De accu is het belangrijkste onderdeel van een elektrisch voertuig en de prestaties ervan bepalen technische indicatoren zoals de accuduur, het energieverbruik en de levensduur van het elektrische voertuig. De accubak in de accumodule is het belangrijkste onderdeel dat de functies van dragen, beschermen en koelen vervult. Het modulaire accupakket is in de accubak geplaatst en via de accubak aan het chassis van de auto bevestigd, zoals weergegeven in Afbeelding 1. Omdat de accubak aan de onderkant van de carrosserie is geïnstalleerd en de werkomgeving zwaar is, moet de accubak bescherming bieden tegen steenslag en perforatie om beschadiging van de accumodule te voorkomen. De accubak is een belangrijk structureel veiligheidsonderdeel van elektrische voertuigen. Hieronder worden het vormingsproces en het matrijsontwerp van accubakken van aluminiumlegering voor elektrische voertuigen geïntroduceerd.
Figuur 1 (batterijlade van aluminiumlegering)
1 Procesanalyse en matrijsontwerp
1.1 Gietanalyse
De batterijlade van aluminiumlegering voor elektrische voertuigen is afgebeeld in afbeelding 2. De totale afmetingen zijn 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, de wanddikte is 4 mm, de gietkwaliteit is ongeveer 15,5 kg en de gietkwaliteit na verwerking is ongeveer 12,5 kg. Het materiaal is A356-T6, de treksterkte is ≥ 290 MPa, de vloeigrens is ≥ 225 MPa, de rek is ≥ 6%, de Brinell-hardheid is ≥ 75~90HBS en de behuizing moet voldoen aan de eisen voor luchtdichtheid en IP67 en IP69K.
Figuur 2 (batterijlade van aluminiumlegering)
1.2 Procesanalyse
Lagedrukgieten is een speciale gietmethode tussen drukgieten en zwaartekrachtgieten. Het heeft niet alleen de voordelen van het gebruik van metalen mallen voor beide, maar ook van een stabiele vulling. Lagedrukgieten heeft de voordelen van een vulling met lage snelheid van onder naar boven, een gemakkelijk te regelen snelheid, minimale impact en spatten van vloeibaar aluminium, minder oxideslak, een hoge weefseldichtheid en uitstekende mechanische eigenschappen. Bij lagedrukgieten wordt het vloeibare aluminium gelijkmatig gevuld en stolt en kristalliseert het gietstuk onder druk. Zo kan een gietstuk met een hoge dichtheid, uitstekende mechanische eigenschappen en een mooi uiterlijk worden verkregen, wat geschikt is voor het vormen van grote, dunwandige gietstukken.
Afhankelijk van de mechanische eigenschappen die voor het gietstuk vereist zijn, is het gietmateriaal A356, dat na een T6-behandeling aan de behoeften van klanten kan voldoen. De vloeibaarheid van dit materiaal bij het gieten vereist echter doorgaans een redelijke controle van de matrijstemperatuur om grote en dunne gietstukken te produceren.
1.3 Gietsysteem
Gezien de eigenschappen van grote en dunne gietstukken, moeten meerdere gietopeningen worden ontworpen. Tegelijkertijd worden, om een soepele vulling met vloeibaar aluminium te garanderen, vulkanalen toegevoegd aan het venster, die nabewerking vereisen. In een vroeg stadium werden twee processchema's voor het gietsysteem ontworpen en elk schema werd vergeleken. Zoals weergegeven in figuur 3, heeft schema 1 9 gietopeningen en voegt het toevoerkanalen toe aan het venster; schema 2 heeft 6 gietopeningen die vanaf de zijkant van het te vormen gietstuk gieten. De CAE-simulatieanalyse wordt weergegeven in figuur 4 en figuur 5. Gebruik de simulatieresultaten om de matrijsstructuur te optimaliseren, de negatieve invloed van het matrijsontwerp op de kwaliteit van de gietstukken te vermijden, de kans op gietfouten te verkleinen en de ontwikkelingscyclus van gietstukken te verkorten.
