С ростом осведомленности о защите окружающей среды, развитием и пропагандой новых источников энергии во всем мире продвижение и применение энергетических транспортных средств неизбежно. В то же время требования к разработке легких автомобильных материалов, безопасному применению алюминиевых сплавов, а также качеству их поверхности, размерам и механическим свойствам становятся все выше и выше. Если взять в качестве примера электромобиль весом 1,6 т, материал алюминиевого сплава составляет около 450 кг, что составляет около 30%. Дефекты поверхности, возникающие в процессе экструзионного производства, особенно проблема крупного зерна на внутренних и внешних поверхностях, серьезно влияют на ход производства алюминиевых профилей и становятся узким местом при разработке их применения.
Для экструдированных профилей проектирование и изготовление экструзионных фильер имеют первостепенное значение, поэтому исследования и разработки фильер для алюминиевых профилей электромобилей крайне важны. Предложение научно обоснованных и рациональных решений в области экструзии может дополнительно повысить качество и производительность экструзии алюминиевых профилей электромобилей для удовлетворения рыночного спроса.
1 Стандарты продукции
(1) Материалы, обработка поверхности и антикоррозионная защита деталей и компонентов должны соответствовать соответствующим положениям ETS-01-007 «Технические требования к профильным деталям из алюминиевых сплавов» и ETS-01-006 «Технические требования к обработке поверхности анодным оксидированием».
(2) Обработка поверхности: Анодное оксидирование, поверхность не должна иметь крупных зерен.
(3) На поверхности деталей не допускаются дефекты в виде трещин и складок. Детали не должны быть загрязнены окислением.
(4) Запрещенные вещества в составе продукта соответствуют требованиям Q/JL J160001-2017 «Требования к запрещенным и ограниченным веществам в автомобильных деталях и материалах».
(5) Требования к механическим характеристикам: прочность на растяжение ≥ 210 МПа, предел текучести ≥ 180 МПа, удлинение после разрыва A50 ≥ 8%.
(6) Требования к составу алюминиевого сплава для новых энергетических транспортных средств приведены в таблице 1.
2 Оптимизация и сравнительный анализ конструкции экструзионной головки. Происходят масштабные отключения электроэнергии.
(1) Традиционное решение 1: то есть улучшение конструкции передней экструзионной головки, как показано на рисунке 2. В соответствии с идеей традиционной конструкции, как показано стрелкой на рисунке, обрабатываются положение среднего ребра и положение подъязычного дренажа, верхний и нижний дренажи расположены под углом 20° с одной стороны, а высота дренажа H15 мм используется для подачи расплавленного алюминия в часть ребра. Подъязычный пустой нож переносится под прямым углом, а расплавленный алюминий остается в углу, что легко создает мертвые зоны с алюминиевым шлаком. После производства окисление подтверждает, что поверхность чрезвычайно склонна к проблемам с крупным зерном.
Были внесены следующие предварительные оптимизации в традиционный процесс изготовления пресс-форм:
а. На основе этой формы мы попытались увеличить подачу алюминия в ребра путем подпитки.
б) На основе исходной глубины углубляется глубина подъязычного пустого ножа, то есть к исходным 15 мм добавляется 5 мм;
c. Ширина подъязычного пустого лезвия увеличена на 2 мм по сравнению с исходными 14 мм. Изображение после оптимизации показано на рисунке 3.
Результаты проверки показывают, что после трёх вышеуказанных предварительных усовершенствований в профилях после оксидирования всё ещё присутствуют дефекты крупнозернистой структуры, которые не были устранены в достаточной степени. Это свидетельствует о том, что предварительный план усовершенствования по-прежнему не отвечает требованиям к производству алюминиевых сплавов для электромобилей.
(2) Новая схема 2 была предложена на основе предварительной оптимизации. Конструкция пресс-формы Новой схемы 2 показана на рисунке 4. Согласно «принципу текучести металла» и «закону наименьшего сопротивления», улучшенная пресс-форма для автомобильных деталей использует схему конструкции «открытое заднее отверстие». Положение ребра играет роль в прямом ударе и снижает сопротивление трения; поверхность подачи спроектирована так, чтобы иметь форму «крышки горшка», а положение моста обработано по амплитудному типу, цель состоит в том, чтобы уменьшить сопротивление трения, улучшить сплавление и уменьшить давление экструзии; мост утоплен максимально, чтобы предотвратить проблему крупных зерен в нижней части моста, а ширина пустого ножа под язычком нижней части моста составляет ≤3 мм; разница шагов между рабочим поясом и рабочим поясом нижней матрицы составляет ≤1,0 мм; пустой нож под верхним язычком матрицы плавно и равномерно переходит, не оставляя барьера потоку, а формующее отверстие пробивается как можно более прямо; Рабочая полоса между двумя головками у среднего внутреннего ребра должна быть максимально короткой, обычно в 1,5–2 раза превышающей толщину стенки; дренажная канавка имеет плавный переход, что обеспечивает достаточное поступление воды из металлического алюминия в полость, обеспечивая полное расплавление и отсутствие застойных зон (пустой нож за верхней матрицей не превышает 2–2,5 мм). Сравнение конструкции экструзионной матрицы до и после усовершенствования показано на рисунке 5.
