Projekt formy odlewniczej niskociśnieniowej do aluminiowej tacy akumulatora pojazdu elektrycznego

Projekt formy odlewniczej niskociśnieniowej do aluminiowej tacy akumulatora pojazdu elektrycznego

Akumulator jest kluczowym elementem pojazdu elektrycznego, a jego wydajność determinuje wskaźniki techniczne, takie jak żywotność akumulatora, zużycie energii i okres eksploatacji pojazdu elektrycznego. Tacka na akumulator w module akumulatorowym jest głównym elementem, który pełni funkcje przenoszenia, ochrony i chłodzenia. Modułowy zestaw akumulatorów jest umieszczony w tacy, zamocowanej do podwozia samochodu za pomocą tacy, jak pokazano na rysunku 1. Ponieważ jest ona zainstalowana na spodzie nadwozia pojazdu, a środowisko pracy jest trudne, tacka na akumulator musi mieć funkcję zapobiegania uderzeniom kamieni i przebiciu, aby zapobiec uszkodzeniu modułu akumulatora. Tacka na akumulator jest ważnym elementem konstrukcyjnym zapewniającym bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych. Poniżej przedstawiono proces formowania i projektowanie form aluminiowych tac na akumulatory do pojazdów elektrycznych.
1
Rysunek 1 (Tacka na baterie ze stopu aluminium)
1 Analiza procesu i projektowanie form
1.1 Analiza odlewów

Aluminiowa taca na akumulator do pojazdów elektrycznych została przedstawiona na rysunku 2. Wymiary całkowite wynoszą 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, grubość ścianki 4 mm, masa odlewu około 15,5 kg, a po obróbce około 12,5 kg. Materiał to A356-T6, wytrzymałość na rozciąganie ≥ 290 MPa, granica plastyczności ≥ 225 MPa, wydłużenie ≥ 6%, twardość Brinella ≥ 75–90 HBS. Wymagana jest szczelność oraz zgodność z normami IP67 i IP69K.
2
Rysunek 2 (Tacka na baterie ze stopu aluminium)
1.2 Analiza procesów
Odlewanie ciśnieniowe niskociśnieniowe to specjalna metoda odlewania, pośrednia pomiędzy odlewaniem ciśnieniowym a grawitacyjnym. Łączy w sobie zalety form metalowych, a także stabilność wypełnienia. Odlewanie ciśnieniowe niskociśnieniowe charakteryzuje się niską prędkością napełniania od dołu do góry, łatwą kontrolą prędkości, niskim udarem i rozpryskiem ciekłego aluminium, mniejszą ilością żużla tlenkowego, wysoką gęstością tkanki oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi. W procesie odlewania ciśnieniowego niskociśnieniowego ciekłe aluminium jest wypełniane równomiernie, a odlew krzepnie i krystalizuje pod wpływem ciśnienia, uzyskując odlew o wysokiej gęstości, wysokich właściwościach mechanicznych i estetycznym wyglądzie, co czyni go idealnym do formowania dużych, cienkościennych odlewów.
Materiałem odlewniczym jest A356, który po obróbce T6 może spełniać wymagania klientów ze względu na właściwości mechaniczne wymagane przy odlewaniu, jednak płynność odlewu tego materiału wymaga zazwyczaj rozsądnej kontroli temperatury formy, aby wytwarzać duże i cienkie odlewy.
1.3 System nalewania
Ze względu na charakterystykę dużych i cienkich odlewów konieczne jest zaprojektowanie wielu wlewów. Jednocześnie, aby zapewnić płynne napełnianie ciekłym aluminium, w oknie dodaje się kanały napełniające, które należy usunąć w procesie obróbki końcowej. Na wczesnym etapie zaprojektowano dwa schematy procesu systemu zalewania, a każdy schemat porównano. Jak pokazano na rysunku 3, schemat 1 rozmieszcza 9 wlewów i dodaje kanały zasilające w oknie; schemat 2 rozmieszcza 6 wlewów zalewających od strony formowanego odlewu. Analiza symulacji CAE jest pokazana na rysunku 4 i rysunku 5. Wykorzystaj wyniki symulacji, aby zoptymalizować konstrukcję formy, staraj się unikać negatywnego wpływu projektu formy na jakość odlewów, zmniejsz prawdopodobieństwo wystąpienia wad odlewów i skróć cykl rozwoju odlewów.