Figuur 3 (Vergelijking van twee processchema's voor lage druk
Figuur 4 (Temperatuurveldvergelijking tijdens het vullen)
Figuur 5 (Vergelijking van krimpporositeitsdefecten na stolling)
De simulatieresultaten van de bovenstaande twee schema's laten zien dat het vloeibare aluminium in de holte ongeveer parallel naar boven beweegt, wat in lijn is met de theorie van parallelle vulling van het vloeibare aluminium als geheel. De gesimuleerde krimpporositeit van de gietstukken wordt opgelost door middel van versterkte koeling en andere methoden.
Voordelen van de twee schema's: Afgaande op de temperatuur van het vloeibare aluminium tijdens het gesimuleerde vullen, is de temperatuur van het distale uiteinde van het gietstuk gevormd met schema 1 gelijkmatiger dan die van schema 2, wat bevorderlijk is voor het vullen van de holte. Het gietstuk gevormd met schema 2 heeft geen residu zoals bij schema 1. De krimpporositeit is beter dan bij schema 1.
Nadelen van de twee schema's: Omdat de poort in schema 1 op het te vormen gietstuk wordt aangebracht, zal er poortresidu op het gietstuk achterblijven, dat ongeveer 0,7 kA zal toenemen vergeleken met het oorspronkelijke gietstuk. Van de temperatuur van vloeibaar aluminium in het gesimuleerde vullen in schema 2, is de temperatuur van vloeibaar aluminium aan het distale uiteinde al laag, en de simulatie bevindt zich in de ideale staat van de matrijstemperatuur, dus kan de stroomcapaciteit van het vloeibare aluminium in de werkelijke staat onvoldoende zijn, en zal er een probleem ontstaan van moeilijkheden bij het gieten.
Gecombineerd met de analyse van verschillende factoren werd schema 2 gekozen als gietsysteem. Gezien de tekortkomingen van schema 2 zijn het gietsysteem en het verwarmingssysteem geoptimaliseerd in het matrijsontwerp. Zoals weergegeven in figuur 6, is de overloop toegevoegd, wat gunstig is voor het vullen met vloeibaar aluminium en het optreden van defecten in gegoten gietstukken vermindert of voorkomt.
Figuur 6 (Geoptimaliseerd gietsysteem)
1.4 Koelsysteem
De spanningsdragende onderdelen en gietstukken met hoge mechanische prestatie-eisen moeten goed gekoeld of gevoed worden om krimpporositeit of thermische scheurvorming te voorkomen. De basiswanddikte van het gietstuk is 4 mm en de stolling wordt beïnvloed door de warmteafvoer van de matrijs zelf. Voor de belangrijkste onderdelen wordt een koelsysteem geïnstalleerd, zoals weergegeven in afbeelding 7. Nadat het vullen is voltooid, wordt water toegevoegd om af te koelen. De specifieke koeltijd moet op de gietlocatie worden aangepast om ervoor te zorgen dat de stollingsvolgorde wordt gevormd van de spuitmond naar de spuitmond, en dat de spuitmond en de riser aan het einde gestold zijn om het toevoereffect te bereiken. Voor onderdelen met een dikkere wanddikte wordt de methode toegepast waarbij waterkoeling aan het inzetstuk wordt toegevoegd. Deze methode heeft een beter effect op het daadwerkelijke gietproces en kan krimpporositeit voorkomen.
Figuur 7 (Koelsysteem)
1.5 Uitlaatsysteem
Omdat de holte van het lagedrukgietmetaal gesloten is, is de luchtdoorlaatbaarheid niet optimaal zoals bij zandvormen, en wordt de lucht ook niet afgevoerd via risers bij zwaartekrachtgieten. De luchtafvoer uit de lagedrukgietholte heeft invloed op het vulproces van vloeibaar aluminium en de kwaliteit van de gietstukken. De luchtafvoer uit de lagedrukgietmal kan via de openingen, uitlaatgroeven en uitlaatpluggen in het scheidingsvlak, de duwstang, enz. ontsnappen.
