La batteria è il componente principale di un veicolo elettrico e le sue prestazioni determinano indicatori tecnici come la durata della batteria, il consumo di energia e la durata del veicolo elettrico. Il vano batteria nel modulo batteria è il componente principale che svolge le funzioni di trasporto, protezione e raffreddamento. Il pacco batteria modulare è disposto nel vano batteria, fissato sul telaio dell'auto tramite il vano batteria, come mostrato nella Figura 1. Poiché è installato sul fondo della carrozzeria del veicolo e l'ambiente di lavoro è difficile, il vano batteria deve avere la funzione di prevenire l'impatto e la foratura dei sassi per evitare che il modulo batteria venga danneggiato. Il vano batteria è un'importante parte strutturale di sicurezza dei veicoli elettrici. Di seguito viene presentato il processo di formatura e la progettazione dello stampo dei vassoi delle batterie in lega di alluminio per veicoli elettrici.
Figura 1 (vano batteria in lega di alluminio)
1 Analisi del processo e progettazione dello stampo
1.1 Analisi della fusione
Il vassoio della batteria in lega di alluminio per veicoli elettrici è mostrato nella Figura 2. Le dimensioni complessive sono 1106 mm×1029 mm×136 mm, lo spessore della parete di base è 4 mm, la qualità della fusione è di circa 15,5 kg e la qualità della fusione dopo la lavorazione è di circa 12,5 kg. Il materiale è A356-T6, resistenza alla trazione ≥ 290MPa, carico di snervamento ≥ 225MPa, allungamento ≥ 6%, durezza Brinell ≥ 75~90HBS, deve soddisfare i requisiti di tenuta all'aria e IP67 e IP69K.
Figura 2 (vano batteria in lega di alluminio)
1.2 Analisi del processo
La pressofusione a bassa pressione è un metodo di fusione speciale tra la fusione a pressione e la fusione a gravità. Non solo presenta i vantaggi dell'utilizzo di stampi in metallo per entrambi, ma ha anche le caratteristiche di un riempimento stabile. La pressofusione a bassa pressione presenta i vantaggi di un riempimento a bassa velocità dal basso verso l'alto, una velocità facile da controllare, piccoli impatti e spruzzi di alluminio liquido, meno scorie di ossido, elevata densità di tessuto ed elevate proprietà meccaniche. Sotto pressofusione a bassa pressione, l'alluminio liquido viene riempito senza problemi e la fusione si solidifica e cristallizza sotto pressione e si può ottenere una fusione con struttura ad alta densità, elevate proprietà meccaniche e bell'aspetto, adatta per formare grandi fusioni a pareti sottili .
In base alle proprietà meccaniche richieste dalla fusione, il materiale di colata è A356, che può soddisfare le esigenze dei clienti dopo il trattamento T6, ma la fluidità di colata di questo materiale richiede generalmente un controllo ragionevole della temperatura dello stampo per produrre getti grandi e sottili.
1.3 Sistema di colata
In considerazione delle caratteristiche dei getti grandi e sottili, è necessario progettare più porte. Allo stesso tempo, per garantire un riempimento regolare dell'alluminio liquido, sulla finestra vengono aggiunti dei canali di riempimento che devono essere rimossi mediante la post-lavorazione. Nella fase iniziale sono stati progettati due schemi di processo del sistema di colata e ciascuno di essi è stato confrontato. Come mostrato in Figura 3, lo schema 1 dispone 9 cancelli e aggiunge canali di alimentazione alla finestra; lo schema 2 prevede 6 porte di colata dal lato del getto da formare. L'analisi della simulazione CAE è mostrata nella Figura 4 e nella Figura 5. Utilizzare i risultati della simulazione per ottimizzare la struttura dello stampo, cercare di evitare l'impatto negativo della progettazione dello stampo sulla qualità dei getti, ridurre la probabilità di difetti di fusione e abbreviare il ciclo di sviluppo di getti.
