A batería é o compoñente central dun vehículo eléctrico e o seu rendemento determina os indicadores técnicos como a duración da batería, o consumo de enerxía e a vida útil do vehículo eléctrico. A bandexa da batería no módulo da batería é o compoñente principal que realiza as funcións de transporte, protección e refrixeración. O paquete de baterías modular está disposto na bandexa da batería, fixado ao chasis do coche a través da bandexa da batería, como se mostra na Figura 1. Dado que está instalado na parte inferior da carrozaría do vehículo e o ambiente de traballo é duro, a bandexa da batería debe ter a función de evitar o impacto de pedras e a perforación para evitar que o módulo da batería se dane. A bandexa da batería é unha parte estrutural de seguridade importante dos vehículos eléctricos. A continuación preséntase o proceso de conformado e o deseño de moldes das bandexas de batería de aliaxe de aluminio para vehículos eléctricos.
Figura 1 (Bandexa de batería de aliaxe de aluminio)
1 Análise de procesos e deseño de moldes
1.1 Análise de fundición
A bandexa de batería de aliaxe de aluminio para vehículos eléctricos móstrase na Figura 2. As dimensións totais son 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, o grosor básico da parede é de 4 mm, a calidade da fundición é duns 15,5 kg e a calidade da fundición despois do procesamento é duns 12,5 kg. O material é A356-T6, resistencia á tracción ≥ 290 MPa, límite elástico ≥ 225 MPa, alongamento ≥ 6 %, dureza Brinell ≥ 75 ~ 90 HBS, e debe cumprir os requisitos de estanquidade ao aire e IP67 e IP69K.
Figura 2 (Bandexa de batería de aliaxe de aluminio)
1.2 Análise de procesos
A fundición a baixa presión é un método de fundición especial entre a fundición a presión e a fundición por gravidade. Non só ten as vantaxes de usar moldes metálicos para ambos, senón que tamén ten as características dun recheo estable. A fundición a baixa presión ten as vantaxes dun recheo a baixa velocidade de abaixo cara arriba, velocidade fácil de controlar, pequeno impacto e salpicadura de aluminio líquido, menos escoria de óxido, alta densidade de tecido e altas propiedades mecánicas. Na fundición a baixa presión, o aluminio líquido énchese suavemente e a fundición solidifícase e cristaliza baixo presión, e pódese obter unha fundición con estrutura de alta densidade, altas propiedades mecánicas e fermosa aparencia, o que é axeitado para formar grandes fundicións de paredes delgadas.
Segundo as propiedades mecánicas requiridas pola peza fundida, o material de fundición é o A356, que pode satisfacer as necesidades dos clientes despois do tratamento T6, pero a fluidez de vertido deste material xeralmente require un control razoable da temperatura do molde para producir pezas fundidas grandes e delgadas.
1.3 Sistema de vertido
Dadas as características das pezas fundidas grandes e delgadas, é necesario deseñar varias portas. Ao mesmo tempo, para garantir un recheo suave do aluminio líquido, engádense canles de recheo na xanela, que deben eliminarse mediante posprocesamento. Deseñáronse dous esquemas de proceso do sistema de vertido na fase inicial e comparouse cada esquema. Como se mostra na Figura 3, o esquema 1 dispón de 9 portas e engade canles de alimentación na xanela; o esquema 2 dispón de 6 portas que verten desde o lateral da peza fundida que se vai formar. A análise da simulación CAE móstrase na Figura 4 e na Figura 5. Utilice os resultados da simulación para optimizar a estrutura do molde, intente evitar o impacto adverso do deseño do molde na calidade das pezas fundidas, reduza a probabilidade de defectos de fundición e acurte o ciclo de desenvolvemento das pezas fundidas.
Figura 3 (Comparación de dous esquemas de proceso para baixa presión)
Figura 4 (Comparación do campo de temperatura durante o recheo)
Figura 5 (Comparación dos defectos de porosidade por retracción despois da solidificación)
Os resultados da simulación dos dous esquemas anteriores mostran que o aluminio líquido na cavidade se move cara arriba aproximadamente en paralelo, o que está en consonancia coa teoría do recheo paralelo do aluminio líquido no seu conxunto, e as partes de porosidade por contracción simuladas da fundición resólvense mediante o reforzo do arrefriamento e outros métodos.
Vantaxes dos dous esquemas: A xulgar pola temperatura do aluminio líquido durante o recheo simulado, a temperatura do extremo distal da peza fundida formada polo esquema 1 ten unha maior uniformidade que a do esquema 2, o que favorece o recheo da cavidade. A peza fundida formada polo esquema 2 non ten o residuo de porta como o esquema 1. A porosidade por contracción é mellor que a do esquema 1.
Desvantaxes dos dous esquemas: debido a que a porta está disposta na peza fundida que se vai formar no esquema 1, haberá un residuo de porta na peza fundida, que aumentará uns 0,7 ka en comparación coa peza fundida orixinal. A partir da temperatura do aluminio líquido no recheo simulado do esquema 2, a temperatura do aluminio líquido no extremo distal xa é baixa e a simulación está baixo o estado ideal da temperatura do molde, polo que a capacidade de fluxo do aluminio líquido pode ser insuficiente no estado real e haberá un problema de dificultade no moldeo por fundición.
En combinación coa análise de varios factores, escolleuse o esquema 2 como sistema de vertido. En vista das deficiencias do esquema 2, o sistema de vertido e o sistema de quecemento están optimizados no deseño do molde. Como se mostra na Figura 6, engádese o tubo de rebose, o que é beneficioso para o recheo de aluminio líquido e reduce ou evita a aparición de defectos nas pezas fundidas.
