طراحی قالب ریخته گری فشار پایین برای سینی باتری آلیاژ آلومینیوم خودروی الکتریکی

باتری جزء اصلی یک وسیله نقلیه الکتریکی است و عملکرد آن شاخص های فنی مانند عمر باتری، مصرف انرژی و عمر مفید خودروی الکتریکی را تعیین می کند. سینی باتری در ماژول باتری جزء اصلی است که عملکردهای حمل، محافظت و خنک کننده را انجام می دهد. بسته باتری مدولار در سینی باتری چیده شده است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، از طریق سینی باتری روی شاسی خودرو ثابت شده است. از آنجایی که در پایین بدنه خودرو نصب شده است و محیط کار سخت است، سینی باتری باید عملکرد جلوگیری از ضربه و سوراخ شدن سنگ را داشته باشد تا از آسیب دیدن ماژول باتری جلوگیری کند. سینی باتری یک بخش ساختاری ایمنی مهم وسایل نقلیه الکتریکی است. در ادامه فرآیند شکل‌دهی و طراحی قالب سینی‌های باتری آلیاژ آلومینیوم برای خودروهای الکتریکی معرفی می‌شود.

شکل 1 (سینی باتری آلیاژ آلومینیوم)
1 تجزیه و تحلیل فرآیند و طراحی قالب
1.1 تجزیه و تحلیل ریخته گری
سینی باتری آلیاژ آلومینیوم برای وسایل نقلیه الکتریکی در شکل 2 نشان داده شده است. ابعاد کلی 1106mm×1029mm×136mm، ضخامت دیواره اصلی 4mm، کیفیت ریخته گری حدود 15.5 کیلوگرم، و کیفیت ریخته گری پس از پردازش حدود 12.5 کیلوگرم است. این ماده A356-T6، استحکام کششی ≥ 290MPa، استحکام تسلیم ≥ 225MPa، ازدیاد طول ≥ 6٪، سختی برینل ≥ 75~90HBS، نیاز به سفتی هوا و الزامات IP67&IP69K دارد.

شکل 2 (سینی باتری آلیاژ آلومینیوم)
1.2 تجزیه و تحلیل فرآیند
ریخته گری فشار پایین یک روش ریخته گری ویژه بین ریخته گری تحت فشار و ریخته گری ثقلی است. این نه تنها مزایای استفاده از قالب های فلزی برای هر دو را دارد، بلکه دارای ویژگی های پر شدن پایدار است. ریخته گری فشار کم دارای مزایای پر کردن با سرعت پایین از پایین به بالا، کنترل آسان سرعت، ضربه و پاشش کم آلومینیوم مایع، سرباره اکسید کمتر، چگالی بافت بالا و خواص مکانیکی بالا است. در قالب ریخته گری فشار کم، آلومینیوم مایع به آرامی پر می شود و ریخته گری تحت فشار جامد و متبلور می شود و می توان ریخته گری با ساختار متراکم بالا، خواص مکانیکی بالا و ظاهر زیبا را به دست آورد که برای تشکیل قطعات ریخته گری دیواره نازک بزرگ مناسب است. .
با توجه به خواص مکانیکی مورد نیاز ریخته‌گری، مواد ریخته‌گری A356 است که می‌تواند نیاز مشتریان را پس از عملیات T6 برآورده کند، اما سیالیت ریختن این ماده به طور کلی نیاز به کنترل معقول دمای قالب برای تولید ریخته‌گری‌های بزرگ و نازک دارد.
1.3 سیستم ریختن
با توجه به ویژگی های ریخته گری های بزرگ و نازک، باید دروازه های متعددی طراحی شود. در عین حال، برای اطمینان از پر شدن صاف آلومینیوم مایع، کانال‌های پرکننده در پنجره اضافه می‌شوند که باید با پردازش پس از آن حذف شوند. دو طرح فرآیندی سیستم ریختن در مرحله اولیه طراحی شد و هر طرح با هم مقایسه شد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، طرح 1 9 دروازه را ترتیب می دهد و کانال های تغذیه را در پنجره اضافه می کند. طرح 2 6 دروازه را ترتیب می دهد که از سمت ریخته گری ریخته می شود تا تشکیل شود. تجزیه و تحلیل شبیه سازی CAE در شکل 4 و شکل 5 نشان داده شده است. از نتایج شبیه سازی برای بهینه سازی ساختار قالب استفاده کنید، سعی کنید از تاثیر نامطلوب طراحی قالب بر کیفیت ریخته گری ها جلوگیری کنید، احتمال عیوب ریخته گری را کاهش دهید و چرخه توسعه را کوتاه کنید. از ریخته گری

شکل 3 (مقایسه دو طرح فرآیند برای فشار کم

شکل 4 (مقایسه میدان دما در حین پر کردن)

