700 جوش . ریخته گری حاصل تقریباً وزن دارد 66 کیلوگرم و هزینه ساخت زیر بدنه عقب را تا حدودی کاهش می دهد 40% . خودروسازان دیگر از جمله ولوو، تویوتا و جنرال موتورز استراتژی‌های مشابهی را در زمینه ریخته‌گری بزرگ اعلام کرده‌اند.

زیر فریم و گهواره

فریم های فرعی جلو و عقب در خودروهای لوکس و پرفورمنس گاهی اوقات از آلومینیوم ساخته می شوند تا از لوله های فولادی. زیرفریم‌های آلومینیومی ریخته‌گری به هندسه آج‌دار داخلی پیچیده اجازه می‌دهند که نسبت سختی به وزن را بهینه می‌کند، و می‌توانند پایه‌های پایه موتور، نقاط وانت سیستم تعلیق و پایه‌های قفسه فرمان را در یک قسمت یکپارچه کنند.

فرآیندهای ریخته گری مورد استفاده در خودروسازی

فرآیندهای مختلف ریخته گری بر اساس پیچیدگی قطعه، خواص مکانیکی مورد نیاز، حجم تولید و مواد انتخاب می شوند. صنعت خودرو از چندین روش ریخته گری متمایز استفاده می کند:

مواد مورد استفاده در ریخته گری خودرو

انتخاب مواد ریخته گری وزن، استحکام، مقاومت حرارتی و هزینه قطعه را تعیین می کند. صنعت خودرو از چهار ماده اولیه ریخته گری استفاده می کند:

• چدن خاکستری - به طور گسترده برای روتورهای ترمز، درام ها، منیفولدهای اگزوز استفاده می شود. میرایی و ماشین کاری عالی؛ چگالی ~ 7.2 گرم بر سانتی متر مکعب
• آهن ندولار (نشکن). - برای میل لنگ، کیس دیفرانسیل، بند فرمان استفاده می شود. استحکام کششی تا 800 مگاپاسکال ; نسبت به آهن خاکستری در مقاومت در برابر ضربه برتری دارد
• آلیاژهای آلومینیوم (A380، A319، A356، A357) - غالب در بلوک های موتور، سرسیلندرها، جعبه های انتقال، گره های ساختاری. چگالی ~2.7 g/cm³ در مقابل 7.8 g/cm³ برای فولاد — فعال 65 درصد کاهش وزن بیش از قطعات آهنی معادل
• آلیاژهای منیزیم (AZ91D، AM60B) - برای قاب های پانل ابزار، محفظه های جعبه انتقال، پوشش های سوپاپ استفاده می شود. 33 درصد سبک تر از آلومینیوم ; هزینه-حق بیمه پذیرش گسترده را محدود می کند
• آلیاژهای روی (سری زامک) - برای قطعات کوچک و دقیق: دستگیره درها، محفظه قفل، بدنه کاربراتور. قابلیت جزئیات بسیار ظریف در ریخته گری

مرجع کامل: قطعات اصلی خودرو توسط سیستم

چرا ریخته گری بر تولید قطعات خودرو تسلط دارد؟

ریخته گری به عنوان فرآیند غالب برای اجزای فلزی خودرو ادامه دارد زیرا به طور منحصر به فرد چندین نیاز مهندسی همزمان را برآورده می کند:

• هندسه داخلی پیچیده - راه‌های خنک‌کننده، گالری‌های روغن و ساختارهای توخالی که با آهنگری یا ماشینکاری از ذخایر جامد قابل دستیابی نیستند.
• ادغام بخشی - یک ریخته‌گری می‌تواند جایگزین مجموعه‌ای از 10 تا 70 قطعه تکی مهر و موم شده و جوش داده شده باشد و وزن، هزینه و زمان مونتاژ را کاهش دهد.
• بهره وری مواد - ریخته گری نزدیک به شبکه، حذف مواد ماشینکاری را کاهش می دهد 5-20٪ از حجم قطعه در مقابل تا 80 درصد برای برخی از اجزای ماشینکاری شده از بیلت
• اقتصاد با حجم بالا - هزینه‌های ابزار ریخته‌گری 200,000 تا 2,000,000 دلار برای هر ابزار بیش از صدها هزار قطعه مستهلک می‌شود و هزینه هر قطعه را کمتر از هر فرآیند رقیب در حجم می‌کند.
• انعطاف پذیری انتخاب مواد - همان هدف طراحی را می توان در آهن، آلومینیوم، منیزیم یا روی با تغییر آلیاژ و فرآیند اجرا کرد و بهینه سازی پلت فرم را در بخش های خودرو امکان پذیر کرد.

تغییر صنعت به سمت وسایل نقلیه الکتریکی به جای کاهش نوآوری در ریخته گری سرعت می بخشد. محفظه باتری EV، محفظه موتور و کیس اینورتر اکنون به عنوان ریخته گری آلومینیومی بزرگ تولید می شوند و از همان اصولی استفاده می کنند که بیش از یک قرن بر ریخته گری پیشرانه در معماری جدید حمل و نقل الکتریکی حاکم بوده است.