Baterie je klíčovou součástí elektromobilu a její výkon určuje technické ukazatele, jako je životnost baterie, spotřeba energie a životnost elektromobilu. Přihrádka baterie v bateriovém modulu je hlavní součástí, která plní funkce nesení, ochrany a chlazení. Modulární bateriový blok je uspořádán v přihrádce baterie a je upevněn k podvozku automobilu pomocí přihrádky baterie, jak je znázorněno na obrázku 1. Vzhledem k tomu, že je instalována na spodní straně karoserie vozidla a pracovní prostředí je náročné, musí přihrádka baterie splňovat funkci zabránění nárazu kamenů a propíchnutí, aby se zabránilo poškození bateriového modulu. Přihrádka baterie je důležitou bezpečnostní konstrukční součástí elektromobilů. Následující text představuje proces tváření a návrh forem hliníkových slitinových přihrádek baterií pro elektromobily.
Obrázek 1 (Bateriový držák z hliníkové slitiny)
1 Analýza procesu a návrh formy
1.1 Analýza odlitků
Hliníková bateriová přihrádka pro elektromobily je znázorněna na obrázku 2. Celkové rozměry jsou 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, základní tloušťka stěny je 4 mm, kvalita odlitku je přibližně 15,5 kg a kvalita odlitku po zpracování je přibližně 12,5 kg. Materiál je A356-T6, pevnost v tahu ≥ 290 MPa, mez kluzu ≥ 225 MPa, prodloužení ≥ 6 %, tvrdost Brinell ≥ 75~90HBS, musí splňovat požadavky na vzduchotěsnost a krytí IP67 a IP69K.
Obrázek 2 (Bateriový držák z hliníkové slitiny)
1.2 Analýza procesu
Nízkotlaké lití pod tlakem je speciální metoda lití, která se nachází mezi tlakovým litím a gravitačním litím. Má nejen výhody použití kovových forem pro obě metody, ale také vlastnosti stabilního plnění. Nízkotlaké lití má výhody nízké rychlosti plnění zdola nahoru, snadnou regulovatelnost rychlosti, malý náraz a rozstřik tekutého hliníku, menší množství oxidové strusky, vysokou hustotu tkáně a vysoké mechanické vlastnosti. Při nízkotlakém lití se tekutý hliník plní plynule a odlitek pod tlakem tuhne a krystalizuje, čímž lze získat odlitek s vysokou hustotou, vysokými mechanickými vlastnostmi a krásným vzhledem, který je vhodný pro tváření velkých tenkostěnných odlitků.
Podle mechanických vlastností požadovaných odlitkem je odlévacím materiálem A356, který po úpravě T6 může splňovat potřeby zákazníků, ale tekutost tohoto materiálu při odlévání obecně vyžaduje rozumnou regulaci teploty formy pro výrobu velkých a tenkých odlitků.
1.3 Systém lití
Vzhledem k vlastnostem velkých a tenkých odlitků je nutné navrhnout více vtoků. Zároveň, aby se zajistilo plynulé plnění tekutým hliníkem, jsou v okně přidány plnicí kanály, které je třeba při následném zpracování odstranit. V rané fázi byla navržena dvě procesní schémata licího systému a každé z nich bylo porovnáno. Jak je znázorněno na obrázku 3, schéma 1 uspořádá 9 vtoků a přidá k okně podávací kanály; schéma 2 uspořádá 6 vtoků, které odlévají ze strany tvářeného odlitku. Analýza simulace CAE je znázorněna na obrázku 4 a obrázku 5. Výsledky simulace se použijí k optimalizaci konstrukce formy, snaze se vyhnout nepříznivému dopadu konstrukce formy na kvalitu odlitků, snížit pravděpodobnost vad odlitků a zkrátit vývojový cyklus odlitků.
Obrázek 3 (Porovnání dvou procesních schémat pro nízký tlak
Obrázek 4 (Porovnání teplotního pole během plnění)
Obrázek 5 (Porovnání defektů smršťovací pórovitosti po ztuhnutí)
Výsledky simulací výše uvedených dvou schémat ukazují, že tekutý hliník v dutině se pohybuje směrem nahoru přibližně rovnoběžně, což je v souladu s teorií rovnoběžného plnění tekutým hliníkem jako celkem, a simulované části odlitku s porézností smršťování jsou řešeny zesilovacím chlazením a dalšími metodami.
Výhody obou schémat: Soudě dle teploty tekutého hliníku během simulovaného plnění, teplota distálního konce odlitku vytvořeného podle schématu 1 má vyšší rovnoměrnost než u schématu 2, což přispívá k vyplnění dutiny. Odlitek vytvořený podle schématu 2 nemá zbytky po vtoku jako schéma 1. Smršťovací pórovitost je lepší než u schématu 1.
Nevýhody obou schémat: Protože je v schématu 1 vtok umístěn na odlitku, bude na odlitku zbývat zbytek po vtoku, který se zvýší přibližně o 0,7 kcal ve srovnání s původním odlitkem. Oproti teplotě tekutého hliníku v schématu 2 simulované plnění je teplota tekutého hliníku na distálním konci již nízká a simulace je pod ideální teplotou formy, takže průtoková kapacita tekutého hliníku může být ve skutečném stavu nedostatečná a vzniknou potíže s formováním odlitků.
V kombinaci s analýzou různých faktorů byl jako licí systém zvolen systém 2. Vzhledem k nedostatkům schématu 2 byl licí systém a systém ohřevu v návrhu formy optimalizovány. Jak je znázorněno na obrázku 6, je přidán přepadový stoupací kanál, který je výhodný pro plnění tekutým hliníkem a snižuje nebo zabraňuje výskytu vad u odlitků.