Figura 6 (Sistema de vertido optimizado)
1.4 Sistema de refrixeración
As pezas sometidas a tensións e as zonas con altos requisitos de rendemento mecánico das pezas fundidas deben arrefriarse ou alimentarse axeitadamente para evitar a porosidade por contracción ou as fisuras térmicas. O grosor básico da parede da fundición é de 4 mm e a solidificación verase afectada pola disipación da calor do propio molde. Para as súas pezas importantes, establécese un sistema de arrefriamento, como se mostra na Figura 7. Unha vez completado o recheo, pásase auga para arrefriar e o tempo de arrefriamento específico debe axustarse no lugar de vertido para garantir que a secuencia de solidificación se forme desde o extremo da porta ata o extremo da porta, e que a porta e o tubo vertical se solidifiquen ao final para conseguir o efecto de alimentación. A peza cun grosor de parede máis groso adopta o método de engadir arrefriamento por auga ao inserto. Este método ten un mellor efecto no proceso de fundición real e pode evitar a porosidade por contracción.
Figura 7 (Sistema de refrixeración)
1.5 Sistema de escape
Dado que a cavidade do metal de fundición a baixa presión está pechada, non ten unha boa permeabilidade ao aire como os moldes de area, nin tampouco se escapa a través de tubos ascendentes na fundición por gravidade xeral, o escape da cavidade de fundición a baixa presión afectará o proceso de recheo do aluminio líquido e a calidade das pezas fundidas. O molde de fundición a baixa presión pode ser escapado a través dos ocos, ranuras de escape e tapóns de escape na superficie de separación, varilla de empuxe, etc.
O deseño do tamaño do escape no sistema de escape debe ser propicio para un escape sen desbordamento, un sistema de escape razoable pode evitar que as pezas fundidas presenten defectos como un recheo insuficiente, unha superficie solta e unha baixa resistencia. A área de recheo final do aluminio líquido durante o proceso de vertido, como o apoio lateral e o elevador do molde superior, debe estar equipada con gases de escape. Tendo en conta que o aluminio líquido flúe facilmente no oco do tapón de escape no proceso real de fundición a baixa presión, o que leva á situación de que o tapón de aire se saca cando se abre o molde, adóptanse tres métodos despois de varios intentos e melloras: o método 1 usa un tapón de aire sinterizado por metalurxia en po, como se mostra na Figura 8(a), a desvantaxe é que o custo de fabricación é elevado; o método 2 usa un tapón de escape tipo costura cun oco de 0,1 mm, como se mostra na Figura 8(b), a desvantaxe é que a costura de escape se bloquea facilmente despois de pulverizar pintura; o método 3 usa un tapón de escape cortado con arame, o oco é de 0,15~0,2 mm, como se mostra na Figura 8(c). As desvantaxes son a baixa eficiencia de procesamento e o alto custo de fabricación. É necesario seleccionar diferentes tapóns de escape segundo a área real da peza fundida. Xeralmente, para a cavidade da peza fundida úsanse tapóns de ventilación sinterizados e cortados con arame, e para a cabeza do núcleo de area úsase o tipo de costura.
Figura 8 (3 tipos de tapóns de escape axeitados para fundición a baixa presión)
1.6 Sistema de calefacción
A peza fundida é de gran tamaño e de grosor de parede delgada. Na análise do fluxo do molde, o caudal do aluminio líquido ao final do recheo é insuficiente. A razón é que o aluminio líquido ten demasiado tempo para fluír, a temperatura baixa e o aluminio líquido solidifícase con antelación e perde a súa capacidade de fluxo, se se produce un peche en frío ou un vertido insuficiente, o tubo vertical da matriz superior non poderá lograr o efecto de alimentación. Baseándose nestes problemas, sen cambiar o grosor da parede nin a forma da peza fundida, aumente a temperatura do aluminio líquido e a temperatura do molde, mellore a fluidez do aluminio líquido e resolve o problema do peche en frío ou do vertido insuficiente. Non obstante, unha temperatura excesiva do aluminio líquido e da temperatura do molde producirán novas unións térmicas ou porosidade por contracción, o que resultará en buratos planos excesivos despois do procesamento da fundición. Polo tanto, é necesario seleccionar unha temperatura de aluminio líquido e unha temperatura de molde axeitadas. Segundo a experiencia, a temperatura do aluminio líquido contrólase a uns 720 ℃ e a temperatura do molde a 320-350 ℃.
En vista do gran volume, o grosor da parede fina e a baixa altura da peza fundida, instálase un sistema de quecemento na parte superior do molde. Como se mostra na Figura 9, a dirección da chama está orientada cara ao fondo e aos laterais do molde para quentar o plano inferior e os laterais da peza fundida. Dependendo da situación de vertido in situ, axuste o tempo de quecemento e a chama, controle a temperatura da parte superior do molde a 320~350 ℃, asegúrese a fluidez do aluminio líquido dentro dun rango razoable e faga que o aluminio líquido encha a cavidade e o tubo vertical. No uso real, o sistema de quecemento pode garantir eficazmente a fluidez do aluminio líquido.
Figura 9 (Sistema de calefacción)
2. Estrutura do molde e principio de funcionamento
De acordo co proceso de fundición a baixa presión, combinado coas características da peza fundida e a estrutura do equipo, para garantir que a peza fundida formada permaneza no molde superior, deséñanse as estruturas de tracción do núcleo dianteira, traseira, esquerda e dereita no molde superior. Despois de que a peza fundida estea formada e solidificada, ábrense primeiro os moldes superior e inferior e, a continuación, tírase o núcleo en 4 direccións e, finalmente, a placa superior do molde superior empurra a peza fundida formada cara a fóra. A estrutura do molde móstrase na Figura 10.
Figura 10 (Estrutura do molde)
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 11 de maio de 2023
