باتری جزء اصلی یک وسیله نقلیه الکتریکی است و عملکرد آن شاخص‌های فنی مانند عمر باتری، مصرف انرژی و طول عمر وسیله نقلیه الکتریکی را تعیین می‌کند. سینی باتری در ماژول باتری جزء اصلی است که وظایف حمل، محافظت و خنک‌سازی را انجام می‌دهد. بسته باتری ماژولار در سینی باتری قرار گرفته و از طریق سینی باتری، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، روی شاسی خودرو ثابت شده است. از آنجایی که در پایین بدنه خودرو نصب شده است و محیط کار خشن است، سینی باتری باید عملکرد جلوگیری از برخورد سنگ و سوراخ شدن را داشته باشد تا از آسیب دیدن ماژول باتری جلوگیری شود. سینی باتری یک بخش ساختاری ایمنی مهم در وسایل نقلیه الکتریکی است. در ادامه فرآیند شکل‌دهی و طراحی قالب سینی‌های باتری آلیاژ آلومینیوم برای وسایل نقلیه الکتریکی معرفی می‌شود.
شکل ۱ (سینی باتری از جنس آلیاژ آلومینیوم)
۱- تحلیل فرآیند و طراحی قالب
۱.۱ تحلیل ریخته‌گری
سینی باتری آلیاژ آلومینیوم برای وسایل نقلیه الکتریکی در شکل 2 نشان داده شده است. ابعاد کلی 1106 میلی‌متر × 1029 میلی‌متر × 136 میلی‌متر، ضخامت دیواره پایه 4 میلی‌متر، کیفیت ریخته‌گری حدود 15.5 کیلوگرم و کیفیت ریخته‌گری پس از پردازش حدود 12.5 کیلوگرم است. جنس آن A356-T6، استحکام کششی ≥ 290MPa، استحکام تسلیم ≥ 225MPa، ازدیاد طول ≥ 6٪، سختی برینل ≥ 75~90HBS است و باید الزامات هوابندی و IP67 و IP69K را برآورده کند.
شکل ۲ (سینی باتری از جنس آلیاژ آلومینیوم)
۱.۲ تحلیل فرآیند
ریخته‌گری تحت فشار کم، یک روش ریخته‌گری ویژه بین ریخته‌گری تحت فشار و ریخته‌گری ثقلی است. این روش نه تنها مزایای استفاده از قالب‌های فلزی برای هر دو را دارد، بلکه ویژگی‌های پر شدن پایدار را نیز داراست. ریخته‌گری تحت فشار کم، مزایای پر شدن با سرعت کم از پایین به بالا، کنترل آسان سرعت، ضربه و پاشش کم آلومینیوم مایع، سرباره اکسید کمتر، چگالی بافت بالا و خواص مکانیکی بالا را دارد. در ریخته‌گری تحت فشار کم، آلومینیوم مایع به آرامی پر می‌شود و قطعه ریخته‌گری تحت فشار جامد و متبلور می‌شود و می‌توان قطعه ریخته‌گری با ساختار متراکم بالا، خواص مکانیکی بالا و ظاهر زیبا به دست آورد که برای تشکیل قطعات ریخته‌گری بزرگ با دیواره نازک مناسب است.
با توجه به خواص مکانیکی مورد نیاز ریخته‌گری، ماده ریخته‌گری A356 است که می‌تواند نیازهای مشتریان را پس از عملیات حرارتی T6 برآورده کند، اما سیالیت ریختن این ماده به طور کلی نیاز به کنترل معقول دمای قالب برای تولید ریخته‌گری‌های بزرگ و نازک دارد.
۱.۳ سیستم ریختن
با توجه به ویژگی‌های قطعات ریخته‌گری بزرگ و نازک، باید چندین دریچه طراحی شود. در عین حال، برای اطمینان از پر شدن روان آلومینیوم مایع، کانال‌های پر کننده در پنجره اضافه می‌شوند که باید با پردازش پس از تولید حذف شوند. دو طرح فرآیند سیستم ریخته‌گری در مرحله اولیه طراحی و هر طرح با هم مقایسه شدند. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، طرح 1، 9 دریچه را مرتب کرده و کانال‌های تغذیه را در پنجره اضافه می‌کند؛ طرح 2، 6 دریچه را مرتب می‌کند که از کنار قطعه ریخته‌گری شده برای شکل‌دهی، ریخته می‌شوند. تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی CAE در شکل‌های 4 و 5 نشان داده شده است. از نتایج شبیه‌سازی برای بهینه‌سازی ساختار قالب استفاده کنید، سعی کنید از تأثیر نامطلوب طراحی قالب بر کیفیت قطعات ریخته‌گری جلوگیری کنید، احتمال نقص ریخته‌گری را کاهش دهید و چرخه توسعه قطعات ریخته‌گری را کوتاه کنید.
