Pil, elektrikli aracın temel bileşenidir ve performansı, pil ömrü, enerji tüketimi ve elektrikli aracın hizmet ömrü gibi teknik göstergeleri belirler. Pil modülündeki pil tepsisi, taşıma, koruma ve soğutma işlevlerini yerine getiren ana bileşendir. Modüler pil takımı, Şekil 1'de gösterildiği gibi, pil tepsisi aracılığıyla aracın şasisine sabitlenen pil tepsisinde düzenlenmiştir. Araç gövdesinin altına monte edildiğinden ve çalışma ortamı zorlu olduğundan, pil tepsisinin pil modülünün hasar görmesini önlemek için taş çarpmasını ve delinmeyi önleme işlevine sahip olması gerekir. Pil tepsisi, elektrikli araçların önemli bir güvenlik yapısal parçasıdır. Aşağıda, elektrikli araçlar için alüminyum alaşımlı pil tepsilerinin şekillendirme süreci ve kalıp tasarımı tanıtılmaktadır.
Şekil 1 (Alüminyum alaşımlı pil tepsisi)
1 Proses analizi ve kalıp tasarımı
1.1 Döküm analizi
Elektrikli araçlar için alüminyum alaşımlı akü tepsisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Genel boyutlar 1106mm×1029mm×136mm'dir, temel duvar kalınlığı 4mm'dir, döküm kalitesi yaklaşık 15,5kg'dır ve işleme sonrası döküm kalitesi yaklaşık 12,5kg'dır. Malzeme A356-T6, çekme mukavemeti ≥ 290MPa, akma mukavemeti ≥ 225MPa, uzama ≥ %6, Brinell sertliği ≥ 75~90HBS'dir, hava sızdırmazlığı ve IP67 ve IP69K gereksinimlerini karşılaması gerekir.
Şekil 2 (Alüminyum alaşımlı pil tepsisi)
1.2 Proses analizi
Düşük basınçlı döküm, basınçlı döküm ile yerçekimi dökümü arasında özel bir döküm yöntemidir. Her ikisi için de metal kalıp kullanmanın avantajlarına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda kararlı doldurma özelliklerine de sahiptir. Düşük basınçlı döküm, alttan üste düşük hızlı doldurma, hızın kolay kontrol edilmesi, sıvı alüminyumun küçük darbe ve sıçraması, daha az oksit cürufu, yüksek doku yoğunluğu ve yüksek mekanik özellikler avantajlarına sahiptir. Düşük basınçlı dökümde, sıvı alüminyum düzgün bir şekilde doldurulur ve döküm basınç altında katılaşır ve kristalleşir ve yüksek yoğun yapıya, yüksek mekanik özelliklere ve güzel görünüme sahip döküm elde edilebilir, bu da büyük ince duvarlı dökümler oluşturmak için uygundur.
Dökümün gerektirdiği mekanik özelliklere göre döküm malzemesi A356 olup, T6 işleminden sonra müşterilerin ihtiyaçlarını karşılayabilir, ancak bu malzemenin döküm akışkanlığı genellikle büyük ve ince dökümler üretmek için kalıp sıcaklığının makul bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.
1.3 Dökme sistemi
Büyük ve ince dökümlerin özellikleri göz önünde bulundurulduğunda, birden fazla kapının tasarlanması gerekir. Aynı zamanda, sıvı alüminyumun düzgün bir şekilde doldurulmasını sağlamak için, pencereye son işlemle çıkarılması gereken doldurma kanalları eklenir. Döküm sisteminin iki işlem şeması erken aşamada tasarlandı ve her şema karşılaştırıldı. Şekil 3'te gösterildiği gibi, şema 1 9 kapı düzenler ve pencereye besleme kanalları ekler; şema 2, oluşturulacak dökümün yanından dökülen 6 kapı düzenler. CAE simülasyon analizi Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterilmiştir. Simülasyon sonuçlarını kalıp yapısını optimize etmek, kalıp tasarımının döküm kalitesi üzerindeki olumsuz etkisini önlemek, döküm kusurlarının olasılığını azaltmak ve dökümlerin geliştirme döngüsünü kısaltmak için kullanın.
