Batéria je základnou súčasťou elektrického vozidla a jej výkon určuje technické ukazovatele, ako je výdrž batérie, spotreba energie a životnosť elektrického vozidla. Priestor pre batériu v module batérie je hlavným komponentom, ktorý vykonáva funkcie nosenia, ochrany a chladenia. Modulárny batériový blok je umiestnený v priestore pre batériu a je upevnený na podvozku vozidla cez priestor pre batériu, ako je znázornené na obrázku 1. Keďže je nainštalovaný na spodnej strane karosérie vozidla a pracovné prostredie je drsné, priestor pre batériu musí mať funkciu zabránenia nárazom kameňov a prepichnutiu, aby sa zabránilo poškodeniu modulu batérie. Priestor pre batériu je dôležitou bezpečnostnou konštrukčnou súčasťou elektrických vozidiel. Nasledujúci text predstavuje proces tvarovania a návrh formy hliníkových zliatinových priehradiek pre batérie pre elektrické vozidlá.
Obrázok 1 (Priestor na batériu zo zliatiny hliníka)
1 Analýza procesu a návrh formy
1.1 Analýza odliatku
Hliníková zliatinová batériová miska pre elektrické vozidlá je znázornená na obrázku 2. Celkové rozmery sú 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, základná hrúbka steny je 4 mm, kvalita odliatku je približne 15,5 kg a kvalita odliatku po spracovaní je približne 12,5 kg. Materiál je A356-T6, pevnosť v ťahu ≥ 290 MPa, medza klzu ≥ 225 MPa, predĺženie ≥ 6 %, tvrdosť podľa Brinella ≥ 75~90HBS, musí spĺňať požiadavky na vzduchotesnosť a krytie IP67 a IP69K.
Obrázok 2 (Priestor na batériu zo zliatiny hliníka)
1.2 Analýza procesu
Nízkotlakové liatie pod tlakom je špeciálna metóda odlievania, ktorá sa nachádza medzi tlakovým liatím a gravitačným liatím. Má nielen výhody použitia kovových foriem pre obe formy, ale aj vlastnosti stabilného plnenia. Nízkotlakové liatie má výhody nízkej rýchlosti plnenia zdola nahor, ľahko ovládateľnej rýchlosti, malého nárazu a rozstreku tekutého hliníka, menšej oxidickej trosky, vysokej hustoty tkaniva a vysokých mechanických vlastností. Pri nízkotlakovom liatí sa tekutý hliník plní plynule a odliatok pod tlakom tuhne a kryštalizuje, čím sa získa odliatok s vysokou hustotou, vysokými mechanickými vlastnosťami a krásnym vzhľadom, ktorý je vhodný na tvarovanie veľkých tenkostenných odliatkov.
Podľa mechanických vlastností požadovaných odliatkom je odlievacím materiálom A356, ktorý po úprave T6 dokáže splniť potreby zákazníkov, ale tekutosť tohto materiálu pri odlievaní si vo všeobecnosti vyžaduje primeranú reguláciu teploty formy na výrobu veľkých a tenkých odliatkov.
1.3 Systém na odlievanie
Vzhľadom na charakteristiky veľkých a tenkých odliatkov je potrebné navrhnúť viacero vtokových otvorov. Zároveň, aby sa zabezpečilo plynulé plnenie tekutým hliníkom, pridávajú sa v okne plniace kanály, ktoré je potrebné pri následnom spracovaní odstrániť. V počiatočnej fáze boli navrhnuté dve procesné schémy odlievacieho systému a každá schéma bola porovnaná. Ako je znázornené na obrázku 3, schéma 1 usporiada 9 vtokových otvorov a pridáva prívodné kanály v okne; schéma 2 usporiada 6 vtokových otvorov, ktoré lijú zo strany formovaného odliatku. Analýza simulácie CAE je znázornená na obrázku 4 a obrázku 5. Výsledky simulácie sa používajú na optimalizáciu štruktúry formy, snažia sa vyhnúť nepriaznivému vplyvu konštrukcie formy na kvalitu odliatkov, znížiť pravdepodobnosť chýb odliatkov a skrátiť vývojový cyklus odliatkov.
