Baterija je osrednji sestavni del električnega vozila, njena zmogljivost pa določa tehnične kazalnike, kot so življenjska doba baterije, poraba energije in življenjska doba električnega vozila. Pladenj baterije v baterijskem modulu je glavni sestavni del, ki opravlja funkcije prenašanja, zaščite in hlajenja. Modularni baterijski sklop je nameščen v pladnju baterije, pritrjenem na šasijo avtomobila skozi pladenj baterije, kot je prikazano na sliki 1. Ker je nameščen na dnu karoserije vozila in je delovno okolje zahtevno, mora pladenj baterije preprečevati udarce kamenja in predrtje, da se prepreči poškodba baterijskega modula. Pladenj baterije je pomemben varnostni strukturni del električnih vozil. V nadaljevanju je predstavljen postopek oblikovanja in zasnova kalupa aluminijevih pladnjev baterij za električna vozila.
Slika 1 (Pladenj akumulatorja iz aluminijeve zlitine)
1 Analiza procesa in načrtovanje kalupov
1.1 Analiza ulitkov
Pladenj za akumulator iz aluminijeve zlitine za električna vozila je prikazan na sliki 2. Celotne dimenzije so 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, osnovna debelina stene je 4 mm, kakovost ulitka je približno 15,5 kg, kakovost ulitka po obdelavi pa je približno 12,5 kg. Material je A356-T6, natezna trdnost ≥ 290 MPa, meja tečenja ≥ 225 MPa, raztezek ≥ 6 %, trdota po Brinellu ≥ 75~90HBS, izpolnjevati mora zahteve glede zrakotesnosti in IP67 in IP69K.
Slika 2 (Pladenj akumulatorja iz aluminijeve zlitine)
1.2 Analiza procesa
Litje pod nizkim tlakom je posebna metoda litja, ki se giblje med tlačnim in gravitacijskim litjem. Ne le, da ima prednosti uporabe kovinskih kalupov za obe metodi, temveč ima tudi lastnosti stabilnega polnjenja. Litje pod nizkim tlakom ima prednosti počasnega polnjenja od spodaj navzgor, enostavnega nadzora hitrosti, majhnega udarca in brizganja tekočega aluminija, manj oksidne žlindre, visoke gostote tkiva in visokih mehanskih lastnosti. Pri litju pod nizkim tlakom se tekoči aluminij polni gladko, ulitek pa se pod pritiskom strdi in kristalizira, tako da je mogoče dobiti ulitek z visoko gosto strukturo, visokimi mehanskimi lastnostmi in lepim videzom, kar je primerno za oblikovanje velikih tankostenskih ulitkov.
Glede na mehanske lastnosti, ki jih zahteva ulitek, je material za ulitek A356, ki lahko po obdelavi T6 zadovolji potrebe strank, vendar zaradi tekočnosti ulitka tega materiala običajno zahteva razumen nadzor temperature kalupa za izdelavo velikih in tankih ulitkov.
1.3 Sistem za izlivanje
Glede na značilnosti velikih in tankih ulitkov je treba zasnovati več zapornic. Hkrati se za zagotovitev nemotenega polnjenja tekočega aluminija na oknu dodajo polnilne kanale, ki jih je treba med naknadno obdelavo odstraniti. V zgodnji fazi sta bili zasnovani dve procesni shemi ulivnega sistema in vsaka od shem je bila primerjana. Kot je prikazano na sliki 3, shema 1 razporeja 9 zapornic in dodaja dovodne kanale na oknu; shema 2 razporeja 6 zapornic, ki se vlivajo s strani ulitka, ki ga je treba oblikovati. Analiza simulacije CAE je prikazana na sliki 4 in sliki 5. Rezultate simulacije uporabite za optimizacijo strukture kalupa, poskušajte se izogniti negativnemu vplivu zasnove kalupa na kakovost ulitkov, zmanjšajte verjetnost napak pri ulivanju in skrajšajte razvojni cikel ulitkov.