3
Rysunek 3 (Porównanie dwóch schematów procesu dla niskiego ciśnienia)
4
Rysunek 4 (Porównanie pola temperatur podczas napełniania)
5
Rysunek 5 (Porównanie defektów porowatości skurczowej po zestaleniu)
Wyniki symulacji dwóch powyższych schematów pokazują, że ciekłe aluminium w komorze porusza się ku górze mniej więcej równolegle, co jest zgodne z teorią równoległego wypełniania całości ciekłym aluminium, a symulowane części porowatości skurczowej odlewu rozwiązuje się poprzez wzmocnienie chłodzenia i innymi metodami.
Zalety obu schematów: Sądząc po temperaturze ciekłego aluminium podczas symulowanego napełniania, temperatura dystalnego końca odlewu wykonanego zgodnie ze schematem 1 ma wyższą jednorodność niż w schemacie 2, co sprzyja wypełnianiu wnęki. Odlew wykonany zgodnie ze schematem 2 nie ma pozostałości wlewu, jak w schemacie 1. Porowatość skurczowa jest lepsza niż w schemacie 1.
Wady obu schematów: Ponieważ w schemacie 1 wlewka jest umieszczona na odlewie, który ma być uformowany, na odlewie pozostanie pozostałość wlewki, która wzrośnie o około 0,7 kΩ w porównaniu z oryginalnym odlewem. Od temperatury ciekłego aluminium w schemacie 2 symulowanego napełniania, temperatura ciekłego aluminium na końcu dystalnym jest już niska, a symulacja odbywa się w idealnym stanie temperatury formy, więc przepustowość ciekłego aluminium może być niewystarczająca w rzeczywistym stanie i pojawią się problemy z formowaniem odlewniczym.
W połączeniu z analizą różnych czynników, wybrano schemat 2 jako system odlewania. Z uwagi na wady schematu 2, system odlewania i system ogrzewania zostały zoptymalizowane w projekcie formy. Jak pokazano na rysunku 6, dodano rurę przelewową, co jest korzystne dla napełniania ciekłym aluminium i zmniejsza lub eliminuje występowanie wad w odlewach formowanych.
6
Rysunek 6 (Zoptymalizowany system nalewania)
1.4 Układ chłodzenia
Części przenoszące naprężenia i obszary o wysokich wymaganiach mechanicznych odlewów muszą być odpowiednio chłodzone lub zasilane, aby uniknąć porowatości skurczowej lub pęknięć termicznych. Podstawowa grubość ścianki odlewu wynosi 4 mm, a krzepnięcie będzie zależeć od rozpraszania ciepła przez samą formę. Dla jej ważnych części skonfigurowano system chłodzenia, jak pokazano na rysunku 7. Po zakończeniu napełniania przepuść wodę do schłodzenia, a konkretny czas chłodzenia musi zostać dostosowany w miejscu wlewania, aby zapewnić sekwencję krzepnięcia od końca wlewu do końca wlewu, a wlew i nadlew zostaną zestalone na końcu, aby uzyskać efekt zasilania. Część o grubszej grubości ścianki przyjmuje metodę dodawania chłodzenia wodnego do wkładki. Ta metoda ma lepszy wpływ na rzeczywisty proces odlewania i może zapobiec porowatości skurczowej.
7
Rysunek 7 (Układ chłodzenia)
1.5 Układ wydechowy
Ponieważ wnęka odlewu niskociśnieniowego jest zamknięta, nie ma ona dobrej przepuszczalności powietrza, jak formy piaskowe, ani nie jest odprowadzana przez nadlewy w zwykłym odlewaniu grawitacyjnym. Wydech z wnęki odlewniczej niskociśnieniowej wpływa na proces napełniania ciekłym aluminium i jakość odlewów. Forma niskociśnieniowa może być odprowadzana przez szczeliny, rowki wylotowe i zaślepki wylotowe w powierzchni rozdzielającej, popychaczu itp.