Obrázok 3 (Porovnanie dvoch procesných schém pre nízky tlak
Obrázok 4 (Porovnanie teplotného poľa počas plnenia)
Obrázok 5 (Porovnanie defektov pórovitosti zmršťovania po stuhnutí)
Výsledky simulácií vyššie uvedených dvoch schém ukazujú, že tekutý hliník v dutine sa pohybuje smerom nahor približne rovnobežne, čo je v súlade s teóriou rovnobežného plnenia tekutým hliníkom ako celkom a simulované časti odliatku so zmršťovacou pórovitosťou sa riešia posilňovaním chladením a inými metódami.
Výhody oboch schém: Súdiac podľa teploty tekutého hliníka počas simulovaného plnenia, teplota distálneho konca odliatku vytvoreného podľa schémy 1 má vyššiu rovnomernosť ako v schéme 2, čo prispieva k vyplneniu dutiny. Odliatok vytvorený podľa schémy 2 nemá zvyšky po vtoku ako schéma 1. Pórovitosť zmršťovania je lepšia ako v schéme 1.
Nevýhody oboch schém: Pretože v schéme 1 je vtok umiestnený na odliatku, ktorý sa má formovať, na odliatku zostanú zvyšky po vtoku, ktoré sa zvýšia približne o 0,7 kcal v porovnaní s pôvodným odliatkom. V schéme 2 je teplota tekutého hliníka na distálnom konci už nízka a simulácia je pod ideálnou teplotou formy, takže prietok tekutého hliníka môže byť v skutočnom stave nedostatočný a vzniknú problémy s formovaním odliatkov.
V kombinácii s analýzou rôznych faktorov bola ako odlievací systém zvolená schéma 2. Vzhľadom na nedostatky schémy 2 bol odlievací systém a vykurovací systém v konštrukcii formy optimalizovaný. Ako je znázornené na obrázku 6, je pridaná prepadová stúpačka, ktorá je prospešná pre plnenie tekutým hliníkom a znižuje alebo zabraňuje výskytu defektov vo lisovaných odliatkoch.
Obrázok 6 (Optimalizovaný systém odlievania)
1.4 Chladiaci systém
Časti odliatkov vystavené namáhaniu a oblasti s vysokými požiadavkami na mechanické vlastnosti musia byť správne chladené alebo podávané, aby sa predišlo pórovitosti zmršťovania alebo tepelnému praskaniu. Základná hrúbka steny odliatku je 4 mm a tuhnutie bude ovplyvnené odvodom tepla samotnej formy. Pre jeho dôležité časti je nastavený chladiaci systém, ako je znázornené na obrázku 7. Po dokončení plnenia sa nechá vychladnúť vodou a špecifický čas chladenia je potrebné upraviť v mieste odlievania, aby sa zabezpečilo, že postupnosť tuhnutia sa vytvorí od konca vtoku ku koncu vtoku a vtok a stúpačka sa na konci stuhnú, aby sa dosiahol efekt podávania. Časti s hrubšou stenou používajú metódu pridania vodného chladenia do vložky. Táto metóda má lepší účinok v samotnom procese odlievania a môže zabrániť pórovitosti zmršťovania.
Obrázok 7 (Chladiaci systém)
1.5 Výfukový systém
Keďže dutina kovu pri nízkotlakovom liatí je uzavretá, nemá dobrú priepustnosť vzduchu ako pieskové formy, ani sa neodvádza cez stúpačky pri všeobecnom gravitačnom liatí, odvádzanie vzduchu z dutiny nízkotlakového liatia ovplyvňuje proces plnenia tekutým hliníkom a kvalitu odliatkov. Nízkotlaková forma sa môže odvádzať cez medzery, odvádzacie drážky a odvádzacie zátky v deliacej ploche, tlačnej tyče atď.