Obrázek 6 (Optimalizovaný systém lití)
1.4 Chladicí systém
Díly odlitku vystavené namáhání a oblasti s vysokými požadavky na mechanické vlastnosti musí být řádně chlazeny nebo přiváděny, aby se zabránilo smršťovací pórovitosti nebo tepelnému praskání. Základní tloušťka stěny odlitku je 4 mm a tuhnutí bude ovlivněno odvodem tepla samotné formy. Pro jeho důležité části je instalován chladicí systém, jak je znázorněno na obrázku 7. Po dokončení plnění se nechá voda vychladnout a v místě odlévání je třeba upravit specifickou dobu chlazení, aby se zajistilo, že sled tuhnutí probíhá od konce vtoku ke konci vtoku a vtok a stoupačka se na konci ztuhnou, aby se dosáhlo účinku přivádění. Díly s větší tloušťkou stěny používají metodu přidání vodního chlazení do vložky. Tato metoda má lepší účinek v samotném procesu odlévání a může zabránit smršťovací pórovitosti.
Obrázek 7 (Chladicí systém)
1.5 Výfukový systém
Protože dutina kovu pro nízkotlaké lití je uzavřená, nemá dobrou propustnost vzduchu jako pískové formy, ani neodsává přes stoupačky u běžného gravitačního lití. Odsávání z dutiny nízkotlakého lití ovlivňuje proces plnění tekutým hliníkem a kvalitu odlitků. Nízkotlaká forma pro lití může být odsávána přes mezery, výfukové drážky a výfukové zátky v dělicí ploše, tlačnou tyč atd.
Konstrukce výfukového systému s ohledem na velikost výfuku by měla umožňovat odsávání bez přetékání. Rozumný výfukový systém může zabránit vadám odlitků, jako je nedostatečné plnění, uvolněný povrch a nízká pevnost. Konečná oblast plnění tekutým hliníkem během procesu lití, jako je boční opěrka a stoupačka horní formy, musí být vybavena výfukovým plynem. Vzhledem ke skutečnosti, že tekutý hliník snadno proudí do mezery výfukové zátky při samotném procesu nízkotlakého lití, což vede k situaci, kdy se vzduchová zátka při otevření formy vytáhne, byly po několika pokusech a vylepšeních přijaty tři metody: Metoda 1 používá slinutou vzduchovou zátku práškové metalurgie, jak je znázorněno na obrázku 8(a), nevýhodou jsou vysoké výrobní náklady; Metoda 2 používá výfukovou zátku se švem s mezerou 0,1 mm, jak je znázorněno na obrázku 8(b), nevýhodou je, že výfukový šev se po nastříkání barvy snadno ucpe; Metoda 3 používá výfukovou zátku řezanou drátem, mezera je 0,15~0,2 mm, jak je znázorněno na obrázku 8(c). Nevýhodou je nízká účinnost zpracování a vysoké výrobní náklady. Podle skutečné plochy odlitku je třeba volit různé odsávací zátky. Pro dutinu odlitku se obecně používají slinuté a drátěné odvzdušňovací zátky a pro hlavu pískového jádra se používá švový typ.
Obrázek 8 (3 typy výfukových zátek vhodných pro nízkotlaké lití)
1.6 Systém vytápění
Odlitek má velké rozměry a tenkou stěnu. Při analýze toku ve formě je průtok tekutého hliníku na konci plnění nedostatečný. Důvodem je, že tekutý hliník teče příliš dlouho, teplota klesá a tekutý hliník předčasně tuhne a ztrácí svou tekutost. Dochází k uzavření za studena nebo nedostatečnému odlévání, takže stoupačka horní formy nebude schopna dosáhnout účinku podávání. Na základě těchto problémů, bez změny tloušťky stěny a tvaru odlitku, je třeba zvýšit teplotu tekutého hliníku a teplotu formy, zlepšit tekutost tekutého hliníku a vyřešit problém uzavření za studena nebo nedostatečného odlévání. Nadměrná teplota tekutého hliníku a teplota formy však způsobí nové tepelné spoje nebo smršťovací póry, což po odlití vede k nadměrnému vzniku plochých otvorů. Proto je nutné zvolit vhodnou teplotu tekutého hliníku a vhodnou teplotu formy. Podle zkušeností se teplota tekutého hliníku reguluje na přibližně 720 °C a teplota formy na 320–350 °C.
Vzhledem k velkému objemu, tenké stěně a nízké výšce odlitku je v horní části formy instalován topný systém. Jak je znázorněno na obrázku 9, plamen směřuje ke dnu a bokům formy, aby se ohřála spodní rovina a boky odlitku. Doba ohřevu a plamen se upravují podle situace na místě odlévání, teplota horní části formy se reguluje na 320~350 °C, zajišťují se tekutost tekutého hliníku v rozumném rozmezí a tekutý hliník vyplňuje dutinu a stoupací potrubí. V reálném provozu může topný systém účinně zajistit tekutost tekutého hliníku.
Obrázek 9 (Systém vytápění)
2. Struktura a princip fungování formy
V souladu s procesem nízkotlakého lití v kombinaci s charakteristikami odlitku a strukturou zařízení jsou pro zajištění udržení vytvarovaného odlitku v horní formě na horní formě navrženy přední, zadní, levá a pravá konstrukce pro vytahování jádra. Po vytvarování a ztuhnutí odlitku se nejprve otevřou horní a dolní formy, poté se jádro vytáhne ve 4 směrech a nakonec horní deska horní formy vytlačí vytvarovaný odlitek. Struktura formy je znázorněna na obrázku 10.
Obrázek 10 (Struktura formy)
Upraveno May Jiang z MAT Aluminum
Čas zveřejnění: 11. května 2023
