Baterija je ključna komponenta električnog vozila, a njezine performanse određuju tehničke pokazatelje poput vijeka trajanja baterije, potrošnje energije i vijeka trajanja električnog vozila. Ladica baterije u modulu baterije glavna je komponenta koja obavlja funkcije nošenja, zaštite i hlađenja. Modularni baterijski paket smješten je u ladici baterije, pričvršćenoj na šasiju automobila kroz ladicu baterije, kao što je prikazano na slici 1. Budući da je ugrađena na dno karoserije vozila, a radno okruženje je teško, ladica baterije mora imati funkciju sprječavanja udara kamenčića i probijanja kako bi se spriječilo oštećenje modula baterije. Ladica baterije važan je sigurnosni strukturni dio električnih vozila. U nastavku je predstavljen proces oblikovanja i dizajn kalupa aluminijskih ladica baterija za električna vozila.
Slika 1 (Ladica za baterije od aluminijske legure)
1 Analiza procesa i dizajn kalupa
1.1 Analiza odljevaka
Aluminijska ladica za baterije za električna vozila prikazana je na slici 2. Ukupne dimenzije su 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, osnovna debljina stijenke je 4 mm, kvaliteta odljevka je oko 15,5 kg, a kvaliteta odljevka nakon obrade je oko 12,5 kg. Materijal je A356-T6, vlačna čvrstoća ≥ 290 MPa, granica razvlačenja ≥ 225 MPa, istezanje ≥ 6%, tvrdoća po Brinellu ≥ 75~90HBS, potrebno je zadovoljiti zahtjeve zrakopropusnosti i IP67 i IP69K.
Slika 2 (Ladica za baterije od aluminijske legure)
1.2 Analiza procesa
Lijevanje pod niskim tlakom je posebna metoda lijevanja između lijevanja pod tlakom i gravitacijskog lijevanja. Ne samo da ima prednosti korištenja metalnih kalupa za oboje, već ima i karakteristike stabilnog punjenja. Lijevanje pod niskim tlakom ima prednosti punjenja malom brzinom od dna prema vrhu, lakog kontroliranja brzine, malog udara i prskanja tekućeg aluminija, manje oksidne troske, visoke gustoće tkiva i visokih mehaničkih svojstava. Kod lijevanja pod niskim tlakom, tekući aluminij se puni glatko, a odljevak se pod tlakom skrućuje i kristalizira, te se može dobiti odljevak s visoko gustom strukturom, visokim mehaničkim svojstvima i lijepim izgledom, što je pogodno za oblikovanje velikih tankostijenih odljevaka.
Prema mehaničkim svojstvima potrebnim za odljevak, materijal za odljevak je A356, koji nakon obrade T6 može zadovoljiti potrebe kupaca, ali fluidnost ovog materijala općenito zahtijeva razumnu kontrolu temperature kalupa za proizvodnju velikih i tankih odljevaka.
1.3 Sustav za izlijevanje
S obzirom na karakteristike velikih i tankih odljevaka, potrebno je projektirati više ulaza. Istovremeno, kako bi se osiguralo glatko punjenje tekućim aluminijem, na prozoru se dodaju kanali za punjenje, koje je potrebno ukloniti naknadnom obradom. U ranoj fazi dizajnirane su dvije procesne sheme sustava izlijevanja, a svaka shema je uspoređena. Kao što je prikazano na slici 3, shema 1 raspoređuje 9 ulaza i dodaje kanale za punjenje na prozoru; shema 2 raspoređuje 6 ulaza koji izlijevaju sa strane odljevka koji se oblikuje. CAE simulacijska analiza prikazana je na slici 4 i slici 5. Koristite rezultate simulacije za optimizaciju strukture kalupa, pokušajte izbjeći negativan utjecaj dizajna kalupa na kvalitetu odljevaka, smanjite vjerojatnost nedostataka odljevaka i skratite ciklus razvoja odljevaka.