Konštrukcia výfukového systému by mala umožňovať odsávanie bez pretečenia. Rozumný výfukový systém môže zabrániť chybám odliatkov, ako je nedostatočné plnenie, uvoľnený povrch a nízka pevnosť. Konečná plniaca oblasť tekutého hliníka počas procesu odlievania, ako napríklad bočná opierka a stúpačka hornej formy, musí byť vybavená výfukovým plynom. Vzhľadom na to, že tekutý hliník ľahko prúdi do medzery výfukovej zátky v samotnom procese nízkotlakového liatia, čo vedie k situácii, že sa vzduchová zátka pri otvorení formy vytiahne, boli po niekoľkých pokusoch a vylepšeniach prijaté tri metódy: Metóda 1 používa spekanú vzduchovú zátku práškovou metalurgiou, ako je znázornené na obrázku 8(a), nevýhodou sú vysoké výrobné náklady; Metóda 2 používa výfukovú zátku so švom s medzerou 0,1 mm, ako je znázornené na obrázku 8(b), nevýhodou je, že výfukový šev sa po nastriekaní farby ľahko upchá; Metóda 3 používa výfukovú zátku rezanú drôtom, medzera je 0,15~0,2 mm, ako je znázornené na obrázku 8(c). Nevýhodou je nízka účinnosť spracovania a vysoké výrobné náklady. V závislosti od skutočnej plochy odliatku je potrebné vybrať rôzne odsávacie zátky. Vo všeobecnosti sa pre dutinu odliatku používajú spekané a drôtené odvzdušňovacie zátky a pre hlavu pieskového jadra sa používa švový typ.
Obrázok 8 (3 typy výfukových zátok vhodných pre nízkotlakové liatie)
1.6 Vykurovací systém
Odliatok má veľký rozmer a tenkú stenu. Pri analýze toku vo forme je prietok tekutého hliníka na konci plnenia nedostatočný. Dôvodom je, že tekutý hliník tečie príliš dlho, teplota klesá a tekutý hliník predčasne tuhne a stráca svoju tekutosť. Dochádza k studenému uzáveru alebo nedostatočnému odlievaniu, takže stúpačka hornej formy nedosiahne požadovaný účinok podávania. Na základe týchto problémov, bez zmeny hrúbky steny a tvaru odliatku, je potrebné zvýšiť teplotu tekutého hliníka a teplotu formy, zlepšiť tekutosť tekutého hliníka a vyriešiť problém studeného uzáveru alebo nedostatočného odlievania. Nadmerná teplota tekutého hliníka a teplota formy však spôsobí nové tepelné spoje alebo zmršťovaciu pórovitosť, čo po odlievaní povedie k nadmernému tvorbe plochých dier. Preto je potrebné zvoliť vhodnú teplotu tekutého hliníka a vhodnú teplotu formy. Podľa skúseností sa teplota tekutého hliníka reguluje na približne 720 ℃ a teplota formy na 320 až 350 ℃.
Vzhľadom na veľký objem, tenkú stenu a nízku výšku odliatku je na hornej časti formy nainštalovaný vykurovací systém. Ako je znázornené na obrázku 9, plameň smeruje k spodnej a bočnej strane formy, aby sa zohriala spodná rovina a bočná strana odliatku. Podľa situácie na mieste odlievania sa upravuje čas ohrevu a plameň, teplota hornej časti formy sa reguluje na 320 až 350 ℃, zabezpečuje sa tekutosť tekutého hliníka v primeranom rozsahu a tekutý hliník vypĺňa dutinu a stúpačku. V reálnom použití dokáže vykurovací systém účinne zabezpečiť tekutosť tekutého hliníka.
Obrázok 9 (Vykurovací systém)
2. Štruktúra formy a princíp fungovania
Podľa procesu nízkotlakového liatia v kombinácii s charakteristikami odliatku a štruktúrou zariadenia, aby sa zabezpečilo, že vyformovaný odliatok zostane v hornej forme, sú na hornej forme navrhnuté predné, zadné, ľavé a pravé ťahacie štruktúry na jadro. Po vyformovaní a stuhnutí odliatku sa najprv otvoria horná a dolná forma, potom sa jadro vytiahne v 4 smeroch a nakoniec horná doska hornej formy vytlačí vyformovaný odliatok. Štruktúra formy je znázornená na obrázku 10.
Obrázok 10 (Štruktúra formy)
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 11. mája 2023
