Батерията е основният компонент на електрическото превозно средство и нейната производителност определя технически показатели като живот на батерията, консумация на енергия и експлоатационен живот на електрическото превозно средство. Тавата за батерията в модула на батерията е основният компонент, който изпълнява функциите за носене, защита и охлаждане. Модулният батериен пакет е разположен в тавата за батерията, фиксирана към шасито на автомобила чрез тавата за батерията, както е показано на Фигура 1. Тъй като е монтирана в долната част на каросерията на превозното средство и работната среда е тежка, тавата за батерията трябва да има функцията да предотвратява удари от камъни и пробиване, за да се предотврати повреда на модула на батерията. Тавата за батерията е важна част от конструкцията, осигуряваща безопасността на електрическите превозни средства. Следното представя процеса на формоване и дизайна на матриците на алуминиеви тави за батерията за електрически превозни средства.
Фигура 1 (Табло за акумулатор от алуминиева сплав)
1 Анализ на процеса и проектиране на матрици
1.1 Анализ на отливките
Тавата за акумулатор от алуминиева сплав за електрически превозни средства е показана на Фигура 2. Общите размери са 1106 мм × 1029 мм × 136 мм, основната дебелина на стената е 4 мм, качеството на отливката е около 15,5 кг, а качеството на отливката след обработка е около 12,5 кг. Материалът е A356-T6, якост на опън ≥ 290 MPa, граница на провлачване ≥ 225 MPa, удължение ≥ 6%, твърдост по Бринел ≥ 75~90HBS, трябва да отговаря на изискванията за херметичност и IP67 и IP69K.
Фигура 2 (Табло за батерия от алуминиева сплав)
1.2 Анализ на процеса
Леенето под ниско налягане е специален метод за леене, разположен между леенето под налягане и гравитационното леене. Той не само има предимствата на използването на метални форми и за двата метода, но и характеристиките на стабилно пълнене. Леенето под ниско налягане има предимствата на ниска скорост на пълнене отдолу нагоре, лесен контрол на скоростта, малък удар и пръски от течен алуминий, по-малко оксидна шлака, висока плътност на тъканта и високи механични свойства. При леене под ниско налягане течният алуминий се пълни плавно, отливката се втвърдява и кристализира под налягане и може да се получи отливка с висока плътна структура, високи механични свойства и красив външен вид, което е подходящо за формиране на големи тънкостенни отливки.
Според механичните свойства, изисквани от отливката, материалът за отливка е A356, който може да отговори на нуждите на клиентите след обработка с T6, но течливостта на изливане на този материал обикновено изисква разумен контрол на температурата на формата, за да се получат големи и тънки отливки.
1.3 Система за изливане
Предвид характеристиките на големите и тънки отливки, е необходимо да се проектират множество шибъри. Същевременно, за да се осигури плавно пълнене на течен алуминий, на прозореца се добавят канали за пълнене, които трябва да бъдат отстранени чрез последваща обработка. В ранния етап бяха проектирани две технологични схеми на системата за леене и всяка от схемите беше сравнена. Както е показано на Фигура 3, схема 1 разполага с 9 шибъра и добавя канали за подаване на прозореца; схема 2 разполага с 6 шибъра, изливащи от страната на отливката, която ще се формира. CAE симулационният анализ е показан на Фигура 4 и Фигура 5. Използвайте резултатите от симулацията, за да оптимизирате структурата на формата, да се опитате да избегнете неблагоприятното въздействие на дизайна на формата върху качеството на отливките, да намалите вероятността от дефекти при леенето и да съкратите цикъла на разработване на отливките.
Фигура 3 (Сравнение на две технологични схеми за ниско налягане
Фигура 4 (Сравнение на температурните полета по време на пълнене)
Фигура 5 (Сравнение на дефектите на порьозност от свиване след втвърдяване)
Резултатите от симулациите на горните две схеми показват, че течният алуминий в кухината се движи нагоре приблизително паралелно, което е в съответствие с теорията за паралелно запълване на течния алуминий като цяло, а симулираните части от свиваемата порьозност на отливката се решават чрез укрепващо охлаждане и други методи.
Предимства на двете схеми: Съдейки по температурата на течния алуминий по време на симулираното пълнене, температурата на дисталния край на отливката, образувана по схема 1, е с по-висока равномерност от тази на схема 2, което е благоприятно за запълване на кухината. Отливката, образувана по схема 2, няма остатъци от затвора, както схема 1. Порьозността при свиване е по-добра от тази на схема 1.
Недостатъци на двете схеми: Тъй като в схема 1 затворът е разположен върху отливката, която ще се формира, ще има остатъци от затвора върху отливката, които ще се увеличат с около 0,7 kJ в сравнение с оригиналната отливка. От температурата на течния алуминий в схема 2, симулирано за пълнене, температурата на течния алуминий в дисталния край вече е ниска и симулацията е под идеалното състояние на температурата на формата, така че капацитетът на потока на течния алуминий може да е недостатъчен в действителното състояние и ще има проблем с трудностите при отливането.
В комбинация с анализа на различни фактори, схема 2 беше избрана като система за леене. С оглед на недостатъците на схема 2, системата за леене и системата за нагряване са оптимизирани в конструкцията на матрицата. Както е показано на Фигура 6, е добавен преливник, който е благоприятен за пълненето с течен алуминий и намалява или избягва появата на дефекти в отливките.
