Mitä autonosia valmistetaan valamalla? Täydellinen opas

Valu on yksi autoteollisuuden laajimmin käytetyistä valmistusprosesseista – yli 70 % kaikista tyypillisen henkilöauton metallikomponenteista valmistetaan jollain tavalla valamalla. Moottorilohkot, sylinterikannet, vaihteistokotelot, jarrusatulat, tasauspyörästön kotelot, ohjausnivelet, imusarjat ja pyörän navat ovat nykyaikaisten autojen kriittisimpiä valuosia. Näillä komponenteilla on yhteinen vaatimus: monimutkainen sisäinen geometria, korkea rakenteellinen eheys ja kustannustehokas massatuotanto – kaikki ominaisuudet, joiden ansiosta valu tuottaa paremmin kuin useimmat kilpailevat prosessit.

Castingin valmistamat moottorin osat

Moottori on kaikkien ajoneuvojen valuintensiivisin järjestelmä. Sen komponentit toimivat äärimmäisessä lämpö- ja mekaanisessa rasituksessa, mikä vaatii materiaaleja ja geometrioita, joita vain valu voi luotettavasti tuottaa mittakaavassa.

Moottorin lohko

Moottorilohko on ajoneuvon suurin ja monimutkaisin valuosa. Se sisältää sylinterireiät, jäähdytysnesteen kanavat, öljygalleriat ja päälaakerien satulat – kaikki on muodostettu yhdeksi valukappaleeksi. Perinteisesti valmistettu harmaa valurauta hiekkavalua käyttämällä nykyaikaisia moottorilohkoja käytetään yhä enemmän alumiiniseos (A380, A319 tai A356) painevalettu tai puolipysyvä muottivalettu painon vähentämiseksi. Tyypillinen V8-alumiininen moottorilohko painaa noin 50-60 paunaa , verrattuna 80-100 paunaa vastaavalle valurautalohkolle – painonpudotus, joka parantaa suoraan polttoainetaloutta.

Sylinterinkansi

Sylinterinkannet on nykyään lähes yleisesti valettu alumiiniseoksesta, ja ne korvaavat ennen 1990-lukua vallinneet valurautakannet. Osa sisältää imu- ja pakoaukot, polttokammiot, jäähdytysnesteen vaipat ja venttiilin istukan sisäosat – sisäiset geometriat, jotka saavutetaan vain hiekkavalulla tai vaahtomuovivalulla tarkoilla hiekkaytimillä. Alumiinisylinterikannet vähentävät jousittamatonta lämpömassaa, mikä parantaa lämpenemisaikaa ja mahdollistaa korkeammat puristussuhteet suorituskykyisissä moottoreissa.

Kampiakseli

Vaikka tehokkaat kampiakselit on taottu, suurin osa henkilöautojen kampiakseleista on valettu — pääasiassa pallografiittivaluraudasta raakahiekka- tai kuorivaluprosesseja käyttäen. Valetut kampiakselit sopivat useimpiin tuotantomoottorisovelluksiin ja ovat huomattavasti halvempia kuin takeet. Tyypillinen 4-sylinterinen valuraudasta valmistettu kampiakseli maksaa 30–50 % vähemmän tuotantoa kuin taottua terästä vastaava, joten se on oletusvalinta taloudellisiin ja keskihintaisiin ajoneuvoihin.

Imusarja

Imusarjat on historiallisesti valettu alumiinista käyttämällä pysyvää muottia tai painevalua. Nykyään monet ruiskupuristetaan nylonkomposiiteista lisäpainon säästämiseksi, mutta alumiinivaletut imusarjat ovat edelleen yleisiä kuorma-autoissa ja suorituskykysovelluksissa, joissa lämmönkestävyys ja mittojen vakaus ovat etusijalla.

Pakosarja

Pakosarjan on kestettävä jatkuvat ylittävät lämpötilat 900 °C (1 650 °F) ja nopea lämpöpyöräily. Valurauta - erityisesti korkeapiipitoiset molybdeeni (SiMo) - on hallitseva materiaali, jota tuotetaan vihreällä hiekkavalu . Joissakin korkean suorituskyvyn sovelluksissa käytetään ruostumatonta terästä tai Ni-resist valurautaa erinomaisen hapettumisenkestävyyden saavuttamiseksi.

