주조로 어떤 자동차 부품이 만들어지나요? 전체 가이드

주조는 자동차 산업에서 가장 널리 사용되는 제조 공정 중 하나입니다. 일반적인 승용차의 모든 금속 부품 중 70% 이상이 주조를 통해 생산됩니다. 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 하우징, 브레이크 캘리퍼, 차동 케이스, 스티어링 너클, 흡기 매니폴드 및 휠 허브는 현대 자동차에서 가장 중요한 주조 부품 중 하나입니다. 이러한 구성 요소는 복잡한 내부 형상, 높은 구조적 무결성, 비용 효율적인 대량 생산이라는 공통 요구 사항을 공유합니다. 이 모든 특성은 주조가 대부분의 경쟁 공정보다 더 나은 결과를 제공합니다.

주조로 만든 엔진 부품

엔진은 모든 차량에서 가장 주조 집약적인 시스템입니다. 그 구성 요소는 극도의 열 및 기계적 응력 하에서 작동하므로 주조만이 대규모로 안정적으로 생산할 수 있는 재료와 형상이 필요합니다.

엔진 블록

엔진 블록은 차량에서 가장 크고 복잡한 주조 부품입니다. 여기에는 실린더 보어, 냉각수 통로, 오일 갤러리 및 메인 베어링 새들이 포함되어 있으며 모두 단일 주조로 형성됩니다. 전통적으로 생산되는 회색 주철 모래 주조를 사용하여 현대 엔진 블록의 사용이 점점 더 늘어나고 있습니다. 알루미늄 합금(A380, A319 또는 A356) 무게를 줄이기 위해 다이캐스트나 반영구적 몰드캐스트를 사용합니다. 일반적인 V8 알루미늄 엔진 블록의 무게는 대략 50~60파운드 , 비교 80~100파운드 동등한 주철 블록의 경우 - 연비를 직접적으로 향상시키는 중량 감소입니다.

실린더 헤드

실린더 헤드는 오늘날 거의 보편적으로 알루미늄 합금으로 주조되어 1990년대 이전에 지배적이었던 주철 헤드를 대체합니다. 부품에는 흡기 및 배기 포트, 연소실, 냉각수 재킷 및 밸브 시트 인서트가 포함되어 있습니다. 내부 형상은 모래 주조 또는 정밀 모래 코어를 사용한 손실 거품 주조를 통해서만 얻을 수 있습니다. 알루미늄 실린더 헤드는 스프링 아래 열 질량을 줄여 예열 시간을 개선하고 고성능 엔진의 압축비를 높일 수 있습니다.

크랭크샤프트

고성능 크랭크샤프트가 단조되면서, 대부분의 승용차 크랭크 샤프트는 주조됩니다. - 주로 생사 또는 쉘 성형 공정을 사용하는 구상(연성) 주철로 만들어집니다. 주조 크랭크샤프트는 대부분의 생산 엔진 응용 분야에 적합하며 단조품보다 훨씬 저렴합니다. 일반적인 4기통 주철 연성철 크랭크샤프트 비용 생산 비용이 30~50% 감소 단조 강철과 동등한 수준의 차량이므로 경제형 및 중형 차량의 기본 선택이 됩니다.

흡기 매니폴드

흡기 매니폴드는 역사적으로 영구 주형이나 다이캐스팅을 사용하여 알루미늄으로 주조되었습니다. 오늘날 많은 제품은 무게를 더욱 줄이기 위해 나일론 복합재로 사출 성형되지만 알루미늄 주조 흡기 매니폴드는 내열성과 치수 안정성이 우선시되는 트럭 및 고성능 응용 분야에서 여전히 일반적입니다.

배기 매니폴드

배기 매니폴드는 다음을 초과하는 연속적인 온도를 견뎌야 합니다. 900°C(1,650°F) 그리고 급속한 열 순환. 주철, 특히 고규소 몰리브덴(SiMo) 등급은 친환경을 통해 생산되는 주요 소재입니다. 모래 주조 . 일부 고성능 응용 분야에서는 우수한 내산화성을 위해 주조 스테인리스강 또는 Ni 저항 주철을 사용합니다.

오일 팬 및 타이밍 커버

대형 트럭 및 고성능 차량의 엔진 오일 팬은 종종 알루미늄으로 다이캐스트되어 강성과 배플 및 바람막이 트레이를 통합하는 기능을 제공합니다. 타이밍 커버는 일반적으로 엔진 블록의 전면을 밀봉하고 크랭크샤프트 씰을 수용하는 알루미늄 다이캐스팅입니다.

구동계 및 변속기 주조 부품

변속기 하우징 및 케이스

자동 및 수동 변속기 하우징은 차량에서 기하학적으로 가장 복잡한 주조물 중 하나입니다. 베어링 보어, 샤프트 터널 및 밸브 본체 장착면을 다음 공차에 맞게 정확하게 위치시켜야 합니다. ±0.05mm 이하 . 알루미늄 다이캐스팅이 지배적인 공정이며, 일반적인 승용차용 변속기 케이스의 무게 측정에는 10~18kg . 고압 다이캐스팅(HPDC)은 대량 생산에 필수적인 부품당 2분 미만의 사이클 시간을 허용합니다.