Slika 3 (Usporedba dviju procesnih shema za niski tlak
Slika 4 (Usporedba temperaturnog polja tijekom punjenja)
Slika 5 (Usporedba nedostataka poroznosti uslijed skupljanja nakon skrućivanja)
Rezultati simulacije gornje dvije sheme pokazuju da se tekući aluminij u šupljini kreće prema gore približno paralelno, što je u skladu s teorijom paralelnog punjenja tekućim aluminijem u cjelini, a simulirani dijelovi poroznosti skupljanja odljevka rješavaju se ojačavanjem hlađenjem i drugim metodama.
Prednosti dviju shema: Sudeći po temperaturi tekućeg aluminija tijekom simuliranog punjenja, temperatura distalnog kraja odljevka oblikovanog shemom 1 ima veću ujednačenost od one kod sheme 2, što pogoduje ispunjavanju šupljine. Odljevak oblikovan shemom 2 nema ostatke ulijevanja kao shema 1. Poroznost skupljanja je bolja od one kod sheme 1.
Nedostaci dviju shema: Budući da je u shemi 1 ulaz postavljen na odljevku koji se oblikuje, na odljevku će biti ostatak ulaza, koji će se povećati za oko 0,7 kcal u usporedbi s izvornim odljevkom. Od temperature tekućeg aluminija u shemi 2 simuliranog punjenja, temperatura tekućeg aluminija na distalnom kraju je već niska, a simulacija je ispod idealnog stanja temperature kalupa, tako da kapacitet protoka tekućeg aluminija može biti nedovoljan u stvarnom stanju i postojat će problem poteškoća u oblikovanju odljevaka.
U kombinaciji s analizom različitih čimbenika, shema 2 je odabrana kao sustav izlijevanja. S obzirom na nedostatke sheme 2, sustav izlijevanja i sustav grijanja su optimizirani u dizajnu kalupa. Kao što je prikazano na slici 6, dodan je preljevni uspon, što je korisno za punjenje tekućim aluminijem i smanjuje ili izbjegava pojavu nedostataka u oblikovanim odljevcima.
Slika 6 (Optimizirani sustav izlijevanja)
1.4 Sustav hlađenja
Dijelovi koji su izloženi naprezanju i područja s visokim zahtjevima za mehaničkim performansama odljevaka moraju se pravilno hladiti ili dovoditi kako bi se izbjegla poroznost uslijed skupljanja ili toplinsko pucanje. Osnovna debljina stijenke odljevka je 4 mm, a na skrućivanje će utjecati odvođenje topline samog kalupa. Za njegove važne dijelove postavlja se sustav hlađenja, kao što je prikazano na slici 7. Nakon što je punjenje završeno, propušta se voda za hlađenje, a specifično vrijeme hlađenja treba prilagoditi na mjestu izlijevanja kako bi se osiguralo da se slijed skrućivanja formira od kraja ulaza do kraja ulaza, a ulaz i usponski kanal se stvrdnu na kraju kako bi se postigao učinak dovoda. Dio s debljom debljinom stijenke usvaja metodu dodavanja vodenog hlađenja umetku. Ova metoda ima bolji učinak u stvarnom procesu lijevanja i može izbjeći poroznost uslijed skupljanja.
Slika 7 (Sustav hlađenja)
1.5 Ispušni sustav
Budući da je šupljina metala za lijevanje pod niskim tlakom zatvorena, nema dobru propusnost zraka poput pješčanih kalupa, niti se ispuhuje kroz uspone kod općeg gravitacijskog lijevanja, ispuh šupljine lijeva pod niskim tlakom utjecat će na proces punjenja tekućim aluminijem i kvalitetu odljevaka. Kalupi za lijevanje pod niskim tlakom mogu se ispuhati kroz praznine, ispušne žljebove i ispušne čepove na razdjelnoj površini, potisku itd.