شکل 5 (مقایسه عیوب تخلخل انقباض پس از انجماد)
نتایج شبیه سازی دو طرح فوق نشان می دهد که آلومینیوم مایع در حفره تقریباً به صورت موازی به سمت بالا حرکت می کند که با تئوری پر شدن موازی آلومینیوم مایع به عنوان یک کل مطابقت دارد و قطعات تخلخل انقباض شبیه سازی شده ریخته گری عبارتند از. با تقویت سرمایش و روش های دیگر حل می شود.
مزایای دو طرح: با قضاوت از دمای آلومینیوم مایع در حین پر کردن شبیه‌سازی شده، دمای انتهای انتهایی ریخته‌گری تشکیل‌شده توسط طرح 1 یکنواختی بالاتری نسبت به طرح 2 دارد که منجر به پر شدن حفره می‌شود. . ریخته گری تشکیل شده توسط طرح 2 مانند طرح 1 باقیمانده دروازه را ندارد. تخلخل انقباض بهتر از طرح 1 است.
معایب این دو طرح: از آنجایی که گیت بر روی قالب ریخته گری چیده شده است تا در طرح 1 شکل بگیرد، باقیمانده دروازه روی ریخته گری وجود خواهد داشت که در مقایسه با ریخته گری اولیه حدود 0.7ka افزایش می یابد. از دمای آلومینیوم مایع در پر کردن شبیه‌سازی شده طرح 2، دمای آلومینیوم مایع در انتهای دیستال پایین است و شبیه‌سازی در حالت ایده‌آل دمای قالب است، بنابراین ظرفیت جریان آلومینیوم مایع ممکن است در وضعیت واقعی، و مشکل در قالب ریخته گری وجود خواهد داشت.
همراه با تجزیه و تحلیل عوامل مختلف، طرح 2 به عنوان سیستم ریختن انتخاب شد. با توجه به کاستی های طرح 2، سیستم ریختن و سیستم گرمایش در طراحی قالب بهینه شده است. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، رایزر سرریز اضافه شده است که برای پر کردن آلومینیوم مایع مفید است و از بروز نقص در ریخته گری های قالب گیری شده جلوگیری می کند یا جلوگیری می کند.

شکل 6 (سیستم ریختن بهینه)
1.4 سیستم خنک کننده
قطعات متحمل تنش و نواحی با الزامات عملکرد مکانیکی بالا در قطعات ریخته گری باید به طور مناسب خنک یا تغذیه شوند تا از تخلخل انقباض یا ترک حرارتی جلوگیری شود. ضخامت دیواره اصلی قالب 4 میلی متر است و انجماد تحت تأثیر اتلاف گرمای خود قالب قرار می گیرد. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، برای قسمت های مهم آن، یک سیستم خنک کننده راه اندازی شده است. پس از اتمام پر کردن، آب را رد کنید تا خنک شود و زمان خنک سازی خاص باید در محل ریختن تنظیم شود تا مطمئن شوید که دنباله انجماد است. از انتهای دروازه تا انتهای دروازه تشکیل می شود و دروازه و رایزر در انتها برای رسیدن به اثر تغذیه جامد می شوند. بخشی با ضخامت دیواره ضخیم‌تر از روش افزودن خنک‌کننده آب به درج استفاده می‌کند. این روش تاثیر بهتری در فرآیند ریخته گری واقعی دارد و می تواند از تخلخل انقباض جلوگیری کند.

