עיצוב של תבנית יציקת למות בלחץ נמוך עבור מגש סוללות מסגסוגת אלומיניום של רכב חשמלי

המצבר הוא מרכיב הליבה של רכב חשמלי, וביצועיו קובעים את האינדיקטורים הטכניים כגון חיי המצבר, צריכת האנרגיה וחיי השירות של הרכב החשמלי. מגש הסוללה במודול הסוללה הוא הרכיב העיקרי שמבצע את הפונקציות של נשיאה, הגנה וקירור. מארז המצברים המודולרי מסודר במגש המצברים, קבוע על שלדת המכונית דרך מגש המצברים, כפי שמוצג באיור 1. מכיוון שהוא מותקן בתחתית גוף הרכב וסביבת העבודה קשה, מגש המצברים צריך למלא את הפונקציה של מניעת פגיעת אבן וניקוב כדי למנוע פגיעה במודול הסוללה. מגש הסוללה הוא חלק מבני בטיחותי חשוב של כלי רכב חשמליים. להלן מוצג תהליך היווצרות ועיצוב התבנית של מגשי סוללות מסגסוגת אלומיניום עבור כלי רכב חשמליים.

איור 1 (מגש סוללה מסגסוגת אלומיניום)
1 ניתוח תהליכים ועיצוב תבניות
1.1 ניתוח יציקה
מגש הסוללה מסגסוגת אלומיניום לרכבים חשמליים מוצג באיור 2. המידות הכוללות הן 1106 מ"מ×1029 מ"מ×136 מ"מ, עובי הדופן הבסיסי הוא 4 מ"מ, איכות היציקה היא כ-15.5 ק"ג ואיכות היציקה לאחר העיבוד היא כ-12.5 ק"ג. החומר הוא A356-T6, חוזק מתיחה ≥ 290MPa, חוזק תפוקה ≥ 225MPa, התארכות ≥ 6%, קשיות Brinell ≥ 75~90HBS, צריך לעמוד בדרישות אטימות אוויר ו-IP67&IP69K.

איור 2 (מגש סוללה מסגסוגת אלומיניום)
1.2 ניתוח תהליכים
יציקה בלחץ נמוך היא שיטת יציקה מיוחדת בין יציקה בלחץ ליציקת כבידה. יש לו לא רק את היתרונות של שימוש בתבניות מתכת עבור שניהם, אלא יש לו גם את המאפיינים של מילוי יציב. ליציקה בלחץ נמוך יש את היתרונות של מילוי במהירות נמוכה מלמטה למעלה, מהירות קלה לשליטה, השפעה קטנה והתזה של אלומיניום נוזלי, פחות סיגים תחמוצתיים, צפיפות רקמה גבוהה ותכונות מכניות גבוהות. ביציקה בלחץ נמוך, האלומיניום הנוזלי מתמלא בצורה חלקה, והיציקה מתמצקת ומתגבשת בלחץ, וניתן לקבל יציקה בעלת מבנה צפוף גבוה, תכונות מכניות גבוהות ומראה יפה, המתאימה ליצירת יציקות גדולות עם קירות דקים. .
על פי התכונות המכניות הנדרשות ליציקה, חומר היציקה הוא A356, שיכול לענות על צרכי הלקוחות לאחר טיפול T6, אך נזילות היציקה של חומר זה דורשת בדרך כלל שליטה סבירה על טמפרטורת התבנית כדי לייצר יציקות גדולות ודקות.
1.3 מערכת מזיגה
לאור המאפיינים של יציקות גדולות ודקות, יש לתכנן מספר שערים. במקביל, על מנת להבטיח מילוי חלק של אלומיניום נוזלי, מתווספות בחלון תעלות מילוי, אותן יש להסיר על ידי עיבוד לאחר. שתי ערכות תהליך של מערכת המזיגה תוכננו בשלב מוקדם, וכל סכימה הושוותה. כפי שמוצג באיור 3, סכמה 1 מסדרת 9 שערים ומוסיפה ערוצי הזנה בחלון; תכנית 2 מסדרת 6 שערים נשפכים מהצד של היציקה שתיווצר. ניתוח הדמיית CAE מוצג באיור 4 ובאיור 5. השתמש בתוצאות הסימולציה כדי לייעל את מבנה התבנית, נסה למנוע את ההשפעה השלילית של עיצוב התבנית על איכות היציקות, צמצם את ההסתברות לפגמי יציקה וקצר את מחזור הפיתוח של יציקות.

