Akku on sähköajoneuvon ydinosa, ja sen suorituskyky määrää sähköajoneuvon tekniset indikaattorit, kuten akun käyttöiän, energiankulutuksen ja käyttöiän. Akkumoduulin akkulokero on pääkomponentti, joka suorittaa kantavia, suojaavia ja jäähdyttäviä toimintoja. Modulaarinen akkupaketti on sijoitettu akkulokeroon ja kiinnitetty auton runkoon akkulokeron kautta, kuten kuvassa 1 on esitetty. Koska se on asennettu ajoneuvon korin pohjalle ja käyttöympäristö on ankara, akkulokeron on estettävä kivien iskuja ja puhkeamista, jotta akkumoduuli ei vaurioituisi. Akkulokero on tärkeä sähköajoneuvojen turvallisuusrakenneosa. Seuraavassa esitellään sähköajoneuvojen alumiiniseoksesta valmistettujen akkulokeroiden muovausprosessi ja muotin suunnittelu.
Kuva 1 (Alumiiniseoksesta valmistettu akkulokero)
1 Prosessianalyysi ja muotin suunnittelu
1.1 Valuanalyysi
Kuvassa 2 on esitetty sähköajoneuvojen alumiiniseoksesta valmistettu akkuteline. Kokonaismitat ovat 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, seinämän paksuus on 4 mm, valun laatu on noin 15,5 kg ja valun laatu prosessoinnin jälkeen on noin 12,5 kg. Materiaali on A356-T6, vetolujuus ≥ 290 MPa, myötölujuus ≥ 225 MPa, venymä ≥ 6 %, Brinell-kovuus ≥ 75–90 HBS, ja sen on täytettävä ilmatiiviys- ja IP67- ja IP69K-luokiteltujen vaatimus.
Kuva 2 (Alumiiniseoksesta valmistettu akkulokero)
1.2 Prosessianalyysi
Matalapainevalu on erityinen valumenetelmä painevalun ja painovoimavalun välillä. Sillä on paitsi metallimuottien käyttöetuja molemmissa, myös vakaa täyttö. Matalapainevalussa on etuna hidas täyttönopeus alhaalta ylös, helppo nopeuden hallinta, pienet iskut ja nestemäisen alumiinin roiskeet, vähemmän oksidikuonaa, korkea kudostiheys ja korkeat mekaaniset ominaisuudet. Matalapainevalussa nestemäinen alumiini täyttyy tasaisesti, ja valu jähmettyy ja kiteytyy paineen alaisena, jolloin voidaan saada valu, jolla on korkea tiheysrakenne, korkeat mekaaniset ominaisuudet ja kaunis ulkonäkö, mikä soveltuu suurten ohutseinäisten valukappaleiden valmistukseen.
Valun vaatimien mekaanisten ominaisuuksien mukaan valumateriaali on A356, joka voi vastata asiakkaiden tarpeisiin T6-käsittelyn jälkeen, mutta tämän materiaalin kaatumisjuoksevuus vaatii yleensä kohtuullista muotin lämpötilan hallintaa suurten ja ohuiden valukappaleiden tuottamiseksi.
1.3 Kaatojärjestelmä
Suurten ja ohuiden valukappaleiden ominaisuuksien vuoksi on suunniteltava useita portteja. Samanaikaisesti nestemäisen alumiinin tasaisen täytön varmistamiseksi ikkunaan lisätään täyttökanavia, jotka on poistettava jälkikäsittelyllä. Varhaisessa vaiheessa suunniteltiin kaksi valujärjestelmän prosessikaaviota, ja kutakin kaaviota verrattiin. Kuten kuvassa 3 on esitetty, kaaviossa 1 on 9 porttia ja ikkunaan lisätään syöttökanavia; kaaviossa 2 on 6 porttia, jotka kaadetaan muovattavan valukappaleen puolelta. CAE-simulaatioanalyysi on esitetty kuvissa 4 ja 5. Simulaatiotulosten avulla optimoidaan muotin rakenne, pyritään välttämään muotin suunnittelun kielteisiä vaikutuksia valukappaleiden laatuun, vähennetään valuvirheiden todennäköisyyttä ja lyhennetään valukappaleiden kehityssykliä.
Kuva 3 (Kahden matalapaineisen prosessikaavion vertailu)
Kuva 4 (Lämpötilakentän vertailu täytön aikana)
Kuva 5 (Kutistumishuokoisuusvirheiden vertailu jähmettymisen jälkeen)
Yllä olevien kahden kaavion simulointitulokset osoittavat, että ontelossa oleva nestemäinen alumiini liikkuu ylöspäin suunnilleen yhdensuuntaisesti, mikä on nestemäisen alumiinin kokonaisuudessaan rinnakkaisen täyttämisen teorian mukaista, ja valukappaleen simuloidut kutistumishuokoisuusosat ratkaistaan vahvistamalla jäähdytystä ja muilla menetelmillä.
Kahden järjestelmän edut: Nestemäisen alumiinin lämpötilan perusteella simuloidun täytön aikana järjestelmän 1 mukaisesti muodostetun valukappaleen distaalisen pään lämpötila on tasaisempi kuin järjestelmän 2 mukaisesti muodostetun valukappaleen, mikä edistää ontelon täyttymistä. Järjestelmän 2 mukaisesti muodostetussa valukappaleessa ei ole porttijäännöstä kuten järjestelmän 1 tapauksessa. Kutistumishuokoisuus on parempi kuin järjestelmän 1 tapauksessa.
Kahden järjestelmän haitat: Koska portti on järjestetty valukappaleelle kaaviossa 1, valukappaleeseen jää porttijäännöstä, joka nousee noin 0,7 kcal alkuperäiseen valukappaleeseen verrattuna. Kaaviossa 2 simuloidun täytön nestemäisen alumiinin lämpötila on jo distaalipäässä alhainen ja simulaatiossa muotin lämpötila on alle ihanteellisen tilan, joten nestemäisen alumiinin virtauskapasiteetti voi olla riittämätön todellisessa tilassa ja valun muovaus voi vaikeutua.
Eri tekijöiden analyysin perusteella valujärjestelmäksi valittiin kaavio 2. Kaavion 2 puutteiden vuoksi muotin suunnittelussa on optimoitu valujärjestelmä ja lämmitysjärjestelmä. Kuten kuvassa 6 on esitetty, muotissa on lisätty ylivuotoputki, mikä on hyödyllistä nestemäisen alumiinin täyttämisen kannalta ja vähentää tai estää valettujen valukappaleiden virheiden esiintymisen.
Kuva 6 (Optimoitu kaatojärjestelmä)
1.4 Jäähdytysjärjestelmä
Valukappaleiden jännitystä kantavat osat ja alueet, joilla on korkeat mekaaniset suorituskykyvaatimukset, on jäähdytettävä tai syötettävä asianmukaisesti kutistumishuokoisuuden tai lämpöhalkeilun välttämiseksi. Valukappaleen perusseinämän paksuus on 4 mm, ja jähmettymiseen vaikuttaa itse muotin lämmönhukka. Tärkeille osille on asennettu jäähdytysjärjestelmä, kuten kuvassa 7 on esitetty. Täytön jälkeen jäähdytetään vedellä, ja tiettyä jäähdytysaikaa on säädettävä valukohdassa sen varmistamiseksi, että jähmettymisjärjestys muodostuu portin päästä portin päähän, ja portti ja nousuputki jähmettyvät lopussa syöttövaikutuksen saavuttamiseksi. Paksumman seinämän omaavassa osassa käytetään menetelmää, jossa insertti jäähdytetään vedellä. Tällä menetelmällä on parempi vaikutus varsinaiseen valuprosessiin ja se voi välttää kutistumishuokoisuuden.
Kuva 7 (Jäähdytysjärjestelmä)
1.5 Pakoputkisto
Koska matalapainevalumuotin metalliontelo on suljettu, sillä ei ole hyvää ilmanläpäisevyyttä kuten hiekkamuoteilla, eikä se poistu nousuputkien kautta yleisessä painovoimavalussa. Matalapainevalumuotin ontelon poisto vaikuttaa nestemäisen alumiinin täyttöprosessiin ja valukappaleiden laatuun. Matalapainevalumuotti voi poistaa poistoilman raoista, poistourien ja poistotulppien kautta jakopinnassa, työntötangossa jne.
