La bateria és el component principal d'un vehicle elèctric, i el seu rendiment determina els indicadors tècnics com la durada de la bateria, el consum d'energia i la vida útil del vehicle elèctric. La safata de la bateria del mòdul de bateria és el component principal que realitza les funcions de transport, protecció i refrigeració. El paquet de bateries modulars està disposat a la safata de la bateria, fixat al xassís del cotxe a través de la safata de la bateria, tal com es mostra a la Figura 1. Com que està instal·lat a la part inferior de la carrosseria del vehicle i l'entorn de treball és dur, la safata de la bateria ha de tenir la funció de prevenir els impactes de pedres i les punxades per evitar que el mòdul de bateria es faci malbé. La safata de la bateria és una part estructural de seguretat important dels vehicles elèctrics. A continuació s'introdueix el procés de conformació i el disseny de motlles de safates de bateria d'aliatge d'alumini per a vehicles elèctrics.
Figura 1 (Safata de bateria d'aliatge d'alumini)
1 Anàlisi de processos i disseny de motlles
1.1 Anàlisi de la fosa
La safata de bateria d'aliatge d'alumini per a vehicles elèctrics es mostra a la Figura 2. Les dimensions totals són 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, el gruix bàsic de la paret és de 4 mm, la qualitat de la fosa és d'uns 15,5 kg i la qualitat de la fosa després del processament és d'uns 12,5 kg. El material és A356-T6, resistència a la tracció ≥ 290 MPa, límit elàstic ≥ 225 MPa, allargament ≥ 6%, duresa Brinell ≥ 75 ~ 90 HBS, ha de complir els requisits d'estanquitat i IP67 i IP69K.
Figura 2 (Safata de bateria d'aliatge d'alumini)
1.2 Anàlisi del procés
La fosa a pressió a baixa pressió és un mètode de fosa especial entre la fosa a pressió i la fosa per gravetat. No només té els avantatges d'utilitzar motlles metàl·lics per a tots dos, sinó que també té les característiques d'un ompliment estable. La fosa a pressió a baixa pressió té els avantatges d'un ompliment a baixa velocitat de baix a dalt, una velocitat fàcil de controlar, un petit impacte i esquitxades d'alumini líquid, menys escòria d'òxid, una alta densitat de teixit i altes propietats mecàniques. Sota la fosa a pressió a baixa pressió, l'alumini líquid s'omple suaument i la fosa se solidifica i cristal·litza sota pressió, i es pot obtenir una fosa amb una estructura altament densa, altes propietats mecàniques i un aspecte bonic, que és adequat per formar peces de fosa de paret prima grans.
Segons les propietats mecàniques requerides per la fosa, el material de fosa és A356, que pot satisfer les necessitats dels clients després del tractament T6, però la fluïdesa de vessament d'aquest material generalment requereix un control raonable de la temperatura del motlle per produir peces de fosa grans i primes.
1.3 Sistema de vessament
Ateses les característiques de les peces de fosa grans i primes, cal dissenyar múltiples portes. Al mateix temps, per tal de garantir un ompliment suau d'alumini líquid, s'afegeixen canals d'ompliment a la finestra, que cal eliminar mitjançant el postprocessament. Es van dissenyar dos esquemes de procés del sistema de colada en la fase inicial i es va comparar cada esquema. Com es mostra a la Figura 3, l'esquema 1 disposa de 9 portes i afegeix canals d'alimentació a la finestra; l'esquema 2 disposa de 6 portes que s'aboquen des del costat de la fosa que s'ha de formar. L'anàlisi de simulació CAE es mostra a la Figura 4 i la Figura 5. Utilitzeu els resultats de la simulació per optimitzar l'estructura del motlle, intenteu evitar l'impacte negatiu del disseny del motlle en la qualitat de les peces de fosa, reduïu la probabilitat de defectes de fosa i escurceu el cicle de desenvolupament de les peces de fosa.