(3) Обратите внимание на улучшение деталей обработки. Положение моста отполировано и плавно соединено, верхний и нижний рабочие пояса штампа плоские, сопротивление деформации снижено, а течение металла улучшено для уменьшения неравномерности деформации. Это позволяет эффективно устранять такие проблемы, как крупнозернистость и сваривание, обеспечивая синхронизацию положения отвода ребра и скорости основания моста с другими деталями, а также рационально и научно обоснованно устранять поверхностные проблемы, такие как крупнозернистость, сваривание на поверхности алюминиевого профиля. Сравнение до и после улучшения дренажа пресс-формы показано на рисунке 6.
3 Процесс экструзии
Для алюминиевого сплава 6063-T6 для электромобилей коэффициент прессования в разъемной матрице составляет 20-80, а коэффициент прессования этого алюминиевого материала в прессе усилием 1800 т составляет 23, что соответствует требованиям к производительности пресса. Процесс прессования представлен в таблице 2.
Таблица 2. Процесс экструзионного производства алюминиевых профилей для монтажных балок новых аккумуляторных батарей электромобилей
При выдавливании обратите внимание на следующие моменты:
(1) Запрещается нагревать формы в одной печи, в противном случае температура формы будет неравномерной и легко произойдет кристаллизация.
(2) Если в процессе экструзии происходит нештатное отключение, время отключения не должно превышать 3 минут, в противном случае форму необходимо снять.
(3) Запрещается возвращать изделие в печь для нагрева и затем производить его прессование непосредственно после извлечения из формы.
4. Меры по устранению плесени и их эффективность
После десятков ремонтов пресс-форм и пробных усовершенствований пресс-форм предлагается следующий разумный план ремонта пресс-форм.
(1) Внесите первую коррекцию и корректировку в исходную форму:
① Постарайтесь максимально утопить мост, ширина нижней части моста должна быть ≤3 мм;
② Разница шагов между рабочей лентой головки и рабочей лентой нижней формы должна быть ≤1,0 мм;
③ Не допускайте блокировки потока;
④ Рабочий пояс между двумя охватываемыми головками на внутренних ребрах должен быть как можно короче, а переход дренажной канавки должен быть плавным, как можно большим и гладким;
⑤ Рабочий пояс нижней формы должен быть как можно короче;
⑥ Нигде не должно оставаться мертвых зон (задний пустой нож не должен превышать 2 мм);
⑦ Отремонтируйте верхнюю форму с крупным зерном во внутренней полости, уменьшите рабочий пояс нижней формы и выровняйте блок потока, или не имейте блок потока и укоротите рабочий пояс нижней формы.
(2) На основе дальнейшей модификации и усовершенствования вышеуказанной формы выполнены следующие модификации формы:
① Устранить мертвые зоны двух мужских голов;
② Очистите блокировку потока;
③ Уменьшить разницу высот между головкой и рабочей зоной нижнего штампа;
④ Укоротите рабочую зону нижнего штампа.
(3) После ремонта и усовершенствования формы качество поверхности готового изделия достигает идеального состояния, с блестящей поверхностью и отсутствием крупных зерен, что эффективно решает проблемы крупных зерен, сварных швов и других дефектов, имеющихся на поверхности алюминиевых профилей для электромобилей.
(4) Объем экструзии увеличился с первоначальных 5 т/д до 15 т/д, что значительно повысило эффективность производства.
5 Заключение
Благодаря многократной оптимизации и усовершенствованию исходной формы была полностью решена основная проблема, связанная с крупным зерном на поверхности и сваркой алюминиевых профилей для электромобилей.
(1) Слабое звено исходной пресс-формы – линия расположения среднего ребра – было рационально оптимизировано. Устранение мёртвых зон двух головок, выравнивание блока потока, уменьшение разницы высот между головкой и рабочей зоной нижнего штампа, а также сокращение рабочей зоны нижнего штампа позволили успешно устранить поверхностные дефекты алюминиевого сплава 6063, используемого в этом типе автомобилей, такие как крупнозернистость и сварные швы.
(2) Объем экструзии увеличился с 5 т/д до 15 т/д, что значительно повысило эффективность производства.
(3) Этот успешный случай проектирования и изготовления экструзионной головки является показательным и заслуживающим внимания в производстве аналогичных профилей и заслуживает продвижения.
Время публикации: 16 ноября 2024 г.
