鋳造で作られる自動車部品にはどのようなものがありますか?フルガイド

鋳造は、自動車業界で最も広く使用されている製造プロセスの 1 つであり、一般的な乗用車のすべての金属部品の 70% 以上が、何らかの形式の鋳造によって製造されています。 エンジン ブロック、シリンダー ヘッド、トランスミッション ハウジング、ブレーキ キャリパー、ディファレンシャル ケース、ステアリング ナックル、インテーク マニホールド、ホイール ハブは、現代の自動車で最も重要な鋳造部品です。これらのコンポーネントは、複雑な内部形状、高い構造的完全性、コスト効率の高い大量生産という共通の要件を共有しています。これらすべての特性は、鋳造がほとんどの競合プロセスよりも優れています。

鋳造によるエンジン部品

エンジンは、あらゆる車両の中で最も鋳造を必要とするシステムです。そのコンポーネントは極度の熱的および機械的ストレス下で動作するため、鋳造のみが確実に大規模に製造できる材料と形状が必要です。

エンジンブロック

エンジン ブロックは、車両の中で最大かつ最も複雑な鋳造部品です。これには、シリンダーボア、冷却液通路、オイルギャラリー、メインベアリングサドルが含まれており、すべて単一の鋳物で形成されています。伝統的に生産されている ねずみ鋳鉄 砂型鋳造を使用する現代のエンジンブロックはますます使用されています アルミニウム合金 (A380、A319、または A356) 重量を軽減するためにダイキャストまたは半永久的なモールドキャストを使用します。一般的な V8 アルミニウム エンジン ブロックの重量はおよそ 50～60ポンド 、と比較して 80～100ポンド 同等の鋳鉄ブロックの場合、軽量化により燃費が直接向上します。

シリンダーヘッド

現在、シリンダー ヘッドはほぼ普遍的にアルミニウム合金から鋳造されており、1990 年代以前に主流だった鋳鉄ヘッドに取って代わりました。この部品には、吸気ポートと排気ポート、燃焼室、冷却ジャケット、バルブ シート インサートが含まれており、その内部形状は、精密な砂中子を使用した砂型鋳造またはロストフォーム鋳造によってのみ達成できます。アルミニウム製シリンダーヘッドはバネ下の熱質量を軽減し、ウォームアップ時間を短縮し、高性能エンジンの圧縮比を高めることができます。

クランクシャフト

高性能クランクシャフトは鍛造品でありながら、 乗用車のクランクシャフトの大部分は鋳造されています — 主に生砂またはシェル成形プロセスを使用した球状 (ダクタイル) 鋳鉄から作られます。鋳造クランクシャフトは、ほとんどの量産エンジン用途に適しており、鍛造品よりも大幅に安価です。一般的な 4 気筒鋳造ダクタイル鋳鉄クランクシャフトのコスト 生産量が 30 ～ 50% 削減 同等の鍛造鋼よりも優れているため、エコノミーおよびミッドレンジ車両のデフォルトの選択肢となっています。

インテークマニホールド

インテークマニホールドは歴史的には永久金型またはダイカストを使用してアルミニウムから鋳造されていました。現在、さらなる軽量化のために多くはナイロン複合材料から射出成形されていますが、耐熱性と寸法安定性が優先されるトラックやパフォーマンス用途では、依然としてアルミニウム鋳造インテークマニホールドが一般的です。

エキゾーストマニホールド

排気マニホールドは、次の温度を超える継続的な温度に耐える必要があります。 900°C (1,650°F) そして急速な熱サイクル。鋳鉄、特に高シリコン モリブデン (SiMo) グレードが主な材料であり、グリーン プロセスで製造されています。 砂型鋳造 。一部の高性能アプリケーションでは、優れた耐酸化性を実現するために鋳ステンレス鋼またはニッケルレジスト鋳鉄を使用しています。

オイルパンとタイミングカバー

大型トラックや高性能車両のエンジン オイル パンは、多くの場合、アルミニウムのダイキャスト製で、剛性があり、バッフルと風損トレイを統合する機能を備えています。タイミング カバーは通常、エンジン ブロックの前部をシールし、クランクシャフト シールを収容するアルミニウム ダイカスト製です。

ドライブトレインおよびトランスミッションの鋳造部品

トランスミッションハウジングとケース

オートマチックおよびマニュアル トランスミッションのハウジングは、車両の中で最も幾何学的に複雑な鋳造品の 1 つです。ベアリングの穴、シャフトのトンネル、バルブ本体の取り付け面を次の公差で正確に位置決めする必要があります。 ±0.05mm以上 。アルミニウム ダイカストが主流のプロセスであり、乗用車用の一般的なトランスミッション ケースの重量は次のとおりです。 10～18kg 。高圧ダイカスト (HPDC) により、部品あたり 2 分未満のサイクル時間が可能になり、大量生産には不可欠です。

