Bateria este componenta de bază a unui vehicul electric, iar performanța sa determină indicatori tehnici precum durata de viață a bateriei, consumul de energie și durata de viață a vehiculului electric. Tava bateriei din modulul bateriei este componenta principală care îndeplinește funcțiile de transport, protecție și răcire. Pachetul modular de baterii este aranjat în tava bateriei, fixată pe șasiul mașinii prin tava bateriei, așa cum se arată în Figura 1. Deoarece este instalată pe partea inferioară a caroseriei vehiculului și mediul de lucru este dur, tava bateriei trebuie să aibă funcția de a preveni impactul cu pietre și perforarea pentru a preveni deteriorarea modulului bateriei. Tava bateriei este o parte structurală importantă de siguranță a vehiculelor electrice. Următoarele prezintă procesul de formare și designul matriței tăvilor de baterii din aliaj de aluminiu pentru vehicule electrice.
Figura 1 (Tava baterie din aliaj de aluminiu)
1 Analiza procesului și proiectarea matriței
1.1 Analiza turnării
Tava bateriei din aliaj de aluminiu pentru vehicule electrice este prezentată în Figura 2. Dimensiunile totale sunt 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, grosimea de bază a peretelui este de 4 mm, calitatea turnării este de aproximativ 15,5 kg, iar calitatea turnării după procesare este de aproximativ 12,5 kg. Materialul este A356-T6, rezistență la tracțiune ≥ 290MPa, rezistență la curgere ≥ 225MPa, alungire ≥ 6%, duritate Brinell ≥ 75~90HBS, trebuie să îndeplinească cerințele de etanșeitate la aer și IP67 și IP69K.
Figura 2 (Tava baterie din aliaj de aluminiu)
1.2 Analiza procesului
Turnarea sub presiune joasă este o metodă specială de turnare între turnarea sub presiune și turnarea gravitațională. Nu numai că are avantajele utilizării matrițelor metalice pentru ambele, dar are și caracteristicile de umplere stabilă. Turnarea sub presiune joasă are avantajele umplerii cu viteză mică de jos în sus, viteză ușor de controlat, impact mic și stropire de aluminiu lichid, mai puțină zgură de oxid, densitate mare a țesuturilor și proprietăți mecanice ridicate. Sub turnare sub presiune joasă, aluminiul lichid este umplut fără probleme, iar turnarea se solidifică și cristalizează sub presiune, iar turnarea cu structură înaltă densă, proprietăți mecanice ridicate și aspect frumos poate fi obținută, care este potrivită pentru formarea de piese turnate mari cu pereți subțiri. .
În conformitate cu proprietățile mecanice cerute de turnare, materialul de turnare este A356, care poate satisface nevoile clienților după tratamentul T6, dar fluiditatea turnării acestui material necesită, în general, un control rezonabil al temperaturii matriței pentru a produce piese turnate mari și subțiri.
1.3 Sistem de turnare
Având în vedere caracteristicile pieselor turnate mari și subțiri, trebuie proiectate porți multiple. În același timp, pentru a asigura umplerea lină a aluminiului lichid, la fereastră sunt adăugate canale de umplere, care trebuie îndepărtate prin post-procesare. Două scheme de proces ale sistemului de turnare au fost concepute în stadiu incipient și fiecare schemă a fost comparată. După cum se arată în Figura 3, schema 1 aranjează 9 porți și adaugă canale de alimentare la fereastră; schema 2 dispune 6 porți turnate din partea turnării ce urmează a fi formată. Analiza de simulare CAE este prezentată în Figura 4 și Figura 5. Utilizați rezultatele simulării pentru a optimiza structura matriței, încercați să evitați impactul negativ al proiectării matriței asupra calității turnării, reduceți probabilitatea defectelor de turnare și scurtați ciclul de dezvoltare a turnărilor.
