Mit dem zunehmenden Umweltschutzbewusstsein und der weltweiten Entwicklung und Förderung erneuerbarer Energien ist die Förderung und Nutzung von Elektrofahrzeugen unmittelbar bevorstehend. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Leichtbauweise von Automobilmaterialien, die sichere Anwendung von Aluminiumlegierungen sowie deren Oberflächenqualität, Größe und mechanischen Eigenschaften immer weiter an. Am Beispiel eines Elektrofahrzeugs mit einem Fahrzeuggewicht von 1,6 t beträgt das Gewicht der Aluminiumlegierung etwa 450 kg, was etwa 30 % entspricht. Oberflächenfehler, die im Extrusionsprozess auftreten, insbesondere die Grobkörnigkeit an den Innen- und Außenflächen, beeinträchtigen den Produktionsfortschritt von Aluminiumprofilen erheblich und werden zu einem Engpass bei der Anwendungsentwicklung.
Für extrudierte Profile sind die Konstruktion und Herstellung von Extrusionswerkzeugen von größter Bedeutung. Daher ist die Forschung und Entwicklung von Werkzeugen für EV-Aluminiumprofile unerlässlich. Die Entwicklung wissenschaftlich fundierter und sinnvoller Werkzeuglösungen kann die qualifizierte Rate und Extrusionsproduktivität von EV-Aluminiumprofilen weiter verbessern, um der Marktnachfrage gerecht zu werden.
1 Produktnormen
(1) Die Materialien, die Oberflächenbehandlung und der Korrosionsschutz von Teilen und Komponenten müssen den einschlägigen Bestimmungen der ETS-01-007 „Technische Anforderungen an Profilteile aus Aluminiumlegierungen“ und der ETS-01-006 „Technische Anforderungen an die Oberflächenbehandlung durch anodische Oxidation“ entsprechen.
(2) Oberflächenbehandlung: Anodische Oxidation, die Oberfläche darf keine groben Körnungen aufweisen.
(3) Die Oberfläche der Teile darf keine Defekte wie Risse und Falten aufweisen. Die Teile dürfen nach der Oxidation nicht verunreinigt sein.
(4) Die verbotenen Substanzen des Produkts erfüllen die Anforderungen von Q/JL J160001-2017 „Anforderungen an verbotene und eingeschränkt zulässige Substanzen in Autoteilen und -materialien“.
(5) Mechanische Leistungsanforderungen: Zugfestigkeit ≥ 210 MPa, Streckgrenze ≥ 180 MPa, Bruchdehnung A50 ≥ 8 %.
(6) Die Anforderungen an die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung für Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnologie sind in Tabelle 1 aufgeführt.
2 Optimierung und vergleichende Analyse der Struktur der Extrusionsdüse Es kommt zu großflächigen Stromausfällen
(1) Traditionelle Lösung 1: Verbesserung des Designs der vorderen Extrusionsdüse, wie in Abbildung 2 dargestellt. Gemäß der herkömmlichen Designidee werden, wie durch den Pfeil in der Abbildung dargestellt, die mittlere Rippenposition und die sublinguale Drainageposition bearbeitet, die oberen und unteren Drainagen weisen einen Winkel von 20° auf einer Seite auf, und die Drainagehöhe H15 mm wird verwendet, um den Rippenteil mit geschmolzenem Aluminium zu versorgen. Das sublinguale leere Messer wird im rechten Winkel bewegt, und das geschmolzene Aluminium bleibt an der Ecke, wodurch leicht tote Zonen mit Aluminiumschlacke entstehen können. Nach der Produktion wird durch Oxidation bestätigt, dass die Oberfläche extrem anfällig für Grobkornprobleme ist.
Am herkömmlichen Formenbau wurden folgende vorläufige Optimierungen vorgenommen:
a. Ausgehend von dieser Form haben wir versucht, durch Fütterung die Aluminiumzufuhr zu den Rippen zu erhöhen.
b. Ausgehend von der ursprünglichen Tiefe wird die Tiefe des sublingualen Leermessers vertieft, d. h. zu den ursprünglichen 15 mm werden 5 mm hinzugefügt.
c. Die Breite des sublingualen Leerblatts wurde von ursprünglich 14 mm um 2 mm erweitert. Das tatsächliche Bild nach der Optimierung ist in Abbildung 3 dargestellt.
