Η μπαταρία είναι το βασικό συστατικό ενός ηλεκτρικού οχήματος και η απόδοσή της καθορίζει τους τεχνικούς δείκτες όπως η διάρκεια ζωής της μπαταρίας, η κατανάλωση ενέργειας και η διάρκεια ζωής του ηλεκτρικού οχήματος. Ο δίσκος μπαταρίας στη μονάδα μπαταρίας είναι το κύριο εξάρτημα που εκτελεί τις λειτουργίες μεταφοράς, προστασίας και ψύξης. Το αρθρωτό πακέτο μπαταριών είναι τοποθετημένο στο συρτάρι μπαταρίας, στερεωμένο στο πλαίσιο του αυτοκινήτου μέσω του δίσκου μπαταριών, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Δεδομένου ότι είναι εγκατεστημένο στο κάτω μέρος του αμαξώματος του οχήματος και το περιβάλλον εργασίας είναι σκληρό, ο δίσκος της μπαταρίας πρέπει να έχει τη λειτουργία αποτροπής πρόσκρουσης και διάτρησης πέτρας για να αποτρέψει την καταστροφή της μονάδας μπαταρίας. Ο δίσκος μπαταριών είναι ένα σημαντικό δομικό μέρος ασφάλειας των ηλεκτρικών οχημάτων. Τα παρακάτω εισάγουν τη διαδικασία διαμόρφωσης και το σχεδιασμό καλουπιών δίσκων μπαταριών από κράμα αλουμινίου για ηλεκτρικά οχήματα.
Εικόνα 1 (Δίσκος μπαταρίας από κράμα αλουμινίου)
1 Ανάλυση διαδικασίας και σχεδιασμός καλουπιού
1.1 Ανάλυση χύτευσης
Ο δίσκος μπαταρίας από κράμα αλουμινίου για ηλεκτρικά οχήματα φαίνεται στο Σχήμα 2. Οι συνολικές διαστάσεις είναι 1106mm×1029mm×136mm, το βασικό πάχος τοιχώματος είναι 4mm, η ποιότητα χύτευσης είναι περίπου 15,5kg και η ποιότητα χύτευσης μετά την επεξεργασία είναι περίπου 12,5kg. Το υλικό είναι A356-T6, αντοχή σε εφελκυσμό ≥ 290MPa, αντοχή διαρροής ≥ 225MPa, επιμήκυνση ≥ 6%, σκληρότητα Brinell ≥ 75~90HBS, ανάγκη να πληρούνται οι απαιτήσεις αεροστεγανότητας και IP67&IP69K.
Εικόνα 2 (Δίσκος μπαταρίας από κράμα αλουμινίου)
1.2 Ανάλυση διαδικασίας
Η χύτευση χαμηλής πίεσης είναι μια ειδική μέθοδος χύτευσης μεταξύ χύτευσης υπό πίεση και χύτευσης με βαρύτητα. Δεν έχει μόνο τα πλεονεκτήματα της χρήσης μεταλλικών καλουπιών και για τα δύο, αλλά έχει και τα χαρακτηριστικά της σταθερής πλήρωσης. Η χύτευση χαμηλής πίεσης έχει τα πλεονεκτήματα της πλήρωσης χαμηλής ταχύτητας από κάτω προς τα πάνω, της εύκολης ταχύτητας ελέγχου, της μικρής κρούσης και του πιτσιλίσματος υγρού αλουμινίου, της λιγότερης σκωρίας οξειδίων, της υψηλής πυκνότητας ιστού και των υψηλών μηχανικών ιδιοτήτων. Κάτω από χύτευση χαμηλής πίεσης, το υγρό αλουμίνιο γεμίζει ομαλά, και το χύτευμα στερεοποιείται και κρυσταλλώνεται υπό πίεση, και μπορεί να επιτευχθεί χύτευση με υψηλή πυκνή δομή, υψηλές μηχανικές ιδιότητες και όμορφη εμφάνιση, η οποία είναι κατάλληλη για τη διαμόρφωση μεγάλων χυτών λεπτών τοιχωμάτων .
Σύμφωνα με τις μηχανικές ιδιότητες που απαιτούνται από τη χύτευση, το υλικό χύτευσης είναι Α356, το οποίο μπορεί να καλύψει τις ανάγκες των πελατών μετά την επεξεργασία Τ6, αλλά η ρευστότητα έκχυσης αυτού του υλικού γενικά απαιτεί λογικό έλεγχο της θερμοκρασίας του καλουπιού για την παραγωγή μεγάλων και λεπτών χυτών.