Şekil 3 (Düşük basınç için iki işlem şemasının karşılaştırılması)
Şekil 4 (Doldurma sırasında sıcaklık alanı karşılaştırması)
Şekil 5 (Katılaşmadan sonra büzülme gözeneklilik kusurlarının karşılaştırılması)
Yukarıdaki iki şemanın simülasyon sonuçları, boşluktaki sıvı alüminyumun yaklaşık olarak paralel olarak yukarı doğru hareket ettiğini, bunun da sıvı alüminyumun bir bütün olarak paralel doldurulması teorisine uygun olduğunu ve dökümün simüle edilen büzülme gözeneklilik kısımlarının güçlendirme soğutması ve diğer yöntemlerle çözüldüğünü göstermektedir.
İki şemanın avantajları: Simüle edilmiş dolum sırasında sıvı alüminyumun sıcaklığından yola çıkarak, şema 1 ile oluşturulan dökümün distal ucunun sıcaklığı şema 2'nin sıcaklığından daha yüksek bir düzgünlüğe sahiptir ve bu da boşluğun doldurulmasına elverişlidir. Şema 2 ile oluşturulan döküm, şema 1'deki gibi kapı kalıntısına sahip değildir. Büzülme gözenekliliği şema 1'inkinden daha iyidir.
İki şemanın dezavantajları: Şema 1'de oluşturulacak döküm üzerine kapı düzenlendiği için, döküm üzerinde orijinal döküme kıyasla yaklaşık 0,7ka artacak bir kapı kalıntısı olacaktır. Şema 2 simüle edilen dolumda sıvı alüminyumun sıcaklığından, distal uçtaki sıvı alüminyumun sıcaklığı zaten düşüktür ve simülasyon kalıp sıcaklığının ideal durumu altındadır, bu nedenle sıvı alüminyumun akış kapasitesi gerçek durumda yetersiz olabilir ve döküm kalıplamada zorluk sorunu yaşanacaktır.
Çeşitli faktörlerin analiziyle birleştirildiğinde, şema 2 döküm sistemi olarak seçildi. Şema 2'nin eksiklikleri göz önünde bulundurularak, döküm sistemi ve ısıtma sistemi kalıp tasarımında optimize edildi. Şekil 6'da gösterildiği gibi, sıvı alüminyumun doldurulması için faydalı olan ve kalıplanmış dökümlerde kusurların oluşumunu azaltan veya önleyen taşma yükselticisi eklendi.
Şekil 6 (Optimize edilmiş döküm sistemi)
1.4 Soğutma sistemi
Dökümlerin gerilim taşıyan parçaları ve yüksek mekanik performans gereksinimleri olan alanları, büzülme gözenekliliğini veya termal çatlamayı önlemek için uygun şekilde soğutulmalı veya beslenmelidir. Dökümün temel duvar kalınlığı 4 mm'dir ve katılaşma, kalıbın kendi ısı dağılımından etkilenecektir. Önemli parçaları için, Şekil 7'de gösterildiği gibi bir soğutma sistemi kurulur. Doldurma tamamlandıktan sonra, soğutmak için su geçirin ve katılaşma dizisinin kapı ucundan kapı ucuna doğru oluşmasını sağlamak ve besleme etkisini elde etmek için kapı ve yükselticinin sonunda katılaştırılmasını sağlamak için döküm yerinde belirli soğutma süresi ayarlanmalıdır. Daha kalın duvar kalınlığına sahip parça, ek parçaya su soğutma ekleme yöntemini benimser. Bu yöntem, gerçek döküm sürecinde daha iyi bir etkiye sahiptir ve büzülme gözenekliliğini önleyebilir.
Şekil 7 (Soğutma sistemi)
1.5 Egzoz sistemi
Düşük basınçlı döküm metalinin boşluğu kapalı olduğundan, kum kalıpları gibi iyi bir hava geçirgenliğine sahip değildir ve genel yerçekimi dökümünde yükselticilerden dışarı atılmaz, düşük basınçlı döküm boşluğunun egzozu sıvı alüminyumun doldurulma sürecini ve dökümlerin kalitesini etkileyecektir. Düşük basınçlı döküm kalıbı, ayırma yüzeyindeki boşluklardan, egzoz kanallarından ve egzoz tapalarından, itme çubuğundan vb. dışarı atılabilir.
