Die Batterie ist das Herzstück eines Elektrofahrzeugs und ihre Leistung bestimmt die technischen Kennzahlen wie Batterielebensdauer, Energieverbrauch und Lebensdauer des Elektrofahrzeugs. Der Batterieträger im Batteriemodul ist die Hauptkomponente, die die Funktionen Tragen, Schützen und Kühlen übernimmt. Das modulare Batteriepaket ist im Batteriefach angeordnet und über das Batteriefach am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigt, wie in Abbildung 1 dargestellt. Da es an der Unterseite der Fahrzeugkarosserie installiert ist und die Arbeitsumgebung rau ist, ist das Batteriefach muss die Funktion haben, Steinschlag und Durchschlag zu verhindern, um eine Beschädigung des Batteriemoduls zu verhindern. Der Batterieträger ist ein wichtiges Sicherheitsbauteil von Elektrofahrzeugen. Im Folgenden werden der Umformprozess und die Formenkonstruktion von Batterieträgern aus Aluminiumlegierung für Elektrofahrzeuge vorgestellt.
Abbildung 1 (Batteriefach aus Aluminiumlegierung)
1 Prozessanalyse und Formenbau
1.1 Gussanalyse
Der Batterieträger aus Aluminiumlegierung für Elektrofahrzeuge ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Gesamtabmessungen betragen 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, die Grundwandstärke beträgt 4 mm, die Gussqualität beträgt etwa 15,5 kg und die Gussqualität nach der Verarbeitung beträgt etwa 12,5 kg. Das Material ist A356-T6, Zugfestigkeit ≥ 290 MPa, Streckgrenze ≥ 225 MPa, Dehnung ≥ 6 %, Brinellhärte ≥ 75~90HBS, muss die Luftdichtheits- und IP67- und IP69K-Anforderungen erfüllen.
Abbildung 2 (Batteriefach aus Aluminiumlegierung)
1.2 Prozessanalyse
Niederdruckguss ist ein spezielles Gießverfahren zwischen Druckguss und Schwerkraftguss. Es bietet nicht nur die Vorteile der Verwendung von Metallformen für beide Formen, sondern auch die Eigenschaften einer stabilen Füllung. Niederdruck-Druckguss bietet die Vorteile einer langsamen Befüllung von unten nach oben, einer leicht kontrollierbaren Geschwindigkeit, geringer Stöße und Spritzer von flüssigem Aluminium, weniger Oxidschlacke, einer hohen Gewebedichte und guten mechanischen Eigenschaften. Beim Niederdruck-Druckguss wird das flüssige Aluminium gleichmäßig eingefüllt, und das Gussstück verfestigt und kristallisiert unter Druck, und es kann ein Gussstück mit hochdichter Struktur, guten mechanischen Eigenschaften und schönem Aussehen erhalten werden, das für die Herstellung großer dünnwandiger Gussstücke geeignet ist .
Entsprechend den vom Gussteil geforderten mechanischen Eigenschaften handelt es sich bei dem Gussmaterial um A356, das nach der T6-Behandlung den Anforderungen der Kunden gerecht werden kann. Die Gießfließfähigkeit dieses Materials erfordert jedoch im Allgemeinen eine angemessene Kontrolle der Formtemperatur, um große und dünne Gussteile herzustellen.
1.3 Gießsystem
Angesichts der Eigenschaften großer und dünner Gussteile müssen mehrere Anschnitte entworfen werden. Um ein reibungsloses Einfüllen des flüssigen Aluminiums zu gewährleisten, werden gleichzeitig Füllkanäle am Fenster angebracht, die durch Nachbearbeitung entfernt werden müssen. Zu Beginn wurden zwei Prozessschemata des Gießsystems entworfen und jedes Schema verglichen. Wie in Abbildung 3 dargestellt, ordnet Schema 1 9 Tore an und fügt Speisekanäle am Fenster hinzu; Schema 2 sieht 6 Anschnitte vor, die von der Seite des zu formenden Gussteils ausgegossen werden. Die CAE-Simulationsanalyse ist in Abbildung 4 und Abbildung 5 dargestellt. Verwenden Sie die Simulationsergebnisse, um die Formstruktur zu optimieren, die negativen Auswirkungen des Formdesigns auf die Qualität der Gussteile zu vermeiden, die Wahrscheinlichkeit von Gussfehlern zu verringern und den Entwicklungszyklus zu verkürzen von Gussteilen.
