La batería es el componente central de un vehículo eléctrico y su rendimiento determina indicadores técnicos como la duración de la batería, el consumo de energía y la vida útil del vehículo eléctrico. La bandeja de la batería en el módulo de la batería es el componente principal que realiza las funciones de transporte, protección y refrigeración. El paquete de batería modular está dispuesto en la bandeja de la batería, fijada en el chasis del automóvil a través de la bandeja de la batería, como se muestra en la Figura 1. Dado que está instalado en la parte inferior de la carrocería del vehículo y el entorno de trabajo es hostil, la bandeja de la batería debe tener la función de evitar impactos de piedras y perforaciones para evitar que se dañe el módulo de la batería. La bandeja de la batería es una parte estructural de seguridad importante de los vehículos eléctricos. A continuación se presenta el proceso de conformado y el diseño de moldes de bandejas de batería de aleación de aluminio para vehículos eléctricos.
Figura 1 (Bandeja de batería de aleación de aluminio)
1 Análisis de procesos y diseño de moldes.
1.1 Análisis de fundición
La bandeja de batería de aleación de aluminio para vehículos eléctricos se muestra en la Figura 2. Las dimensiones totales son 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, el espesor básico de la pared es 4 mm, la calidad de la fundición es de aproximadamente 15,5 kg y la calidad de la fundición después del procesamiento es de aproximadamente 12,5 kg. El material es A356-T6, resistencia a la tracción ≥ 290MPa, límite elástico ≥ 225MPa, alargamiento ≥ 6%, dureza Brinell ≥ 75~90HBS, debe cumplir con los requisitos de estanqueidad al aire y IP67 e IP69K.
Figura 2 (Bandeja de batería de aleación de aluminio)
1.2 Análisis de procesos
La fundición a presión a baja presión es un método de fundición especial entre la fundición a presión y la fundición por gravedad. No solo tiene las ventajas de utilizar moldes metálicos para ambos, sino que también tiene las características de un llenado estable. La fundición a presión a baja presión tiene las ventajas de un llenado a baja velocidad de abajo hacia arriba, velocidad fácil de controlar, pequeños impactos y salpicaduras de aluminio líquido, menos escoria de óxido, alta densidad de tejido y altas propiedades mecánicas. Bajo fundición a presión a baja presión, el aluminio líquido se llena suavemente y la pieza fundida se solidifica y cristaliza bajo presión, y se puede obtener la pieza fundida con una estructura muy densa, altas propiedades mecánicas y una apariencia hermosa, que es adecuada para formar piezas fundidas grandes de paredes delgadas. .
De acuerdo con las propiedades mecánicas requeridas por la fundición, el material de fundición es A356, que puede satisfacer las necesidades de los clientes después del tratamiento T6, pero la fluidez de vertido de este material generalmente requiere un control razonable de la temperatura del molde para producir piezas fundidas grandes y delgadas.
1.3 Sistema de vertido
En vista de las características de las piezas fundidas grandes y delgadas, es necesario diseñar múltiples compuertas. Al mismo tiempo, para garantizar un llenado fluido del aluminio líquido, se añaden canales de llenado en la ventana, que deben eliminarse mediante un posprocesamiento. En la etapa inicial se diseñaron dos esquemas de proceso del sistema de vertido y se comparó cada esquema. Como se muestra en la Figura 3, el esquema 1 dispone 9 puertas y agrega canales de alimentación en la ventana; El esquema 2 dispone 6 compuertas que vierten desde el lado de la pieza fundida que se va a formar. El análisis de simulación CAE se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Utilice los resultados de la simulación para optimizar la estructura del molde, tratar de evitar el impacto adverso del diseño del molde en la calidad de las piezas fundidas, reducir la probabilidad de defectos en la fundición y acortar el ciclo de desarrollo. de piezas fundidas.