Öljypohja ja ajoituksen kansi

Suurempien kuorma-autojen ja suorituskykyisten ajoneuvojen moottoriöljypohjat on usein painevalettu alumiinista, mikä takaa jäykkyyden ja mahdollisuuden integroida ohjauslevyt ja tuulilevyt. Ajoitussuojukset ovat tyypillisesti alumiinipuristusvaluja, jotka tiivistävät moottorilohkon etuosan ja sisältävät kampiakselin tiivisteen.

Voimansiirron ja vaihteiston valuosat

Vaihteiston kotelo ja kotelo

Automaatti- ja manuaalivaihteiston kotelot ovat ajoneuvon geometrisesti monimutkaisimpia valukappaleita. Niiden on sijoitettava tarkasti laakerin reiät, akselitunnelit ja venttiilirungon asennuspinnat toleransseihin ±0,05 mm tai tiukempi . Alumiinin painevalu on hallitseva prosessi, ja tyypilliset henkilöautojen vaihteistokotelot painavat 10-18 kg . Korkeapaineinen painevalu (HPDC) mahdollistaa alle 2 minuutin syklin per osa, mikä on välttämätöntä suuren volyymin tuotannossa.

Tasauspyörästön kotelo ja kantaja

Tasauspyörästön kotelo (hämähäkkivaihdekotelo) ja kannatin on valettu nodulaarisesta raudasta tai kevyemmissä ajoneuvosovelluksissa alumiiniseoksesta. Näiden osien on kestettävä merkittäviä vääntömomenttikuormia ja vaihteiston reaktiovoimia säilyttäen samalla tarkka laakerin istukan geometria. Takavetoisten kuorma-autojen nodular rautaiset tasauspyörästökotelot ovat rutiininomaisesti hiekkavalettu ja niiden vääntömomenttikapasiteetti ylittää 500 Nm .

Siirtokotelon asunto

Neli- ja nelivetoiset ajoneuvot vaativat siirtokotelon vääntömomentin jakamiseksi etu- ja taka-akselien välillä. Siirtokotelon kotelot on painevalettu alumiiniseoksesta, ja niissä on kiinnityslaipat, laakeriulokkeet ja ulostuloakselin tunnelit yhdeksi kappaleeksi, mikä lisää sitä, mikä muuten vaatisi useita koneistettuja ja hitsattuja komponentteja.

Jarrujärjestelmän valukomponentit

Jarrusatula

Jarrusatulat on valettu joko harmaasta valuraudasta tai alumiiniseoksesta (A380 painevalettu). Valurautaiset jarrusatulat ovat vakiona useimmissa tuotantoautoissa alhaisten kustannustensa ja erinomaisen kulutuskestävyytensä ansiosta. Tarjolla alumiiniset jarrusatulat – käytetään suorituskykyisissä ja luksusajoneuvoissa 40-50 % painonpudotus enemmän kuin rautaekvivalentit, mikä vähentää jousittamatonta painoa ja parantaa jarrujen tuntumaa. Männän sisäreikä ja nestekanavat muodostetaan valun aikana ja viimeistellään koneistamalla toleransseihin ±0,013 mm .

Jarrurumpu

Takarumpujarrujärjestelmien jarrurummut on valettu harmaasta raudasta (ASTM A159 Grade G3000 tai G3500), joka on valittu sen erinomaisten vaimennusominaisuuksiensa vuoksi, jotka vähentävät jarrujen vinkumista ja kyvystä jakaa kitkalämpöä rummun seinämän yli. Tyypillinen takajarrurumpu kevyelle kuorma-autolle painaa 7-12 kg ja se valmistetaan vaakasuoralla vihreällä hiekkavalulla.