Figura 3 (Comparació de dos esquemes de procés per a baixa pressió)
Figura 4 (Comparació del camp de temperatura durant l'ompliment)
Figura 5 (Comparació dels defectes de porositat per retracció després de la solidificació)
Els resultats de la simulació dels dos esquemes anteriors mostren que l'alumini líquid a la cavitat es mou cap amunt aproximadament en paral·lel, la qual cosa està en línia amb la teoria de l'ompliment paral·lel de l'alumini líquid en conjunt, i les parts de porositat per contracció simulades de la fosa es resolen mitjançant el reforç del refredament i altres mètodes.
Avantatges dels dos esquemes: A jutjar per la temperatura de l'alumini líquid durant l'ompliment simulat, la temperatura de l'extrem distal de la peça de fosa formada per l'esquema 1 té una uniformitat més alta que la de l'esquema 2, cosa que afavoreix l'ompliment de la cavitat. La peça de fosa formada per l'esquema 2 no té el residu de porta com l'esquema 1. La porositat de contracció és millor que la de l'esquema 1.
Desavantatges dels dos esquemes: Com que la comporta està disposada sobre la fosa que es formarà a l'esquema 1, hi haurà un residu de comporta a la fosa, que augmentarà aproximadament 0,7 ka en comparació amb la fosa original. A partir de la temperatura de l'alumini líquid en el farciment simulat de l'esquema 2, la temperatura de l'alumini líquid a l'extrem distal ja és baixa, i la simulació es troba sota l'estat ideal de la temperatura del motlle, de manera que la capacitat de flux de l'alumini líquid pot ser insuficient en l'estat real, i hi haurà un problema de dificultat en el modelat per fosa.
Combinant l'anàlisi de diversos factors, es va triar l'esquema 2 com a sistema de colada. Ateses les deficiències de l'esquema 2, el sistema de colada i el sistema de calefacció estan optimitzats en el disseny del motlle. Com es mostra a la Figura 6, s'afegeix el tub de sobreeiximent, que és beneficiós per a l'ompliment d'alumini líquid i redueix o evita l'aparició de defectes en les peces de fosa modelades.
Figura 6 (Sistema de colada optimitzat)
1.4 Sistema de refrigeració
Les peces de fosa sotmeses a tensions i les zones amb alts requisits de rendiment mecànic s'han de refredar o alimentar adequadament per evitar la porositat per contracció o l'esquerdament tèrmic. El gruix bàsic de la paret de la fosa és de 4 mm i la solidificació es veurà afectada per la dissipació de calor del motlle. Per a les seves peces importants, s'estableix un sistema de refrigeració, tal com es mostra a la Figura 7. Un cop finalitzat l'ompliment, cal passar aigua per refredar i cal ajustar el temps de refredament específic al lloc de colada per garantir que la seqüència de solidificació es formi des de l'extrem de la porta fins a l'extrem de la porta, i la porta i el tub vertical se solidifiquen al final per aconseguir l'efecte d'alimentació. La peça amb un gruix de paret més gruixut adopta el mètode d'afegir refrigeració per aigua a l'insert. Aquest mètode té un millor efecte en el procés de fosa real i pot evitar la porositat per contracció.
Figura 7 (Sistema de refrigeració)
1.5 Sistema d'escapament
Com que la cavitat del metall de fosa a baixa pressió està tancada, no té una bona permeabilitat a l'aire com els motlles de sorra, ni tampoc s'escapa a través de tubs verticals en la fosa per gravetat general, l'escapament de la cavitat de fosa a baixa pressió afectarà el procés d'ompliment de l'alumini líquid i la qualitat de les peces de fosa. El motlle de fosa a baixa pressió es pot escapa a través dels buits, les ranures d'escapament i els taps d'escapament a la superfície de separació, la vareta d'empenta, etc.