איור 3 (השוואה של שתי סכימות תהליך עבור לחץ נמוך

איור 4 (השוואת שדות טמפרטורה במהלך מילוי)

איור 5 (השוואה של פגמים בנקבוביות התכווצות לאחר התמצקות)
תוצאות הסימולציה של שתי הסכמות לעיל מראות שהאלומיניום הנוזלי בחלל נע כלפי מעלה בערך במקביל, מה שעולה בקנה אחד עם התיאוריה של מילוי מקביל של האלומיניום הנוזלי בכללותו, וחלקי היציקה המדומים עם נקבוביות התכווצות. נפתרה על ידי חיזוק קירור ושיטות אחרות.
היתרונות של שתי הסכמות: אם לשפוט על פי הטמפרטורה של האלומיניום הנוזלי במהלך המילוי המדומה, הטמפרטורה של הקצה המרוחק של היציקה שנוצרה על ידי סכמה 1 היא בעלת אחידות גבוהה יותר מזו של סכימה 2, אשר תורמת למילוי החלל. . ליציקה שנוצרה על ידי סכימה 2 אין את שאריות השער כמו סכימה 1. נקבוביות הצטמקות טובה יותר מזו של סכמה 1.
החסרונות של שתי הסכמות: מכיוון שהשער מסודר על היציקה שתיווצר בתכנית 1, יהיו שאריות שער על היציקה, שתגדל בערך 0.7ka לעומת היציקה המקורית. מהטמפרטורה של אלומיניום נוזלי במילוי מדומה של סכימה 2, טמפרטורת האלומיניום הנוזלי בקצה המרוחק כבר נמוכה, והסימולציה נמצאת במצב האידיאלי של טמפרטורת התבנית, כך שכושר הזרימה של האלומיניום הנוזלי עשוי להיות לא מספיק המצב בפועל, ותהיה בעיה של קושי ביציקת יציקה.
בשילוב עם ניתוח של גורמים שונים, סכימה 2 נבחרה כמערכת המזיגה. לאור החסרונות של תכנית 2, מערכת המזיגה ומערכת החימום מותאמות בעיצוב התבנית. כפי שמוצג באיור 6, מתווספת העלייה לגלישה, המועילה למילוי אלומיניום נוזלי ומפחיתה או מונעת את התרחשותם של פגמים ביציקות יצוקות.

איור 6 (מערכת מזיגה אופטימלית)
1.4 מערכת קירור
יש לקרר או להזין כראוי את החלקים נושאי הלחץ והאזורים עם דרישות ביצועים מכניים גבוהים של יציקות כדי למנוע נקבוביות התכווצות או פיצוח תרמי. עובי הדופן הבסיסי של היציקה הוא 4 מ"מ, וההתמצקות תושפע מפיזור החום של התבנית עצמה. לחלקיו החשובים, מוקמת מערכת קירור, כפי שמוצג באיור 7. לאחר השלמת המילוי, העבירו מים לקירור, ויש להתאים את זמן הקירור הספציפי באתר המזיגה כדי להבטיח שרצף ההתמצקות יהיה נוצרים מקצה השער הרחק לקצה השער, והשער והעלייה מתמצקים בקצה כדי להשיג את אפקט ההזנה. החלק בעל עובי הדופן העבה יותר מאמץ את השיטה של ​​הוספת קירור מים לתוספת. לשיטה זו יש השפעה טובה יותר בתהליך היציקה בפועל והיא יכולה למנוע נקבוביות התכווצות.