Dizajn veličine ispuha u ispušnom sustavu trebao bi pogodovati ispuhu bez prelijevanja, razuman ispušni sustav može spriječiti nedostatke odljevaka poput nedovoljnog punjenja, rastresite površine i niske čvrstoće. Završno područje punjenja tekućim aluminijem tijekom procesa lijevanja, poput bočne strane i uspona gornjeg kalupa, mora biti opremljeno ispušnim plinom. S obzirom na činjenicu da tekući aluminij lako teče u otvor ispušnog čepa u stvarnom procesu lijevanja pod niskim tlakom, što dovodi do situacije da se zračni čep izvlači kada se kalup otvori, nakon nekoliko pokušaja i poboljšanja usvojene su tri metode: Metoda 1 koristi sinterirani zračni čep dobiven metalurškim prahom, kao što je prikazano na slici 8(a), nedostatak je što su troškovi proizvodnje visoki; Metoda 2 koristi ispušni čep sa šavom s razmakom od 0,1 mm, kao što je prikazano na slici 8(b), nedostatak je što se ispušni šav lako blokira nakon prskanja boje; Metoda 3 koristi ispušni čep rezani žicom, razmak je 0,15~0,2 mm, kao što je prikazano na slici 8(c). Nedostaci su niska učinkovitost obrade i visoki troškovi proizvodnje. Potrebno je odabrati različite ispušne čepove prema stvarnoj površini odljevka. Općenito, sinterirani i žičano rezani čepovi za odzračivanje koriste se za šupljinu odljevka, a tip šava koristi se za glavu pješčane jezgre.
Slika 8 (3 vrste ispušnih čepova prikladnih za lijevanje pod niskim tlakom)
1.6 Sustav grijanja
Odljevak je velik i ima tanku stijenku. U analizi toka kalupa, brzina protoka tekućeg aluminija na kraju punjenja je nedovoljna. Razlog je taj što tekući aluminij predugo teče, temperatura pada, a tekući aluminij se prerano skrutnjava i gubi sposobnost tečenja. Dolazi do hladnog zatvaranja ili nedovoljnog izlijevanja, a uspon gornjeg kalupa neće moći postići učinak punjenja. Na temelju ovih problema, bez promjene debljine stijenke i oblika odljevka, treba povećati temperaturu tekućeg aluminija i temperaturu kalupa, poboljšati fluidnost tekućeg aluminija i riješiti problem hladnog zatvaranja ili nedovoljnog izlijevanja. Međutim, previsoka temperatura tekućeg aluminija i temperatura kalupa stvorit će nove toplinske spojeve ili poroznost skupljanja, što će rezultirati prekomjernim rupicama u ravnini nakon obrade lijevanja. Stoga je potrebno odabrati odgovarajuću temperaturu tekućeg aluminija i odgovarajuću temperaturu kalupa. Prema iskustvu, temperatura tekućeg aluminija kontrolira se na oko 720 ℃, a temperatura kalupa na 320~350 ℃.
S obzirom na veliki volumen, tanku debljinu stijenke i malu visinu odljevka, na gornjem dijelu kalupa ugrađen je sustav grijanja. Kao što je prikazano na slici 9, smjer plamena usmjeren je prema dnu i stranicama kalupa kako bi se zagrijala donja ravnina i stranice odljevka. Ovisno o situaciji na licu mjesta, prilagodite vrijeme zagrijavanja i plamen, kontrolirajte temperaturu gornjeg dijela kalupa na 320~350 ℃, osigurajte fluidnost tekućeg aluminija unutar razumnog raspona i učinite da tekući aluminij ispuni šupljinu i usponski vod. U stvarnoj upotrebi, sustav grijanja može učinkovito osigurati fluidnost tekućeg aluminija.
Slika 9 (Sustav grijanja)
2. Struktura i princip rada kalupa
Prema postupku lijevanja pod niskim tlakom, u kombinaciji s karakteristikama odljevka i strukturom opreme, kako bi se osiguralo da oblikovani odljevak ostane u gornjem kalupu, na gornjem kalupu su dizajnirane prednja, stražnja, lijeva i desna struktura za izvlačenje jezgre. Nakon što se odljevak oblikuje i stvrdne, prvo se otvaraju gornji i donji kalupi, zatim se jezgra izvlači u 4 smjera, te na kraju gornja ploča gornjeg kalupa istiskuje oblikovani odljevak. Struktura kalupa prikazana je na slici 10.
Slika 10 (Struktura kalupa)
Uredio May Jiang iz MAT Aluminuma
Vrijeme objave: 11. svibnja 2023.
