Аккумуляторная батарея является основным компонентом электромобиля, и ее производительность определяет такие технические показатели, как срок службы аккумуляторной батареи, энергопотребление и срок службы электромобиля. Поддон аккумуляторной батареи в модуле аккумуляторной батареи является основным компонентом, который выполняет функции переноса, защиты и охлаждения. Модульный аккумуляторный блок расположен в поддоне аккумуляторной батареи, закрепленном на шасси автомобиля с помощью поддона аккумуляторной батареи, как показано на рисунке 1. Поскольку он установлен в нижней части кузова транспортного средства и рабочие условия являются суровыми, поддон аккумуляторной батареи должен иметь функцию защиты от ударов камней и проколов, чтобы предотвратить повреждение модуля аккумуляторной батареи. Поддон аккумуляторной батареи является важной частью конструкции безопасности электромобилей. Ниже описан процесс формования и конструкция пресс-формы поддонов аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава для электромобилей.
Рисунок 1 (Лоток для аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава)
1 Анализ процесса и проектирование пресс-формы
1.1 Анализ литья
Аккумуляторный лоток из алюминиевого сплава для электромобилей показан на рисунке 2. Габариты: 1106 мм × 1029 мм × 136 мм, толщина стенки: 4 мм, масса отливки: около 15,5 кг, масса отливки после обработки: около 12,5 кг. Материал: сталь A356-T6, прочность на растяжение: ≥ 290 МПа, предел текучести: ≥ 225 МПа, относительное удлинение: ≥ 6%, твёрдость по Бринеллю: ≥ 75–90 HBS, герметичность: ≥ 75–90 HBS, степень защиты: IP67 и IP69K.
Рисунок 2 (Лоток для аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава)
1.2 Анализ процесса
Литье под низким давлением – это особый метод литья, занимающий промежуточное положение между литьем под давлением и литьем без давления. Он обладает не только преимуществами использования металлических форм, но и стабильностью заполнения. Литье под низким давлением отличается низкой скоростью заполнения снизу вверх, лёгкостью управления скоростью, малыми ударами и разбрызгиванием жидкого алюминия, меньшим образованием оксидного шлака, высокой плотностью и высокими механическими свойствами. При литье под низким давлением жидкий алюминий равномерно заполняется, а отливка затвердевает и кристаллизуется под давлением, что позволяет получить отливку с высокой плотностью, высокими механическими свойствами и красивым внешним видом, что подходит для формования крупногабаритных тонкостенных отливок.
В соответствии с требуемыми механическими свойствами для отливки используется литейный материал марки А356, который после обработки Т6 может удовлетворить потребности заказчиков, однако текучесть этого материала при заливке обычно требует разумного контроля температуры формы для получения крупных и тонких отливок.
1.3 Система заливки
Учитывая особенности крупных и тонких отливок, необходимо проектировать несколько литников. В то же время, чтобы обеспечить плавное заполнение жидким алюминием, в окне добавляются заливочные каналы, которые необходимо удалить при постобработке. На ранней стадии были разработаны две технологические схемы заливочной системы, и каждая схема была сравнена. Как показано на рисунке 3, схема 1 располагает 9 литников и добавляет подающие каналы в окне; схема 2 располагает 6 литников, заливка со стороны формуемой отливки. Анализ CAE-моделирования показан на рисунках 4 и 5. Используйте результаты моделирования для оптимизации структуры формы, постарайтесь избежать негативного влияния конструкции формы на качество отливок, снизить вероятность литейных дефектов и сократить цикл разработки отливок.
Рисунок 3 (Сравнение двух технологических схем для низкого давления)
Рисунок 4 (Сравнение температурных полей во время заполнения)
Рисунок 5 (Сравнение дефектов усадочной пористости после затвердевания)
Результаты моделирования двух вышеприведенных схем показывают, что жидкий алюминий в полости движется вверх примерно параллельно, что соответствует теории параллельного заполнения жидким алюминием в целом, а моделируемые усадочные поры деталей отливки решаются упрочняющим охлаждением и другими методами.
Преимущества двух схем: Судя по температуре жидкого алюминия при имитации заполнения, температура дистального конца отливки, сформированной по схеме 1, имеет более высокую однородность, чем по схеме 2, что способствует заполнению полости. В отливке, сформированной по схеме 2, отсутствует литниковый остаток, как в схеме 1. Усадочная пористость лучше, чем в схеме 1.
Недостатки двух схем: Поскольку в схеме 1 литник расположен на отливке, которую нужно сформировать, на отливке будет остаток литника, который увеличится примерно на 0,7ка по сравнению с исходной отливкой. Из температуры жидкого алюминия в схеме 2 имитируется заполнение, температура жидкого алюминия на дистальном конце уже низкая, и моделирование находится ниже идеального состояния температуры формы, поэтому пропускная способность жидкого алюминия может быть недостаточной в фактическом состоянии, и возникнет проблема трудности формования литья.
В результате анализа различных факторов была выбрана схема 2 в качестве системы заливки. Учитывая недостатки схемы 2, в конструкции формы оптимизированы система заливки и система нагрева. Как показано на рисунке 6, добавлен переливной стояк, что способствует лучшему заполнению формы жидким алюминием и снижает или предотвращает возникновение дефектов в отливках.
Рисунок 6 (Оптимизированная система заливки)
1.4 Система охлаждения
Детали, несущие напряжение, и области с высокими требованиями к механическим характеристикам отливок должны быть надлежащим образом охлаждены или поданы, чтобы избежать усадочной пористости или термического растрескивания. Основная толщина стенки отливки составляет 4 мм, и на затвердевание будет влиять рассеивание тепла самой формы. Для ее важных частей установлена система охлаждения, как показано на рисунке 7. После завершения заполнения пропустите воду для охлаждения, и конкретное время охлаждения должно быть скорректировано на месте заливки, чтобы гарантировать, что последовательность затвердевания формируется от конца от литника до конца литника, а литник и стояк затвердевают в конце для достижения эффекта подачи. Деталь с более толстыми стенками принимает метод добавления водяного охлаждения к вставке. Этот метод дает лучший эффект в реальном процессе литья и может избежать усадочной пористости.
Рисунок 7 (Система охлаждения)
1.5 Выхлопная система
Поскольку полость металла, литого под низким давлением, закрыта и не обладает хорошей воздухопроницаемостью, как песчаные формы, и не имеет отвода воздуха через стояки, как в обычной литьевой форме, отвод воздуха из полости, литого под низким давлением, влияет на процесс заполнения жидким алюминием и качество отливок. Отвод воздуха из формы, литой под низким давлением, может осуществляться через зазоры, выпускные канавки и выпускные пробки в поверхности разъема, толкателе и т. д.
Конструкция размера выхлопного отверстия в выхлопной системе должна обеспечивать выхлоп без перелива, разумная выхлопная система может предотвратить такие дефекты отливок, как недостаточное заполнение, рыхлая поверхность и низкая прочность. Конечная область заполнения жидким алюминием во время процесса заливки, такая как боковой упор и стояк верхней формы, должна быть оборудована вытяжным газом. Ввиду того, что жидкий алюминий легко затекает в зазор выпускной заглушки в реальном процессе литья под низким давлением, что приводит к ситуации, когда воздушная заглушка вытягивается при открытии формы, после нескольких попыток и усовершенствований приняты три метода: Метод 1 использует спеченную порошковой металлургией воздушную заглушку, как показано на рисунке 8(a), недостаток заключается в высокой стоимости производства; Метод 2 использует выпускную заглушку шовного типа с зазором 0,1 мм, как показано на рисунке 8(b), недостаток заключается в том, что выпускной шов легко блокируется после распыления краски; Метод 3 использует выпускную заглушку, выполненную методом проволочной резки, зазор составляет 0,15–0,2 мм, как показано на рисунке 8(c). Недостатками являются низкая эффективность обработки и высокая стоимость изготовления. Необходимо выбирать различные выпускные заглушки в зависимости от фактической площади отливки. Как правило, для полости отливки используются спеченные и проволочные выпускные заглушки, а для головки песчаного стержня – заглушки со швом.
Рисунок 8 (3 типа выпускных заглушек, подходящих для литья под низким давлением)
1.6 Система отопления
Отливка имеет большой размер и тонкую стенку. При анализе течения в форме скорость потока жидкого алюминия в конце заполнения недостаточна. Причина заключается в том, что жидкий алюминий слишком течет, температура падает, жидкий алюминий затвердевает раньше времени и теряет текучесть, происходит застывание или недостаточная заливка, и стояк верхнего кристаллизатора не может обеспечить эффект подачи. Исходя из этих проблем, не изменяя толщину стенки и форму отливки, можно повысить температуру жидкого алюминия и температуру формы, улучшить текучесть жидкого алюминия и решить проблему застывания или недостаточной заливки. Однако чрезмерная температура жидкого алюминия и температура формы приведут к образованию новых тепловых спаев или усадочной пористости, что приведет к образованию слишком плоских пор после литья. Поэтому необходимо выбрать соответствующую температуру жидкого алюминия и температуру формы. Согласно опыту, температура жидкого алюминия поддерживается на уровне около 720 °C, а температура формы – в диапазоне 320–350 °C.
Учитывая большой объём, тонкую толщину стенок и небольшую высоту отливки, в верхней части формы установлена система нагрева. Как показано на рисунке 9, пламя направлено в сторону дна и боковых стенок формы, нагревая нижнюю и боковые поверхности отливки. В зависимости от условий заливки на месте, отрегулируйте время нагрева и пламя, поддерживайте температуру верхней части формы в диапазоне 320–350 °C, обеспечивая текучесть жидкого алюминия в разумных пределах и заполняя им полость и стояк. В реальных условиях эксплуатации система нагрева позволяет эффективно обеспечивать текучесть жидкого алюминия.
Рисунок 9 (Система отопления)
2. Конструкция и принцип работы пресс-формы
В соответствии с технологией литья под низким давлением, особенностями отливки и конструкцией оборудования, для обеспечения фиксации отливки в верхней форме предусмотрены передняя, задняя, левая и правая выталкивающие стержни. После формования и затвердевания отливки сначала открываются верхняя и нижняя формы, затем вытягивается стержень в четырёх направлениях, после чего верхняя плита верхней формы выталкивает отливку. Конструкция формы показана на рисунке 10.
Рисунок 10 (Структура формы)
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 11 мая 2023 г.