차동 케이스 및 캐리어

차동 케이스(스파이더 기어 하우징)와 캐리어는 구상철 또는 경량 차량 응용 분야의 경우 알루미늄 합금으로 주조됩니다. 이러한 부품은 정확한 베어링 시트 형상을 유지하면서 상당한 토크 부하와 기어 반력을 수용해야 합니다. 후륜 구동 트럭의 구상철 차동 케이스는 일반적으로 모래 주조로 제작되며 토크 용량이 다음을 초과하는 것으로 평가됩니다. 500Nm .

트랜스퍼 케이스 하우징

4륜 및 4륜 구동 차량에는 앞차축과 뒷차축 사이에 토크를 분배하기 위한 트랜스퍼 케이스가 필요합니다. 트랜스퍼 케이스 하우징은 알루미늄 합금으로 다이캐스트되어 장착 플랜지, 베어링 보스 및 출력 샤프트 터널을 단일 부품으로 통합하여 여러 개의 기계 가공 및 용접 부품이 필요한 것을 통합합니다.

브레이크 시스템 주조 부품

브레이크 캘리퍼

브레이크 캘리퍼는 회주철 또는 알루미늄 합금(A380 다이캐스트)으로 주조됩니다. 주철 캘리퍼는 저렴한 비용과 우수한 내마모성으로 인해 대부분의 생산 차량에 표준으로 사용됩니다. 고성능 차량과 고급 차량에 사용되는 알루미늄 캘리퍼 중량 40~50% 감소 철 등가물보다 스프링 하 중량을 줄이고 브레이크 느낌을 향상시킵니다. 내부 피스톤 보어와 유체 통로는 주조 중에 형성되고 보어 공차에 맞게 가공하여 마감됩니다. ±0.013mm .

브레이크 드럼

후방 드럼 브레이크 시스템용 브레이크 드럼은 회주철(ASTM A159 등급 G3000 또는 G3500)로 주조되며, 브레이크 소음을 줄이는 탁월한 감쇠 특성과 드럼 벽 전체에 마찰열을 분산시키는 능력으로 인해 선택되었습니다. 소형 트럭의 일반적인 후방 브레이크 드럼의 무게는 다음과 같습니다. 7~12kg 수평 생사 주조를 통해 생산됩니다.

브레이크 로터(디스크)

브레이크 로터는 거의 전적으로 회주철로 주조되며, 내부 베인 형상(환기식 로터용)은 주조 중에 모래 코어로 형성됩니다. 회주철의 흑연 미세구조는 우수한 열 전도성과 마찰 감쇠 기능을 제공합니다. 일부 성능 로터는 탄소-세라믹 복합재 또는 드릴링/슬롯형 주철 변형을 사용하지만 기본 재료는 거의 모든 경우에 주물로 남아 있습니다.

마스터 실린더 바디

페달 힘을 유압으로 변환하는 브레이크 마스터 실린더 본체는 알루미늄 다이캐스트로 만들어졌습니다. 보어, 저장소 장착 보스 및 포트 통로는 모두 주조로 형성된 다음 유압 정밀 공차에 맞게 마무리 가공됩니다.

서스펜션 및 조향 주조 부품

스티어링 너클

스티어링 너클(스핀들 캐리어)은 휠 허브를 서스펜션 및 스티어링 시스템에 연결합니다. 제동, 코너링, 도로 충격으로 인한 복잡한 다축 하중을 견뎌야 합니다. 전통적으로 캐스팅 연성이 있는 철 , 현대 너클은 점점 더 많이 사용됩니다. 알루미늄 영구 금형 또는 저압 다이캐스팅 최대 무게 절감을 위해 40% . BMW나 아우디 같은 럭셔리 브랜드는 2000년대 초반부터 알루미늄 너클을 사용해왔습니다. 2010년대를 거치면서 주류 채택이 가속화되었습니다.

컨트롤 암 및 위시본

고성능 및 고급 차량의 상부 및 하부 컨트롤 암은 중력 다이 캐스팅 또는 스퀴즈 캐스팅을 사용하여 알루미늄 합금으로 주조됩니다. 스퀴즈 주조는 응고 중에 압력을 가하여 단조 수준에 가까운 기계적 특성을 생성하고 다공성을 제거합니다. 이는 서스펜션 안전 부품에 매우 중요합니다. 경제적인 차량은 일반적으로 스탬프 처리된 강철 컨트롤 암을 사용합니다. 주조 알루미늄은 프리미엄입니다.

스티어링 기어 하우징

파워 스티어링 랙 및 피니언 하우징은 알루미늄으로 다이캐스트되어 랙 보어, 타이 로드 엔드 장착 지점, 유압 또는 전기 모터 장착 장치가 통합되어 있습니다. 원활한 랙 이동을 보장하려면 주조 후 공차를 최소화하도록 보어를 가공해야 합니다.