De uitlaatopening in het uitlaatsysteem moet zo ontworpen zijn dat er geen overloop is. Een goed uitlaatsysteem voorkomt dat gietstukken defecten vertonen zoals onvoldoende vulling, een los oppervlak en een lage sterkte. Het gebied waar het vloeibare aluminium tijdens het gietproces wordt gevuld, zoals de zijsteun en de stijgbuis van de bovenste mal, moet worden voorzien van uitlaatgas. Omdat vloeibaar aluminium tijdens het gieten gemakkelijk in de opening van de uitlaatplug stroomt, wat ertoe leidt dat de luchtplug eruit wordt getrokken bij het openen van de mal, worden na verschillende pogingen en verbeteringen drie methoden toegepast: Methode 1 maakt gebruik van een poedermetallurgische gesinterde luchtplug, zoals weergegeven in figuur 8(a). Het nadeel is dat de productiekosten hoog zijn; Methode 2 maakt gebruik van een naadvormige uitlaatplug met een opening van 0,1 mm, zoals weergegeven in figuur 8(b). Het nadeel is dat de uitlaatnaad gemakkelijk verstopt raakt na het spuiten van verf. Methode 3 maakt gebruik van een draadgesneden uitlaatplug met een opening van 0,15 tot 0,2 mm, zoals weergegeven in figuur 8(c). De nadelen zijn de lage verwerkingsefficiëntie en de hoge productiekosten. Er moeten verschillende uitlaatpluggen worden geselecteerd op basis van het werkelijke oppervlak van het gietstuk. Over het algemeen worden gesinterde en draadgesneden ontluchtingspluggen gebruikt voor de holte van het gietstuk, en het naadtype voor de zandkernkop.
Figuur 8 (3 soorten uitlaatpluggen geschikt voor lagedrukspuitgieten)
1.6 Verwarmingssysteem
Het gietstuk is groot van formaat en dun in wanddikte. Bij de analyse van de matrijsstroom is de stroomsnelheid van het vloeibare aluminium aan het einde van het vullen onvoldoende. De reden hiervoor is dat het vloeibare aluminium te lang moet stromen, de temperatuur daalt en het vloeibare aluminium van tevoren stolt en zijn vloeivermogen verliest, er koude sluiting of onvoldoende gieten optreedt, de stijgbuis van de bovenste matrijs zal het toevoereffect niet kunnen bereiken. Gebaseerd op deze problemen, zonder de wanddikte en vorm van het gietstuk te veranderen, de temperatuur van het vloeibare aluminium en de matrijstemperatuur verhogen, de vloeibaarheid van het vloeibare aluminium verbeteren en het probleem van koude sluiting of onvoldoende gieten oplossen. Echter, een te hoge temperatuur van het vloeibare aluminium en de matrijstemperatuur zullen nieuwe thermische verbindingen of krimpporositeit produceren, wat resulteert in overmatige vlakke pinholes na het gieten. Daarom is het noodzakelijk om een geschikte temperatuur van het vloeibare aluminium en een geschikte matrijstemperatuur te selecteren. Uit ervaring blijkt dat de temperatuur van het vloeibare aluminium wordt geregeld op ongeveer 720 ℃ en de matrijstemperatuur op 320 ~ 350 ℃.
Gezien het grote volume, de dunne wanddikte en de geringe hoogte van het gietstuk, is een verwarmingssysteem geïnstalleerd op het bovenste deel van de mal. Zoals weergegeven in figuur 9, is de vlam gericht naar de bodem en de zijkant van de mal om de bodem en de zijkant van het gietstuk te verwarmen. Pas de verwarmingstijd en de vlam aan, afhankelijk van de gietsituatie ter plaatse, en regel de temperatuur van het bovenste deel van de mal tussen 320 en 350 °C. Zorg voor een redelijke vloeibaarheid van het vloeibare aluminium en vul de holte en de stijgbuis met vloeibaar aluminium. In de praktijk kan het verwarmingssysteem de vloeibaarheid van het vloeibare aluminium effectief garanderen.
Figuur 9 (Verwarmingssysteem)
2. Vormstructuur en werkingsprincipe
Volgens het lagedrukspuitgietproces, gecombineerd met de eigenschappen van het gietstuk en de structuur van de apparatuur, worden de voorste, achterste, linker en rechter kerntrekstructuren op de bovenste mal ontworpen om ervoor te zorgen dat het gevormde gietstuk in de bovenste mal blijft. Nadat het gietstuk is gevormd en gestold, worden eerst de bovenste en onderste mallen geopend en wordt de kern in vier richtingen getrokken. Ten slotte duwt de bovenplaat van de bovenste mal het gevormde gietstuk eruit. De malstructuur is weergegeven in figuur 10.
Figuur 10 (Matrijsstructuur)
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminum
Geplaatst op: 11 mei 2023