Figura 3 (Comparația a două scheme de proces pentru presiune joasă
Figura 4 (Compararea câmpului de temperatură în timpul umplerii)
Figura 5 (Comparația defectelor de porozitate de contracție după solidificare)
Rezultatele simulării celor două scheme de mai sus arată că aluminiul lichid din cavitate se mișcă în sus aproximativ în paralel, ceea ce este în conformitate cu teoria umplerii paralele a aluminiului lichid în ansamblu, iar părțile de porozitate de contracție simulate ale turnării sunt rezolvată prin întărirea răcirii și alte metode.
Avantajele celor două scheme: Judecând după temperatura aluminiului lichid în timpul umplerii simulate, temperatura capătului distal al turnării formate prin schema 1 are o uniformitate mai mare decât cea din schema 2, ceea ce este favorabil umplerii cavității. . Turnarea formată prin schema 2 nu are reziduul de poartă ca schema 1. porozitatea de contracție este mai bună decât cea din schema 1.
Dezavantajele celor două scheme: Deoarece poarta este dispusă pe turnarea care urmează să fie formată în schema 1, va exista un reziduu de poartă pe turnare, care va crește cu aproximativ 0,7ka față de turnarea inițială. de la temperatura aluminiului lichid din schema 2 de umplere simulată, temperatura aluminiului lichid la capătul distal este deja scăzută, iar simularea este sub starea ideală a temperaturii matriței, astfel încât capacitatea de curgere a aluminiului lichid poate fi insuficientă în starea actuală și va exista o problemă de dificultate în turnarea turnării.
Combinată cu analiza diverșilor factori, schema 2 a fost aleasă ca sistem de turnare. Având în vedere deficiențele schemei 2, sistemul de turnare și sistemul de încălzire sunt optimizate în proiectarea matriței. Așa cum se arată în Figura 6, se adaugă ascensoarele de preaplin, ceea ce este benefic pentru umplerea cu aluminiu lichid și reduce sau evită apariția defectelor în piesele turnate.
Figura 6 (Sistem de turnare optimizat)
1.4 Sistem de răcire
Piesele care suportă tensiuni și zonele cu cerințe ridicate de performanță mecanică ale pieselor turnate trebuie să fie răcite sau alimentate corespunzător pentru a evita porozitatea de contracție sau fisurarea termică. Grosimea de bază a peretelui turnării este de 4 mm, iar solidificarea va fi afectată de disiparea căldurii a matriței în sine. Pentru părțile sale importante, este configurat un sistem de răcire, așa cum se arată în Figura 7. După finalizarea umplerii, treceți apă pentru a se răci, iar timpul specific de răcire trebuie ajustat la locul de turnare pentru a vă asigura că secvența de solidificare este format de la capătul îndepărtat de poartă până la capătul de poartă, iar poarta și colțul sunt solidificate la capăt pentru a obține efectul de alimentare. Piesa cu grosimea peretelui mai groasă adoptă metoda de adăugare a răcirii cu apă la insert. Această metodă are un efect mai bun în procesul de turnare propriu-zis și poate evita porozitatea de contracție.
Figura 7 (Sistem de răcire)
1.5 Sistem de evacuare
Deoarece cavitatea metalului de turnare sub presiune joasă este închisă, nu are o permeabilitate bună la aer, cum ar fi matrițele de nisip și nici nu se evacuează prin coloane în turnarea prin gravitație generală, evacuarea cavității de turnare la presiune joasă va afecta procesul de umplere a lichidului. aluminiu și calitatea turnărilor. Forma de turnare sub presiune joasă poate fi evacuată prin goluri, caneluri de evacuare și dopuri de evacuare din suprafața de despărțire, tija de împingere etc.