Rozmiar wydechu w układzie wydechowym powinien sprzyjać wydechowi bez przelewania, rozsądny układ wydechowy może zapobiec takim wadom odlewów jak niewystarczające wypełnienie, luźna powierzchnia i niska wytrzymałość. Końcowy obszar napełniania ciekłym aluminium podczas procesu odlewania, taki jak boczny spocznik i nadlew górnej formy, musi być wyposażony w gaz wydechowy. Biorąc pod uwagę fakt, że ciekłe aluminium łatwo wpływa do szczeliny korka wydechowego w rzeczywistym procesie odlewania ciśnieniowego pod niskim ciśnieniem, co prowadzi do sytuacji, że korek powietrza jest wyciągany podczas otwierania formy, przyjęto trzy metody po kilku próbach i ulepszeniach: Metoda 1 wykorzystuje spiekany korek powietrza metalurgii proszków, jak pokazano na rysunku 8(a), wadą jest wysoki koszt produkcji; Metoda 2 wykorzystuje korek wydechowy typu szwu ze szczeliną 0,1 mm, jak pokazano na rysunku 8(b), wadą jest to, że szew wydechowy łatwo się blokuje po natryskiwaniu farby; Metoda 3 wykorzystuje wycinany drutem korek wydechowy, którego szczelina wynosi 0,15–0,2 mm, jak pokazano na rysunku 8(c). Wadami są niska wydajność przetwarzania i wysokie koszty produkcji. Należy dobrać różne rodzaje korków wydechowych w zależności od powierzchni odlewu. Zazwyczaj do wnęki odlewu stosuje się korki odpowietrzające spiekane i wycinane drutem, a do głowicy rdzenia piaskowego stosuje się korek typu „szwowego”.
8
Rysunek 8 (3 rodzaje zatyczek wydechowych odpowiednich do odlewania ciśnieniowego pod niskim ciśnieniem)
1.6 System ogrzewania
Odlew ma duże wymiary i cienką grubość ścianek. W analizie przepływu w formie stwierdzono, że natężenie przepływu ciekłego aluminium pod koniec napełniania jest niewystarczające. Powodem jest zbyt długi czas przepływu ciekłego aluminium, spadek temperatury, a ciekłe aluminium krzepnie przedwcześnie i traci zdolność płynięcia. W rezultacie następuje zamknięcie na zimno lub niewystarczające wlewanie, co uniemożliwia prawidłowe podawanie. W związku z tymi problemami, bez zmiany grubości ścianek i kształtu odlewu, należy zwiększyć temperaturę ciekłego aluminium i formę, aby poprawić płynność ciekłego aluminium i rozwiązać problem zamknięcia na zimno lub niewystarczającego wlewania. Należy jednak pamiętać, że zbyt wysoka temperatura ciekłego aluminium i forma mogą powodować powstawanie nowych połączeń cieplnych lub porowatości skurczowej, co skutkuje powstawaniem licznych płaskich porów po procesie odlewania. Dlatego konieczne jest dobranie odpowiedniej temperatury ciekłego aluminium i formy. Doświadczenie pokazuje, że temperatura ciekłego aluminium wynosi około 720°C, a temperatura formy 320–350°C.
Ze względu na dużą objętość, cienką grubość ścianek i niewielką wysokość odlewu, w górnej części formy zainstalowano system grzewczy. Jak pokazano na rysunku 9, płomień skierowany jest w stronę dna i boków formy, aby ogrzać dolną płaszczyznę i boki odlewu. W zależności od warunków odlewania, dostosuj czas ogrzewania i płomień, kontroluj temperaturę górnej części formy w zakresie 320–350°C, zapewnij płynność ciekłego aluminium w rozsądnym zakresie i spraw, aby ciekłe aluminium wypełniło komorę i nadlew. W praktyce system grzewczy może skutecznie zapewnić płynność ciekłego aluminium.
9
Rysunek 9 (System ogrzewania)
2. Struktura formy i zasada działania
Zgodnie z procesem odlewania ciśnieniowego pod niskim ciśnieniem, w połączeniu z charakterystyką odlewu i konstrukcją urządzenia, aby zapewnić utrzymanie uformowanego odlewu w górnej formie, w górnej formie zaprojektowano przednie, tylne, lewe i prawe struktury wyciągające rdzeń. Po uformowaniu i zestaleniu odlewu, najpierw otwierane są górna i dolna forma, a następnie wyciągany jest rdzeń w 4 kierunkach, a na końcu górna płyta górnej formy wypycha uformowany odlew. Strukturę formy przedstawiono na rysunku 10.
10
Rysunek 10 (Struktura formy)
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum


Czas publikacji: 11 maja 2023 r.