Jarruroottori (levy)

Jarruroottorit on lähes yksinomaan valettu harmaavaluraudasta, ja sisäinen siipigeometria (ilmanvaihtoroottoreille) muodostuu hiekkasydämistä valun aikana. Harmaan raudan grafiittimikrorakenne tarjoaa erinomaisen lämmönjohtavuuden ja kitkavaimennuksen. Joissakin suorituskykyroottoreissa käytetään hiili-keraamikomposiitti- tai pora-/uravalurautamuunnelmia, mutta pohjamateriaali jää lähes kaikissa tapauksissa valukappaleeksi.

Pääsylinterin runko

Jarrupääsylinterin runko, joka muuntaa poljinvoiman hydraulipaineeksi, on painevalettu alumiinista. Poraus, säiliön kiinnitysuloke ja porttikanavat muodostetaan kaikki valussa, minkä jälkeen ne viimeistellään hydraulisten tarkkuustoleranssien mukaisesti.

Jousituksen ja ohjauksen valuosat

Ohjausnuppi

Ohjausnivel (karan kannatin) yhdistää pyörän navan jousitukseen ja ohjausjärjestelmään. Sen on kestettävä monimutkaisia ​​moniakselisia kuormituksia jarrutuksista, kaarteista ja tien törmäyksistä. Perinteisesti valettu pallografiittivalurautaa , nykyaikaiset rystyset käyttävät yhä enemmän alumiinista pysyvä muotti tai matalapaineinen painevalu jopa painonsäästöä varten 40 % . Luksusmerkit, kuten BMW ja Audi, ovat käyttäneet alumiinisia rystysten 2000-luvun alusta lähtien; valtavirran käyttöönotto kiihtyi 2010-luvulla.

Ohjausvarret ja tukivarret

Suorituskykyisten ja luksusajoneuvojen ylemmät ja alemmat ohjausvarret on valettu alumiiniseoksesta käyttämällä painovoima- tai puristusvalua. Puristusvalu tuottaa lähes taontatason mekaanisia ominaisuuksia kohdistamalla painetta jähmettymisen aikana, mikä eliminoi huokoisuuden, joka on kriittinen jousituksen turvakomponenteille. Talousajoneuvoissa käytetään tyypillisesti leimattuja teräksisiä ohjausvarsia; valettu alumiini on premium.

Ohjausvaihdekotelo

Ohjaustehostimen hammastangon ja hammaspyörän kotelot on painevalettu alumiinista, ja niissä on integroitu hammastangon reikä, raidetangon päiden kiinnityskohdat ja hydrauli- tai sähkömoottorin asennustarvikkeet. Poraus on työstettävä lyhyille toleransseille valun jälkeen tasaisen telineen liikkeen varmistamiseksi.

Pyörän napa ja laakerin kannatin

Pyörän navat, jotka kantavat laakeria, roottoria ja pyörää, on valettu pyörteisestä raudasta useimmissa tuotantoajoneuvoissa, mikä tarjoaa tarvittavan lujuuden pyörän säteittäisen ja aksiaalisen kuormituksen käsittelyyn. Joissakin suorituskykyisissä ajoneuvoissa käytetään taottuja tai valettuja alumiininapoja vähentämään jousittamatonta painoa.

Rakenne- ja runkokomponentit

Alumiiniset rakennesolmut ja iskutornit

Nykyaikaisessa ajoneuvoarkkitehtuurissa kasvava trendi on käyttää suuret alumiinipuristusvalut rakenteellisina solmuina jotka korvaavat useita leimattuja ja hitsattuja teräsosia. Teslan "Gigacasting"-lähestymistapa, joka esiteltiin Model Y:n kanssa vuonna 2020, käyttää yhtä takarungon valua, joka korvasi 70 yksittäistä leimattua osaa ja eliminoitu ohi 700 hitsausta . Tuloksena oleva valukappale painaa noin 66 kg ja vähentää arviolta takarungon valmistuskustannuksia 40 % . Muut autonvalmistajat, mukaan lukien Volvo, Toyota ja General Motors, ovat ilmoittaneet samanlaisista megavalustrategioista.

