การออกแบบแม่พิมพ์หล่อแรงดันต่ำสำหรับถาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอัลลอยด์ของรถยนต์ไฟฟ้า

แบตเตอรี่เป็นส่วนประกอบหลักของรถยนต์ไฟฟ้า และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะเป็นตัวกำหนดตัวบ่งชี้ทางเทคนิค เช่น อายุการใช้งานแบตเตอรี่ การใช้พลังงาน และอายุการใช้งานของรถยนต์ไฟฟ้า ถาดแบตเตอรี่ในโมดูลแบตเตอรี่เป็นส่วนประกอบหลักที่ทำหน้าที่ในการพกพา ปกป้อง และระบายความร้อน ชุดแบตเตอรี่แบบโมดูลาร์ถูกจัดเรียงไว้ในถาดแบตเตอรี่โดยยึดเข้ากับโครงรถของรถผ่านถาดแบตเตอรี่ ดังแสดงในรูปที่ 1 เนื่องจากมีการติดตั้งไว้ที่ด้านล่างของตัวรถและสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง ถาดแบตเตอรี่ จำเป็นต้องมีฟังก์ชั่นป้องกันการกระแทกหินและการเจาะเพื่อป้องกันไม่ให้โมดูลแบตเตอรี่เสียหาย ถาดแบตเตอรี่เป็นส่วนโครงสร้างความปลอดภัยที่สำคัญของยานพาหนะไฟฟ้า ต่อไปนี้จะแนะนำกระบวนการขึ้นรูปและการออกแบบแม่พิมพ์ของถาดแบตเตอรี่โลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

รูปที่ 1 (ถาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอัลลอยด์)
1 การวิเคราะห์กระบวนการและการออกแบบแม่พิมพ์
1.1 การวิเคราะห์การหล่อ
ถาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับยานพาหนะไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 2 ขนาดโดยรวมคือ 1106 มม. × 1,029 มม. × 136 มม. ความหนาของผนังพื้นฐานคือ 4 มม. คุณภาพการหล่อประมาณ 15.5 กก. และคุณภาพการหล่อหลังการประมวลผลคือประมาณ 12.5 กก. วัสดุคือ A356-T6, ความต้านทานแรงดึง ≥ 290MPa, ความแข็งแรงของผลผลิต ≥ 225MPa, การยืดตัว ≥ 6%, ความแข็งของ Brinell ≥ 75~90HBS, ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความหนาแน่นของอากาศและข้อกำหนด IP67 และ IP69K

รูปที่ 2 (ถาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอัลลอยด์)
1.2 การวิเคราะห์กระบวนการ
การหล่อด้วยแรงดันต่ำเป็นวิธีการหล่อพิเศษระหว่างการหล่อด้วยแรงดันและการหล่อด้วยแรงโน้มถ่วง ไม่เพียงแต่มีข้อดีของการใช้แม่พิมพ์โลหะสำหรับทั้งสองอย่างเท่านั้น แต่ยังมีลักษณะของการบรรจุที่มั่นคงอีกด้วย การหล่อด้วยแรงดันต่ำมีข้อดีคือการบรรจุด้วยความเร็วต่ำจากล่างขึ้นบน ควบคุมความเร็วได้ง่าย ผลกระทบเล็กน้อยและการกระเด็นของอะลูมิเนียมเหลว ตะกรันออกไซด์น้อยลง ความหนาแน่นของเนื้อเยื่อสูง และคุณสมบัติทางกลสูง ภายใต้การหล่อด้วยแรงดันต่ำ อลูมิเนียมเหลวจะถูกเติมได้อย่างราบรื่น และการหล่อจะแข็งตัวและตกผลึกภายใต้แรงกดดัน และสามารถได้การหล่อที่มีโครงสร้างหนาแน่นสูง คุณสมบัติทางกลสูงและรูปลักษณ์ที่สวยงาม ซึ่งเหมาะสำหรับการขึ้นรูปการหล่อผนังบางขนาดใหญ่ .
ตามคุณสมบัติทางกลที่จำเป็นสำหรับการหล่อ วัสดุหล่อคือ A356 ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของลูกค้าหลังการบำบัดด้วย T6 แต่โดยทั่วไปความลื่นไหลของการเทของวัสดุนี้โดยทั่วไปจะต้องมีการควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่เหมาะสมเพื่อผลิตการหล่อขนาดใหญ่และบาง
1.3 ระบบเทน้ำ
เมื่อคำนึงถึงคุณลักษณะของการหล่อขนาดใหญ่และบาง จึงจำเป็นต้องออกแบบประตูหลายบาน ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้การเติมอะลูมิเนียมเหลวเป็นไปอย่างราบรื่น ช่องเติมจะถูกเพิ่มที่หน้าต่าง ซึ่งจำเป็นต้องลบออกโดยขั้นตอนหลังการประมวลผล แผนกระบวนการสองแผนของระบบเทได้รับการออกแบบในระยะแรก และแต่ละแผนมีการเปรียบเทียบ ดังแสดงในรูปที่ 3 โครงการที่ 1 จัดประตู 9 ประตูและเพิ่มช่องป้อนอาหารที่หน้าต่าง รูปแบบที่ 2 จัดให้มีประตู 6 บานที่เทจากด้านข้างของการหล่อที่จะขึ้นรูป การวิเคราะห์การจำลอง CAE แสดงในรูปที่ 4 และรูปที่ 5 ใช้ผลการจำลองเพื่อปรับโครงสร้างแม่พิมพ์ให้เหมาะสม พยายามหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านลบจากการออกแบบแม่พิมพ์ที่มีต่อคุณภาพของการหล่อ ลดความน่าจะเป็นของข้อบกพร่องในการหล่อ และลดวงจรการพัฒนาให้สั้นลง ของการหล่อ

