Con la creciente conciencia sobre la protección del medio ambiente, el desarrollo y la promoción de nuevas energías en todo el mundo, la promoción y aplicación de vehículos energéticos es inminente. Al mismo tiempo, los requisitos para el desarrollo de materiales automotrices ligeros, la aplicación segura de aleaciones de aluminio, así como su calidad superficial, tamaño y propiedades mecánicas, son cada vez más exigentes. Tomando como ejemplo un vehículo eléctrico con un peso de 1,6 t, el material de aleación de aluminio pesa aproximadamente 450 kg, lo que representa aproximadamente el 30 %. Los defectos superficiales que aparecen en el proceso de producción por extrusión, especialmente el problema del grano grueso en las superficies internas y externas, afectan gravemente el progreso de la producción de perfiles de aluminio y se convierten en un obstáculo para el desarrollo de sus aplicaciones.
Para los perfiles extruidos, el diseño y la fabricación de matrices de extrusión son cruciales, por lo que la investigación y el desarrollo de matrices para perfiles de aluminio para vehículos eléctricos es fundamental. Proponer soluciones de matriz científicas y razonables puede mejorar aún más la tasa de calificación y la productividad de extrusión de los perfiles de aluminio para vehículos eléctricos para satisfacer la demanda del mercado.
1 Normas de producto
(1) Los materiales, el tratamiento de superficies y la anticorrosión de las piezas y componentes deberán cumplir con las disposiciones pertinentes de ETS-01-007 “Requisitos técnicos para piezas de perfil de aleación de aluminio” y ETS-01-006 “Requisitos técnicos para el tratamiento de superficies de oxidación anódica”.
(2) Tratamiento de superficie: Oxidación anódica, la superficie no debe tener granos gruesos.
(3) La superficie de las piezas no debe presentar defectos como grietas ni arrugas. No se debe permitir que las piezas se contaminen después de la oxidación.
(4) Las sustancias prohibidas del producto cumplen con los requisitos de Q/JL J160001-2017 “Requisitos para sustancias prohibidas y restringidas en piezas y materiales automotrices”.
(5) Requisitos de rendimiento mecánico: resistencia a la tracción ≥ 210 MPa, límite elástico ≥ 180 MPa, alargamiento después de la fractura A50 ≥ 8%.
(6) Los requisitos para la composición de la aleación de aluminio para vehículos de nueva energía se muestran en la Tabla 1.
2 Optimización y análisis comparativo de la estructura de la matriz de extrusión Se producen cortes de energía a gran escala
(1) Solución tradicional 1: mejora del diseño de la matriz de extrusión frontal, como se muestra en la Figura 2. Según el diseño convencional, como indica la flecha en la figura, se procesan la posición de la nervadura central y el drenaje sublingual. Los drenajes superior e inferior tienen un ángulo de 20° en un lado, y la altura de drenaje de 15 mm se utiliza para suministrar aluminio fundido a la nervadura. La cuchilla vacía sublingual se transfiere en ángulo recto, y el aluminio fundido permanece en la esquina, lo que facilita la formación de zonas muertas con escoria de aluminio. Tras la producción, se verifica mediante oxidación que la superficie es muy propensa a problemas de grano grueso.
Se realizaron las siguientes optimizaciones preliminares al proceso tradicional de fabricación de moldes:
a. A partir de este molde, intentamos aumentar el aporte de aluminio a las costillas mediante alimentación.
b. Sobre la base de la profundidad original, se profundiza la profundidad del cuchillo vacío sublingual, es decir, se agregan 5 mm a los 15 mm originales;
c. El ancho de la hoja sublingual vacía se incrementó en 2 mm, en comparación con los 14 mm originales. La imagen real tras la optimización se muestra en la Figura 3.
Los resultados de la verificación muestran que, tras las tres mejoras preliminares mencionadas, persisten defectos de grano grueso en los perfiles tras el tratamiento de oxidación, que no se han solucionado razonablemente. Esto demuestra que el plan de mejora preliminar aún no cumple con los requisitos de producción de materiales de aleación de aluminio para vehículos eléctricos.
(2) El nuevo esquema 2 se propuso con base en la optimización preliminar. El diseño del molde del nuevo esquema 2 se muestra en la Figura 4. De acuerdo con el “principio de fluidez del metal” y la “ley de menor resistencia”, el molde mejorado de piezas automotrices adopta el esquema de diseño de “agujero trasero abierto”. La posición de la nervadura juega un papel en el impacto directo y reduce la resistencia a la fricción; la superficie de alimentación está diseñada para tener “forma de tapa de olla” y la posición del puente se procesa en un tipo de amplitud, el propósito es reducir la resistencia a la fricción, mejorar la fusión y reducir la presión de extrusión; el puente se hunde tanto como sea posible para evitar el problema de los granos gruesos en la parte inferior del puente, y el ancho de la cuchilla vacía debajo de la lengüeta de la parte inferior del puente es ≤3 mm; la diferencia de paso entre la cinta de trabajo y la cinta de trabajo de la matriz inferior es ≤1,0 mm; la cuchilla vacía debajo de la lengüeta de la matriz superior es suave y de transición uniforme, sin dejar una barrera de flujo, y el orificio de formación se perfora lo más directamente posible; La correa de trabajo entre los dos cabezales en la nervadura central interna es lo más corta posible, generalmente de 1,5 a 2 veces el espesor de la pared. La ranura de drenaje presenta una transición suave para garantizar un flujo suficiente de agua de aluminio metálico en la cavidad, presentando un estado de fusión completo y sin zonas muertas (la cuchilla vacía detrás de la matriz superior no supera los 2-2,5 mm). La Figura 5 muestra una comparación de la estructura de la matriz de extrusión antes y después de la mejora.