Abbildung 3 (Vergleich zweier Prozessschemata für Niederdruck
Abbildung 4 (Temperaturfeldvergleich beim Befüllen)
Abbildung 5 (Vergleich der Schrumpfporositätsdefekte nach der Erstarrung)
Die Simulationsergebnisse der beiden oben genannten Schemata zeigen, dass sich das flüssige Aluminium im Hohlraum ungefähr parallel nach oben bewegt, was mit der Theorie der parallelen Füllung des flüssigen Aluminiums als Ganzes und der simulierten Schrumpfporosität der Teile des Gussteils übereinstimmt durch verstärkte Kühlung und andere Methoden gelöst.
Vorteile der beiden Schemata: Gemessen an der Temperatur des flüssigen Aluminiums während des simulierten Füllens weist die Temperatur des distalen Endes des durch Schema 1 gebildeten Gussteils eine höhere Gleichmäßigkeit auf als die von Schema 2, was das Füllen des Hohlraums begünstigt . Der nach Schema 2 gebildete Guss weist nicht den Anschnittrückstand wie bei Schema 1 auf. Die Schrumpfporosität ist besser als die von Schema 1.
Nachteile der beiden Schemata: Da der Anschnitt in Schema 1 auf dem zu formenden Gussteil angeordnet ist, verbleibt ein Anschnittrückstand auf dem Gussstück, der sich im Vergleich zum ursprünglichen Gussstück um etwa 0,7 kA erhöht. Aus der Temperatur des flüssigen Aluminiums in der simulierten Füllung in Schema 2 geht hervor, dass die Temperatur des flüssigen Aluminiums am distalen Ende bereits niedrig ist und die Simulation unter dem idealen Zustand der Formtemperatur liegt, sodass die Fließfähigkeit des flüssigen Aluminiums möglicherweise nicht ausreicht dem tatsächlichen Zustand, und es wird ein Problem mit Schwierigkeiten beim Gussformen geben.
In Kombination mit der Analyse verschiedener Faktoren wurde Schema 2 als Gießsystem gewählt. Angesichts der Mängel von Schema 2 werden das Gießsystem und das Heizsystem im Formdesign optimiert. Wie in Abbildung 6 dargestellt, wird das Überlaufsteigrohr hinzugefügt, was sich positiv auf das Einfüllen von flüssigem Aluminium auswirkt und das Auftreten von Fehlern in Formgussteilen verringert oder vermeidet.
Abbildung 6 (Optimiertes Gießsystem)
1.4 Kühlsystem
Die spannungstragenden Teile und Bereiche mit hohen mechanischen Leistungsanforderungen von Gussteilen müssen ordnungsgemäß gekühlt oder beschickt werden, um Schrumpfporosität oder thermische Risse zu vermeiden. Die Grundwandstärke des Gussstücks beträgt 4 mm und die Erstarrung wird durch die Wärmeableitung der Form selbst beeinflusst. Für seine wichtigen Teile wird ein Kühlsystem eingerichtet, wie in Abbildung 7 dargestellt. Nachdem die Befüllung abgeschlossen ist, lässt man Wasser zum Abkühlen durch und die spezifische Abkühlzeit muss an der Gießstelle angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Reihenfolge der Erstarrung stimmt Vom Anschnittende zum Anschnittende hin geformt, und Anschnitt und Steigrohr werden am Ende verfestigt, um den Einzugseffekt zu erzielen. Das Teil mit der dickeren Wandstärke übernimmt die Methode der Wasserkühlung des Einsatzes. Diese Methode hat eine bessere Wirkung im eigentlichen Gießprozess und kann Schrumpfporosität vermeiden.
Abbildung 7 (Kühlsystem)
1.5 Abgasanlage
Da der Hohlraum des Niederdruck-Druckgussmetalls geschlossen ist, weist es keine gute Luftdurchlässigkeit wie Sandformen auf und entlüftet beim allgemeinen Schwerkraftguss auch nicht über Steigleitungen Aluminium und die Qualität der Gussteile. Die Niederdruck-Druckgussform kann durch die Lücken, Entlüftungsnuten und Entlüftungsstopfen in der Trennfläche, der Schubstange usw. entlüftet werden.