รูปที่ 3 (การเปรียบเทียบแผนกระบวนการสองแบบสำหรับแรงดันต่ำ

รูปที่ 4 (การเปรียบเทียบสนามอุณหภูมิระหว่างการเติม)

รูปที่ 5 (การเปรียบเทียบข้อบกพร่องที่มีรูพรุนจากการหดตัวหลังการแข็งตัว)
ผลการจำลองของทั้งสองรูปแบบข้างต้นแสดงให้เห็นว่าอลูมิเนียมเหลวในโพรงเคลื่อนขึ้นไปประมาณขนานกัน ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีการเติมอลูมิเนียมเหลวโดยรวมแบบขนาน และชิ้นส่วนพรุนของการหดตัวจำลองของการหล่อนั้น แก้ไขด้วยการเสริมความเย็นและวิธีอื่นๆ
ข้อดีของทั้งสองรูปแบบ: เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิของอลูมิเนียมเหลวในระหว่างการเติมจำลอง อุณหภูมิของปลายส่วนปลายของการหล่อที่เกิดจากรูปแบบที่ 1 มีความสม่ำเสมอสูงกว่าอุณหภูมิของรูปแบบที่ 2 ซึ่งเอื้อต่อการเติมของช่อง . การหล่อที่เกิดจากรูปแบบที่ 2 ไม่มีเกตตกค้างเหมือนรูปแบบที่ 1 ความพรุนของการหดตัวดีกว่าของรูปแบบที่ 1
ข้อเสียของทั้งสองรูปแบบ: เนื่องจากประตูถูกจัดเรียงบนการหล่อที่จะขึ้นรูปในรูปแบบที่ 1 จึงจะมีเกตตกค้างบนการหล่อ ซึ่งจะเพิ่มขึ้นประมาณ 0.7ka เมื่อเทียบกับการหล่อแบบเดิม จากอุณหภูมิของอลูมิเนียมเหลวในรูปแบบที่ 2 การบรรจุจำลอง อุณหภูมิของอลูมิเนียมเหลวที่ปลายส่วนปลายต่ำอยู่แล้ว และการจำลองอยู่ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมของอุณหภูมิแม่พิมพ์ ดังนั้นความสามารถในการไหลของอลูมิเนียมเหลวอาจไม่เพียงพอ สภาพจริงและจะมีปัญหาในการหล่อขึ้นรูปได้ยาก
เมื่อรวมกับการวิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ แล้ว เลือกโครงการที่ 2 เป็นระบบการเท เมื่อพิจารณาจากข้อบกพร่องของโครงการที่ 2 ระบบการเทและระบบทำความร้อนได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมในการออกแบบแม่พิมพ์ ดังแสดงในรูปที่ 6 มีการเติมไรเซอร์ล้นซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเติมอะลูมิเนียมเหลว และลดหรือหลีกเลี่ยงการเกิดข้อบกพร่องในการหล่อแบบหล่อ