شکل 7 (سیستم خنک کننده)
1.5 سیستم اگزوز
از آنجایی که حفره فلز ریخته‌گری فشار کم بسته است، مانند قالب‌های شنی از نفوذپذیری هوای خوبی برخوردار نیست، و همچنین از طریق رایزرها در ریخته‌گری گرانشی عمومی خارج نمی‌شود، اگزوز حفره ریخته‌گری فشار کم بر فرآیند پر شدن مایع تأثیر می‌گذارد. آلومینیوم و کیفیت ریخته گری. قالب ریخته گری فشار کم را می توان از طریق شکاف ها، شیارهای اگزوز و شاخه های اگزوز در سطح جداکننده، میله فشار و غیره تخلیه کرد.
طراحی اندازه اگزوز در سیستم اگزوز باید برای خروجی اگزوز بدون سرریز مناسب باشد، یک سیستم اگزوز معقول می تواند از عیوب ریخته گری مانند پر نشدن کافی، سطح شل و استحکام کم جلوگیری کند. محل پر کردن نهایی آلومینیوم مایع در طول فرآیند ریختن، مانند قسمت کناری و بالابر قالب فوقانی، باید به گاز اگزوز مجهز شود. با توجه به این واقعیت که در فرآیند واقعی ریخته گری فشار کم، آلومینیوم مایع به راحتی به شکاف دوشاخه اگزوز جریان می یابد، که منجر به این می شود که هنگام باز کردن قالب، دوشاخه هوا بیرون کشیده شود، سه روش پس از آن اتخاذ می شود. چندین تلاش و بهبود: روش 1 از پلاگ هوا متالورژی پودر استفاده می کند، همانطور که در شکل 8 (الف) نشان داده شده است، نقطه ضعف آن این است که هزینه ساخت بالا؛ روش 2 از یک پلاگ اگزوز نوع درز با شکاف 0.1 میلی متر استفاده می کند، همانطور که در شکل 8 (ب) نشان داده شده است، نقطه ضعف آن این است که درز اگزوز به راحتی پس از پاشش رنگ مسدود می شود. روش 3 از دوشاخه اگزوز سیمی استفاده می کند، شکاف 0.15 تا 0.2 میلی متر است، همانطور که در شکل 8 (c) نشان داده شده است. معایب راندمان پردازش پایین و هزینه ساخت بالا است. شمع های اگزوز مختلف باید با توجه به منطقه واقعی ریخته گری انتخاب شوند. عموماً برای حفره ریخته‌گری از شمع‌های هواکش متخلخل و سیم‌برش و برای سر هسته ماسه‌ای از نوع درز استفاده می‌شود.

شکل 8 (3 نوع دوشاخه مناسب برای ریخته گری فشار پایین)
1.6 سیستم گرمایشی
ریخته گری از نظر اندازه بزرگ و ضخامت دیواره نازک است. در تجزیه و تحلیل جریان قالب، سرعت جریان آلومینیوم مایع در انتهای پر کردن کافی نیست. دلیل آن این است که آلومینیوم مایع برای جریان بیش از حد طولانی است، دما کاهش می یابد و آلومینیوم مایع از قبل جامد می شود و توانایی جریان خود را از دست می دهد، بسته شدن سرد یا ریختن ناکافی رخ می دهد، بالابر قالب بالایی قادر به دستیابی به آن نخواهد بود. اثر تغذیه بر اساس این مشکلات، بدون تغییر ضخامت دیواره و شکل ریخته‌گری، دمای آلومینیوم مایع و دمای قالب را افزایش داده، سیالیت آلومینیوم مایع را بهبود می‌بخشد و مشکل بسته شدن سرد یا ریختن ناکافی را حل می‌کند. با این حال، دمای بیش از حد آلومینیوم مایع و دمای قالب، اتصالات حرارتی جدید یا تخلخل انقباضی ایجاد می‌کند که منجر به سوراخ‌های بیش از حد صفحه پس از پردازش ریخته‌گری می‌شود. بنابراین لازم است دمای آلومینیوم مایع مناسب و دمای قالب مناسب انتخاب شود. طبق تجربه، دمای آلومینیوم مایع در حدود 720 درجه سانتیگراد و دمای قالب در 320 ~ 350 درجه سانتیگراد کنترل می شود.
با توجه به حجم زیاد، ضخامت دیواره نازک و ارتفاع کم ریخته گری، سیستم گرمایشی در قسمت بالایی قالب تعبیه شده است. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، جهت شعله به سمت پایین و سمت قالب است تا سطح پایین و سمت قالب ریخته گری گرم شود. با توجه به وضعیت ریختن در محل، زمان گرمایش و شعله را تنظیم کنید، دمای قسمت بالایی قالب را در 320 ~ 350 ℃ کنترل کنید، از سیال بودن آلومینیوم مایع در محدوده معقول اطمینان حاصل کنید و آلومینیوم مایع را پر کند حفره را پر کند. و بلند شونده در استفاده واقعی، سیستم گرمایش می تواند به طور موثری از سیال بودن آلومینیوم مایع اطمینان حاصل کند.

شکل 9 (سیستم گرمایش)
2. ساختار قالب و اصل کار
با توجه به فرآیند ریخته گری فشار کم، همراه با ویژگی های ریخته گری و ساختار تجهیزات، به منظور اطمینان از اینکه ریخته گری تشکیل شده در قالب بالایی باقی می ماند، ساختارهای کشش هسته جلو، عقب، چپ و راست هستند. بر روی قالب بالایی طراحی شده است. بعد از اینکه قالب ریخته گری شکل گرفت و جامد شد، ابتدا قالب های بالایی و پایینی باز می شوند و سپس هسته را در 4 جهت می کشیم و در نهایت صفحه رویی قالب فوقانی، ریخته گری شکل گرفته را بیرون می راند. ساختار قالب در شکل 10 نشان داده شده است.

شکل 10 (ساختار قالب)
ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT آلومینیوم