El disseny de la mida de l'escapament al sistema d'escapament ha de ser propici per a un escapament sense desbordament, un sistema d'escapament raonable pot evitar que les peces de fosa tinguin defectes com ara un farciment insuficient, una superfície solta i una baixa resistència. La zona d'ompliment final de l'alumini líquid durant el procés de colada, com ara el suport lateral i la part vertical del motlle superior, ha d'estar equipada amb gasos d'escapament. Atès que l'alumini líquid flueix fàcilment a l'espai del tap d'escapament en el procés real de fosa a pressió a baixa pressió, cosa que fa que el tap d'aire s'extregui quan s'obre el motlle, s'adopten tres mètodes després de diversos intents i millores: el mètode 1 utilitza un tap d'aire sinteritzat per metal·lúrgia en pols, com es mostra a la Figura 8(a), el desavantatge és que el cost de fabricació és elevat; el mètode 2 utilitza un tap d'escapament tipus costura amb un espai de 0,1 mm, com es mostra a la Figura 8(b), el desavantatge és que la costura d'escapament es bloqueja fàcilment després de polvoritzar pintura; el mètode 3 utilitza un tap d'escapament tallat amb filferro, l'espai és de 0,15~0,2 mm, com es mostra a la Figura 8(c). Els desavantatges són la baixa eficiència de processament i l'alt cost de fabricació. Cal seleccionar diferents taps d'escapament segons l'àrea real de la fosa. Generalment, els taps de ventilació sinteritzats i tallats amb filferro s'utilitzen per a la cavitat de la fosa, i el tipus de costura s'utilitza per al capçal del nucli de sorra.
Figura 8 (3 tipus de taps d'escapament adequats per a fosa a baixa pressió)
1.6 Sistema de calefacció
La fosa és de grans dimensions i de gruix de paret prim. En l'anàlisi del flux del motlle, el cabal de l'alumini líquid al final de l'ompliment és insuficient. El motiu és que l'alumini líquid flueix massa, la temperatura baixa i l'alumini líquid se solidifica per endavant i perd la seva capacitat de flux, es produeix un tancament en fred o un abocament insuficient, i la columna vertical de la matriu superior no podrà aconseguir l'efecte d'alimentació. A partir d'aquests problemes, sense canviar el gruix de la paret i la forma de la fosa, s'augmenta la temperatura de l'alumini líquid i la temperatura del motlle, es millora la fluïdesa de l'alumini líquid i es resol el problema del tancament en fred o de l'abocament insuficient. Tanmateix, una temperatura excessiva de l'alumini líquid i la temperatura del motlle produiran noves unions tèrmiques o porositat per contracció, cosa que provocarà forats plans excessius després del processament de la fosa. Per tant, cal seleccionar una temperatura adequada de l'alumini líquid i una temperatura de motlle. Segons l'experiència, la temperatura de l'alumini líquid es controla a uns 720 ℃ i la temperatura del motlle es controla a 320 ~ 350 ℃.
Atès el gran volum, el gruix de paret prim i la baixa alçada de la peça de fosa, s'ha instal·lat un sistema de calefacció a la part superior del motlle. Com es mostra a la Figura 9, la direcció de la flama està orientada cap a la part inferior i lateral del motlle per escalfar el pla inferior i lateral de la peça de fosa. Segons la situació de colada in situ, ajusteu el temps d'escalfament i la flama, controleu la temperatura de la part superior del motlle a 320~350 ℃, assegureu la fluïdesa de l'alumini líquid dins d'un rang raonable i feu que l'alumini líquid ompli la cavitat i el tub vertical. En l'ús real, el sistema de calefacció pot garantir eficaçment la fluïdesa de l'alumini líquid.
Figura 9 (Sistema de calefacció)
2. Estructura del motlle i principi de funcionament
Segons el procés de fosa a pressió a baixa pressió, combinat amb les característiques de la fosa i l'estructura de l'equip, per tal de garantir que la fosa formada es mantingui al motlle superior, es dissenyen les estructures d'estirament del nucli davantera, posterior, esquerra i dreta al motlle superior. Després que la fosa s'hagi format i solidificat, primer s'obren els motlles superior i inferior, i després s'estira el nucli en 4 direccions, i finalment la placa superior del motlle superior empeny cap a fora la fosa formada. L'estructura del motlle es mostra a la Figura 10.
Figura 10 (Estructura del motlle)
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 11 de maig de 2023
