Baterija je osnovna komponenta električnog vozila, a njene performanse određuju tehničke pokazatelje kao što su vijek trajanja baterije, potrošnja energije i vijek trajanja električnog vozila. Posuda za bateriju u modulu baterije je glavna komponenta koja obavlja funkcije nošenja, zaštite i hlađenja. Modularni paket baterija je smješten u poslužavniku za bateriju, pričvršćen na šasiju automobila preko poslužavnika za bateriju, kao što je prikazano na slici 1. Budući da je instaliran na dnu karoserije vozila, a radno okruženje je teško, posudica za bateriju mora imati funkciju sprječavanja udara kamenčića i probijanja kako bi se spriječilo oštećenje modula baterije. Posuda za bateriju je važan sigurnosni strukturni dio električnih vozila. U nastavku je predstavljen proces oblikovanja i dizajn kalupa za poslužavnike za baterije od aluminijske legure za električna vozila.
Slika 1 (Posuda za baterije od aluminijske legure)
1 Analiza procesa i dizajn kalupa
1.1 Analiza odlivaka
Posuda za baterije od aluminijske legure za električna vozila prikazana je na slici 2. Ukupne dimenzije su 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, osnovna debljina stijenke je 4 mm, kvalitet odlivka je oko 15,5 kg, a kvalitet odlivka nakon obrade je oko 12,5 kg. Materijal je A356-T6, zatezna čvrstoća ≥ 290 MPa, granica tečenja ≥ 225 MPa, izduženje ≥ 6%, tvrdoća po Brinellu ≥ 75~90HBS, potrebno je ispuniti zahtjeve za nepropusnost zraka i IP67 i IP69K.
Slika 2 (Posuda za baterije od aluminijske legure)
1.2 Analiza procesa
Livenje pod niskim pritiskom je posebna metoda livenja koja se nalazi između livenja pod pritiskom i gravitacijskog livenja. Ne samo da ima prednosti korištenja metalnih kalupa za oba, već ima i karakteristike stabilnog punjenja. Livenje pod niskim pritiskom ima prednosti punjenja malom brzinom od dna prema vrhu, lakog kontroliranja brzine, malog udara i prskanja tekućeg aluminija, manje oksidne troske, visoke gustoće tkiva i visokih mehaničkih svojstava. Kod livenja pod niskim pritiskom, tekući aluminij se puni glatko, a odljevak se stvrdnjava i kristalizira pod pritiskom, te se može dobiti odljevak visoke gustoće strukture, visokih mehaničkih svojstava i lijepog izgleda, što je pogodno za oblikovanje velikih tankozidnih odljevaka.
Prema mehaničkim svojstvima potrebnim za odlivke, materijal za odlivke je A356, koji može zadovoljiti potrebe kupaca nakon T6 tretmana, ali fluidnost ovog materijala prilikom izlivanja uglavnom zahtijeva razumnu kontrolu temperature kalupa za proizvodnju velikih i tankih odlivaka.
1.3 Sistem za izlivanje
S obzirom na karakteristike velikih i tankih odlivaka, potrebno je projektovati više ulaza. Istovremeno, kako bi se osiguralo nesmetano punjenje tečnim aluminijumom, na prozoru se dodaju kanali za punjenje, koje je potrebno ukloniti naknadnom obradom. U ranoj fazi su dizajnirane dvije procesne sheme sistema za izlivanje, a svaka shema je upoređena. Kao što je prikazano na slici 3, shema 1 postavlja 9 ulaza i dodaje kanale za dovod na prozoru; shema 2 postavlja 6 ulaza koji izlijevaju sa strane odlivka koji se formira. CAE simulacijska analiza prikazana je na slici 4 i slici 5. Koristite rezultate simulacije za optimizaciju strukture kalupa, pokušajte izbjeći negativan uticaj dizajna kalupa na kvalitet odlivaka, smanjite vjerovatnoću grešaka u odlivcima i skratite ciklus razvoja odlivaka.