Slika 3 (Primerjava dveh procesnih shem za nizek tlak
Slika 4 (Primerjava temperaturnega polja med polnjenjem)
Slika 5 (Primerjava napak poroznosti zaradi krčenja po strjevanju)
Rezultati simulacij zgornjih dveh shem kažejo, da se tekoči aluminij v votlini premika navzgor približno vzporedno, kar je v skladu s teorijo vzporednega polnjenja tekočega aluminija kot celote, simulirani deli poroznosti zaradi krčenja pa se rešujejo z ojačevanjem, hlajenjem in drugimi metodami.
Prednosti obeh shem: Sodeč po temperaturi tekočega aluminija med simuliranim polnjenjem ima temperatura distalnega konca ulitka, oblikovanega po shemi 1, večjo enakomernost kot pri shemi 2, kar ugodno vpliva na zapolnitev votline. Ulitek, oblikovan po shemi 2, nima ostankov zaradi ulitka, kot pri shemi 1. Poroznost pri krčenju je boljša kot pri shemi 1.
Slabosti obeh shem: Ker je v shemi 1 odprtina nameščena na ulitku, ki ga je treba oblikovati, bo na ulitku ostal ostanek odprtine, ki se bo v primerjavi s prvotnim ulitkom povečal za približno 0,7 kcal. Glede na temperaturo tekočega aluminija v shemi 2, ki simulira polnjenje, je temperatura tekočega aluminija na distalnem koncu že nizka, simulacija pa je pod idealno temperaturo kalupa, zato je lahko pretočna zmogljivost tekočega aluminija v dejanskem stanju nezadostna in bo prišlo do težav pri ulivanju.
V kombinaciji z analizo različnih dejavnikov je bila kot sistem ulivanja izbrana shema 2. Glede na pomanjkljivosti sheme 2 sta bila sistem ulivanja in sistem ogrevanja pri zasnovi kalupa optimizirana. Kot je prikazano na sliki 6, je dodan prelivni dvižni vod, ki je koristen za polnjenje tekočega aluminija in zmanjšuje ali preprečuje nastanek napak v ulitkih.
Slika 6 (Optimiziran sistem za vlivanje)
1.4 Hladilni sistem
Deli, ki so pod napetostjo, in območja z visokimi mehanskimi zahtevami glede delovanja ulitkov je treba ustrezno ohladiti ali dovajati, da se prepreči poroznost zaradi krčenja ali toplotne razpoke. Osnovna debelina stene ulitka je 4 mm, na strjevanje pa bo vplivalo odvajanje toplote samega kalupa. Za njegove pomembne dele je nameščen hladilni sistem, kot je prikazano na sliki 7. Po končanem polnjenju se voda ohladi, na mestu ulivanja pa je treba prilagoditi specifičen čas hlajenja, da se zagotovi, da se zaporedje strjevanja oblikuje od konca vrat do konca vrat, vrata in dvižni vod pa se na koncu strdijo, da se doseže učinek dovajanja. Del z debelejšo steno uporablja metodo dodajanja vodnega hlajenja vstavku. Ta metoda ima boljši učinek v dejanskem procesu ulivanja in se lahko izogne poroznosti zaradi krčenja.
Slika 7 (Hladilni sistem)
1.5 Izpušni sistem
Ker je votlina kovine pri nizkotlačnem litju zaprta, nima dobre prepustnosti za zrak kot peščeni kalupi, niti se ne izsesava skozi dvižne cevi pri splošnem gravitacijskem litju, izsesavanje iz votline nizkotlačnega litja vpliva na proces polnjenja tekočega aluminija in kakovost ulitkov. Izsesavanje iz kalupa za nizkotlačno litje se lahko zgodi skozi reže, izpušne utore in izpušne čepe na ločilni površini, potisni palici itd.