Dimensiunea de evacuare a sistemului de evacuare ar trebui să fie propice pentru evacuarea fără revărsare, un sistem de evacuare rezonabil poate preveni defecte, cum ar fi umplerea insuficientă, suprafața liberă și rezistența scăzută. Zona finală de umplere a aluminiului lichid în timpul procesului de turnare, cum ar fi suportul lateral și ridicarea matriței superioare, trebuie să fie echipată cu gaz de eșapament. Având în vedere faptul că aluminiul lichid curge cu ușurință în golul dopului de evacuare în procesul real de turnare sub presiune joasă, ceea ce duce la situația în care dopul de aer este scos atunci când matrița este deschisă, sunt adoptate trei metode după mai multe încercări și îmbunătățiri: Metoda 1 utilizează dop de aer sinterizat din metalurgia pulberilor, așa cum se arată în Figura 8(a), dezavantajul este că costul de fabricație este ridicat; Metoda 2 utilizează un dop de evacuare tip cusătură cu un spațiu de 0,1 mm, așa cum se arată în Figura 8(b), dezavantajul este că cusătura de evacuare este ușor blocată după pulverizarea vopselei; Metoda 3 folosește un dop de evacuare tăiat prin sârmă, distanța este de 0,15 ~ 0,2 mm, așa cum se arată în Figura 8(c). Dezavantajele sunt eficiența scăzută a procesării și costul ridicat de producție. Trebuie selectate diferite dopuri de evacuare în funcție de zona reală a turnării. În general, dopurile de aerisire sinterizate și tăiate prin sârmă sunt utilizate pentru cavitatea turnării, iar tipul de cusătură este utilizat pentru capul miezului de nisip.
Figura 8 (3 tipuri de dopuri de evacuare potrivite pentru turnarea sub presiune joasă)
1.6 Sistem de încălzire
Turnarea are dimensiuni mari și grosimea peretelui subțire. În analiza curgerii matriței, debitul aluminiului lichid la sfârșitul umplerii este insuficient. Motivul este că aluminiul lichid este prea lung pentru a curge, temperatura scade, iar aluminiul lichid se solidifică în avans și își pierde capacitatea de curgere, se închide la rece sau are loc o turnare insuficientă, coloana de ridicare a matriței superioare nu va putea atinge efectul hrănirii. Pe baza acestor probleme, fără a modifica grosimea peretelui și forma turnării, creșteți temperatura aluminiului lichid și temperatura matriței, îmbunătățiți fluiditatea aluminiului lichid și rezolvați problema închiderii la rece sau a turnării insuficiente. Cu toate acestea, temperatura excesivă a aluminiului lichid și temperatura matriței vor produce noi joncțiuni termice sau porozitate de contracție, ducând la găuri plane excesive după prelucrarea turnării. Prin urmare, este necesar să selectați o temperatură adecvată a aluminiului lichid și o temperatură adecvată a matriței. Conform experienței, temperatura aluminiului lichid este controlată la aproximativ 720 ℃, iar temperatura matriței este controlată la 320 ~ 350 ℃.
Având în vedere volumul mare, grosimea peretelui subțire și înălțimea redusă a turnării, pe partea superioară a matriței este instalat un sistem de încălzire. După cum se arată în Figura 9, direcția flăcării este orientată spre partea inferioară și laterală a matriței pentru a încălzi planul inferior și partea laterală a turnării. În funcție de situația de turnare la fața locului, reglați timpul de încălzire și flacăra, controlați temperatura părții superioare a matriței la 320 ~ 350 ℃, asigurați fluiditatea aluminiului lichid într-un interval rezonabil și faceți ca aluminiul lichid să umple cavitatea și înălțător. În utilizarea efectivă, sistemul de încălzire poate asigura eficient fluiditatea aluminiului lichid.
Figura 9 (sistem de încălzire)
2. Structura matriței și principiul de lucru
Conform procesului de turnare sub presiune joasă, combinat cu caracteristicile turnării și structurii echipamentului, pentru a se asigura că turnarea formată rămâne în matrița superioară, structurile de tragere a miezului din față, din spate, din stânga și din dreapta sunt proiectat pe matrița superioară. După ce turnarea este formată și solidificată, matrițele superioare și inferioare sunt deschise mai întâi, apoi trageți miezul în 4 direcții, iar în cele din urmă placa superioară a formei superioare împinge turnarea formată. Structura matriței este prezentată în Figura 10.
Figura 10 (structura matriței)
Editat de May Jiang de la MAT Aluminium
Ora postării: 11-mai-2023
