הסבר מעשי על הפתרונות לבעיות כמו גרגירים גסים על פני השטח וקשיי ריתוך של פרופילי אלומיניום לרכבים חשמליים

עם המודעות הגוברת להגנת הסביבה, הפיתוח והסברה לאנרגיה חדשה ברחבי העולם הפכו את קידום ויישום כלי רכב המונעים אנרגיה לממשמשים ובאים. במקביל, הדרישות לפיתוח קל משקל של חומרי רכב, יישום בטוח של סגסוגות אלומיניום, איכות פני השטח, גודל ותכונות מכניות שלהן הולכות וגדלות. אם ניקח לדוגמה רכב חשמלי עם משקל רכב של 1.6 טון, חומר סגסוגת האלומיניום הוא כ-450 ק"ג, המהווה כ-30%. פגמי פני השטח המופיעים בתהליך הייצור באמצעות שיחול, במיוחד בעיית הגרגירים הגסים על המשטחים הפנימיים והחיצוניים, משפיעים קשות על התקדמות הייצור של פרופילי אלומיניום והופכים לצוואר בקבוק בפיתוח יישומם.

עבור פרופילים אקסטרודיים, תכנון וייצור של תבניות אקסטרוזיה הם בעלי חשיבות עליונה, ולכן המחקר והפיתוח של תבניות עבור פרופילי אלומיניום לרכבים חשמליים הוא הכרחי. הצעת פתרונות תבניות מדעיים וסבירים יכולה לשפר עוד יותר את קצב האקסטרוזיה ואת פרודוקטיביות האקסטרוזיה של פרופילי אלומיניום לרכבים חשמליים כדי לענות על ביקוש השוק.

1 תקני מוצר

(1) החומרים, טיפול פני השטח וההגנה מפני קורוזיה של חלקים ורכיבים יעמדו בהוראות הרלוונטיות של ETS-01-007 "דרישות טכניות לחלקי פרופיל מסגסוגת אלומיניום" ו-ETS-01-006 "דרישות טכניות לטיפול פני שטח בחמצון אנודי".

(2) טיפול פני השטח: חמצון אנודי, אסור שהמשטח יהיה בעל גרגירים גסים.

(3) אסור שיהיו פגמים כגון סדקים וקמטים על פני השטח של החלקים. אסור שהחלקים יזדהמו לאחר חמצון.

(4) החומרים האסורים במוצר עומדים בדרישות Q/JL J160001-2017 "דרישות לחומרים אסורים ומוגבלים בחלקי חילוף וחומרים לרכב".

(5) דרישות ביצועים מכניים: חוזק מתיחה ≥ 210 MPa, חוזק כניעה ≥ 180 MPa, התארכות לאחר שבר A50 ≥ 8%.

(6) הדרישות להרכב סגסוגת אלומיניום עבור כלי רכב המונעים באנרגיה חדשה מוצגות בטבלה 1.

2 אופטימיזציה וניתוח השוואתי של מבנה תבניות שיחול. הפסקות חשמל בקנה מידה גדול מתרחשות.

(1) פתרון מסורתי 1: כלומר, לשפר את עיצוב תבנית השיחול הקדמית, כפי שמוצג באיור 2. על פי רעיון העיצוב המקובל, כפי שמוצג בחץ באיור, מיקום הצלע האמצעית ומיקום הניקוז התת-לשוני מעובדים, הניקוז העליון והתחתון נמצאים בזווית של 20° בצד אחד, וגובה הניקוז H15 מ"מ משמש לאספקת אלומיניום מותך לחלק הצלע. הסכין הריקה התת-לשונית מועברת בזווית ישרה, והאלומיניום המותך נשאר בפינה, מה שמאפשר בקלות ליצור אזורים מתים עם סיגי אלומיניום. לאחר הייצור, אומת באמצעות חמצון שהמשטח נוטה ביותר לבעיות גרגירים גסים.

האופטימיזציות הראשוניות הבאות בוצעו בתהליך ייצור התבניות המסורתי:

א. בהתבסס על תבנית זו, ניסינו להגדיל את אספקת האלומיניום לצלעות על ידי הזנה.