Das Design der Abgasgröße in der Abgasanlage sollte eine Abgasführung ohne Überlaufen begünstigen. Eine vernünftige Abgasanlage kann Gussfehler wie unzureichende Füllung, lockere Oberfläche und geringe Festigkeit verhindern. Der letzte Einfüllbereich des flüssigen Aluminiums während des Gießvorgangs, wie z. B. die Seitenauflage und das Steigrohr der Oberform, muss mit Abgas ausgestattet werden. Angesichts der Tatsache, dass flüssiges Aluminium beim eigentlichen Prozess des Niederdruck-Druckgusses leicht in den Spalt des Auslassstopfens fließt, was dazu führt, dass der Luftstopfen beim Öffnen der Form herausgezogen wird, werden anschließend drei Methoden angewendet mehrere Versuche und Verbesserungen: Methode 1 verwendet pulvermetallurgisch gesinterte Luftstopfen, wie in Abbildung 8(a) gezeigt, der Nachteil besteht darin, dass die Herstellungskosten hoch sind; Bei Methode 2 wird ein Abgasstopfen vom Nahttyp mit einem Spalt von 0,1 mm verwendet, wie in Abbildung 8(b) gezeigt. Der Nachteil besteht darin, dass die Abgasnaht nach dem Sprühen von Farbe leicht blockiert wird. Methode 3 verwendet einen aus Draht geschnittenen Auspuffstopfen, der Spalt beträgt 0,15–0,2 mm, wie in Abbildung 8(c) dargestellt. Die Nachteile sind eine geringe Verarbeitungseffizienz und hohe Herstellungskosten. Je nach tatsächlichem Bereich des Gussteils müssen unterschiedliche Abgasstopfen ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden die gesinterten und drahtgeschnittenen Entlüftungsstopfen für den Hohlraum des Gussstücks und der Nahttyp für den Sandkernkopf verwendet.
Abbildung 8 (3 Arten von Abgasstopfen, die für Niederdruck-Druckguss geeignet sind)
1.6 Heizsystem
Der Guss ist groß und weist eine dünne Wandstärke auf. Bei der Formflussanalyse ist die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Aluminiums am Ende der Füllung unzureichend. Der Grund dafür ist, dass das flüssige Aluminium zu lange zum Fließen braucht, die Temperatur sinkt und das flüssige Aluminium im Voraus erstarrt und seine Fließfähigkeit verliert, es zu einem Kaltverschluss oder zu einem unzureichenden Gießen kommt, das Steigrohr der oberen Matrize kann dies nicht erreichen Wirkung der Fütterung. Basierend auf diesen Problemen können die Temperatur des flüssigen Aluminiums und die Formtemperatur erhöht, die Fließfähigkeit des flüssigen Aluminiums verbessert und das Problem des Kaltverschlusses oder unzureichenden Gießens gelöst werden, ohne die Wandstärke und Form des Gussteils zu ändern. Eine zu hohe Temperatur des flüssigen Aluminiums und eine zu hohe Formtemperatur führen jedoch zu neuen thermischen Verbindungen oder Schrumpfporosität, was nach der Gussverarbeitung zu übermäßigen ebenen Löchern führt. Daher ist es notwendig, eine geeignete Temperatur für flüssiges Aluminium und eine geeignete Formtemperatur zu wählen. Erfahrungsgemäß wird die Temperatur des flüssigen Aluminiums auf etwa 720 °C und die Formtemperatur auf 320–350 °C geregelt.
Aufgrund des großen Volumens, der dünnen Wandstärke und der geringen Höhe des Gussteils ist im oberen Teil der Form eine Heizung installiert. Wie in Abbildung 9 dargestellt, zeigt die Richtung der Flamme zum Boden und zur Seite der Form, um die untere Ebene und die Seite des Gussstücks zu erhitzen. Passen Sie je nach Gießsituation vor Ort die Heizzeit und die Flamme an, steuern Sie die Temperatur des oberen Formteils auf 320 bis 350 °C, stellen Sie sicher, dass das flüssige Aluminium innerhalb eines angemessenen Bereichs fließt, und sorgen Sie dafür, dass das flüssige Aluminium den Hohlraum füllt und Steiger. Im tatsächlichen Einsatz kann das Heizsystem die Fließfähigkeit des flüssigen Aluminiums effektiv gewährleisten.
Abbildung 9 (Heizsystem)
2. Formstruktur und Funktionsprinzip
Gemäß dem Niederdruck-Druckgussverfahren, kombiniert mit den Eigenschaften des Gussstücks und der Struktur der Ausrüstung, sind die vorderen, hinteren, linken und rechten Kernziehstrukturen vorhanden, um sicherzustellen, dass das geformte Gussstück in der oberen Form bleibt auf der oberen Form entworfen. Nachdem der Guss geformt und verfestigt ist, werden zuerst die obere und die untere Form geöffnet, dann wird der Kern in vier Richtungen gezogen, und schließlich drückt die obere Platte der oberen Form den geformten Guss heraus. Der Formaufbau ist in Abbildung 10 dargestellt.
Abbildung 10 (Formstruktur)
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Mai 2023
