Akumuliatorius yra pagrindinis elektromobilio komponentas, o jo veikimas lemia techninius rodiklius, tokius kaip akumuliatoriaus veikimo laikas, energijos suvartojimas ir elektromobilio eksploatavimo laikas. Akumuliatoriaus modulio akumuliatoriaus dėklas yra pagrindinis komponentas, atliekantis nešimo, apsaugos ir aušinimo funkcijas. Modulinis akumuliatorių blokas yra išdėstytas akumuliatoriaus dėkle, pritvirtintas prie automobilio važiuoklės per akumuliatoriaus dėklą, kaip parodyta 1 paveiksle. Kadangi jis sumontuotas transporto priemonės kėbulo apačioje ir darbo aplinka yra atšiauri, akumuliatoriaus dėklas turi atlikti apsaugą nuo akmenų smūgio ir pradūrimo, kad akumuliatoriaus modulis nebūtų pažeistas. Akumuliatoriaus dėklas yra svarbi elektromobilių saugos konstrukcinė dalis. Toliau pristatomas aliuminio lydinio akumuliatorių dėklų, skirtų elektromobiliams, formavimo procesas ir liejimo forma.
1 pav. (Aliuminio lydinio akumuliatoriaus dėklas)
1 Proceso analizė ir liejimo formų projektavimas
1.1 Liejinių analizė
Elektromobilių akumuliatorių dėklas iš aliuminio lydinio parodytas 2 paveiksle. Bendri matmenys yra 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, pagrindinis sienelės storis – 4 mm, liejimo kokybė – apie 15,5 kg, o liejimo kokybė po apdorojimo – apie 12,5 kg. Medžiaga – A356-T6, tempiamasis stipris ≥ 290 MPa, takumo riba ≥ 225 MPa, pailgėjimas ≥ 6 %, Brinelio kietumas ≥ 75–90 HBS, turi atitikti sandarumo ir IP67 bei IP69K reikalavimus.
2 pav. (Aliuminio lydinio akumuliatoriaus dėklas)
1.2 Proceso analizė
Žemo slėgio liejimas slėgiu yra specialus liejimo būdas tarp slėginio ir gravitacinio liejimo. Jis turi ne tik metalinių formų naudojimo pranašumus abiem atvejais, bet ir stabilaus užpildymo savybes. Žemo slėgio liejimas slėgiu pasižymi mažu užpildymo greičiu iš apačios į viršų, lengvu greičio valdymu, nedideliu smūgiu ir skysto aliuminio taškymu, mažesniu oksido šlako kiekiu, dideliu audinių tankiu ir geromis mechaninėmis savybėmis. Liejant žemo slėgio slėgiu, skystas aliuminis užpildomas sklandžiai, o liejinys, veikiamas slėgio, kietėja ir kristalizuojasi, todėl galima gauti liejinį, pasižymintį didelio tankio struktūra, didelėmis mechaninėmis savybėmis ir gražia išvaizda, tinkantį didelių plonasienių liejinių formavimui.
Pagal liejiniui reikalingas mechanines savybes, liejimo medžiaga yra A356, kuri gali patenkinti klientų poreikius po T6 apdorojimo, tačiau šios medžiagos liejimo sklandumui paprastai reikia pagrįstos formos temperatūros kontrolės, kad būtų pagaminti dideli ir ploni liejiniai.
1.3 Pilstymo sistema
Atsižvelgiant į didelių ir plonų liejinių savybes, reikia suprojektuoti kelis vartus. Tuo pačiu metu, siekiant užtikrinti sklandų skysto aliuminio užpildymą, langelyje pridedami užpildymo kanalai, kuriuos reikia pašalinti atliekant papildomą apdorojimą. Ankstyvajame etape buvo suprojektuotos dvi liejimo sistemos proceso schemos, ir kiekviena schema buvo palyginta. Kaip parodyta 3 paveiksle, 1 schemoje išdėstyti 9 vartai ir langelyje pridėti padavimo kanalai; 2 schemoje išdėstyti 6 vartai, liejami iš formuojamo liejinio pusės. CAE modeliavimo analizė parodyta 4 ir 5 paveiksluose. Naudokite modeliavimo rezultatus, kad optimizuotumėte formos struktūrą, stenkitės išvengti neigiamo formos konstrukcijos poveikio liejinių kokybei, sumažinkite liejimo defektų tikimybę ir sutrumpinkite liejinių gamybos ciklą.