Slika 3 (Poređenje dvije procesne sheme za nizak pritisak
Slika 4 (Poređenje temperaturnog polja tokom punjenja)
Slika 5 (Poređenje defekata poroznosti usljed skupljanja nakon očvršćavanja)
Rezultati simulacije gornje dvije sheme pokazuju da se tekući aluminij u šupljini kreće prema gore približno paralelno, što je u skladu s teorijom paralelnog punjenja tekućim aluminijem u cjelini, a simulirani dijelovi poroznosti odljevka usljed skupljanja rješavaju se ojačavanjem, hlađenjem i drugim metodama.
Prednosti dvije sheme: Sudeći po temperaturi tekućeg aluminija tokom simuliranog punjenja, temperatura distalnog kraja odljevka formiranog prema shemi 1 ima veću ujednačenost od one kod sheme 2, što pogoduje popunjavanju šupljine. Odljevak formiran prema shemi 2 nema ostatke ulijevanja kao shema 1. Poroznost skupljanja je bolja od one kod sheme 1.
Nedostaci ove dvije sheme: Budući da je u shemi 1 utor postavljen na odljevku koji se formira, na odljevku će se pojaviti ostatak utora, koji će se povećati za oko 0,7 kcal u usporedbi s originalnim odljevkom. U odnosu na temperaturu tekućeg aluminija u shemi 2 simuliranog punjenja, temperatura tekućeg aluminija na distalnom kraju je već niska, a simulacija je ispod idealnog stanja temperature kalupa, tako da kapacitet protoka tekućeg aluminija može biti nedovoljan u stvarnom stanju i postojat će problem poteškoća pri oblikovanju odljevaka.
U kombinaciji s analizom različitih faktora, shema 2 je odabrana kao sistem izlijevanja. S obzirom na nedostatke sheme 2, sistem izlijevanja i sistem grijanja su optimizirani u dizajnu kalupa. Kao što je prikazano na slici 6, dodat je preljevni uspon, što je korisno za punjenje tekućim aluminijem i smanjuje ili izbjegava pojavu defekata u odljevcima odlivenim u kalupima.
Slika 6 (Optimizirani sistem izlivanja)
1.4 Sistem hlađenja
Dijelovi koji su izloženi naprezanju i područja s visokim zahtjevima za mehaničke performanse odlivaka moraju se pravilno hladiti ili dovoditi kako bi se izbjegla poroznost usljed skupljanja ili termičko pucanje. Osnovna debljina stijenke odlivka je 4 mm, a na skrućivanje će utjecati odvođenje topline samog kalupa. Za njegove važne dijelove postavlja se sistem za hlađenje, kao što je prikazano na slici 7. Nakon što je punjenje završeno, propušta se voda za hlađenje, a specifično vrijeme hlađenja treba podesiti na mjestu izlijevanja kako bi se osiguralo da se redoslijed skrućivanja formira od kraja zatvarača do kraja zatvarača, a zatvarač i usponski dio se stvrdnu na kraju kako bi se postigao efekat dovoda. Dio s debljom debljinom stijenke usvaja metodu dodavanja vodenog hlađenja umetku. Ova metoda ima bolji učinak u stvarnom procesu lijevanja i može izbjeći poroznost usljed skupljanja.
Slika 7 (Sistem hlađenja)
1.5 Izduvni sistem
Budući da je šupljina metala za livenje pod niskim pritiskom zatvorena, nema dobru propusnost za zrak kao pješčani kalupi, niti se ispuhuje kroz uspone kod općeg gravitacijskog livenja, ispuh iz šupljine za livenje pod niskim pritiskom će utjecati na proces punjenja tekućim aluminijem i kvalitet odlivaka. Kalupi za livenje pod niskim pritiskom mogu se ispuhati kroz praznine, ispušne žljebove i ispušne čepove na površini za razdvajanje, potisku itd.