Figura 3 (Comparación de dos esquemas de proceso para baja presión
Figura 4 (Comparación del campo de temperatura durante el llenado)
Figura 5 (Comparación de defectos de porosidad de contracción después de la solidificación)
Los resultados de la simulación de los dos esquemas anteriores muestran que el aluminio líquido en la cavidad se mueve hacia arriba aproximadamente en paralelo, lo que está en línea con la teoría del llenado paralelo del aluminio líquido en su conjunto, y las partes de porosidad de contracción simuladas de la pieza fundida son Resuelto fortaleciendo el enfriamiento y otros métodos.
Ventajas de los dos esquemas: a juzgar por la temperatura del aluminio líquido durante el llenado simulado, la temperatura del extremo distal de la pieza fundida formada por el esquema 1 tiene mayor uniformidad que la del esquema 2, lo que favorece el llenado de la cavidad. . La pieza fundida formada por el esquema 2 no tiene el residuo de entrada como el esquema 1. La porosidad de contracción es mejor que la del esquema 1.
Desventajas de los dos esquemas: debido a que la compuerta está dispuesta en la pieza fundida que se va a formar en el esquema 1, habrá un residuo de compuerta en la pieza fundida, que aumentará aproximadamente 0,7 ka en comparación con la pieza fundida original. A partir de la temperatura del aluminio líquido en el llenado simulado del esquema 2, la temperatura del aluminio líquido en el extremo distal ya es baja y la simulación está bajo el estado ideal de temperatura del molde, por lo que la capacidad de flujo del aluminio líquido puede ser insuficiente en el estado real, y habrá un problema de dificultad en el moldeo por fundición.
Combinado con el análisis de varios factores, se eligió el esquema 2 como sistema de vertido. En vista de las deficiencias del esquema 2, el sistema de vertido y el sistema de calentamiento están optimizados en el diseño del molde. Como se muestra en la Figura 6, se agrega el tubo ascendente de desbordamiento, lo cual es beneficioso para el llenado de aluminio líquido y reduce o evita la aparición de defectos en las piezas moldeadas.
Figura 6 (Sistema de vertido optimizado)
1.4 Sistema de refrigeración
Las piezas que soportan tensiones y las áreas con altos requisitos de rendimiento mecánico de las piezas fundidas deben enfriarse o alimentarse adecuadamente para evitar la porosidad por contracción o el agrietamiento térmico. El espesor básico de la pared de la pieza fundida es de 4 mm y la solidificación se verá afectada por la disipación de calor del propio molde. Para sus partes importantes, se configura un sistema de enfriamiento, como se muestra en la Figura 7. Una vez completado el llenado, pase agua para enfriar y el tiempo de enfriamiento específico debe ajustarse en el lugar de vertido para garantizar que la secuencia de solidificación sea correcta. Se forma desde el extremo alejado de la compuerta hasta el extremo de la compuerta, y la compuerta y el elevador se solidifican en el extremo para lograr el efecto de alimentación. La pieza con un espesor de pared más grueso adopta el método de agregar refrigeración por agua al inserto. Este método tiene un mejor efecto en el proceso de fundición real y puede evitar la porosidad por contracción.
Figura 7 (Sistema de refrigeración)
1.5 Sistema de escape
Dado que la cavidad del metal de fundición a presión a baja presión está cerrada, no tiene buena permeabilidad al aire como los moldes de arena, ni se escapa a través de elevadores en la fundición por gravedad en general, el escape de la cavidad de fundición a baja presión afectará el proceso de llenado de líquido. aluminio y la calidad de las piezas fundidas. El molde de fundición a presión de baja presión se puede evacuar a través de espacios, ranuras de escape y tapones de escape en la superficie de separación, varilla de empuje, etc.