デフケースとキャリア

ディファレンシャル ケース (スパイダー ギヤ ハウジング) とキャリアは、ダクタイル鉄、または軽量車両用途ではアルミニウム合金から鋳造されています。これらの部品は、正確なベアリング シートの形状を維持しながら、重大なトルク負荷とギア反力に対応する必要があります。後輪駆動トラックのダクタイル鉄製ディファレンシャル ケースは日常的に砂型鋳造されており、次のトルク容量を超えると評価されています。 500Nm .

トランスファーケースハウジング

四輪駆動車および全輪駆動車には、前車軸と後車軸の間でトルクを分割するトランスファー ケースが必要です。トランスファーケースのハウジングはアルミニウム合金のダイキャスト製で、取り付けフランジ、ベアリングボス、出力シャフトトンネルを単一の部品に統合し、複数の機械加工や溶接が必要な部品を統合します。

ブレーキシステムの鋳造部品

ブレーキキャリパー

ブレーキ キャリパーはねずみ鋳鉄またはアルミニウム合金 (A380 ダイカスト) から鋳造されます。鋳鉄製キャリパーは、低コストで耐摩耗性に優れているため、ほとんどの量産車両に標準装備されています。高性能車や高級車に使用されているアルミニウム キャリパーが提供するもの 40～50%の軽量化 鉄と同等の重量を実現し、バネ下重量を軽減し、ブレーキフィーリングを向上させます。内部ピストンボアと流体通路は鋳造中に形成され、内径公差に合わせて機械加工によって仕上げられます。 ±0.013mm .

ブレーキドラム

リアドラムブレーキシステムのブレーキドラムはねずみ鋳鉄 (ASTM A159 グレード G3000 または G3500) から鋳造されており、ブレーキ鳴きを低減する優れた減衰特性とドラム壁全体に摩擦熱を分散させる能力から選ばれています。軽トラックの一般的なリア ブレーキ ドラムの重量 7～12kg 水平生砂型鋳造によって製造されます。

ブレーキローター（ディスク）

ブレーキ ローターはほぼ独占的にねずみ鋳鉄から鋳造されており、内部ベーン形状 (ベンチレーテッド ローターの場合) は鋳造中に砂中子によって形成されます。ねずみ鋳鉄のグラファイト微細構造は、優れた熱伝導性と摩擦減衰をもたらします。一部の高性能ローターでは、カーボン セラミック複合材またはドリルド/スロット付き鋳鉄のバリエーションが使用されていますが、実質的にすべての場合、ベース材料は鋳物のままです。

マスターシリンダー本体

踏力を液圧に変換するブレーキマスターシリンダー本体はアルミダイキャスト製。ボア、リザーバー取り付けボス、ポート通路はすべて鋳造で形成され、油圧精度の公差に合わせて仕上げ加工されます。

サスペンション、ステアリングキャスト部品

ステアリングナックル

ステアリング ナックル (スピンドル キャリア) は、ホイール ハブをサスペンションおよびステアリング システムに接続します。ブレーキ、コーナリング、路面からの衝撃による複雑な多軸負荷に耐える必要があります。伝統的に鋳造される ダクタイル鋳鉄 、現代のナックルはますます使用されています アルミニウム永久金型または低圧ダイカスト 最大で軽量化 40% 。 BMW やアウディなどの高級ブランドは、2000 年代初頭からアルミニウム ナックルを使用しています。主流の採用は 2010 年代を通じて加速しました。

コントロールアームとウィッシュボーン

高性能車や高級車の上部および下部コントロール アームは、重力ダイカストまたはスクイズ鋳造を使用してアルミニウム合金から鋳造されます。スクイーズ鋳造は、凝固中に圧力を加えることにより鍛造レベルに近い機械的特性を生み出し、サスペンションの安全部品にとって重要な気孔を排除します。エコノミー車両は通常、打ち抜き鋼製コントロールアームを使用します。鋳造アルミニウムはプレミアムです。

ステアリングギアハウジング

パワー ステアリングのラックおよびピニオン ハウジングはアルミニウムのダイカスト製で、ラック ボア、タイロッド エンドの取り付けポイント、および油圧または電気モーターの取り付け設備が統合されています。スムーズなラック移動を確保するには、鋳造後に公差を厳密に満たすようにボアを機械加工する必要があります。

