Batteriet er kjernekomponenten i et elektrisk kjøretøy, og ytelsen bestemmer de tekniske indikatorene som batterilevetid, energiforbruk og levetid for det elektriske kjøretøyet. Batteribrettet i batterimodulen er hovedkomponenten som utfører funksjonene med å bære, beskytte og kjøle. Den modulære batteripakken er anordnet i batteribrettet, festet til bilens chassis gjennom batteribrettet, som vist i figur 1. Siden det er installert på undersiden av kjøretøyets karosseri og arbeidsmiljøet er tøft, må batteribrettet ha funksjonen å forhindre steinstøt og punktering for å forhindre at batterimodulen blir skadet. Batteribrettet er en viktig sikkerhetsstrukturdel av elektriske kjøretøy. Følgende introduserer formingsprosessen og støpedesignet av batteribrett i aluminiumslegering for elektriske kjøretøy.
Figur 1 (Batteribrett i aluminiumslegering)
1 Prosessanalyse og formdesign
1.1 Støpeanalyse
Batteribrettet i aluminiumslegering for elektriske kjøretøy er vist i figur 2. De totale dimensjonene er 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, den grunnleggende veggtykkelsen er 4 mm, støpekvaliteten er omtrent 15,5 kg, og støpekvaliteten etter bearbeiding er omtrent 12,5 kg. Materialet er A356-T6, strekkfasthet ≥ 290 MPa, flytegrense ≥ 225 MPa, forlengelse ≥ 6 %, Brinell-hardhet ≥ 75~90 HBS, må oppfylle kravene til lufttetthet og IP67 og IP69K.
Figur 2 (Batteribrett i aluminiumslegering)
1.2 Prosessanalyse
Lavtrykksstøping er en spesiell støpemetode som ligger mellom trykkstøping og tyngdekraftstøping. Den har ikke bare fordelene ved å bruke metallformer, men har også egenskapene til stabil fylling. Lavtrykksstøping har fordelene med lav fyllingshastighet fra bunn til topp, enkel å kontrollere hastigheten, liten støt og sprut av flytende aluminium, mindre oksidslagg, høy vevstetthet og høye mekaniske egenskaper. Under lavtrykksstøping fylles flytende aluminium jevnt, og støpegodset størkner og krystalliserer under trykk, og støpegodset med høy tett struktur, høye mekaniske egenskaper og vakkert utseende kan oppnås, noe som er egnet for å danne store tynnveggede støpegods.
I henhold til de mekaniske egenskapene som kreves av støpegodset, er støpematerialet A356, som kan møte kundenes behov etter T6-behandling, men hellefluiditeten til dette materialet krever generelt rimelig kontroll av formtemperaturen for å produsere store og tynne støpegods.
1.3 Hellesystem
I lys av egenskapene til store og tynne støpegods, må det utformes flere porter. Samtidig, for å sikre jevn fylling av flytende aluminium, legges det til fyllekanaler ved vinduet, som må fjernes ved etterbehandling. To prosessskjemaer for hellesystemet ble designet tidlig, og hvert skjema ble sammenlignet. Som vist i figur 3, arrangerer skjema 1 9 porter og legger til matekanaler ved vinduet; skjema 2 arrangerer 6 porter som helles fra siden av støpegodset som skal formes. CAE-simuleringsanalysen er vist i figur 4 og figur 5. Bruk simuleringsresultatene til å optimalisere formstrukturen, prøv å unngå den negative påvirkningen formdesign har på kvaliteten på støpegodset, redusere sannsynligheten for støpefeil og forkorte utviklingssyklusen til støpegodset.
Figur 3 (Sammenligning av to prosessskjemaer for lavtrykk)
Figur 4 (Sammenligning av temperaturfelt under fylling)
Figur 5 (Sammenligning av krympeporøsitetsdefekter etter størkning)
Simuleringsresultatene fra de to skjemaene ovenfor viser at det flytende aluminiumet i hulrommet beveger seg oppover omtrent parallelt, noe som er i tråd med teorien om parallell fylling av det flytende aluminiumet som helhet, og de simulerte krympeporøsitetsdelene av støpegodset løses ved å styrke kjølingen og andre metoder.
Fordeler med de to skjemaene: Ut fra temperaturen til det flytende aluminiumet under den simulerte fyllingen, har temperaturen på den distale enden av støpegodset dannet av skjema 1 høyere ensartethet enn i skjema 2, noe som bidrar til fylling av hulrommet. Støpegodset dannet av skjema 2 har ikke portrester som i skjema 1. Krympingsporøsiteten er bedre enn i skjema 1.
Ulemper med de to skjemaene: Fordi porten er anordnet på støpegodset som skal formes i skjema 1, vil det være portrester på støpegodset, som vil øke med omtrent 0,7 kcal sammenlignet med det opprinnelige støpegodset. Fra temperaturen til flytende aluminium i den simulerte fyllingen i skjema 2 er temperaturen til flytende aluminium i den distale enden allerede lav, og simuleringen er under den ideelle formtemperaturen. Derfor kan strømningskapasiteten til det flytende aluminiumet være utilstrekkelig i faktisk tilstand, og det vil være et problem med vanskeligheter med støping.
Kombinert med analyse av ulike faktorer ble skjema 2 valgt som hellesystem. I lys av manglene ved skjema 2 er hellesystemet og varmesystemet optimalisert i formdesignet. Som vist i figur 6 er det lagt til et overløpsrør, noe som er gunstig for fylling av flytende aluminium og reduserer eller unngår forekomst av defekter i støpte gjenstander.