Egzoz sistemindeki egzoz boyut tasarımı taşma olmadan egzoza elverişli olmalıdır, makul bir egzoz sistemi dökümlerde yetersiz doldurma, gevşek yüzey ve düşük mukavemet gibi kusurları önleyebilir. Döküm işlemi sırasında sıvı alüminyumun son doldurma alanı, örneğin yan dayanak ve üst kalıbın yükselticisi, egzoz gazı ile donatılmalıdır. Düşük basınçlı kalıp dökümünün gerçek işleminde sıvı alüminyumun egzoz tapasının boşluğuna kolayca akması ve kalıp açıldığında hava tapasının çekilmesi durumuna yol açması göz önüne alındığında, birkaç deneme ve iyileştirmeden sonra üç yöntem benimsenmiştir: Yöntem 1, Şekil 8(a)'da gösterildiği gibi toz metalurjisi sinterlenmiş hava tapası kullanır, dezavantajı üretim maliyetinin yüksek olmasıdır; Yöntem 2, Şekil 8(b)'de gösterildiği gibi 0,1 mm boşluklu dikiş tipi bir egzoz tapası kullanır, dezavantajı egzoz dikişinin boya püskürtüldükten sonra kolayca tıkanmasıdır; Yöntem 3, Şekil 8(c)'de gösterildiği gibi, tel kesilmiş egzoz tapası kullanır, boşluk 0,15~0,2 mm'dir. Dezavantajları düşük işleme verimliliği ve yüksek üretim maliyetidir. Dökümün gerçek alanına göre farklı egzoz tapaları seçilmelidir. Genellikle, sinterlenmiş ve tel kesilmiş havalandırma tapaları döküm boşluğu için kullanılır ve dikiş tipi kum çekirdek kafası için kullanılır.
Şekil 8 (Düşük basınçlı döküm için uygun 3 tip egzoz tapası)
1.6 Isıtma sistemi
Döküm büyük boyutlu ve duvar kalınlığı incedir. Kalıp akış analizinde, dolum sonunda sıvı alüminyumun akış hızı yetersizdir. Bunun nedeni, sıvı alüminyumun akmak için çok uzun olması, sıcaklığın düşmesi ve sıvı alüminyumun önceden katılaşması ve akış kabiliyetini kaybetmesi, soğuk kapatma veya yetersiz döküm meydana gelmesi, üst kalıbın yükselticisinin besleme etkisini elde edememesidir. Bu sorunlara dayanarak, dökümün duvar kalınlığını ve şeklini değiştirmeden, sıvı alüminyumun sıcaklığını ve kalıp sıcaklığını artırın, sıvı alüminyumun akışkanlığını iyileştirin ve soğuk kapatma veya yetersiz döküm sorununu çözün. Ancak, aşırı sıvı alüminyum sıcaklığı ve kalıp sıcaklığı, döküm işleminden sonra aşırı düz iğne delikleriyle sonuçlanan yeni termal bağlantılar veya büzülme gözenekliliği üretecektir. Bu nedenle, uygun bir sıvı alüminyum sıcaklığı ve uygun bir kalıp sıcaklığı seçmek gerekir. Deneyime göre, sıvı alüminyumun sıcaklığı yaklaşık 720℃'de ve kalıp sıcaklığı 320 ~ 350℃'de kontrol edilir.
Dökümün büyük hacmi, ince duvar kalınlığı ve düşük yüksekliği göz önüne alındığında, kalıbın üst kısmına bir ısıtma sistemi monte edilmiştir. Şekil 9'da gösterildiği gibi, alev yönü kalıbın alt ve yan tarafına bakar ve dökümün alt düzlemini ve yan tarafını ısıtır. Yerinde döküm durumuna göre, ısıtma süresini ve alevi ayarlayın, üst kalıp parçasının sıcaklığını 320 ~ 350 ℃'de kontrol edin, sıvı alüminyumun akışkanlığının makul bir aralıkta olmasını sağlayın ve sıvı alüminyumun boşluğu ve yükselticiyi doldurmasını sağlayın. Gerçek kullanımda, ısıtma sistemi sıvı alüminyumun akışkanlığını etkili bir şekilde sağlayabilir.
Şekil 9 (Isıtma sistemi)
2. Kalıp yapısı ve çalışma prensibi
Düşük basınçlı döküm prosesine göre, dökümün özellikleri ve ekipmanın yapısı birleştirilerek, oluşan dökümün üst kalıpta kalmasını sağlamak için üst kalıp üzerinde ön, arka, sol ve sağ çekirdek çekme yapıları tasarlanır. Döküm oluşturulup katılaştıktan sonra önce üst ve alt kalıplar açılır ve ardından çekirdek 4 yönde çekilir ve son olarak üst kalıbın üst plakası oluşan dökümü dışarı iter. Kalıp yapısı Şekil 10'da gösterilmiştir.
Şekil 10 (Kalıp yapısı)
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Yayınlanma zamanı: 11-Mayıs-2023
