Batteriet är kärnkomponenten i ett elfordon, och dess prestanda avgör de tekniska indikatorerna som batteritid, energiförbrukning och livslängd för elfordonet. Batterifacket i batterimodulen är huvudkomponenten som utför funktionerna att bära, skydda och kyla. Det modulära batteripaketet är anordnat i batterifacket, fixerat på bilens chassi genom batterifacket, som visas i figur 1. Eftersom det är installerat på undersidan av fordonskarossen och arbetsmiljön är hård, måste batterifacket ha funktionen att förhindra stenslag och punktering för att förhindra att batterimodulen skadas. Batterifacket är en viktig säkerhetsstrukturdel i elfordon. Följande presenterar formningsprocessen och formdesignen av batterifack i aluminiumlegering för elfordon.
Figur 1 (Batterifack av aluminiumlegering)
1 Processanalys och formdesign
1.1 Gjutningsanalys
Batterilådan i aluminiumlegering för elfordon visas i figur 2. De totala måtten är 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, den grundläggande väggtjockleken är 4 mm, gjutkvaliteten är cirka 15,5 kg och gjutkvaliteten efter bearbetning är cirka 12,5 kg. Materialet är A356-T6, draghållfasthet ≥ 290 MPa, sträckgräns ≥ 225 MPa, töjning ≥ 6 %, Brinell-hårdhet ≥ 75~90 HBS, måste uppfylla lufttäthets- och IP67- och IP69K-kraven.
Figur 2 (Batterifack av aluminiumlegering)
1.2 Processanalys
Lågtrycksgjutning är en speciell gjutningsmetod mellan tryckgjutning och gravitationsgjutning. Den har inte bara fördelarna med att använda metallformar för båda, utan har också egenskaperna för stabil fyllning. Lågtrycksgjutning har fördelarna med låg fyllningshastighet från botten till toppen, lätt att kontrollera hastigheten, liten stöt och stänk av flytande aluminium, mindre oxidslagg, hög vävnadstäthet och höga mekaniska egenskaper. Vid lågtrycksgjutning fylls det flytande aluminiumet jämnt, och gjutgodset stelnar och kristalliserar under tryck, vilket ger gjutgodset en hög tät struktur, höga mekaniska egenskaper och vackert utseende, vilket är lämpligt för att forma stora tunnväggiga gjutgods.
Enligt de mekaniska egenskaper som krävs av gjutgodset är gjutmaterialet A356, vilket kan möta kundernas behov efter T6-behandling, men materialets gjutbarhet kräver generellt rimlig kontroll av formtemperaturen för att producera stora och tunna gjutgods.
1.3 Hällsystem
Med tanke på egenskaperna hos stora och tunna gjutgods behöver flera portar utformas. Samtidigt, för att säkerställa en jämn fyllning av flytande aluminium, läggs påfyllningskanaler till vid fönstret, vilka måste tas bort genom efterbehandling. Två processscheman för gjutsystemet utformades i ett tidigt skede, och varje schema jämfördes. Som visas i figur 3 arrangerar schema 1 9 portar och lägger till matningskanaler vid fönstret; schema 2 arrangerar 6 portar som hälls från sidan av gjutgodset som ska formas. CAE-simuleringsanalysen visas i figur 4 och figur 5. Använd simuleringsresultaten för att optimera formstrukturen, försök att undvika den negativa inverkan av formdesignen på gjutgodsets kvalitet, minska sannolikheten för gjutningsdefekter och förkorta utvecklingscykeln för gjutgods.
Figur 3 (Jämförelse av två processscheman för lågt tryck)
Figur 4 (Jämförelse av temperaturfält under fyllning)
Figur 5 (Jämförelse av krympporositetsdefekter efter stelning)
Simuleringsresultaten från de två ovanstående schemana visar att det flytande aluminiumet i kaviteten rör sig uppåt ungefär parallellt, vilket överensstämmer med teorin om parallell fyllning av det flytande aluminiumet som helhet, och de simulerade krympporösitetsdelarna i gjutgodset löses genom förstärkt kylning och andra metoder.
Fördelar med de två schemana: Att döma av temperaturen på det flytande aluminiumet under den simulerade fyllningen har temperaturen på den distala änden av gjutgodset som bildas enligt schema 1 högre jämnhet än den i schema 2, vilket bidrar till fyllning av kaviteten. Gjutgodset som bildas enligt schema 2 har inte grindrester som i schema 1. Krympningsporositeten är bättre än den i schema 1.
Nackdelar med de två schemana: Eftersom grinden är anordnad på gjutstycket som ska formas i schema 1, kommer det att finnas en grindrester på gjutstycket, vilket kommer att öka med cirka 0,7 kcal jämfört med det ursprungliga gjutstycket. Från temperaturen hos flytande aluminium i den simulerade fyllningen i schema 2 är temperaturen hos flytande aluminium vid den distala änden redan låg, och simuleringen är under det ideala tillståndet för formtemperaturen, så flödeskapaciteten hos det flytande aluminiumet kan vara otillräcklig i det faktiska tillståndet, och det kommer att bli ett problem med gjutformning.
Kombinerat med analys av olika faktorer valdes schema 2 som gjutningssystem. Med tanke på bristerna i schema 2 är gjutningssystemet och värmesystemet optimerade i formkonstruktionen. Som visas i figur 6 har överfyllningsröret lagts till, vilket är fördelaktigt för fyllning av flytande aluminium och minskar eller undviker uppkomsten av defekter i gjutna produkter.