ב. על סמך העומק המקורי, עומק הסכין הריקה התת-לשונית מעמיק, כלומר, מתווספים 5 מ"מ ל-15 מ"מ המקוריים;

ג. רוחב הלהב הריק התת-לשוני הורחב ב-2 מ"מ בהשוואה ל-14 מ"מ המקוריים. התמונה בפועל לאחר האופטימיזציה מוצגת באיור 3.

תוצאות האימות מראות שלאחר שלושת השיפורים המקדימים הנ"ל, עדיין קיימים פגמים בגרגירים גסים בפרופילים לאחר טיפול החמצון ולא תוקנו באופן סביר. ממצא זה מראה שתוכנית השיפור המקדימה עדיין אינה יכולה לעמוד בדרישות הייצור של חומרי סגסוגת אלומיניום עבור רכבים חשמליים.

(2) תוכנית חדשה 2 הוצעה על סמך אופטימיזציה ראשונית. עיצוב התבנית של תוכנית חדשה 2 מוצג באיור 4. על פי "עקרון נזילות המתכת" ו"חוק ההתנגדות הנמוכה ביותר", תבנית חלקי הרכב המשופרת מאמצת את תוכנית העיצוב של "חור אחורי פתוח". מיקום הצלעות משחק תפקיד בפגיעה ישירה ומפחית את התנגדות החיכוך; משטח ההזנה מתוכנן להיות "בצורת כיסוי סיר" ומיקום הגשר מעובד לסוג אמפליטודה, המטרה היא להפחית את התנגדות החיכוך, לשפר את ההיתוך ולהפחית את לחץ השיחול; הגשר שקוע ככל האפשר כדי למנוע את בעיית הגרגרים הגסים בתחתית הגשר, ורוחב הסכין הריקה מתחת ללשון תחתית הגשר הוא ≤3 מ"מ; הפרש המדרגות בין רצועת העבודה לרצועת העבודה התחתונה של התבנית הוא ≤1.0 מ"מ; הסכין הריקה מתחת ללשון התבנית העליונה חלקה ובעלת מעבר שווה, מבלי להשאיר מחסום זרימה, וחור העיצוב מנוקב בצורה ישירה ככל האפשר; רצועת העבודה בין שני הראשים בצלע הפנימית האמצעית קצרה ככל האפשר, בדרך כלל בעלת ערך של פי 1.5 עד 2 מעובי הדופן; ​​לחריץ הניקוז יש מעבר חלק כדי לענות על הדרישה של זרימת מים מספקת מאלומיניום מתכתי לחלל, תוך הצגת מצב מותך לחלוטין, מבלי להשאיר אזור מת בשום מקום (הסכין הריקה מאחורי התבנית העליונה אינה עולה על 2 עד 2.5 מ"מ). ההשוואה בין מבנה תבנית השיחול לפני ואחרי השיפור מוצגת באיור 5.

(3) שימו לב לשיפור פרטי העיבוד. מיקום הגשר מלוטש ומחובר בצורה חלקה, רצועות העבודה העליונות והתחתונות של התבנית שטוחות, עמידות העיוות מופחתת וזרימת המתכת משופרת כדי להפחית עיוות לא אחיד. זה יכול לדכא ביעילות בעיות כגון גרגירים גסים וריתוך, ובכך להבטיח שמיקום פריקת הצלעות ומהירות שורש הגשר מסונכרנים עם חלקים אחרים, ולדכא באופן סביר ומדעי בעיות פני שטח כגון ריתוך גרגירים גסים על פני פרופיל האלומיניום. ההשוואה לפני ואחרי שיפור ניקוז התבנית מוצגת באיור 6.

3 תהליך שחול

עבור סגסוגת האלומיניום 6063-T6 עבור רכבים חשמליים, יחס השיחול של התבנית המפוצלת מחושב כ-20-80, ויחס השיחול של חומר אלומיניום זה במכונה 1800t הוא 23, העונה על דרישות ביצועי הייצור של המכונה. תהליך השיחול מוצג בטבלה 2.