Dizajn veličine ispuha u ispušnom sistemu trebao bi pogodovati ispuhu bez prelijevanja, razuman ispušni sistem može spriječiti nedostatke odljevaka kao što su nedovoljna napunjenost, rastresita površina i niska čvrstoća. Završno područje punjenja tekućim aluminijem tokom procesa lijevanja, kao što su bočni nasloni i uspon gornjeg kalupa, mora biti opremljeno ispušnim plinom. S obzirom na činjenicu da tekući aluminij lako teče u zazor ispušnog čepa u stvarnom procesu lijevanja pod niskim pritiskom, što dovodi do situacije da se zračni čep izvlači kada se kalup otvori, nakon nekoliko pokušaja i poboljšanja usvojene su tri metode: Metoda 1 koristi sinterirani zračni čep dobiven metalurškim prahom, kao što je prikazano na slici 8(a), nedostatak je što su troškovi proizvodnje visoki; Metoda 2 koristi ispušni čep sa šavom i zazorom od 0,1 mm, kao što je prikazano na slici 8(b), nedostatak je što se ispušni šav lako blokira nakon prskanja boje; Metoda 3 koristi ispušni čep rezani žicom, zazor je 0,15~0,2 mm, kao što je prikazano na slici 8(c). Nedostaci su niska efikasnost obrade i visoki troškovi proizvodnje. Različite ispušne čepove treba odabrati u skladu sa stvarnom površinom odlivka. Generalno, sinterovani i žičano rezani ventilacioni čepovi se koriste za šupljinu odlivka, a tip sa šavom se koristi za glavu od pješčane jezgre.
Slika 8 (3 vrste ispušnih čepova pogodne za livenje pod niskim pritiskom)
1.6 Sistem grijanja
Odljevak je velikih dimenzija i tankih stijenki. U analizi protoka kalupa, brzina protoka tekućeg aluminija na kraju punjenja je nedovoljna. Razlog je taj što tekući aluminij predugo teče, temperatura pada, a tekući aluminij se prerano stvrdnjava i gubi sposobnost tečenja. Dolazi do hladnog zatvaranja ili nedovoljnog izlijevanja, a uspon gornjeg kalupa neće moći postići učinak punjenja. Na osnovu ovih problema, bez promjene debljine stijenke i oblika odljevka, treba povećati temperaturu tekućeg aluminija i temperaturu kalupa, poboljšati fluidnost tekućeg aluminija i riješiti problem hladnog zatvaranja ili nedovoljnog izlijevanja. Međutim, prekomjerna temperatura tekućeg aluminija i temperatura kalupa će stvoriti nove termičke spojeve ili poroznost skupljanja, što će rezultirati prekomjernim rupicama u ravni nakon obrade lijevanja. Stoga je potrebno odabrati odgovarajuću temperaturu tekućeg aluminija i odgovarajuću temperaturu kalupa. Prema iskustvu, temperatura tekućeg aluminija se kontrolira na oko 720℃, a temperatura kalupa na 320~350℃.
S obzirom na veliku zapreminu, tanku debljinu stijenke i malu visinu odlivka, na gornjem dijelu kalupa je instaliran sistem grijanja. Kao što je prikazano na slici 9, smjer plamena je okrenut prema dnu i stranicama kalupa kako bi se zagrijala donja ravan i stranice odlivka. U zavisnosti od situacije na licu mjesta, podesite vrijeme zagrijavanja i plamen, kontrolišite temperaturu gornjeg dijela kalupa na 320~350 ℃, osigurajte fluidnost tekućeg aluminija u razumnom rasponu i učinite da tekući aluminij ispuni šupljinu i usponski dio. U stvarnoj upotrebi, sistem grijanja može efikasno osigurati fluidnost tekućeg aluminija.
Slika 9 (Sistem grijanja)
2. Struktura i princip rada kalupa
Prema procesu lijevanja pod niskim pritiskom, u kombinaciji s karakteristikama odljevka i strukturom opreme, kako bi se osiguralo da formirani odljevak ostane u gornjem kalupu, na gornjem kalupu su dizajnirane prednja, zadnja, lijeva i desna struktura za izvlačenje jezgre. Nakon što se odljevak oblikuje i stvrdne, prvo se otvaraju gornji i donji kalupi, zatim se jezgra izvlači u 4 smjera, i na kraju gornja ploča gornjeg kalupa istiskuje formirani odljevak. Struktura kalupa je prikazana na slici 10.
Slika 10 (Struktura kalupa)
Uredio May Jiang iz MAT Aluminum
Vrijeme objave: 11. maj 2023.