Фигура 6 (Оптимизирана система за изливане)
1.4 Охладителна система
Частите, носещи напрежение, и зоните с високи изисквания за механични характеристики на отливките трябва да бъдат правилно охладени или подавани, за да се избегне порьозност от свиване или термично напукване. Основната дебелина на стената на отливката е 4 мм, а втвърдяването ще бъде повлияно от разсейването на топлината от самата форма. За важните части е настроена охладителна система, както е показано на Фигура 7. След като пълненето е завършено, се пропуска вода за охлаждане и специфичното време за охлаждане трябва да се регулира на мястото на изливане, за да се гарантира, че последователността на втвърдяване се формира от края на затвора до края на затвора, а затворът и повдигачът се втвърдяват в края, за да се постигне ефект на подаване. Деталите с по-дебела дебелина на стената използват метода за добавяне на водно охлаждане към вложката. Този метод има по-добър ефект в действителния процес на леене и може да избегне порьозност от свиване.
Фигура 7 (Охладителна система)
1.5 Изпускателна система
Тъй като кухината на метала за леене под ниско налягане е затворена, тя няма добра въздухопропускливост като пясъчните форми, нито пък се изпуска през щрангове при общото гравитачно леене. Изпускането на въздуха от кухината за леене под ниско налягане ще повлияе на процеса на пълнене с течен алуминий и качеството на отливките. Формата за леене под ниско налягане може да се изпуска през пролуките, каналите за изпускане и тапите за изпускане в разделителната повърхност, буталния прът и др.
Дизайнът на изпускателната система с размер на отработените газове трябва да е благоприятен за отвеждане на отработените газове без преливане. Една разумна изпускателна система може да предотврати дефекти в отливките, като недостатъчно запълване, рохкава повърхност и ниска якост. Крайната зона за запълване с течен алуминий по време на процеса на изливане, като страничната опора и повдигачът на горната форма, трябва да бъде снабдена с отработени газове. Тъй като течният алуминий лесно се влива в процепа на изпускателната тапа в действителния процес на леене под ниско налягане, което води до ситуация, в която въздушната тапа се издърпва при отваряне на формата, след няколко опита и подобрения са възприети три метода: Метод 1 използва синтерована въздушна тапа, получена чрез прахова металургия, както е показано на Фигура 8(a), недостатъкът е, че производствените разходи са високи; Метод 2 използва изпускателна тапа с шев и процеп от 0,1 мм, както е показано на Фигура 8(b), недостатъкът е, че изпускателният шев лесно се запушва след пръскане с боя; Метод 3 използва изпускателна тапа с рязана тел, като процепът е 0,15~0,2 мм, както е показано на Фигура 8(c). Недостатъците са ниската ефективност на обработката и високите производствени разходи. Различните изпускателни тапи трябва да се избират в зависимост от действителната площ на отливката. Обикновено за кухината на отливката се използват синтеровани и телено нарязани вентилационни тапи, а за пясъчната сърцевина - шевният тип.
Фигура 8 (3 вида изпускателни свещи, подходящи за леене под ниско налягане)
1.6 Отоплителна система
Отливката е с големи размери и тънки стени. При анализа на потока във формата, дебитът на течния алуминий в края на пълненето е недостатъчен. Причината е, че течният алуминий тече твърде дълго, температурата пада и течният алуминий се втвърдява предварително и губи течливостта си. При студено затваряне или недостатъчно изливане, повдигачът на горната матрица няма да може да постигне ефекта на подаване. Въз основа на тези проблеми, без да се променя дебелината на стената и формата на отливката, е необходимо да се увеличи температурата на течния алуминий и температурата на формата, за да се подобри течливостта на течния алуминий и да се реши проблемът със студеното затваряне или недостатъчното изливане. Прекомерната температура на течния алуминий и температурата на формата обаче ще доведат до нови термични връзки или порьозност от свиване, което ще доведе до прекомерни плоски отвори след обработка на леенето. Следователно е необходимо да се избере подходяща температура на течния алуминий и подходяща температура на формата. Според опита, температурата на течния алуминий се контролира на около 720℃, а температурата на формата - на 320~350℃.
Поради големия обем, тънките стени и ниската височина на отливката, в горната част на формата е инсталирана нагревателна система. Както е показано на Фигура 9, посоката на пламъка е насочена към дъното и страните на формата, за да нагрее долната равнина и страните на отливката. В зависимост от условията на изливане на място, времето за нагряване и пламъкът се регулират, температурата на горната част на формата се контролира на 320~350 ℃, осигурява се течливост на течния алуминий в разумен диапазон и течният алуминий запълва кухината и повдигащия елемент. В реална употреба нагревателната система може ефективно да осигури течливост на течния алуминий.
Фигура 9 (Отоплителна система)
2. Структура на матрицата и принцип на работа
Съгласно процеса на леене под ниско налягане, комбинирано с характеристиките на отливката и структурата на оборудването, за да се гарантира, че отливката ще остане в горната форма, върху горната форма са проектирани предна, задна, лява и дясна конструкция за издърпване на сърцевината. След като отливката е оформена и втвърдена, първо се отварят горната и долната форма, след което сърцевината се издърпва в 4 посоки и накрая горната плоча на горната форма избутва отливката. Структурата на формата е показана на Фигура 10.
Фигура 10 (Структура на матрицата)
Редактирано от Мей Джианг от MAT Aluminum
Време на публикуване: 11 май 2023 г.