Figur 6 (Optimalisert hellesystem)
1.4 Kjølesystem
Spenningsbærende deler og områder med høye mekaniske ytelseskrav i støpegods må avkjøles eller mates skikkelig for å unngå krympingsporøsitet eller termisk sprekkdannelse. Den grunnleggende veggtykkelsen på støpegodset er 4 mm, og størkningen vil bli påvirket av varmespredningen fra selve formen. For de viktigste delene er det satt opp et kjølesystem, som vist i figur 7. Etter at fyllingen er fullført, kjøles det ned med vann, og den spesifikke kjøletiden må justeres på støpestedet for å sikre at størkningssekvensen dannes fra vekk fra sluseenden til sluseenden, og at sluse og stigerør størkner på slutten for å oppnå matingseffekten. Delen med tykkere veggtykkelse bruker metoden med å legge til vannkjøling til innsatsen. Denne metoden har en bedre effekt i selve støpeprosessen og kan unngå krympingsporøsitet.
Figur 7 (Kjølesystem)
1.5 Eksosanlegg
Siden hulrommet i lavtrykksstøpemetall er lukket, har det ikke god luftgjennomtrengelighet slik som sandformer, og det slippes heller ikke ut gjennom stigerør i generell tyngdekraftstøping. Utblåsningen fra lavtrykksstøpehulrommet vil påvirke fyllingsprosessen av flytende aluminium og kvaliteten på støpegodset. Lavtrykksstøpeformen kan slippes ut gjennom åpninger, utblåsningsspor og utblåsningsplugger i skilleflaten, støtstangen osv.
Eksosutvinningssystemets størrelsesdesign bør være gunstig for eksos uten overløp. Et rimelig eksosutvinningssystem kan forhindre defekter i støpegods som utilstrekkelig fylling, løs overflate og lav styrke. Det endelige fyllingsområdet for flytende aluminium under helleprosessen, som sidestøtten og stigerøret i den øvre formen, må utstyres med eksosgass. Siden flytende aluminium lett strømmer inn i gapet i eksospluggen i selve lavtrykksstøpeprosessen, noe som fører til at luftpluggen trekkes ut når formen åpnes, er det etter flere forsøk og forbedringer tatt i bruk tre metoder: Metode 1 bruker pulvermetallurgisk sintret luftplugg, som vist i figur 8(a), ulempen er at produksjonskostnadene er høye; Metode 2 bruker en sømformet eksosplugg med et gap på 0,1 mm, som vist i figur 8(b), ulempen er at eksossømmen lett blokkeres etter sprøyting av maling; Metode 3 bruker en trådkuttet eksosplugg, gapet er 0,15~0,2 mm, som vist i figur 8(c). Ulempene er lav prosesseringseffektivitet og høye produksjonskostnader. Ulike eksosplugger må velges i henhold til støpegodsets faktiske areal. Generelt brukes sintrede og trådkuttede ventilplugger til støpegodsets hulrom, og sømtypen brukes til sandkjernehodet.
Figur 8 (3 typer eksosplugger egnet for lavtrykksstøping)
1.6 Varmesystem
Støpegodset er stort i størrelse og tynn i veggtykkelse. I støpestrømningsanalysen er strømningshastigheten til det flytende aluminiumet på slutten av fyllingen utilstrekkelig. Årsaken er at det flytende aluminiumet flyter for lenge, temperaturen synker, og det flytende aluminiumet størkner på forhånd og mister sin flyteevne, kaldlukking eller utilstrekkelig helling oppstår, og stigerøret i den øvre dysen vil ikke kunne oppnå matingseffekten. Basert på disse problemene, uten å endre veggtykkelsen og formen på støpegodset, øke temperaturen på det flytende aluminiumet og støpetemperaturen, forbedre flyteevnen til det flytende aluminiumet og løse problemet med kaldlukking eller utilstrekkelig helling. Imidlertid vil for høy temperatur på det flytende aluminiumet og støpetemperaturen produsere nye termiske forbindelser eller krympingsporøsitet, noe som resulterer i for store plane nålehull etter støpeprosessen. Derfor er det nødvendig å velge en passende temperatur på det flytende aluminiumet og en passende støpetemperatur. Erfaring viser at temperaturen på det flytende aluminiumet kontrolleres til omtrent 720 ℃, og støpetemperaturen kontrolleres til 320 ~ 350 ℃.
På grunn av støpegodsets store volum, tynne veggtykkelse og lave høyde, er det installert et varmesystem på den øvre delen av formen. Som vist i figur 9, er flammeretningen vendt mot bunnen og siden av formen for å varme opp bunnplanet og siden av støpegodset. I henhold til støpesituasjonen på stedet, juster oppvarmingstiden og flammen, kontroller temperaturen på den øvre formdelen til 320~350 ℃, sørg for at flytende aluminium har en rimelig flytende egenskaper, og sørg for at det flytende aluminiumet fyller hulrommet og stigerøret. I faktisk bruk kan varmesystemet effektivt sikre flytende aluminium.
Figur 9 (Varmesystem)
2. Formstruktur og arbeidsprinsipp
I henhold til lavtrykksstøpeprosessen, kombinert med støpegodsets egenskaper og utstyrets struktur, for å sikre at det dannede støpegodset holder seg i den øvre formen, utformes kjernetrekkstrukturene foran, bak, venstre og høyre på den øvre formen. Etter at støpegodset er dannet og størknet, åpnes først de øvre og nedre formene, og deretter trekkes kjernen i fire retninger, og til slutt skyver den øvre formplaten ut det dannede støpegodset. Formstrukturen er vist i figur 10.
Figur 10 (Møbelstruktur)
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminum
Publisert: 11. mai 2023
