Batteriet er kernekomponenten i et elbil, og dets ydeevne bestemmer de tekniske indikatorer såsom batterilevetid, energiforbrug og levetid for det elbil. Batteribakken i batterimodulet er hovedkomponenten, der udfører funktionerne med at bære, beskytte og køle. Den modulære batteripakke er anbragt i batteribakken, fastgjort på bilens chassis gennem batteribakken, som vist i figur 1. Da den er installeret på bunden af køretøjets karosseri, og arbejdsmiljøet er barskt, skal batteribakken have funktionen til at forhindre stenslag og punktering for at forhindre batterimodulet i at blive beskadiget. Batteribakken er en vigtig sikkerhedsstrukturdel af elbiler. Følgende introducerer formningsprocessen og støbeformdesignet af aluminiumslegeringsbatteribakker til elbiler.
Figur 1 (Batteribakke af aluminiumslegering)
1 Procesanalyse og formdesign
1.1 Støbeanalyse
Batteribakken i aluminiumlegering til elbiler er vist i figur 2. De samlede dimensioner er 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, den grundlæggende vægtykkelse er 4 mm, støbekvaliteten er ca. 15,5 kg, og støbekvaliteten efter bearbejdning er ca. 12,5 kg. Materialet er A356-T6, trækstyrke ≥ 290 MPa, flydespænding ≥ 225 MPa, forlængelse ≥ 6%, Brinell-hårdhed ≥ 75~90 HBS, skal opfylde kravene til lufttæthed og IP67 og IP69K.
Figur 2 (Batteribakke af aluminiumslegering)
1.2 Procesanalyse
Lavtryksstøbning er en speciel støbemetode mellem trykstøbning og tyngdekraftsstøbning. Den har ikke kun fordelene ved at bruge metalforme til begge, men har også egenskaberne ved stabil påfyldning. Lavtryksstøbning har fordelene ved lav hastighed påfyldning fra bund til top, nem hastighedskontrol, lille stød og stænk af flydende aluminium, mindre oxidslagge, høj vævstæthed og høje mekaniske egenskaber. Under lavtryksstøbning fyldes det flydende aluminium jævnt, og støbegodset størkner og krystalliserer under tryk, og støbegodset med høj tæt struktur, høje mekaniske egenskaber og smukt udseende kan opnås, hvilket er egnet til dannelse af store tyndvæggede støbegods.
I henhold til de mekaniske egenskaber, der kræves af støbegodset, er støbematerialet A356, som kan opfylde kundernes behov efter T6-behandling, men materialets hældefluiditet kræver generelt rimelig kontrol af formtemperaturen for at producere store og tynde støbegods.
1.3 Hældesystem
I betragtning af egenskaberne ved store og tynde støbegods skal der designes flere porte. Samtidig tilføjes der fyldningskanaler ved vinduet for at sikre en jævn fyldning af flydende aluminium, som skal fjernes ved efterbehandling. To processkemaer for hældesystemet blev designet i den tidlige fase, og hvert skema blev sammenlignet. Som vist i figur 3 arrangerer skema 1 9 porte og tilføjer tilførselskanaler ved vinduet; skema 2 arrangerer 6 porte, der hældes fra siden af det støbegods, der skal dannes. CAE-simuleringsanalysen er vist i figur 4 og figur 5. Brug simuleringsresultaterne til at optimere formstrukturen, forsøg at undgå den negative indvirkning af formdesign på støbegodsets kvalitet, reducere sandsynligheden for støbefejl og forkorte støbegodsets udviklingscyklus.
Figur 3 (Sammenligning af to processkemaer for lavt tryk)
Figur 4 (Sammenligning af temperaturfelt under påfyldning)
Figur 5 (Sammenligning af krympningsporøsitetsdefekter efter størkning)
Simuleringsresultaterne fra de to ovenstående skemaer viser, at det flydende aluminium i hulrummet bevæger sig opad omtrent parallelt, hvilket er i overensstemmelse med teorien om parallel fyldning af det flydende aluminium som helhed, og de simulerede krympningsporøsitetsdele af støbegodset løses ved at forstærke køling og andre metoder.
Fordele ved de to skemaer: Ud fra temperaturen af det flydende aluminium under den simulerede fyldning har temperaturen af den distale ende af støbegodset dannet i skema 1 en højere ensartethed end i skema 2, hvilket er befordrende for fyldning af hulrummet. Støbegodset dannet i skema 2 har ikke gate-rester som i skema 1. Krympningsporøsiteten er bedre end i skema 1.
Ulemper ved de to ordninger: Fordi porten er anbragt på den støbegods, der skal dannes i skema 1, vil der være en portrester på støbegodset, som vil stige med ca. 0,7 kcal sammenlignet med den oprindelige støbegods. Fra temperaturen af flydende aluminium i den simulerede fyldning i skema 2 er temperaturen af flydende aluminium ved den distale ende allerede lav, og simuleringen er under den ideelle formtemperatur, så strømningskapaciteten af det flydende aluminium kan være utilstrækkelig i den faktiske tilstand, og der vil være et problem med støbning.
Kombineret med analyse af forskellige faktorer blev skema 2 valgt som hældesystem. I betragtning af manglerne ved skema 2 er hældesystemet og varmesystemet optimeret i formdesignet. Som vist i figur 6 er der tilføjet et overløbsrør, hvilket er gavnligt for fyldning af flydende aluminium og reducerer eller undgår forekomsten af defekter i støbte støbegods.