1.3 Σύστημα έκχυσης
Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά των μεγάλων και λεπτών χυτών, πρέπει να σχεδιαστούν πολλαπλές πύλες. Ταυτόχρονα, για να εξασφαλιστεί η ομαλή πλήρωση υγρού αλουμινίου, προστίθενται κανάλια πλήρωσης στο παράθυρο, τα οποία πρέπει να αφαιρεθούν με μετα-επεξεργασία. Δύο σχήματα διεργασίας του συστήματος έκχυσης σχεδιάστηκαν στο αρχικό στάδιο και κάθε σχήμα συγκρίθηκε. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, το σχήμα 1 τακτοποιεί 9 πύλες και προσθέτει κανάλια τροφοδοσίας στο παράθυρο. Το σχήμα 2 διατάσσει 6 πύλες που χύνονται από την πλευρά του χυτού που πρόκειται να σχηματιστεί. Η ανάλυση προσομοίωσης CAE φαίνεται στο Σχήμα 4 και στο Σχήμα 5. Χρησιμοποιήστε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για να βελτιστοποιήσετε τη δομή του καλουπιού, προσπαθήστε να αποφύγετε τις αρνητικές επιπτώσεις του σχεδιασμού του καλουπιού στην ποιότητα των χυτών, να μειώσετε την πιθανότητα ελαττωμάτων χύτευσης και να συντομεύσετε τον κύκλο ανάπτυξης των χυτών.
Εικόνα 3 (Σύγκριση δύο σχημάτων διεργασίας για χαμηλή πίεση
Εικόνα 4 (Σύγκριση πεδίου θερμοκρασίας κατά την πλήρωση)
Σχήμα 5 (Σύγκριση ελαττωμάτων πορώδους συρρίκνωσης μετά τη στερεοποίηση)
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης των δύο παραπάνω σχημάτων δείχνουν ότι το υγρό αλουμίνιο στην κοιλότητα κινείται προς τα πάνω περίπου παράλληλα, κάτι που είναι σύμφωνο με τη θεωρία της παράλληλης πλήρωσης του υγρού αλουμινίου στο σύνολό του, και τα μέρη προσομοίωσης πορώδους συρρίκνωσης της χύτευσης είναι επιλύεται με την ενίσχυση της ψύξης και άλλες μεθόδους.
Πλεονεκτήματα των δύο σχημάτων: Κρίνοντας από τη θερμοκρασία του υγρού αλουμινίου κατά την προσομοίωση πλήρωσης, η θερμοκρασία του απομακρυσμένου άκρου της χύτευσης που σχηματίζεται από το σχήμα 1 έχει υψηλότερη ομοιομορφία από αυτή του σχήματος 2, η οποία ευνοεί την πλήρωση της κοιλότητας. . Η χύτευση που σχηματίζεται από το σχήμα 2 δεν έχει το υπόλειμμα πύλης όπως το σχήμα 1. Το πορώδες συρρίκνωσης είναι καλύτερο από αυτό του σχήματος 1.
Μειονεκτήματα των δύο σχημάτων: Επειδή η πύλη είναι διατεταγμένη στο χύτευμα που θα διαμορφωθεί στο σχήμα 1, θα υπάρχει ένα υπόλειμμα πύλης στο χύτευμα, το οποίο θα αυξηθεί περίπου 0,7ka σε σύγκριση με το αρχικό χύτευση. από τη θερμοκρασία του υγρού αλουμινίου στην προσομοίωση πλήρωσης του σχήματος 2, η θερμοκρασία του υγρού αλουμινίου στο απομακρυσμένο άκρο είναι ήδη χαμηλή και η προσομοίωση βρίσκεται στην ιδανική κατάσταση της θερμοκρασίας του καλουπιού, επομένως η ικανότητα ροής του υγρού αλουμινίου μπορεί να είναι ανεπαρκής την πραγματική κατάσταση, και θα υπάρξει πρόβλημα δυσκολίας στη χύτευση.
Σε συνδυασμό με την ανάλυση διαφόρων παραγόντων, επιλέχθηκε το σχήμα 2 ως σύστημα έκχυσης. Λαμβάνοντας υπόψη τις ελλείψεις του σχήματος 2, το σύστημα έκχυσης και το σύστημα θέρμανσης έχουν βελτιστοποιηθεί στο σχεδιασμό του καλουπιού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, προστίθεται ο ανυψωτήρας υπερχείλισης, ο οποίος είναι ευεργετικός για την πλήρωση υγρού αλουμινίου και μειώνει ή αποφεύγει την εμφάνιση ελαττωμάτων στα χυτά χυτά.