El diseño del tamaño del escape en el sistema de escape debe ser propicio para el escape sin desbordamiento; un sistema de escape razonable puede evitar defectos en las piezas fundidas, como llenado insuficiente, superficie suelta y baja resistencia. La zona de llenado final del aluminio líquido durante el proceso de vertido, como el soporte lateral y el elevador del molde superior, debe estar equipada con gases de escape. En vista del hecho de que el aluminio líquido fluye fácilmente hacia el espacio del tapón de escape en el proceso real de fundición a baja presión, lo que conduce a la situación en la que el tapón de aire se retira cuando se abre el molde, se adoptan tres métodos después varios intentos y mejoras: el método 1 utiliza un tapón de aire sinterizado de pulvimetalurgia, como se muestra en la Figura 8 (a), la desventaja es que el costo de fabricación es alto; El método 2 utiliza un tapón de escape tipo costura con un espacio de 0,1 mm, como se muestra en la Figura 8 (b), la desventaja es que la costura de escape se bloquea fácilmente después de rociar pintura; El método 3 utiliza un tapón de escape cortado con alambre, el espacio es de 0,15 a 0,2 mm, como se muestra en la Figura 8(c). Las desventajas son la baja eficiencia del procesamiento y el alto costo de fabricación. Es necesario seleccionar diferentes tapones de escape según el área real de la pieza fundida. Generalmente, los tapones de ventilación sinterizados y cortados con alambre se utilizan para la cavidad de la pieza fundida, y el tipo de costura se utiliza para el cabezal del núcleo de arena.
Figura 8 (3 tipos de tapones de escape adecuados para fundición a baja presión)
1.6 Sistema de calefacción
La pieza fundida es de gran tamaño y de espesor de pared delgado. En el análisis de flujo del molde, el caudal de aluminio líquido al final del llenado es insuficiente. La razón es que el aluminio líquido tarda demasiado en fluir, la temperatura desciende y el aluminio líquido se solidifica de antemano y pierde su capacidad de flujo, se produce un cierre en frío o un vertido insuficiente, el elevador del troquel superior no podrá alcanzar el efecto de la alimentación. Con base en estos problemas, sin cambiar el espesor de la pared y la forma de la pieza fundida, aumentar la temperatura del aluminio líquido y la temperatura del molde, mejorar la fluidez del aluminio líquido y resolver el problema del cierre en frío o el vertido insuficiente. Sin embargo, la temperatura excesiva del aluminio líquido y la temperatura del molde producirán nuevas uniones térmicas o porosidad de contracción, lo que resultará en poros planos excesivos después del procesamiento de fundición. Por lo tanto, es necesario seleccionar una temperatura adecuada del aluminio líquido y una temperatura adecuada del molde. Según la experiencia, la temperatura del aluminio líquido se controla a aproximadamente 720 ℃ y la temperatura del molde se controla a 320 ~ 350 ℃.
Debido al gran volumen, el fino espesor de las paredes y la baja altura de la pieza fundida, se instala un sistema de calefacción en la parte superior del molde. Como se muestra en la Figura 9, la dirección de la llama mira hacia el fondo y el costado del molde para calentar el plano inferior y el costado de la pieza fundida. De acuerdo con la situación de vertido en el sitio, ajuste el tiempo de calentamiento y la llama, controle la temperatura de la parte superior del molde a 320 ~ 350 ℃, asegure la fluidez del aluminio líquido dentro de un rango razonable y haga que el aluminio líquido llene la cavidad. y elevador. En uso real, el sistema de calefacción puede garantizar eficazmente la fluidez del aluminio líquido.
Figura 9 (Sistema de calefacción)
2. Estructura del molde y principio de funcionamiento.
De acuerdo con el proceso de fundición a baja presión, combinado con las características de la fundición y la estructura del equipo, para garantizar que la fundición formada permanezca en el molde superior, las estructuras de extracción de núcleos delantera, trasera, izquierda y derecha son diseñado en el molde superior. Después de que la pieza fundida se forma y solidifica, primero se abren los moldes superior e inferior, luego se tira del núcleo en 4 direcciones y, finalmente, la placa superior del molde superior empuja hacia afuera la pieza fundida formada. La estructura del molde se muestra en la Figura 10.
Figura 10 (Estructura del molde)
Editado por May Jiang de MAT Aluminium
Hora de publicación: 11 de mayo de 2023