Apurunko ja kehto

Luksus- ja suorituskykyautojen etu- ja takarungot on joskus valettu alumiinista teräsputken sijaan. Valetut alumiiniset apurungot mahdollistavat monimutkaisen sisäisen ripageometrian, joka optimoi jäykkyys-painosuhteen, ja ne voivat integroida moottorin kiinnityskohdat, jousituksen nostopisteet ja ohjaustangon kiinnikkeet yhdeksi osaksi.

Autojen valmistuksessa käytetyt valuprosessit

Erilaiset valuprosessit valitaan osan monimutkaisuuden, vaadittujen mekaanisten ominaisuuksien, tuotantomäärän ja materiaalin perusteella. Autoteollisuus käyttää useita erilaisia valumenetelmiä:

Autojen valuissa käytetyt materiaalit

Valumateriaalin valinta määrää osan painon, lujuuden, lämmönkestävyyden ja hinnan. Autoteollisuus käyttää neljää päävalumateriaalia:

• Harmaa valurauta — yleisimmin käytetty jarruroottoreissa, rummuissa, pakosarjassa; erinomainen vaimennus ja työstettävyys; tiheys ~7,2 g/cm³
• Nodulaarinen (pallografiitti) rauta — käytetään kampiakseleissa, tasauspyörästökoteloissa, ohjausnivelissä; vetolujuus asti 800 MPa ; iskunkestävyydeltään parempi kuin harmaarauta
• Alumiiniseokset (A380, A319, A356, A357) — hallitseva moottorilohkoissa, sylinterikannissa, vaihteistokoteloissa, rakenteellisissa solmuissa; tiheys ~2,7 g/cm³ vs. 7,8 g/cm³ teräkselle – mahdollistaa 65% painonsäästö vastaavien rautaosien päälle
• Magnesiumlejeeringit (AZ91D, AM60B) — käytetään kojetaulun kehyksissä, siirtokoteloiden koteloissa, venttiilinsuojuksissa; 33 % kevyempi kuin alumiini ; kustannuspalkkio rajoittaa laajaa käyttöönottoa
• Sinkkilejeeringit (Zamak-sarja) — pienille, tarkkuusosille: ovenkahvat, lukkokotelot, kaasuttimen rungot; erittäin hienot yksityiskohdat painevalussa

Täydellinen viite: Tärkeimmät autojen valuosat järjestelmäkohtaisesti

Miksi Casting hallitsee autojen osien valmistusta

Valu on edelleen hallitseva prosessi autojen metallikomponenteille, koska se täyttää ainutlaatuisesti useita samanaikaisia suunnitteluvaatimuksia:

• Monimutkainen sisägeometria — jäähdytyskanavat, öljykäytävät ja ontot rakenteet, joita ei voida saavuttaa takomalla tai koneistamalla kiinteästä materiaalista
• Osien yhdistäminen — yksi valukappale voi korvata 10–70 yksittäisen leimatun ja hitsatun osan kokoonpanot, mikä vähentää painoa, kustannuksia ja kokoonpanoaikaa
• Materiaalitehokkuus — lähes verkkomuotoinen valu vähentää koneistusmateriaalin poistoa 5–20 % osan tilavuudesta verrattuna jopa 80 %:iin joidenkin aihiosta koneistettujen komponenttien kohdalla
• Suuren volyymin taloustiede - painevalutyökalujen kustannukset 200 000–2 000 000 dollaria työkalua kohden kuoletetaan satojen tuhansien osien aikana, mikä alentaa osakohtaiset kustannukset minkään kilpailevan prosessin volyymilla
• Materiaalin valinnan joustavuus — Sama suunnittelutavoite voidaan toteuttaa raudassa, alumiinissa, magnesiumissa tai sinkissä vaihtamalla seosta ja prosessia, mikä mahdollistaa alustan optimoinnin ajoneuvosegmenteissä

Alan siirtyminen sähköajoneuvoihin kiihdyttää innovointia eikä vähentää sitä. EV-akkukotelot, moottorikotelot ja invertterikotelot valmistetaan nyt suurina alumiinisuulakevaluina käyttäen samoja periaatteita, jotka ovat ohjanneet voimansiirtojen valua yli vuosisadan uudessa sähköistetyn kuljetuksen arkkitehtuurissa.