Εικόνα 6 (Βελτιστοποιημένο σύστημα έκχυσης)
1.4 Σύστημα ψύξης
Τα μέρη που φέρουν καταπόνηση και οι περιοχές με υψηλές απαιτήσεις μηχανικής απόδοσης των χυτών πρέπει να ψύχονται ή να τροφοδοτούνται σωστά για να αποφευχθεί το πορώδες συρρίκνωσης ή η θερμική ρωγμή. Το βασικό πάχος τοιχώματος της χύτευσης είναι 4 mm και η στερεοποίηση θα επηρεαστεί από την απαγωγή θερμότητας του ίδιου του καλουπιού. Για τα σημαντικά μέρη του, έχει ρυθμιστεί ένα σύστημα ψύξης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7. Αφού ολοκληρωθεί η πλήρωση, περάστε νερό για να κρυώσει και ο συγκεκριμένος χρόνος ψύξης πρέπει να ρυθμιστεί στο σημείο έκχυσης για να διασφαλιστεί ότι η σειρά στερεοποίησης είναι σχηματίζεται από το άκρο της πύλης μέχρι το άκρο της πύλης και η πύλη και ο ανυψωτήρας στερεοποιούνται στο άκρο για να επιτευχθεί το αποτέλεσμα τροφοδοσίας. Το τμήμα με παχύτερο πάχος τοιχώματος υιοθετεί τη μέθοδο προσθήκης υδρόψυξης στο ένθετο. Αυτή η μέθοδος έχει καλύτερο αποτέλεσμα στην πραγματική διαδικασία χύτευσης και μπορεί να αποφύγει το πορώδες συρρίκνωσης.
Εικόνα 7 (Σύστημα ψύξης)
1.5 Σύστημα εξάτμισης
Δεδομένου ότι η κοιλότητα του μετάλλου χύτευσης χαμηλής πίεσης είναι κλειστή, δεν έχει καλή διαπερατότητα αέρα όπως τα καλούπια άμμου, ούτε εξάγει μέσω των ανυψωτών στη χύτευση γενικής βαρύτητας, η εξάτμιση της κοιλότητας χύτευσης χαμηλής πίεσης θα επηρεάσει τη διαδικασία πλήρωσης του υγρού αλουμίνιο και την ποιότητα των χυτών. Το καλούπι χύτευσης χαμηλής πίεσης μπορεί να εξαντληθεί μέσα από τα κενά, τις αυλακώσεις εξάτμισης και τα βύσματα εξαγωγής στην επιφάνεια διαχωρισμού, τη ράβδο ώθησης κ.λπ.
Ο σχεδιασμός του μεγέθους της εξάτμισης στο σύστημα εξάτμισης θα πρέπει να ευνοεί την εξάτμιση χωρίς υπερχείλιση, ένα λογικό σύστημα εξάτμισης μπορεί να αποτρέψει τα χυτά από ελαττώματα όπως ανεπαρκές γέμισμα, χαλαρή επιφάνεια και χαμηλή αντοχή. Η τελική περιοχή πλήρωσης του υγρού αλουμινίου κατά τη διαδικασία έκχυσης, όπως το πλευρικό στήριγμα και ο ανυψωτήρας του άνω καλουπιού, πρέπει να είναι εξοπλισμένο με καυσαέρια. Δεδομένου του γεγονότος ότι το υγρό αλουμίνιο ρέει εύκολα στο διάκενο του βύσματος εξάτμισης κατά την πραγματική διαδικασία χύτευσης χαμηλής πίεσης, γεγονός που οδηγεί στην κατάσταση ότι το πώμα αέρα τραβιέται έξω όταν ανοίγει το καλούπι, υιοθετούνται τρεις μέθοδοι μετά αρκετές προσπάθειες και βελτιώσεις: Η μέθοδος 1 χρησιμοποιεί πώμα πυροσυσσωματωμένου αέρα μεταλλουργίας σκόνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8(α), το μειονέκτημα είναι ότι το κόστος κατασκευής είναι υψηλό. Η μέθοδος 2 χρησιμοποιεί ένα πώμα εξάτμισης τύπου ραφής με διάκενο 0,1 mm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8(β), το μειονέκτημα είναι ότι η ραφή της εξάτμισης μπλοκάρεται εύκολα μετά τον ψεκασμό του χρώματος. Η μέθοδος 3 χρησιμοποιεί ένα βύσμα εξάτμισης κομμένο με καλώδιο, το διάκενο είναι 0,15~0,2 mm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8(γ). Τα μειονεκτήματα είναι η χαμηλή απόδοση επεξεργασίας και το υψηλό κόστος κατασκευής. Πρέπει να επιλέγονται διαφορετικά βύσματα εξάτμισης ανάλογα με την πραγματική περιοχή χύτευσης. Γενικά, τα πώματα εξαερισμού με πυροσυσσωματωμένη και κομμένη με σύρμα χρησιμοποιούνται για την κοιλότητα της χύτευσης και ο τύπος ραφής χρησιμοποιείται για την κεφαλή του πυρήνα άμμου.