شکل ۳ (مقایسه دو طرح فرآیند برای فشار پایین)
شکل ۴ (مقایسه میدان دما در طول پر شدن)
شکل 5 (مقایسه عیوب تخلخل ناشی از انقباض پس از انجماد)
نتایج شبیه‌سازی دو طرح فوق نشان می‌دهد که آلومینیوم مایع در حفره تقریباً به صورت موازی به سمت بالا حرکت می‌کند، که با تئوری پر شدن موازی آلومینیوم مایع به طور کلی مطابقت دارد و بخش‌های تخلخل انقباضی شبیه‌سازی شده ریخته‌گری با تقویت خنک‌کننده و سایر روش‌ها حل می‌شوند.
مزایای دو طرح: با توجه به دمای آلومینیوم مایع در طول پر شدن شبیه‌سازی شده، دمای انتهای دیستال قطعه ریختگی تشکیل شده با طرح ۱ یکنواختی بالاتری نسبت به طرح ۲ دارد که برای پر شدن حفره مفید است. قطعه ریختگی تشکیل شده با طرح ۲ مانند طرح ۱، پسماند گیت را ندارد. تخلخل انقباضی بهتر از طرح ۱ است.
معایب دو طرح: از آنجا که در طرح ۱، گیت روی قطعه ریخته‌گری که قرار است شکل بگیرد، قرار گرفته است، یک پسماند گیت روی قطعه ریخته‌گری وجود خواهد داشت که در مقایسه با قطعه ریخته‌گری اصلی حدود ۰.۷ کیلوکالری افزایش می‌یابد. از دمای آلومینیوم مایع در پر کردن شبیه‌سازی شده در طرح ۲، دمای آلومینیوم مایع در انتهای دیستال از قبل پایین است و شبیه‌سازی در حالت ایده‌آل دمای قالب قرار دارد، بنابراین ظرفیت جریان آلومینیوم مایع ممکن است در حالت واقعی کافی نباشد و مشکل دشواری در قالب‌گیری ریخته‌گری وجود خواهد داشت.
با توجه به تحلیل عوامل مختلف، طرح ۲ به عنوان سیستم ریخته‌گری انتخاب شد. با توجه به کاستی‌های طرح ۲، سیستم ریخته‌گری و سیستم گرمایش در طراحی قالب بهینه شده‌اند. همانطور که در شکل ۶ نشان داده شده است، رایزر سرریز اضافه شده است که برای پر کردن آلومینیوم مایع مفید است و بروز عیوب در قطعات ریخته‌گری شده را کاهش می‌دهد یا از آن جلوگیری می‌کند.
شکل 6 (سیستم ریختن بهینه شده)
۱.۴ سیستم خنک‌کننده
قطعات و نواحی تحت تنش ریخته‌گری که نیاز به عملکرد مکانیکی بالایی دارند، باید به درستی خنک یا تغذیه شوند تا از تخلخل ناشی از انقباض یا ترک خوردگی حرارتی جلوگیری شود. ضخامت دیواره اولیه ریخته‌گری 4 میلی‌متر است و انجماد تحت تأثیر اتلاف حرارت خود قالب قرار می‌گیرد. برای قطعات مهم آن، یک سیستم خنک‌کننده راه‌اندازی شده است، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. پس از اتمام پر شدن، آب را برای خنک شدن عبور دهید و زمان خنک‌سازی خاص باید در محل ریختن تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که توالی انجماد از انتهای دروازه تا انتهای دروازه تشکیل می‌شود و دروازه و رایزر در انتها برای دستیابی به اثر تغذیه جامد می‌شوند. قطعه‌ای که ضخامت دیواره ضخیم‌تری دارد، روش افزودن خنک‌کننده آب به قطعه را اتخاذ می‌کند. این روش در فرآیند ریخته‌گری واقعی تأثیر بهتری دارد و می‌تواند از تخلخل ناشی از انقباض جلوگیری کند.
شکل ۷ (سیستم خنک‌کننده)
۱.۵ سیستم اگزوز
از آنجایی که حفره فلز ریخته‌گری تحت فشار کم بسته است، مانند قالب‌های ماسه‌ای نفوذپذیری هوای خوبی ندارد و همچنین در ریخته‌گری ثقلی معمولی از طریق بالابرها تخلیه نمی‌شود، تخلیه حفره ریخته‌گری تحت فشار کم بر فرآیند پر شدن آلومینیوم مایع و کیفیت ریخته‌گری تأثیر می‌گذارد. قالب ریخته‌گری تحت فشار کم می‌تواند از طریق شکاف‌ها، شیارهای تخلیه و درپوش‌های تخلیه در سطح جدایش، میله فشار و غیره تخلیه شود.