3 pav. (Dviejų žemo slėgio proceso schemų palyginimas)
4 pav. (Temperatūros lauko palyginimas pildymo metu)
5 pav. (Susitraukimo poringumo defektų palyginimas po sukietėjimo)
Dviejų aukščiau pateiktų schemų modeliavimo rezultatai rodo, kad skystas aliuminis ertmėje juda aukštyn maždaug lygiagrečiai, o tai atitinka skysto aliuminio lygiagretaus užpildymo teoriją, o modeliuojamos liejinio susitraukimo poringumo dalys išsprendžiamos stiprinant aušinimą ir kitais metodais.
Abiejų schemų privalumai: Sprendžiant iš skysto aliuminio temperatūros imituojant užpildymą, pagal 1 schemą suformuoto liejinio distalinio galo temperatūra yra vienodesnė nei pagal 2 schemą, o tai palanku ertmės užpildymui. Pagal 2 schemą suformuotas liejinys neturi vartų liekanų, kaip 1 schemoje. Susitraukimo poringumas yra geresnis nei pagal 1 schemą.
Dviejų schemų trūkumai: Kadangi 1 schemoje vartai yra išdėstyti ant formuojamo liejinio, ant liejinio liks vartų likučių, kurie, palyginti su pradiniu liejiniu, padidės apie 0,7 kcal. 2 schemoje imituoto užpildymo skysto aliuminio temperatūra distaliniame gale jau yra žema, o imitacijoje temperatūra yra žemesnė už idealią formos temperatūrą, todėl skysto aliuminio tekėjimo pralaidumas realioje būsenoje gali būti nepakankamas, ir kils sunkumų liejant.
Atlikus įvairių veiksnių analizę, liejimo sistemai pasirinkta 2 schema. Atsižvelgiant į 2 schemos trūkumus, liejimo formos konstrukcijoje optimizuotos liejimo ir šildymo sistemos. Kaip parodyta 6 paveiksle, pridėtas perpildymo stovejis, kuris yra naudingas skysto aliuminio užpildymui ir sumažina arba išvengia liejamų liejinių defektų.
6 pav. (Optimizuota pilstymo sistema)
1.4 Aušinimo sistema
Įtempimą patiriančios liejinių dalys ir sritys, kurioms keliami aukšti mechaniniai reikalavimai, turi būti tinkamai aušinamos arba tiekiamos, kad būtų išvengta susitraukimo poringumo ar terminio įtrūkimo. Pagrindinis liejinio sienelės storis yra 4 mm, o kietėjimą lemia pačios formos šilumos išsklaidymas. Svarbioms dalims įrengta aušinimo sistema, kaip parodyta 7 paveiksle. Užpildžius, leidžiamas vanduo aušinti, o konkretus aušinimo laikas turi būti sureguliuotas liejimo vietoje, kad būtų užtikrinta kietėjimo seka nuo vartų galo iki vartų galo, o vartai ir stovai sukietėtų gale, kad būtų pasiektas tiekimo efektas. Storesnės sienelės dalims įdėklas aušinamas vandeniu. Šis metodas yra efektyvesnis faktiniame liejimo procese ir gali padėti išvengti susitraukimo poringumo.
7 pav. (Aušinimo sistema)
1.5 Išmetimo sistema
Kadangi žemo slėgio liejimo metalo ertmė yra uždara, ji neturi gero oro pralaidumo, kaip smėlio formos, ir neištraukiama per stovus bendrojo gravitacinio liejimo metu, žemo slėgio liejimo ertmės ištraukiamas oras paveiks skysto aliuminio užpildymo procesą ir liejinių kokybę. Žemo slėgio liejimo forma gali ištraukti orą per tarpus, išmetimo griovelius ir išmetimo kamščius pertvaros paviršiuje, stūmiklyje ir kt.