Zasnova velikosti izpušnega sistema mora omogočati izpušni sistem brez prelivanja, razumen izpušni sistem pa lahko prepreči napake v ulitkih, kot so nezadostno polnjenje, ohlapna površina in nizka trdnost. Končno območje polnjenja s tekočim aluminijem med postopkom litja, kot sta stranski naslon in dvižni del zgornjega kalupa, mora biti opremljeno z izpušnim plinom. Glede na to, da tekoči aluminij med dejanskim postopkom litja pod nizkim tlakom zlahka steče v režo izpušnega čepa, kar vodi v situacijo, da se zračni čep izvleče, ko se kalup odpre, so bile po več poskusih in izboljšavah sprejete tri metode: metoda 1 uporablja sintrani zračni čep s prašno metalurgijo, kot je prikazano na sliki 8(a), pomanjkljivost pa je v visokih proizvodnih stroških; metoda 2 uporablja izpušni čep s šivom in režo 0,1 mm, kot je prikazano na sliki 8(b), pomanjkljivost pa je v tem, da se izpušni šiv po brizganju barve zlahka zamaši; metoda 3 uporablja izpušni čep z žico, reža pa je 0,15~0,2 mm, kot je prikazano na sliki 8(c). Slabosti so nizka učinkovitost obdelave in visoki proizvodni stroški. Glede na dejansko površino ulitka je treba izbrati različne izpušne čepe. Za votlino ulitka se običajno uporabljajo sintrani in žično rezani odzračevalni čepi, za glavo peščenega jedra pa šivalni tip.
Slika 8 (3 vrste izpušnih čepov, primernih za nizkotlačno litje)
1.6 Ogrevalni sistem
Ulitek je velik in ima tanko steno. Pri analizi pretoka v kalupu je pretok tekočega aluminija na koncu polnjenja nezadosten. Razlog za to je, da tekoči aluminij teče predolgo, temperatura pade in se strdi prezgodaj ter izgubi svojo tečnost. Če pride do hladnega zaprtja ali nezadostnega ulivanja, dvižni vod zgornjega kalupa ne bo mogel doseči učinka polnjenja. Zaradi teh težav je treba brez spreminjanja debeline stene in oblike ulitka povečati temperaturo tekočega aluminija in temperaturo kalupa, izboljšati pretočnost tekočega aluminija in rešiti problem hladnega zaprtja ali nezadostnega ulivanja. Vendar pa bosta previsoka temperatura tekočega aluminija in kalupa povzročila nove toplotne stike ali poroznost zaradi krčenja, kar bo po obdelavi ulivanja povzročilo prekomerne luknjice v ravnini. Zato je treba izbrati ustrezno temperaturo tekočega aluminija in ustrezno temperaturo kalupa. Izkušnje kažejo, da se temperatura tekočega aluminija nadzoruje pri približno 720 ℃, temperatura kalupa pa pri 320~350 ℃.
Zaradi velike prostornine, tanke stene in nizke višine ulitka je na zgornjem delu kalupa nameščen ogrevalni sistem. Kot je prikazano na sliki 9, je plamen usmerjen proti dnu in stranicam kalupa, da segreva spodnjo ravnino in stranice ulitka. Glede na situacijo na kraju samem se prilagodi čas segrevanja in plamen, temperatura zgornjega dela kalupa se nadzoruje na 320~350 ℃, zagotavlja se tekočnost tekočega aluminija v razumnem območju in tekoči aluminij napolni votlino in dvižni vod. Pri dejanski uporabi lahko ogrevalni sistem učinkovito zagotavlja tekočnost tekočega aluminija.
Slika 9 (Ogrevalni sistem)
2. Struktura in načelo delovanja plesni
Glede na postopek litja pod nizkim tlakom, v kombinaciji z značilnostmi ulitka in strukturo opreme, so za zagotovitev, da oblikovani ulitek ostane v zgornjem kalupu, na zgornjem kalupu zasnovane sprednje, zadnje, leve in desne strukture za vlečenje jedra. Ko je ulitek oblikovan in strjen, se najprej odpreta zgornji in spodnji kalup, nato se jedro potegne v 4 smeri, na koncu pa zgornja plošča zgornjega kalupa potisne oblikovani ulitek ven. Struktura kalupa je prikazana na sliki 10.
Slika 10 (Struktura kalupa)
Uredil May Jiang iz MAT Aluminum
Čas objave: 11. maj 2023