Die Verifizierungsergebnisse zeigen, dass nach den drei oben genannten vorläufigen Verbesserungen nach der Oxidationsbehandlung weiterhin grobkörnige Defekte in den Profilen vorhanden sind und diese nicht ausreichend behoben wurden. Dies zeigt, dass der vorläufige Verbesserungsplan die Produktionsanforderungen für Aluminiumlegierungsmaterialien für Elektrofahrzeuge noch nicht erfüllen kann.
(2) Auf Grundlage vorläufiger Optimierungen wurde das neue Schema 2 vorgeschlagen. Das Formdesign des neuen Schemas 2 ist in Abbildung 4 dargestellt. Gemäß dem „Prinzip der Metallfluidität“ und dem „Gesetz des geringsten Widerstands“ verwendet die verbesserte Form für Autoteile das Designschema „offene Rückwand“. Die Rippenposition spielt eine Rolle beim direkten Aufprall und verringert den Reibungswiderstand. Die Zuführfläche ist „topfdeckelförmig“ gestaltet und die Brückenposition ist amplitudenförmig bearbeitet, um den Reibungswiderstand zu verringern, die Verschmelzung zu verbessern und den Extrusionsdruck zu senken. Die Brücke ist so weit wie möglich vertieft, um das Problem grober Körner an der Unterseite der Brücke zu vermeiden. Die Breite des leeren Messers unter der Zunge der Brückenunterseite beträgt ≤ 3 mm. Der Stufenunterschied zwischen dem Arbeitsband und dem Arbeitsband der unteren Matrize beträgt ≤ 1,0 mm. Der Übergang des leeren Messers unter der Zunge der oberen Matrize ist glatt und gleichmäßig, ohne Fließbarrieren zu hinterlassen, und das Formloch wird so direkt wie möglich gestanzt. Das Arbeitsband zwischen den beiden Köpfen an der mittleren Innenrippe ist so kurz wie möglich und entspricht in der Regel dem 1,5- bis 2-Fachen der Wandstärke. Die Drainagenut weist einen fließenden Übergang auf, um ausreichend Aluminiummetallwasser in den Hohlraum fließen zu lassen, einen vollständig verschmolzenen Zustand zu gewährleisten und an keiner Stelle einen Totraum zu hinterlassen (das leere Messer hinter der oberen Matrize überschreitet nicht 2 bis 2,5 mm). Abbildung 5 zeigt den Vergleich der Struktur der Extrusionsdüse vor und nach der Verbesserung.
(3) Achten Sie auf die Verbesserung der Verarbeitungsdetails. Die Brückenposition ist poliert und glatt verbunden, die oberen und unteren Matrizenbänder sind flach, der Verformungswiderstand ist reduziert und der Metallfluss ist verbessert, um ungleichmäßige Verformungen zu reduzieren. Dadurch können Probleme wie grobe Körnung und Schweißnähte wirksam vermieden werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rippenaustrittsposition und die Geschwindigkeit der Brückenwurzel mit anderen Teilen synchronisiert sind. Oberflächenprobleme wie grobkörnige Schweißnähte auf der Oberfläche des Aluminiumprofils werden sinnvoll und wissenschaftlich vermieden. Der Vergleich vor und nach der Verbesserung der Formentwässerung ist in Abbildung 6 dargestellt.
3 Extrusionsprozess
Für die Aluminiumlegierung 6063-T6 für Elektrofahrzeuge wird das Extrusionsverhältnis der geteilten Matrize mit 20–80 berechnet. Das Extrusionsverhältnis dieses Aluminiummaterials in der 1800-t-Maschine beträgt 23 und erfüllt damit die Produktionsleistungsanforderungen der Maschine. Der Extrusionsprozess ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Extrusionsproduktionsprozess von Aluminiumprofilen für die Montageträger neuer EV-Batteriepacks
Beachten Sie beim Extrudieren folgende Punkte:
(1) Es ist verboten, die Formen im selben Ofen zu erhitzen, da sonst die Formtemperatur ungleichmäßig ist und es leicht zur Kristallisation kommt.