Figura 3 (Confronto tra due schemi di processo per la bassa pressione
Figura 4 (Confronto dei campi di temperatura durante il riempimento)
Figura 5 (Confronto dei difetti di porosità da ritiro dopo la solidificazione)
I risultati della simulazione dei due schemi precedenti mostrano che l'alluminio liquido nella cavità si muove verso l'alto approssimativamente in parallelo, il che è in linea con la teoria del riempimento parallelo dell'alluminio liquido nel suo complesso, e le parti con porosità da ritiro simulata della fusione sono risolto rafforzando il raffreddamento e altri metodi.
Vantaggi dei due schemi: A giudicare dalla temperatura dell'alluminio liquido durante il riempimento simulato, la temperatura dell'estremità distale del getto formato dallo schema 1 ha un'uniformità maggiore rispetto a quella dello schema 2, il che favorisce il riempimento della cavità . Il getto formato dallo schema 2 non presenta il residuo di iniezione dello schema 1. La porosità da ritiro è migliore di quella dello schema 1.
Svantaggi dei due schemi: Poiché la colata è predisposta sul getto da realizzare nello schema 1, ci sarà un residuo di colata sul getto che aumenterà di circa 0,7ka rispetto alla colata originale. dalla temperatura dell'alluminio liquido nel riempimento simulato dello schema 2, la temperatura dell'alluminio liquido all'estremità distale è già bassa e la simulazione è allo stato ideale della temperatura dello stampo, quindi la capacità di flusso dell'alluminio liquido potrebbe essere insufficiente in lo stato attuale e ci sarà un problema di difficoltà nello stampaggio della fusione.
Combinato all'analisi di vari fattori, come sistema di getto è stato scelto lo schema 2. Considerando le carenze dello schema 2, il sistema di colata e il sistema di riscaldamento sono ottimizzati nella progettazione dello stampo. Come mostrato nella Figura 6, viene aggiunto il montante di troppopieno, che è vantaggioso per il riempimento dell'alluminio liquido e riduce o evita il verificarsi di difetti nei getti stampati.
Figura 6 (Sistema di colata ottimizzato)
1.4 Sistema di raffreddamento
Le parti sottoposte a sollecitazione e le aree con requisiti di elevate prestazioni meccaniche dei getti necessitano di essere adeguatamente raffreddate o alimentate per evitare porosità da ritiro o fessurazioni termiche. Lo spessore della parete base della fusione è di 4 mm e la solidificazione sarà influenzata dalla dissipazione del calore dello stampo stesso. Per le sue parti importanti, viene predisposto un sistema di raffreddamento, come mostrato nella Figura 7. Una volta completato il riempimento, far raffreddare l'acqua e il tempo di raffreddamento specifico deve essere regolato nel sito di versamento per garantire che la sequenza di solidificazione sia formato dall'estremità lontana dal cancello all'estremità del cancello, e il cancello e il montante sono solidificati all'estremità per ottenere l'effetto di alimentazione. La parte con spessore della parete più spesso adotta il metodo di aggiunta del raffreddamento ad acqua all'inserto. Questo metodo ha un effetto migliore nel processo di fusione vero e proprio e può evitare la porosità da ritiro.
Figura 7 (Sistema di raffreddamento)
1.5 Sistema di scarico
Poiché la cavità del metallo pressofuso a bassa pressione è chiusa, non ha una buona permeabilità all'aria come gli stampi in sabbia, né si scarica attraverso colonne montanti nella fusione a gravità generale, lo scarico della cavità di colata a bassa pressione influenzerà il processo di riempimento del liquido alluminio e la qualità delle fusioni. Lo stampo per pressofusione a bassa pressione può essere scaricato attraverso gli spazi vuoti, le scanalature di scarico e i tappi di scarico nella superficie di divisione, nell'asta di spinta, ecc.