ホイールハブとベアリングキャリア

ベアリング、ローター、ホイールを支えるホイール ハブは、ほとんどの量産車両でダクタイル鋳鉄から鋳造されており、ホイールのラジアル荷重とアキシアル荷重に耐えるのに必要な強度を備えています。一部の高性能車両は、バネ下重量を軽減するために鍛造または鋳造アルミニウム ハブを使用しています。

構造およびボディ鋳造コンポーネント

アルミニウム構造ノードとショックタワー

現代の車両アーキテクチャでは、 構造ノードとしての大型アルミニウムダイカスト 複数の打ち抜きおよび溶接された鋼製コンポーネントを置き換えます。 2020 年にモデル Y で導入されたテスラの「ギガキャスティング」アプローチでは、リア アンダーボディの単一鋳造が使用されています。 70 個の個別のスタンプ部品 そして排除されました 700 溶接 。得られた鋳造品の重さはおよそ 66kg リアアンダーボディの製造コストを推定で削減します。 40% 。ボルボ、トヨタ、ゼネラルモーターズなど他の自動車メーカーも同様のメガキャスティング戦略を発表している。

サブフレームとクレードル

高級車や高性能車のフロントおよびリアのサブフレームは、鋼管から製造されるのではなく、アルミニウムから鋳造されることがあります。鋳造アルミニウム サブフレームは、剛性重量比を最適化する複雑な内部リブ形状を可能にし、エンジン マウント ボス、サスペンション ピックアップ ポイント、ステアリング ラック マウントを 1 つの部品に統合できます。

自動車製造で使用される鋳造プロセス

部品の複雑さ、必要な機械的特性、生産量、材料に基づいて、さまざまな鋳造プロセスが選択されます。自動車業界では、いくつかの異なる鋳造方法が使用されています。

自動車鋳物に使用される材料

鋳造材料の選択により、部品の重量、強度、耐熱性、コストが決まります。自動車産業では、次の 4 つの主要な鋳造材料が使用されます。

• ねずみ鋳鉄 — ブレーキローター、ドラム、エキゾーストマニホールドに最も広く使用されています。優れた減衰性と機械加工性。密度 ~7.2 g/cm3
• ダクタイル（ダクタイル）鉄 — クランクシャフト、ディファレンシャルケース、ステアリングナックルに使用されます。引張強さまで 800MPa ;ねずみ鋳鉄よりも優れた耐衝撃性
• アルミニウム合金（A380、A319、A356、A357） — エンジンブロック、シリンダーヘッド、トランスミッションケース、構造ノードに多く見られます。密度 ~2.7 g/cm3 対 スチールの 7.8 g/cm3 — 可能 65% の重量削減 同等の鉄部品以上
• マグネシウム合金（AZ91D、AM60B） — インストルメントパネルフレーム、トランスファーケースハウジング、バルブカバーに使用。 アルミニウムより 33% 軽量 ;コストプレミアムにより普及が制限される
• 亜鉛合金（ザマックシリーズ） — 小型精密部品の場合: ドアハンドル、ロックハウジング、キャブレター本体。ダイカストにおける非常に微細なディテール能力

完全なリファレンス: システム別の主要な自動車鋳造部品

なぜ鋳造が自動車部品製造を支配しているのか

鋳造は、次のようないくつかの同時にエンジニアリング要件を独自に満たすため、自動車金属部品の主要なプロセスとして存続しています。

• 複雑な内部形状 — 冷却剤通路、オイルギャラリー、中空構造などは、固体素材からの鍛造や機械加工では実現できません。
• 部品の統合 — 単一の鋳造品で 10 ～ 70 個の個別の打ち抜きおよび溶接部品のアセンブリを置き換えることができ、重量、コスト、組み立て時間を削減できます。
• 材料効率 — ニアネットシェイプ鋳造により、機械加工材料の除去が削減されます。 5～20% 一部のビレットから機械加工されたコンポーネントでは部品体積の最大 80%
• 大量生産の経済性 — ダイカスト金型のコストは、金型あたり 20 万ドルから 200 万ドルに達しますが、数十万個の部品で償却され、部品あたりのコストは競合する量産プロセスよりも低くなります。
• 材料選択の柔軟性 — 合金とプロセスを変更することで、同じ設計意図を鉄、アルミニウム、マグネシウム、または亜鉛で実行でき、車両セグメント全体でプラットフォームの最適化が可能になります。

業界の電気自動車への移行は、鋳造技術の革新を弱めるのではなく、むしろ加速させています。 EVのバッテリーエンクロージャ、モーターハウジング、インバーターケース 現在では、大型のアルミニウム ダイカストとして製造されており、1 世紀以上にわたってパワートレインの鋳造を支配してきたのと同じ原理が、電動交通機関の新しいアーキテクチャに適用されています。