(3) Se prestó atención a la mejora de los detalles de procesamiento. La posición del puente se pule y conecta suavemente, las correas de trabajo superior e inferior de la matriz son planas, se reduce la resistencia a la deformación y se mejora el flujo de metal para reducir la deformación irregular. Esto puede suprimir eficazmente problemas como la formación de granos gruesos y la soldadura, asegurando así que la posición de descarga de las nervaduras y la velocidad de la raíz del puente estén sincronizadas con otras piezas, y suprimiendo de forma razonable y científica problemas superficiales como la soldadura de granos gruesos en la superficie del perfil de aluminio. La Figura 6 muestra la comparación antes y después de la mejora del drenaje del molde.
3 Proceso de extrusión
Para la aleación de aluminio 6063-T6 para vehículos eléctricos, la relación de extrusión de la matriz dividida se calcula en 20-80, y la relación de extrusión de este material de aluminio en la máquina de 1800 t es de 23, lo que cumple con los requisitos de rendimiento de producción de la máquina. El proceso de extrusión se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2 Proceso de producción por extrusión de perfiles de aluminio para el montaje de vigas de nuevos paquetes de baterías de vehículos eléctricos
Preste atención a los siguientes puntos al extruir:
(1) Está prohibido calentar los moldes en el mismo horno, de lo contrario la temperatura del molde será desigual y se producirá fácilmente la cristalización.
(2) Si ocurre una parada anormal durante el proceso de extrusión, el tiempo de parada no debe exceder los 3 minutos, de lo contrario se debe retirar el molde.
(3) Está prohibido regresar al horno para calentar y luego extruir directamente después del desmoldeo.
4. Medidas de reparación del moho y su eficacia
Después de docenas de reparaciones de moho y mejoras de prueba de moho, se propone el siguiente plan de reparación de moho razonable.
(1) Realice la primera corrección y ajuste al molde original:
① Intente hundir el puente lo máximo posible, y el ancho de la parte inferior del puente debe ser ≤3 mm;
② La diferencia de paso entre la correa de trabajo del cabezal y la correa de trabajo del molde inferior debe ser ≤1,0 mm;
③ No deje un bloqueo de flujo;
④ La correa de trabajo entre los dos cabezales macho en las nervaduras internas debe ser lo más corta posible y la transición de la ranura de drenaje debe ser suave, lo más grande y lisa posible;
⑤ La correa de trabajo del molde inferior debe ser lo más corta posible;
⑥ No debe quedar ninguna zona muerta en ningún lugar (la cuchilla trasera vacía no debe superar los 2 mm);
⑦ Reparar el molde superior con granos gruesos en la cavidad interior, reducir la correa de trabajo del molde inferior y aplanar el bloque de flujo, o no tener un bloque de flujo y acortar la correa de trabajo del molde inferior.
(2) Con base en la modificación y mejora adicional del molde mencionado anteriormente, se realizan las siguientes modificaciones del molde:
① Eliminar las zonas muertas de las dos cabezas masculinas;
② Raspe el bloque de flujo;
③ Reducir la diferencia de altura entre el cabezal y la zona de trabajo de la matriz inferior;
④ Acortar la zona de trabajo de la matriz inferior.
(3) Después de reparar y mejorar el molde, la calidad de la superficie del producto terminado alcanza un estado ideal, con una superficie brillante y sin granos gruesos, lo que resuelve eficazmente los problemas de granos gruesos, soldadura y otros defectos existentes en la superficie de los perfiles de aluminio para vehículos eléctricos.
(4) El volumen de extrusión aumentó de las 5 t/d originales a 15 t/d, mejorando enormemente la eficiencia de producción.
5 Conclusión
Al optimizar y mejorar repetidamente el molde original, se resolvió por completo un problema importante relacionado con el grano grueso en la superficie y la soldadura de los perfiles de aluminio para vehículos eléctricos.
(1) El punto débil del molde original, la línea de posición de la nervadura central, se optimizó racionalmente. Mediante la eliminación de las zonas muertas de los dos cabezales, el aplanamiento del bloque de flujo, la reducción de la diferencia de altura entre el cabezal y la zona de trabajo de la matriz inferior, y el acortamiento de esta última, se solucionaron con éxito los defectos superficiales de la aleación de aluminio 6063 utilizada en este tipo de automóvil, como los granos gruesos y la soldadura.
(2) El volumen de extrusión aumentó de 5 t/d a 15 t/d, mejorando enormemente la eficiencia de producción.
(3) Este caso exitoso de diseño y fabricación de matrices de extrusión es representativo y referenciable en la producción de perfiles similares y es digno de promoción.
Hora de publicación: 16 de noviembre de 2024