Figur 6 (Optimeret hældesystem)
1.4 Kølesystem
De spændingsbærende dele og områder med høje mekaniske ydeevnekrav i støbegods skal afkøles eller tilføres korrekt for at undgå krympningsporøsitet eller termisk revnedannelse. Støbegodsets grundlæggende vægtykkelse er 4 mm, og størkningen vil blive påvirket af selve støbeformens varmeafledning. For dets vigtige dele er der etableret et kølesystem, som vist i figur 7. Efter påfyldningen er færdig, lades vand køle af, og den specifikke køletid skal justeres på støbestedet for at sikre, at størkningssekvensen dannes fra den fjerneste del af indløbsenden til den anden, og at indløbsenden og stigrøret størkner i enden for at opnå tilførselseffekten. Delen med tykkere vægtykkelse anvender metoden med at tilføje vandkøling til indsatsen. Denne metode har en bedre effekt i selve støbeprocessen og kan undgå krympningsporøsitet.
Figur 7 (Kølesystem)
1.5 Udstødningssystem
Da hulrummet i lavtryksstøbemetal er lukket, har det ikke god luftgennemtrængelighed som sandforme, og det udstødes heller ikke gennem stigrør i almindelig tyngdekraftsstøbning. Udstødningen fra lavtryksstøbehulrummet vil påvirke fyldningsprocessen af flydende aluminium og støbegodsets kvalitet. Lavtryksstøbeformen kan udstødes gennem mellemrum, udstødningsriller og udstødningspropper i skillefladen, trykstangen osv.
Udstødningssystemets størrelsesdesign skal være befordrende for udstødning uden overløb. Et rimeligt udstødningssystem kan forhindre defekter i støbegods, såsom utilstrækkelig fyldning, løs overflade og lav styrke. Det endelige fyldningsområde for flydende aluminium under hældningsprocessen, såsom sidestøtten og stigrøret i den øvre form, skal være udstyret med udstødningsgas. I betragtning af at flydende aluminium let strømmer ind i mellemrummet i udstødningsproppen i selve lavtryksstøbningsprocessen, hvilket fører til, at luftproppen trækkes ud, når formen åbnes, er der efter flere forsøg og forbedringer anvendt tre metoder: Metode 1 bruger pulvermetallurgi-sintret luftprop, som vist i figur 8(a), ulempen er, at fremstillingsomkostningerne er høje; Metode 2 bruger en sømformet udstødningsprop med et mellemrum på 0,1 mm, som vist i figur 8(b), ulempen er, at udstødningssømmen let blokeres efter sprøjtemaling; Metode 3 bruger en trådskåret udstødningsprop, mellemrummet er 0,15~0,2 mm, som vist i figur 8(c). Ulemperne er lav proceseffektivitet og høje fremstillingsomkostninger. Forskellige udstødningspropper skal vælges i henhold til støbegodsets faktiske areal. Generelt anvendes sintrede og trådskårne udluftningspropper til støbegodsets hulrum, og sømtypen anvendes til sandkernehovedet.
Figur 8 (3 typer udstødningsrør egnede til lavtryksstøbning)
1.6 Varmesystem
Støbegodset er stort i størrelse og har en tynd vægtykkelse. I støbeformens flowanalyse er strømningshastigheden af det flydende aluminium ved slutningen af fyldningen utilstrækkelig. Årsagen er, at det flydende aluminium er for længe om at flyde, temperaturen falder, og det flydende aluminium størkner på forhånd og mister sin flydeevne, koldlukning eller utilstrækkelig hældning opstår, og stigrøret i den øvre matrice vil ikke være i stand til at opnå tilførselseffekten. Baseret på disse problemer kan temperaturen af det flydende aluminium og støbeformens temperatur øges uden at ændre støbegodsets vægtykkelse og form, hvilket forbedrer det flydende aluminiums flydeevne og løser problemet med koldlukning eller utilstrækkelig hældning. Imidlertid vil for høj temperatur af det flydende aluminium og støbeformens temperatur producere nye termiske forbindelser eller krympningsporøsitet, hvilket resulterer i for store plane småhuller efter støbeprocessen. Derfor er det nødvendigt at vælge en passende temperatur for det flydende aluminium og en passende støbeformstemperatur. Erfaring viser, at temperaturen af det flydende aluminium styres til ca. 720 ℃, og støbeformens temperatur styres til 320 ~ 350 ℃.
I betragtning af støbegodsets store volumen, tynde vægtykkelse og lave højde er der installeret et varmesystem på den øverste del af formen. Som vist i figur 9 vender flammens retning mod bunden og siden af formen for at opvarme bundplanet og siden af støbegodset. I henhold til støbesituationen på stedet justeres opvarmningstiden og flammen, temperaturen på den øverste formdel kontrolleres til 320~350 ℃, det flydende aluminiums flydeevne sikres inden for et rimeligt område, og det flydende aluminium fyldes i hulrummet og stigrøret. I faktisk brug kan varmesystemet effektivt sikre det flydende aluminiums flydeevne.
Figur 9 (Varmesystem)
2. Formstruktur og arbejdsprincip
I henhold til lavtryksstøbeprocessen kombineret med støbegodsets egenskaber og udstyrets struktur, for at sikre, at det formede støbegods forbliver i den øvre form, er de forreste, bageste, venstre og højre kernetrækstrukturer designet på den øvre form. Efter at støbegodset er formet og størknet, åbnes de øvre og nedre forme først, og derefter trækkes kernen i 4 retninger, og til sidst skubber den øverste forms topplade det formede støbegods ud. Formstrukturen er vist i figur 10.
Figur 10 (Formstruktur)
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminum
Udsendelsestidspunkt: 11. maj 2023