Σχήμα 8 (3 τύποι βυσμάτων εξάτμισης κατάλληλα για χύτευση υπό πίεση χαμηλής πίεσης)
1.6 Σύστημα θέρμανσης
Το χυτό είναι μεγάλο σε μέγεθος και λεπτό σε πάχος τοιχώματος. Στην ανάλυση ροής καλουπιού, ο ρυθμός ροής του υγρού αλουμινίου στο τέλος της πλήρωσης είναι ανεπαρκής. Ο λόγος είναι ότι το υγρό αλουμίνιο είναι πολύ μακρύ για να ρέει, η θερμοκρασία πέφτει και το υγρό αλουμίνιο στερεοποιείται εκ των προτέρων και χάνει την ικανότητα ροής του, κλείνει με κρύο ή συμβαίνει ανεπαρκής έκχυση, ο ανυψωτής της άνω μήτρας δεν θα μπορέσει να επιτύχει επίδραση της σίτισης. Με βάση αυτά τα προβλήματα, χωρίς να αλλάξετε το πάχος του τοιχώματος και το σχήμα της χύτευσης, αυξήστε τη θερμοκρασία του υγρού αλουμινίου και τη θερμοκρασία του καλουπιού, βελτιώστε τη ρευστότητα του υγρού αλουμινίου και λύστε το πρόβλημα του ψυχρού κλεισίματος ή της ανεπαρκούς έκχυσης. Ωστόσο, η υπερβολική θερμοκρασία υγρού αλουμινίου και η θερμοκρασία καλουπιού θα δημιουργήσουν νέες θερμικές ενώσεις ή πορώδες συρρίκνωσης, με αποτέλεσμα υπερβολικές οπές καρφίτσας μετά την επεξεργασία χύτευσης. Επομένως, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια κατάλληλη θερμοκρασία υγρού αλουμινίου και μια κατάλληλη θερμοκρασία καλουπιού. Σύμφωνα με την εμπειρία, η θερμοκρασία του υγρού αλουμινίου ελέγχεται περίπου στους 720℃ και η θερμοκρασία του καλουπιού ελέγχεται στους 320~350℃.
Λόγω του μεγάλου όγκου, του λεπτού πάχους τοιχώματος και του χαμηλού ύψους της χύτευσης, τοποθετείται σύστημα θέρμανσης στο πάνω μέρος του καλουπιού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, η κατεύθυνση της φλόγας είναι στραμμένη προς τον πυθμένα και την πλευρά του καλουπιού για να θερμάνει το κάτω επίπεδο και την πλευρά της χύτευσης. Σύμφωνα με την επιτόπια κατάσταση έκχυσης, ρυθμίστε τον χρόνο θέρμανσης και τη φλόγα, ελέγξτε τη θερμοκρασία του άνω μέρους καλουπιού στους 320~350 ℃, εξασφαλίστε τη ρευστότητα του υγρού αλουμινίου σε εύλογο εύρος και κάντε το υγρό αλουμίνιο να γεμίσει την κοιλότητα και ανυψωτικό. Στην πραγματική χρήση, το σύστημα θέρμανσης μπορεί να εξασφαλίσει αποτελεσματικά τη ρευστότητα του υγρού αλουμινίου.
Εικόνα 9 (Σύστημα θέρμανσης)
2. Δομή καλουπιών και αρχή λειτουργίας
Σύμφωνα με τη διαδικασία χύτευσης υπό πίεση χαμηλής πίεσης, σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά της χύτευσης και τη δομή του εξοπλισμού, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η διαμορφωμένη χύτευση παραμένει στο επάνω καλούπι, οι μπροστινές, πίσω, αριστερές και δεξιές δομές έλξης πυρήνα είναι σχεδιασμένο στο πάνω καλούπι. Αφού σχηματιστεί και στερεοποιηθεί η χύτευση, ανοίγουν πρώτα το πάνω και το κάτω καλούπι και στη συνέχεια τραβήξτε τον πυρήνα σε 4 κατευθύνσεις και τελικά η επάνω πλάκα του άνω καλουπιού ωθεί προς τα έξω το σχηματισμένο χύτευμα. Η δομή του καλουπιού φαίνεται στο σχήμα 10.
Εικόνα 10 (Δομή καλουπιού)
Επιμέλεια May Jiang από το MAT Aluminium
Ώρα δημοσίευσης: 11 Μαΐου 2023