Pakojärjestelmän pakokaasun koon tulisi olla sellainen, että pakokaasu ei vuoda yli. Kohtuullinen pakokaasujärjestelmä voi estää valukappaleiden vikoja, kuten riittämätöntä täyttöä, irtonaista pintaa ja heikkoa lujuutta. Nestemäisen alumiinin lopullinen täyttöalue valuprosessin aikana, kuten sivutuki ja ylämuotin nousuosa, on varustettava pakokaasulla. Koska nestemäinen alumiini virtaa helposti pakokaasun tulpan rakoon varsinaisessa matalapainevaluprosessissa, mikä johtaa tilanteeseen, jossa ilmatulppa irtoaa muotin avattaessa, useiden yritysten ja parannusten jälkeen on otettu käyttöön kolme menetelmää: Menetelmässä 1 käytetään pulverimetallurgisesti sintrattua ilmatulppaa, kuten kuvassa 8(a) on esitetty, haittapuolena on korkeat valmistuskustannukset; Menetelmässä 2 käytetään saumatyyppistä pakokaasun tulppaa, jonka rako on 0,1 mm, kuten kuvassa 8(b) on esitetty, haittapuolena on, että pakokaasun sauma tukkeutuu helposti maalin ruiskutuksen jälkeen; Menetelmässä 3 käytetään langalla leikattua pakokaasun tulppaa, jonka rako on 0,15–0,2 mm, kuten kuvassa 8(c) on esitetty. Haittoja ovat alhainen prosessointitehokkuus ja korkeat valmistuskustannukset. Erilaiset pakokaasutulpat on valittava valukappaleen todellisen pinta-alan mukaan. Yleensä valukappaleen ontelossa käytetään sintrattuja ja langalla leikattuja tuuletustulppia, ja hiekkaytimen päässä käytetään saumatyyppisiä tulppia.
Kuva 8 (3 erilaista pakoputken tulppaa, jotka soveltuvat matalapainevalulle)
1.6 Lämmitysjärjestelmä
Valukappale on kooltaan suuri ja seinämän paksuus ohut. Muotin virtausanalyysissä nestemäisen alumiinin virtausnopeus täytön lopussa on riittämätön. Syynä on se, että nestemäinen alumiini on liian pitkä virtaamaan, lämpötila laskee ja nestemäinen alumiini jähmettyy nopeasti ja menettää virtauskykynsä. Kylmäsulkeutumisen tai riittämättömän kaatamisen seurauksena ylemmän muotin nousuputki ei pysty saavuttamaan syöttövaikutusta. Näiden ongelmien perusteella nestemäisen alumiinin lämpötilaa ja muotin lämpötilaa voidaan nostaa muuttamatta valukappaleen seinämän paksuutta ja muotoa, parantaa nestemäisen alumiinin juoksevuutta ja ratkaista kylmäsulkeutumisen tai riittämättömän kaatamisen ongelma. Liian korkea nestemäisen alumiinin lämpötila ja muotin lämpötila kuitenkin aiheuttavat uusia lämpöliitoksia tai kutistumishuokoisuutta, mikä johtaa liiallisiin tasomaisiin reikiin valun jälkeen. Siksi on tarpeen valita sopiva nestemäisen alumiinin lämpötila ja sopiva muotin lämpötila. Kokemuksen mukaan nestemäisen alumiinin lämpötilaa säädetään noin 720 ℃:ssa ja muotin lämpötilaa 320–350 ℃:ssa.
Valun suuren tilavuuden, ohuen seinämän paksuuden ja matalan korkeuden vuoksi muotin yläosaan on asennettu lämmitysjärjestelmä. Kuten kuvassa 9 on esitetty, liekin suunta on muotin pohjaa ja sivua kohti valun pohjan ja sivun lämmittämiseksi. Paikan päällä olevan valutilanteen mukaan säädetään lämmitysaikaa ja liekkiä, muotin yläosan lämpötilaa pidetään 320–350 ℃:ssa ja varmistetaan nestemäisen alumiinin juoksevuus kohtuullisella alueella, jotta nestemäinen alumiini täyttää ontelon ja nousuputken. Käytännössä lämmitysjärjestelmä voi tehokkaasti varmistaa nestemäisen alumiinin juoksevuuden.
Kuva 9 (Lämmitysjärjestelmä)
2. Muotin rakenne ja toimintaperiaate
Matalapainevaluprosessin mukaisesti yhdistettynä valukappaleen ominaisuuksiin ja laitteen rakenteeseen, jotta muodostettu valukappale pysyisi ylämuottiin, ylämuottiin suunnitellaan etu-, taka-, vasen- ja oikea keernanvetorakenteet. Kun valukappale on muodostettu ja jähmettynyt, ylä- ja alakuotti avataan ensin, minkä jälkeen keernaa vedetään neljään suuntaan, ja lopuksi ylämuotin ylälevy työntää muodostetun valukappaleen ulos. Muotin rakenne on esitetty kuvassa 10.
Kuva 10 (Muotin rakenne)
Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista
Julkaisun aika: 11.5.2023