طراحی اندازه اگزوز در سیستم اگزوز باید به گونه‌ای باشد که بدون سرریز شدن، اگزوز را تخلیه کند. یک سیستم اگزوز معقول می‌تواند از نقص‌هایی مانند پر شدن ناکافی، سطح شل و استحکام پایین در ریخته‌گری جلوگیری کند. ناحیه پر شدن نهایی آلومینیوم مایع در طول فرآیند ریخته‌گری، مانند تکیه‌گاه جانبی و بالابر قالب بالایی، باید به گاز اگزوز مجهز شود. با توجه به اینکه آلومینیوم مایع در فرآیند واقعی ریخته‌گری تحت فشار کم به راحتی به داخل شکاف درپوش اگزوز جریان می‌یابد و منجر به وضعیتی می‌شود که در هنگام باز شدن قالب، درپوش هوا بیرون کشیده می‌شود، پس از چندین تلاش و بهبود، سه روش اتخاذ شده است: روش 1 از درپوش هوای متخلخل متالورژی پودر استفاده می‌کند، همانطور که در شکل 8 (الف) نشان داده شده است، عیب آن هزینه بالای تولید است. روش 2 از درپوش اگزوز از نوع درزدار با شکاف 0.1 میلی‌متر استفاده می‌کند، همانطور که در شکل 8 (ب) نشان داده شده است، عیب آن این است که درز اگزوز پس از پاشش رنگ به راحتی مسدود می‌شود. روش 3 از درپوش اگزوز سیمی استفاده می‌کند، شکاف 0.15 تا 0.2 میلی‌متر است، همانطور که در شکل 8 (ج) نشان داده شده است. معایب آن راندمان پایین پردازش و هزینه بالای تولید است. باید بر اساس مساحت واقعی ریخته‌گری، درپوش‌های خروجی متفاوتی انتخاب شوند. عموماً درپوش‌های تهویه متخلخل و سیمی برای حفره ریخته‌گری و نوع درزدار برای سر هسته ماسه‌ای استفاده می‌شوند.
شکل 8 (3 نوع درپوش اگزوز مناسب برای ریخته‌گری تحت فشار کم)
۱.۶ سیستم گرمایش
قطعه ریخته‌گری شده از نظر اندازه بزرگ و از نظر ضخامت دیواره نازک است. در تحلیل جریان قالب، سرعت جریان آلومینیوم مایع در انتهای پر شدن کافی نیست. دلیل آن این است که آلومینیوم مایع برای جریان یافتن خیلی طولانی است، دما کاهش می‌یابد و آلومینیوم مایع از قبل جامد می‌شود و قابلیت جریان خود را از دست می‌دهد، بسته شدن سرد یا ریختن ناکافی رخ می‌دهد، و بالا برنده قالب بالایی قادر به دستیابی به اثر تغذیه نخواهد بود. بر اساس این مشکلات، بدون تغییر ضخامت دیواره و شکل قطعه ریخته‌گری، دمای آلومینیوم مایع و دمای قالب را افزایش دهید، سیالیت آلومینیوم مایع را بهبود بخشید و مشکل بسته شدن سرد یا ریختن ناکافی را حل کنید. با این حال، دمای بیش از حد آلومینیوم مایع و دمای قالب باعث ایجاد اتصالات حرارتی جدید یا تخلخل انقباضی می‌شود که منجر به ایجاد سوراخ‌های ریز بیش از حد در صفحه پس از پردازش ریخته‌گری می‌شود. بنابراین، لازم است دمای آلومینیوم مایع و دمای قالب مناسب انتخاب شود. طبق تجربه، دمای آلومینیوم مایع در حدود 720 درجه سانتیگراد و دمای قالب در 320 تا 350 درجه سانتیگراد کنترل می‌شود.
با توجه به حجم زیاد، ضخامت دیواره نازک و ارتفاع کم قطعه ریخته‌گری، یک سیستم گرمایشی در قسمت بالای قالب نصب شده است. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، جهت شعله به سمت پایین و کنار قالب است تا صفحه زیرین و کنار قطعه ریخته‌گری را گرم کند. با توجه به شرایط ریخته‌گری در محل، زمان گرمایش و شعله را تنظیم کنید، دمای قسمت بالای قالب را در 320 تا 350 درجه سانتیگراد کنترل کنید، از سیالیت آلومینیوم مایع در محدوده معقول اطمینان حاصل کنید و آلومینیوم مایع را به پر کردن حفره و بالا برنده قالب وادارید. در استفاده واقعی، سیستم گرمایشی می‌تواند به طور موثر سیالیت آلومینیوم مایع را تضمین کند.
شکل ۹ (سیستم گرمایش)
2. ساختار قالب و اصل کار
طبق فرآیند ریخته‌گری تحت فشار کم، همراه با ویژگی‌های ریخته‌گری و ساختار تجهیزات، به منظور اطمینان از اینکه قطعه ریخته‌گری شده در قالب بالایی باقی می‌ماند، سازه‌های کشش هسته جلو، عقب، چپ و راست روی قالب بالایی طراحی شده‌اند. پس از شکل‌گیری و انجماد قطعه ریخته‌گری، ابتدا قالب‌های بالایی و پایینی باز می‌شوند و سپس هسته در ۴ جهت کشیده می‌شود و در نهایت صفحه بالایی قالب بالایی، قطعه ریخته‌گری شده را به بیرون هل می‌دهد. ساختار قالب در شکل ۱۰ نشان داده شده است.
شکل 10 (ساختار قالب)
ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum
زمان ارسال: ۱۱ مه ۲۰۲۳