איור 7 (מערכת קירור)
1.5 מערכת פליטה
מכיוון שהחלל של מתכת יציקה בלחץ נמוך סגור, אין לו חדירות אוויר טובה כמו תבניות חול, והוא גם לא יוצא דרך עליות ביציקת כבידה כללית, הפליטה של ​​חלל היציקה בלחץ נמוך תשפיע על תהליך המילוי של נוזל. אלומיניום ואיכות היציקות. ניתן למצות את תבנית יציקת המות בלחץ נמוך דרך הרווחים, חריצי הפליטה ותקעי הפליטה במשטח הפרידה, מוט הדחיפה וכו'.
עיצוב גודל הפליטה במערכת הפליטה צריך להיות מועיל לאגזוז מבלי לעלות על גדותיו, מערכת פליטה סבירה יכולה למנוע יציקות מפגמים כגון מילוי לא מספיק, משטח רופף וחוזק נמוך. אזור המילוי הסופי של האלומיניום הנוזלי במהלך תהליך היציקה, כגון משענת הצד והמעלה של התבנית העליונה, צריך להיות מצויד בגז פליטה. לאור העובדה שאלומיניום נוזלי זורם בקלות לתוך הרווח של פקק הפליטה בתהליך בפועל של יציקת תבנית בלחץ נמוך, מה שמוביל למצב שבו פקק האוויר נשלף עם פתיחת התבנית, נוקטות שלוש שיטות לאחר מספר ניסיונות ושיפורים: שיטה 1 משתמשת בתקע אוויר מחושץ באבקת מתכות, כפי שמוצג באיור 8(א), החיסרון הוא שעלות הייצור גבוהה; שיטה 2 משתמשת בפקק פליטה מסוג תפר עם מרווח של 0.1 מ"מ, כפי שמוצג באיור 8(ב), החיסרון הוא שתפר הפליטה נחסם בקלות לאחר התזת צבע; שיטה 3 משתמשת בתקע פליטה חתוך חוט, הפער הוא 0.15~0.2 מ"מ, כפי שמוצג באיור 8(ג). החסרונות הם יעילות עיבוד נמוכה ועלות ייצור גבוהה. יש לבחור פקקי פליטה שונים בהתאם לאזור היציקה בפועל. בדרך כלל, פקקי האוורור המחוסטים והחתוכים בחוט משמשים לחלל היציקה, וסוג התפר משמש לראש ליבת החול.

איור 8 (3 סוגים של פקקי פליטה המתאימים ליציקה בלחץ נמוך)
1.6 מערכת חימום
היציקה גדולה בגודלה ודקה בעובי הדופן. בניתוח זרימת העובש, קצב הזרימה של האלומיניום הנוזלי בסוף המילוי אינו מספיק. הסיבה היא שהאלומיניום הנוזלי ארוך מדי לזרום, הטמפרטורה יורדת, והאלומיניום הנוזלי מתמצק מראש ומאבד את יכולת הזרימה שלו, מתרחשת סגירה קרה או מזיגה לא מספקת, העלייה של התבנית העליונה לא תוכל להשיג את השפעה של האכלה. בהתבסס על בעיות אלו, מבלי לשנות את עובי הדופן וצורת היציקה, להעלות את טמפרטורת האלומיניום הנוזלי ואת טמפרטורת התבנית, לשפר את נזילות האלומיניום הנוזלי ולפתור את בעיית סגירה קרה או יציקה לא מספקת. עם זאת, טמפרטורת יתר של אלומיניום נוזלי וטמפרטורת עובש יפיקו צמתים תרמיים חדשים או נקבוביות התכווצות, וכתוצאה מכך חרירים מישוריים מופרזים לאחר עיבוד היציקה. לכן, יש צורך לבחור טמפרטורת אלומיניום נוזלי מתאימה וטמפרטורת תבנית מתאימה. על פי הניסיון, טמפרטורת האלומיניום הנוזלי נשלטת על כ-720 ℃, וטמפרטורת התבנית נשלטת ב-320 ~ 350 ℃.
לאור הנפח הגדול, עובי הדופן הדק והגובה הנמוך של היציקה, מותקנת מערכת חימום בחלק העליון של התבנית. כפי שמוצג באיור 9, כיוון הלהבה פונה לתחתית ולצד התבנית כדי לחמם את המישור התחתון והצד של היציקה. על פי מצב המזיגה באתר, התאם את זמן החימום והלהבה, שלוט בטמפרטורה של חלק התבנית העליון ב-320 ~ 350 ℃, הבטח את נזילות האלומיניום הנוזלי בטווח סביר, וגרם לאלומיניום הנוזלי למלא את החלל ומעלה. בשימוש בפועל, מערכת החימום יכולה להבטיח ביעילות את נזילות האלומיניום הנוזלי.

איור 9 (מערכת חימום)
2. מבנה עובש ועקרון העבודה
על פי תהליך יציקת המות בלחץ נמוך, בשילוב עם מאפייני היציקה ומבנה הציוד, על מנת להבטיח שהיציקה שנוצרה תישאר בתבנית העליונה, המבנים מושכי הליבה הקדמיים, האחוריים, השמאלי והימני הם מעוצב על התבנית העליונה. לאחר יצירת היציקה והתמצקות, פותחים תחילה את התבניות העליונות והתחתונות, ולאחר מכן מושכים את הליבה ל-4 כיוונים, ולבסוף הצלחת העליונה של התבנית העליונה דוחפת החוצה את היציקה שנוצרה. מבנה התבנית מוצג באיור 10.

איור 10 (מבנה עובש)
עריכה מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminium