Аккумулятор является основным компонентом электромобиля, и его производительность определяет технические показатели, такие как срок службы аккумулятора, потребление энергии и срок службы электромобиля. Аккумуляторный лоток в аккумуляторном модуле является основным компонентом, который выполняет функции переноса, защиты и охлаждения. Модульный аккумуляторный блок расположен в аккумуляторном лотке, закрепленном на шасси автомобиля через аккумуляторный лоток, как показано на рисунке 1. Поскольку он установлен на днище кузова автомобиля, а рабочая среда является суровой, аккумуляторный лоток должен иметь функцию предотвращения ударов камней и проколов, чтобы предотвратить повреждение аккумуляторного модуля. Аккумуляторный лоток является важной частью конструкции безопасности электромобилей. Ниже представлен процесс формования и конструкция пресс-формы аккумуляторных лотков 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
Поддон для аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава для электромобилей показан на рисунке 2. Общие размеры составляют 1106 мм × 1029 мм × 136 мм, основная толщина стенки составляет 4 мм, качество литья составляет около 15,5 кг, а качество литья после обработки составляет около 12,5 кг. Материал - A356-T6, прочность на растяжение ≥ 290 МПа, предел текучести ≥ 225 МПа, удлинение ≥ 6%, твердость по Бринеллю ≥ 75~90HBS, необходимо соответствовать требованиям герметичности и IP67 и IP69K.
Рисунок 2 (Лоток для аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава)
1.2 Анализ процесса
Литье под низким давлением является особым методом литья между литьем под давлением и литьем под давлением. Он не только имеет преимущества использования металлических форм для обоих, но и имеет характеристики стабильного заполнения. Литье под низким давлением имеет преимущества медленного заполнения снизу вверх, легкого управления скоростью, небольшого удара и брызг жидкого алюминия, меньшего количества оксидного шлака, высокой плотности ткани и высоких механических свойств. При литье под низким давлением жидкий алюминий заполняется плавно, а отливка затвердевает и кристаллизуется под давлением, и можно получить отливку с высокой плотной структурой, высокими механическими свойствами и красивым внешним видом, что подходит для формования больших тонкостенных отливок.
В соответствии с требуемыми механическими свойствами для литья используется литейный материал марки A356, который после обработки T6 может удовлетворить потребности заказчиков, однако текучесть этого материала при литье обычно требует разумного контроля температуры формы для получения крупных и тонких отливок.
1.3 Система заливки
Учитывая характеристики 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 последующей обработке. На ранней стадии были разработаны две технологические схемы системы заливки, и каждая схема сравнивалась. Как показано на рисунке 3, схема 1 располагает 9 литников и добавляет каналы подачи в окне; схема 2 располагает 6 литников, осуществляя заливку со стороны формируемой отливки. Анализ моделирования CAE показан на рисунке 4 и рисунке 5. Используйте результаты моделирования для оптимизации структуры формы, постарайтесь избежать неблагоприятного влияния конструкции формы на качество отливок, снизить вероятность дефектов литья и сократить цикл разработки отливок.
Рисунок 3 (Сравнение двух технологических схем для низкого давления)
Рисунок 4 (Сравнение температурных полей при заполнении)
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 жидкого алюминия в целом, а моделируемые усадочные поры деталей отливки решаются упрочняющим охлаждением и другими методами.
Преимущества двух схем: Судя по температуре жидкого алюминия при имитированном заполнении, температура дистального конца отливки, сформированной по схеме 1, имеет большую однородность, чем по схеме 2, что способствует заполнению полости. Отливка, сформированная по схеме 2, не имеет литникового остатка, как схема 1. Усадочная пористость лучше, чем у схемы 1.
Недостатки двух схем: Поскольку литник расположен на отливке, которая должна быть сформирована в схеме 1, на отливке будет остаток литника, который увеличится примерно на 0,7 ккал 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 сложности формования литья.
В сочетании с анализом различных факторов в качестве системы заливки была выбрана схема 2. Ввиду недостатков схемы 2 в конструкции формы оптимизированы система заливки и система нагрева. Как показано на рисунке 6, добавлен стояк перелива, что благоприятно сказывается на заливке жидкого алюминия и снижает или исключает возникновение дефектов в формованных 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 определенное 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 толстой толщиной стенки принимает метод добавления водяного охлаждения к вставке. Этот метод имеет лучший эффект в реальном процессе литья и может избежать усадочной пористости.