Išmetimo sistemos išmetamųjų dujų dydis turėtų būti toks, kad išmetimas nebūtų perpildytas, tinkama išmetimo sistema gali apsaugoti liejinius nuo tokių defektų kaip nepakankamas užpildymas, laisvas paviršius ir mažas stiprumas. Galutinė skysto aliuminio užpildymo vieta liejimo metu, pvz., šoninė atrama ir viršutinės formos stovelis, turi būti aprūpinta išmetamosiomis dujomis. Atsižvelgiant į tai, kad skystas aliuminis lengvai teka į išmetimo kamščio tarpą tikrojo žemo slėgio liejimo proceso metu, todėl atidarant formą oro kamštis ištraukiamas, po kelių bandymų ir patobulinimų buvo priimti trys metodai: 1 metodas naudoja miltelinės metalurgijos būdu sukepintą oro kamštį, kaip parodyta 8(a) paveiksle, trūkumas yra tas, kad gamybos sąnaudos yra didelės; 2 metodas naudoja siūlės tipo išmetimo kamštį su 0,1 mm tarpu, kaip parodyta 8(b) paveiksle, trūkumas yra tas, kad išmetimo siūlė lengvai užsikemša po dažų purškimo; 3 metodas naudoja vieliniu būdu pjaustytą išmetimo kamštį, tarpas yra 0,15–0,2 mm, kaip parodyta 8(c) paveiksle. Trūkumai yra mažas apdorojimo efektyvumas ir didelės gamybos sąnaudos. Priklausomai nuo liejinio ploto, reikia pasirinkti skirtingus išmetimo kamščius. Paprastai liejinio ertmei naudojami sukepinti ir vieliniai pjaustyti ventiliacijos kamščiai, o smėlio šerdies galvutei – siūliniai.
8 pav. (3 išmetimo kamščių tipai, tinkami liejimui žemo slėgio slėgiu)
1.6 Šildymo sistema
Liejinys yra didelio dydžio ir plono sienelės storio. Atliekant liejimo srauto analizę, skysto aliuminio tekėjimo greitis užpildymo pabaigoje yra nepakankamas. Taip yra todėl, kad skystas aliuminis per ilgai tekėja, temperatūra nukrenta, skystas aliuminis per anksti sukietėja ir praranda savo tekėjimo savybes, atsiranda šaltas sandarumas arba nepakankamas liejimas, todėl viršutinio štampo kėliklis negalės pasiekti padavimo efekto. Atsižvelgiant į šias problemas, nekeičiant liejinio sienelės storio ir formos, galima padidinti skysto aliuminio temperatūrą ir formos temperatūrą, pagerinti skysto aliuminio takumą ir išspręsti šalto sandarumo arba nepakankamo liejimo problemą. Tačiau per didelė skysto aliuminio temperatūra ir formos temperatūra sukurs naujas termines jungtis arba susitraukimo poringumą, dėl kurio po liejimo apdorojimo atsiras per daug plokščių skylučių. Todėl būtina pasirinkti tinkamą skysto aliuminio temperatūrą ir tinkamą formos temperatūrą. Remiantis patirtimi, skysto aliuminio temperatūra kontroliuojama maždaug 720 ℃, o formos temperatūra – 320–350 ℃.
Atsižvelgiant į didelį liejinio tūrį, ploną sienelę ir mažą aukštį, viršutinėje formos dalyje sumontuota šildymo sistema. Kaip parodyta 9 paveiksle, liepsna nukreipta į formos dugną ir šonus, kad šildytų liejinio apatinę plokštumą ir šonus. Atsižvelgiant į liejimo vietą, reguliuojamas šildymo laikas ir liepsna, viršutinės formos dalies temperatūra kontroliuojama 320–350 ℃, užtikrinamas skysto aliuminio takumas priimtinose ribose ir skystas aliuminis užpildo ertmę ir stove. Faktiškai naudojant šildymo sistema gali efektyviai užtikrinti skysto aliuminio takumą.
9 pav. (Šildymo sistema)
2. Pelėsio struktūra ir veikimo principas
Pagal žemo slėgio liejimo procesą, atsižvelgiant į liejinio savybes ir įrangos konstrukciją, siekiant užtikrinti, kad suformuotas liejinys liktų viršutinėje formoje, viršutinėje formoje suprojektuojamos priekinė, galinė, kairė ir dešinė šerdies traukimo konstrukcijos. Suformavus ir sukietėjus liejiniui, pirmiausia atidaromos viršutinė ir apatinė formos, o tada šerdis traukiama 4 kryptimis, o galiausiai viršutinės formos viršutinė plokštė išstumia suformuotą liejinį. Formos struktūra parodyta 10 paveiksle.
10 pav. (Pelėsio struktūra)
Redagavo May Jiang iš MAT Aluminum
Įrašo laikas: 2023 m. gegužės 11 d.