טבלה 2 תהליך ייצור אקסטרוזיה של פרופילי אלומיניום להרכבת קורות של חבילות סוללות חדשות לרכבים חשמליים

שימו לב לנקודות הבאות בעת האקסטרודציה:

(1) אסור לחמם את התבניות באותו תנור, אחרת טמפרטורת התבנית תהיה לא אחידה והתגבשות תתרחש בקלות.

(2) אם מתרחשת כיבוי חריג במהלך תהליך האקסטרוזיה, זמן הכיבוי לא יעלה על 3 דקות, אחרת יש להסיר את התבנית.

(3) אסור לחזור לתנור לחימום ולאחר מכן לבצע אקסטרוזיה מיד לאחר פירוק התבנית.

4. אמצעי תיקון עובש ויעילותם

לאחר עשרות תיקוני עובש ושיפורי עובש ניסיוניים, מוצעת תוכנית תיקון עובש סבירה הבאה.

(1) בצעו את התיקון וההתאמה הראשונים לתבנית המקורית:

① נסו לשקוע את הגשר ככל האפשר, ורוחב תחתית הגשר צריך להיות ≤3 מ"מ;

② הפרש המדרגות בין רצועת העבודה של הראש לרצועת העבודה של התבנית התחתונה צריך להיות ≤1.0 מ"מ;

③ אין להשאיר חסימת זרימה;

④ רצועת העבודה בין שני ראשי הזכר בצלעות הפנימיות צריכה להיות קצרה ככל האפשר, והמעבר של חריץ הניקוז צריך להיות חלק, גדול וחלק ככל האפשר;

⑤ רצועת העבודה של התבנית התחתונה צריכה להיות קצרה ככל האפשר;

⑥ אין להשאיר אזור מת בשום מקום (הסכין הריקה האחורית לא צריכה לעלות על 2 מ"מ);

⑦ תקן את התבנית העליונה עם גרגירים גסים בחלל הפנימי, צמצם את רצועת העבודה של התבנית התחתונה ושטח את בלוק הזרימה, או ללא בלוק זרימה וקצר את רצועת העבודה של התבנית התחתונה.

(2) בהתבסס על שינוי ושיפור נוספים של התבנית הנ"ל, בוצעו השינויים הבאים בתבנית:

① יש להסיר את האזורים המתים של שני ראשי הזכרים;

② גרדו את בלוק הזרימה;

③ צמצם את הפרש הגובה בין הראש לאזור העבודה התחתון של התבנית;

④ קצר את אזור העבודה התחתון של התבנית.

(3) לאחר תיקון ושיפור התבנית, איכות פני השטח של המוצר המוגמר מגיעה למצב אידיאלי, עם משטח בהיר וללא גרגירים גסים, מה שפתר ביעילות את בעיות הגרגירים הגסים, הריתוך ופגמים אחרים הקיימים על פני השטח של פרופילי אלומיניום עבור רכבים חשמליים.

(4) נפח האקסטרוזיה גדל מ-5 טון/יום המקורי ל-15 טון/יום, מה ששפר משמעותית את יעילות הייצור.

5 סיכום

על ידי אופטימיזציה ושיפור חוזרים ונשנים של התבנית המקורית, נפתרה לחלוטין בעיה מרכזית הקשורה לגרעינים גסים על פני השטח ולריתוך פרופילי אלומיניום עבור רכבים חשמליים.

(1) החוליה החלשה של התבנית המקורית, קו מיקום הצלע האמצעית, עברה אופטימיזציה רציונלית. על ידי ביטול האזורים המתים של שני הראשים, שיטוח גוש הזרימה, הקטנת הפרש הגובה בין הראש לאזור העבודה התחתון של התבנית וקיצור אזור העבודה התחתון של התבנית, התגברו בהצלחה על פגמי פני השטח של סגסוגת האלומיניום 6063 המשמשת בסוג זה של רכב, כגון גרגירים גסים וריתוך.

(2) נפח האקסטרוזיה גדל מ-5 טון/יום ל-15 טון/יום, מה ששיפור משמעותי ביעילות הייצור.

(3) מקרה מוצלח זה של תכנון וייצור תבניות שיחול מייצג וניתן להתייחסות אליו בייצור פרופילים דומים וראוי לקידום.