Рисунок 7 (Система охлаждения)
1.5 Выхлопная система
Так как полость металла, литья под низким давлением, закрыта, она не обладает хорошей воздухопроницаемостью, как песчаные формы, и не выпускается через стояки при обычном литье под давлением, выхлоп полости литья под низким давлением повлияет на процесс заполнения жидким алюминием и качество отливок. Форма для литья под низким давлением может выходить через зазоры, выхлопные канавки и выхлопные заглушки в разделительной поверхности, толкателе и т. д.
Конструкция размера выхлопа в выхлопной системе должна способствовать выхлопу без переполнения, разумная выхлопная система может предотвратить отливки от дефектов, таких как недостаточное заполнение, рыхлая поверхность и низкая прочность. Окончательная область заполнения жидким алюминием во время процесса заливки, такая как боковой упор и стояк верхней формы, должна быть оборудована выхлопным газом. Ввиду того, что жидкий алюминий легко затекает в зазор выхлопной 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), недостатком является высокая стоимость изготовления; Метод 2 использует выхлопную заглушку шовного типа с зазором 0,1 мм, как показано на рисунке 8(b), недостатком является то, что выхлопной шов легко блокируется после распыления краски; Метод 3 использует выпускную заглушку с проволочной резкой, зазор составляет 0,15~0,2 мм, как показано на рисунке 8(c). Недостатками являются низкая эффективность обработки и высокая стоимость изготовления. Различные выпускные заглушки необходимо выбирать в соответствии с фактической площадью отливки. Как правило, спеченные и проволочные выпускные заглушки используются для полости отливки, а шовный тип используется для головки песчаного стержня.
Рисунок 8 (3 типа выпускных заглушек, подходящих для литья под низким давлением)
1.6 Система отопления
Отливка имеет большой размер и тонкую толщину стенки. При анализе потока формы скорость потока жидкого алюминия в конце заполнения недостаточна. Причина в том, что жидкий алюминий слишком долго течет, температура падает, и жидкий алюминий заранее затвердевает и теряет свою текучесть, происходит холодное закрытие или недостаточная заливка, стояк верхней формы не сможет достичь эффекта подачи. Исходя из этих проблем, не изменяя толщину стенки и форму отливки, увеличьте температуру жидкого алюминия и температуру формы, улучшите текучесть жидкого алюминия и решите проблему холодного закрытия или недостаточной заливки. Однако чрезмерная температура жидкого алюминия и температура формы приведут к появлению новых тепловых соединений или усадочной пористости, что приведет к образованию чрезмерных плоских отверстий после обработки литья. Поэтому необходимо выбрать соответствующую температуру жидкого алюминия и соответствующую температуру формы. Согласно опыту, температура жидкого алюминия контролируется на уровне около 720 ℃, а температура формы контролируется на уровне 320 ~ 350 ℃.
Ввиду большого объема, тонкой толщины стенки и малой высоты отливки, в верхней части формы установлена система нагрева. Как показано на рисунке 9, направление пламени обращено к нижней и боковой стороне формы для нагрева нижней плоскости и боковой стороны отливки. В соответствии с ситуацией заливки на месте отрегулируйте время нагрева и пламя, контролируйте температуру верхней части формы на уровне 320~350 ℃, обеспечьте текучесть жидкого алюминия в разумных пределах и заставьте жидкий алюминий заполнить полость и стояк. При фактическом использовании система нагрева может эффективно обеспечить текучесть жидкого алюминия.
Рисунок 9 (Система отопления)
2. Конструкция и принцип работы пресс-формы
Согласно процессу литья под низким давлением, в сочетании с характеристиками литья и структурой оборудования, для того, чтобы гарантировать, что сформированная отливка останется в верхней форме, на верхней форме спроектированы передняя, задняя, левая и правая стержневые вытягивающие структуры. После того, как отливка сформирована и затвердела, сначала открываются верхняя и нижняя формы, а затем вытягивают стержень в 4 направлениях, и, наконец, верхняя плита верхней формы выталкивает сформированную отливку. Структура формы показана на рисунке 10.
Рисунок 10 (Структура формы)
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 11 мая 2023 г.