Il design delle dimensioni dello scarico nel sistema di scarico dovrebbe favorire lo scarico senza traboccare, un sistema di scarico ragionevole può prevenire difetti quali riempimento insufficiente, superficie allentata e bassa resistenza. L'area finale di riempimento dell'alluminio liquido durante il processo di colata, come il supporto laterale e l'alzata dello stampo superiore, deve essere dotata di gas di scarico. In considerazione del fatto che l'alluminio liquido scorre facilmente nello spazio del tappo di scarico nell'effettivo processo di pressofusione a bassa pressione, il che porta alla situazione in cui il tappo dell'aria viene estratto quando lo stampo viene aperto, vengono adottati tre metodi dopo diversi tentativi e miglioramenti: il Metodo 1 utilizza un tappo d'aria sinterizzato mediante metallurgia delle polveri, come mostrato nella Figura 8 (a), lo svantaggio è che il costo di produzione è elevato; Il Metodo 2 utilizza un tappo di scarico del tipo a cucitura con uno spazio di 0,1 mm, come mostrato nella Figura 8(b), lo svantaggio è che la cucitura di scarico viene facilmente bloccata dopo la spruzzatura della vernice; Il metodo 3 utilizza un tappo di scarico tagliato a filo, la distanza è di 0,15~0,2 mm, come mostrato nella Figura 8(c). Gli svantaggi sono la bassa efficienza di lavorazione e gli alti costi di produzione. È necessario selezionare diversi tappi di scarico in base all'effettiva area della fusione. Generalmente, i tappi di sfiato sinterizzati e tagliati a filo vengono utilizzati per la cavità della fusione, mentre il tipo a cucitura viene utilizzato per la testa dell'anima in sabbia.
Figura 8 (3 tipi di tappi di scarico adatti alla pressofusione a bassa pressione)
1.6 Impianto di riscaldamento
Il getto è di grandi dimensioni e sottile nello spessore delle pareti. Nell'analisi del flusso dello stampo, la portata dell'alluminio liquido alla fine del riempimento è insufficiente. Il motivo è che l'alluminio liquido impiega troppo tempo per scorrere, la temperatura scende e l'alluminio liquido si solidifica in anticipo e perde la sua capacità di flusso, si verifica una chiusura a freddo o un versamento insufficiente, il montante dello stampo superiore non sarà in grado di raggiungere il effetto dell'alimentazione. Sulla base di questi problemi, senza modificare lo spessore delle pareti e la forma della fusione, aumentare la temperatura dell'alluminio liquido e la temperatura dello stampo, migliorare la fluidità dell'alluminio liquido e risolvere il problema della chiusura a freddo o del versamento insufficiente. Tuttavia, una temperatura eccessiva dell'alluminio liquido e della temperatura dello stampo produrrà nuove giunzioni termiche o porosità da ritiro, con conseguenti fori di spillo piani eccessivi dopo la lavorazione di fusione. Pertanto, è necessario selezionare una temperatura appropriata dell'alluminio liquido e una temperatura dello stampo appropriata. Secondo l'esperienza, la temperatura dell'alluminio liquido è controllata a circa 720℃ e la temperatura dello stampo è controllata a 320~350℃.
Considerato il grande volume, lo spessore sottile delle pareti e l'altezza ridotta del pezzo fuso, sulla parte superiore dello stampo è installato un sistema di riscaldamento. Come mostrato nella Figura 9, la direzione della fiamma è rivolta verso il fondo e il lato dello stampo per riscaldare il piano inferiore e il lato del getto. In base alla situazione di colata in loco, regolare il tempo di riscaldamento e la fiamma, controllare la temperatura della parte superiore dello stampo a 320~350 ℃, garantire la fluidità dell'alluminio liquido entro un intervallo ragionevole e fare in modo che l'alluminio liquido riempia la cavità e alzata. Nell'uso reale, il sistema di riscaldamento può garantire efficacemente la fluidità dell'alluminio liquido.
Figura 9 (Impianto di riscaldamento)
2. Struttura dello stampo e principio di funzionamento
Secondo il processo di pressofusione a bassa pressione, combinato con le caratteristiche della fusione e la struttura dell'attrezzatura, al fine di garantire che la fusione formata rimanga nello stampo superiore, le strutture di estrazione del nucleo anteriore, posteriore, sinistra e destra sono disegnato sullo stampo superiore. Dopo che la fusione si è formata e solidificata, gli stampi superiore e inferiore vengono prima aperti, quindi si tira l'anima in 4 direzioni e infine la piastra superiore dello stampo superiore spinge fuori la fusione formata. La struttura dello stampo è mostrata nella Figura 10.
Figura 10 (Struttura dello stampo)
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 11 maggio 2023