휠 허브 및 베어링 캐리어

베어링, 로터 및 휠을 운반하는 휠 허브는 대부분의 생산 차량에서 구상철로 주조되어 반경 방향 및 축 방향 휠 하중을 처리하는 데 필요한 강도를 제공합니다. 일부 고성능 차량은 스프링 하중량을 줄이기 위해 단조 또는 주조 알루미늄 허브를 사용합니다.

구조 및 본체 주조 부품

알루미늄 구조 노드 및 충격 타워

현대 자동차 아키텍처의 증가 추세는 다음과 같습니다. 대형 알루미늄 다이캐스팅을 구조적 노드로 사용 이는 여러 개의 스탬프 및 용접된 강철 부품을 대체합니다. 2020년 Model Y에 도입된 Tesla의 "Gigacasting" 접근 방식은 단일 후면 언더바디 캐스팅을 사용합니다. 70개의 개별 스탬프 부품 그리고 이상 제거 700개의 용접 . 결과 주조물의 무게는 대략 66kg 후방 언더바디 제조 비용을 대략적으로 절감합니다. 40% . 볼보, 토요타, 제너럴모터스(GM) 등 다른 자동차 제조사들도 비슷한 메가캐스팅 전략을 발표했다.

서브프레임 및 크래들

고급 및 고성능 차량의 전면 및 후면 서브프레임은 강철 튜브로 제작되지 않고 알루미늄으로 주조되는 경우가 있습니다. 주조 알루미늄 서브프레임은 무게 대비 강성 비율을 최적화하는 복잡한 내부 리빙 형상을 허용하며 엔진 마운트 보스, 서스펜션 픽업 지점 및 스티어링 랙 마운트를 단일 부품에 통합할 수 있습니다.

자동차 제조에 사용되는 주조 공정

부품 복잡성, 필요한 기계적 특성, 생산량 및 재료에 따라 다양한 주조 공정이 선택됩니다. 자동차 산업에서는 다음과 같은 몇 가지 독특한 주조 방법을 사용합니다.

자동차 주물에 사용되는 재료

주조 재료의 선택에 따라 부품의 무게, 강도, 내열성 및 비용이 결정됩니다. 자동차 산업에서는 네 가지 주요 주조 재료를 사용합니다.

• 회주철 - 브레이크 로터, 드럼, 배기 매니폴드에 가장 널리 사용됩니다. 우수한 감쇠성 및 가공성; 밀도 ~7.2g/cm³
• 구상(연성) 철 - 크랭크샤프트, 차동 케이스, 스티어링 너클에 사용됩니다. 인장 강도 최대 800MPa ; 회주철보다 내충격성이 우수함
• 알루미늄 합금(A380, A319, A356, A357) - 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 케이스, 구조적 노드에서 지배적입니다. 밀도 ~2.7g/cm3 대 강철의 경우 7.8g/cm3 — 가능 65% 무게 절감 동등한 철 부품에 비해
• 마그네슘 합금(AZ91D, AM60B) - 계기판 프레임, 트랜스퍼 케이스 하우징, 밸브 커버에 사용됩니다. 알루미늄보다 33% 가벼움 ; 비용 프리미엄으로 인해 광범위한 채택이 제한됩니다.
• 아연 합금(Zamak 시리즈) - 작고 정밀한 부품의 경우: 도어 핸들, 잠금 하우징, 기화기 본체; 다이캐스팅의 매우 미세한 디테일 기능

전체 참조: 시스템별 주요 자동차 주조 부품

주조가 자동차 부품 제조를 지배하는 이유

주조는 여러 가지 동시 엔지니어링 요구 사항을 고유하게 충족시키기 때문에 자동차 금속 부품의 주요 공정으로 지속됩니다.

• 복잡한 내부 기하학 — 냉각수 통로, 오일 갤러리, 단단한 소재를 단조하거나 기계로 가공할 수 없는 중공 구조
• 부품 통합 — 단일 주조로 10~70개의 개별 스탬핑 및 용접 부품 어셈블리를 대체할 수 있어 무게, 비용 및 조립 시간이 줄어듭니다.
• 재료 효율성 — 거의 그물 형태의 주조로 가공 재료 제거를 감소시킵니다. 5~20% 일부 빌렛 부품의 경우 부품 부피가 최대 80% 감소합니다.
• 대량 경제학 — 공구당 $200,000~$2,000,000의 다이캐스팅 툴링 비용이 수십만 개의 부품에 걸쳐 상각되어 부품당 비용이 대량 경쟁 프로세스보다 낮아집니다.
• 재료 선택의 유연성 — 합금 및 프로세스를 변경하여 철, 알루미늄, 마그네슘 또는 아연에서 동일한 설계 의도를 실행할 수 있으므로 차량 부문 전반에 걸쳐 플랫폼 최적화가 가능합니다.

업계가 전기 자동차로 전환하면서 주조 혁신이 줄어들기는커녕 가속화되고 있습니다. EV 배터리 인클로저, 모터 하우징, 인버터 케이스 이제 대형 알루미늄 다이캐스팅으로 생산되며, 100년 넘게 파워트레인 주조를 지배해 온 동일한 원리를 전기 운송의 새로운 아키텍처에 적용합니다.