(2) Wenn während des Extrusionsprozesses eine anormale Abschaltung auftritt, darf die Abschaltzeit 3 Minuten nicht überschreiten, andernfalls muss die Form entfernt werden.
(3) Es ist verboten, den Formling direkt nach dem Entformen zum Erhitzen in den Ofen zurückzugeben und dann zu extrudieren.
4. Schimmelsanierungsmaßnahmen und deren Wirksamkeit
Nach Dutzenden von Schimmelreparaturen und Probeverbesserungen wird der folgende sinnvolle Schimmelreparaturplan vorgeschlagen.
(1) Nehmen Sie die erste Korrektur und Anpassung an der Originalform vor:
1. Versuchen Sie, die Brücke so weit wie möglich abzusenken. Die Breite der Brückenunterseite sollte ≤ 3 mm betragen.
2. Der Stufenunterschied zwischen dem Arbeitsband des Kopfes und dem Arbeitsband der unteren Form sollte ≤ 1,0 mm betragen.
3. Lassen Sie keinen Flussblock zurück.
④ Der Arbeitsgürtel zwischen den beiden männlichen Köpfen an den inneren Rippen sollte so kurz wie möglich sein und der Übergang der Entwässerungsnut sollte glatt, so groß und glatt wie möglich sein.
⑤ Das Arbeitsband der unteren Form sollte so kurz wie möglich sein.
⑥ Es darf an keiner Stelle eine tote Zone verbleiben (das leere Messer an der Rückseite sollte 2 mm nicht überschreiten).
⑦ Reparieren Sie die obere Form mit groben Körnern im inneren Hohlraum, reduzieren Sie das Arbeitsband der unteren Form und glätten Sie den Fließblock, oder verzichten Sie auf einen Fließblock und kürzen Sie das Arbeitsband der unteren Form.
(2) Basierend auf der weiteren Formmodifikation und Verbesserung der obigen Form werden die folgenden Formmodifikationen durchgeführt:
① Beseitigen Sie die toten Zonen der beiden männlichen Köpfe.
2. Den Strömungsblock abkratzen.
③ Reduzieren Sie den Höhenunterschied zwischen dem Kopf und der unteren Matrizenarbeitszone.
④ Kürzen Sie die untere Werkzeugarbeitszone.
(3) Nachdem die Form repariert und verbessert wurde, erreicht die Oberflächenqualität des fertigen Produkts einen idealen Zustand mit einer hellen Oberfläche und ohne grobe Körner, wodurch die Probleme mit groben Körnern, Schweißnähten und anderen Defekten auf der Oberfläche von Aluminiumprofilen für Elektrofahrzeuge wirksam gelöst werden.
(4) Das Extrusionsvolumen stieg von ursprünglich 5 t/d auf 15 t/d, was die Produktionseffizienz erheblich verbesserte.
5 Fazit
Durch wiederholtes Optimieren und Verbessern der ursprünglichen Form konnte ein großes Problem im Zusammenhang mit der groben Körnung auf der Oberfläche und dem Schweißen von Aluminiumprofilen für Elektrofahrzeuge vollständig gelöst werden.
(1) Das schwache Glied der ursprünglichen Form, die mittlere Rippenpositionslinie, wurde rational optimiert. Durch die Beseitigung der Totzonen der beiden Köpfe, die Abflachung des Fließblocks, die Verringerung des Höhenunterschieds zwischen dem Kopf und der unteren Matrizenarbeitszone und die Verkürzung der unteren Matrizenarbeitszone konnten die Oberflächendefekte der in diesem Automobiltyp verwendeten Aluminiumlegierung 6063, wie z. B. grobe Körnung und Schweißnähte, erfolgreich behoben werden.
(2) Das Extrusionsvolumen stieg von 5 t/d auf 15 t/d, was die Produktionseffizienz erheblich verbesserte.
(3) Dieser erfolgreiche Fall der Konstruktion und Herstellung von Extrusionsdüsen ist repräsentativ und referenzierbar für die Herstellung ähnlicher Profile und verdient eine Förderung.
Veröffentlichungszeit: 16. November 2024