Figur 6 (Optimerat hällsystem)
1.4 Kylsystem
Spänningsbärande delar och områden med höga mekaniska prestandakrav hos gjutgods måste kylas eller matas ordentligt för att undvika krympning eller termisk sprickbildning. Gjutgodsets grundläggande väggtjocklek är 4 mm, och stelningen påverkas av värmeavledningen från själva formen. För dess viktiga delar installeras ett kylsystem, som visas i figur 7. Efter att fyllningen är klar, låt vatten svalna, och den specifika kyltiden måste justeras vid gjutningsstället för att säkerställa att stelningssekvensen formas från grindänden till grindänden, och att grinden och stigröret stelnar i änden för att uppnå matningseffekten. Delen med tjockare väggtjocklek använder metoden att lägga till vattenkylning till insatsen. Denna metod har en bättre effekt i själva gjutningsprocessen och kan undvika krympning.
Figur 7 (Kylsystem)
1.5 Avgassystem
Eftersom kaviteten i lågtrycksgjutningsmetallen är stängd har den inte god luftgenomsläpplighet som sandformar, och den avgas inte heller genom stigrör vid allmän gravitationsgjutning. Avgaserna från lågtrycksgjutningshåligheten kommer att påverka fyllningsprocessen av flytande aluminium och gjutgodsets kvalitet. Lågtrycksgjutningsformen kan avgasas genom springor, avgasspår och avgaspluggar i delningsytan, tryckstången etc.
Avgasutformningen i avgassystemet bör gynna avgaser utan överfyllning. Ett rimligt avgassystem kan förhindra defekter i gjutgodset, såsom otillräcklig fyllning, lös yta och låg hållfasthet. Det slutliga fyllningsområdet för flytande aluminium under gjutningsprocessen, såsom sidostödet och stigröret i den övre formen, måste vara utrustat med avgaser. Med tanke på att flytande aluminium lätt rinner in i avgaspluggens mellanrum i själva lågtrycksgjutningsprocessen, vilket leder till att luftpluggen dras ut när formen öppnas, har tre metoder antagits efter flera försök och förbättringar: Metod 1 använder pulvermetallurgisk sintrad luftplugg, som visas i figur 8(a), nackdelen är att tillverkningskostnaden är hög; Metod 2 använder en sömliknande avgasplugg med ett mellanrum på 0,1 mm, som visas i figur 8(b), nackdelen är att avgasskarven lätt blockeras efter sprutfärg; Metod 3 använder en trådskuren avgasplugg, mellanrummet är 0,15~0,2 mm, som visas i figur 8(c). Nackdelarna är låg bearbetningseffektivitet och hög tillverkningskostnad. Olika avgaspluggar måste väljas beroende på gjutgodsets faktiska area. Generellt används sintrade och trådskurna ventilpluggar för gjutgodsets kavitet, och sömtyp används för sandkärnans huvud.
Figur 8 (3 typer av avgaspluggar lämpliga för lågtrycksgjutning)
1.6 Värmesystem
Gjutgodset är stort i storlek och har tunn väggtjocklek. Vid gjutflödesanalysen är flödeshastigheten för det flytande aluminiumet i slutet av fyllningen otillräcklig. Anledningen är att det flytande aluminiumet flyter för länge, temperaturen sjunker och det flytande aluminiumet stelnar i förväg och förlorar sin flytförmåga. Kallförslutning eller otillräcklig hällning sker, vilket gör att stigröret i den övre formen inte kan uppnå matningseffekten. Baserat på dessa problem kan man, utan att ändra gjutgodsets väggtjocklek och form, öka temperaturen på det flytande aluminiumet och gjutformstemperaturen, förbättra det flytande aluminiumets flytande egenskaper och lösa problemet med kallförslutning eller otillräcklig hällning. Emellertid kommer för hög temperatur på det flytande aluminiumet och gjutformstemperaturen att producera nya termiska övergångar eller krympningsporositet, vilket resulterar i för stora plana hål efter gjutningsprocessen. Därför är det nödvändigt att välja en lämplig temperatur för det flytande aluminiumet och en lämplig gjutformstemperatur. Enligt erfarenhet kontrolleras temperaturen på det flytande aluminiumet till cirka 720 ℃ och gjutformstemperaturen till 320 ~ 350 ℃.
Med tanke på gjutgodsets stora volym, tunna väggtjocklek och låga höjd är ett värmesystem installerat på formens övre del. Som visas i figur 9 är flamman riktad mot formens botten och sida för att värma upp gjutgodsets bottenplan och sida. Beroende på gjutningssituationen på plats, justera uppvärmningstiden och flamman, kontrollera temperaturen på den övre formens del till 320~350 ℃, säkerställa att det flytande aluminiumet är flytande inom ett rimligt intervall och få det flytande aluminiumet att fylla hålrummet och stigröret. Vid faktisk användning kan värmesystemet effektivt säkerställa det flytande aluminiumets flytande egenskaper.
Figur 9 (Värmesystem)
2. Formstruktur och arbetsprincip
Enligt lågtrycksgjutningsprocessen, i kombination med gjutgodsets egenskaper och utrustningens struktur, för att säkerställa att det formade gjutgodset stannar kvar i den övre formen, utformas de främre, bakre, vänstra och högra kärndragande strukturerna på den övre formen. Efter att gjutgodset har formats och stelnat öppnas först de övre och nedre formarna, och sedan dras kärnan i fyra riktningar, och slutligen trycks den övre formens topplatta ut det formade gjutgodset. Formstrukturen visas i figur 10.
Figur 10 (Gjutformstruktur)
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 11 maj 2023