รูปที่ 6 (ระบบการเทที่เหมาะสมที่สุด)
1.4 ระบบทำความเย็น
ชิ้นส่วนที่รับแรงเค้นและพื้นที่ที่มีความต้องการประสิทธิภาพเชิงกลสูงของการหล่อจะต้องได้รับการระบายความร้อนหรือป้อนอย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการหดตัวที่มีรูพรุนหรือการแตกร้าวจากความร้อน ความหนาของผนังพื้นฐานของการหล่อคือ 4 มม. และการแข็งตัวจะได้รับผลกระทบจากการกระจายความร้อนของแม่พิมพ์เอง สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญ จะมีการติดตั้งระบบทำความเย็น ดังแสดงในรูปที่ 7 หลังจากเติมเสร็จแล้ว ให้ส่งน้ำให้เย็น และจำเป็นต้องปรับเวลาการทำความเย็นเฉพาะที่บริเวณการเทเพื่อให้แน่ใจว่าลำดับการแข็งตัวนั้น เกิดขึ้นจากส่วนห่างจากปลายเกตไปจนถึงปลายเกต และเกตและไรเซอร์จะแข็งตัวที่ส่วนท้ายเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ฟีด ชิ้นส่วนที่มีความหนาของผนังหนาขึ้นใช้วิธีการเพิ่มการระบายความร้อนด้วยน้ำให้กับเม็ดมีด วิธีนี้มีผลดีกว่าในกระบวนการหล่อจริงและสามารถหลีกเลี่ยงความพรุนจากการหดตัวได้

รูปที่ 7 (ระบบทำความเย็น)
1.5 ระบบไอเสีย
เนื่องจากช่องของโลหะหล่อแรงดันต่ำปิดอยู่ จึงไม่มีการซึมผ่านของอากาศที่ดีเช่นแม่พิมพ์ทราย และไม่ได้ระบายออกผ่านไรเซอร์ในการหล่อด้วยแรงโน้มถ่วงทั่วไป ไอเสียของช่องหล่อแรงดันต่ำจะส่งผลต่อกระบวนการเติมของเหลว อลูมิเนียมและคุณภาพของการหล่อ แม่พิมพ์หล่อแบบแรงดันต่ำสามารถระบายออกผ่านช่องว่าง ร่องไอเสีย และปลั๊กไอเสียในพื้นผิวการแยกส่วน ก้านกระทุ้ง ฯลฯ
การออกแบบขนาดไอเสียในระบบไอเสียควรเอื้อต่อไอเสียโดยไม่ล้น ระบบไอเสียที่เหมาะสมสามารถป้องกันการหล่อจากข้อบกพร่อง เช่น การเติมไม่เพียงพอ พื้นผิวหลวม และความแข็งแรงต่ำ พื้นที่เติมขั้นสุดท้ายของอะลูมิเนียมเหลวในระหว่างกระบวนการเท เช่น ส่วนพักด้านข้างและตัวยกของแม่พิมพ์ด้านบน จะต้องติดตั้งแก๊สไอเสีย จากข้อเท็จจริงที่ว่าอลูมิเนียมเหลวไหลเข้าสู่ช่องว่างของปลั๊กไอเสียได้ง่ายในกระบวนการจริงของการหล่อด้วยแรงดันต่ำ ซึ่งนำไปสู่สถานการณ์ที่ปลั๊กอากาศถูกดึงออกมาเมื่อเปิดแม่พิมพ์ จึงมีการนำวิธีการสามวิธีมาใช้หลังจาก พยายามและปรับปรุงหลายครั้ง: วิธีที่ 1 ใช้ปลั๊กอากาศเผาโลหะผง ดังแสดงในรูปที่ 8(a) ข้อเสียคือต้นทุนการผลิตสูง วิธีที่ 2 ใช้ปลั๊กไอเสียแบบตะเข็บซึ่งมีช่องว่าง 0.1 มม. ดังแสดงในรูปที่ 8(b) ข้อเสียคือตะเข็บไอเสียอุดตันได้ง่ายหลังจากพ่นสี วิธีที่ 3 ใช้ปลั๊กไอเสียแบบลวดตัด ช่องว่างคือ 0.15~0.2 มม. ดังแสดงในรูปที่ 8(c) ข้อเสียคือประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำและต้นทุนการผลิตสูง จำเป็นต้องเลือกปลั๊กไอเสียที่แตกต่างกันตามพื้นที่จริงของการหล่อ โดยทั่วไปแล้ว ปลั๊กระบายเผาและตัดลวดจะใช้สำหรับโพรงของการหล่อ และใช้ประเภทตะเข็บสำหรับหัวแกนทราย

รูปที่ 8 (ปลั๊กไอเสีย 3 แบบเหมาะสำหรับการหล่อแบบแรงดันต่ำ)
1.6 ระบบทำความร้อน
การหล่อมีขนาดใหญ่และมีความหนาของผนังบาง ในการวิเคราะห์การไหลของแม่พิมพ์ อัตราการไหลของอลูมิเนียมเหลวที่ส่วนท้ายของไส้บรรจุไม่เพียงพอ เหตุผลก็คืออลูมิเนียมเหลวไหลนานเกินไป อุณหภูมิลดลง และอลูมิเนียมเหลวแข็งตัวล่วงหน้าและสูญเสียความสามารถในการไหล ปิดเย็นหรือเทไม่เพียงพอ ไรเซอร์ของแม่พิมพ์บนจะไม่สามารถบรรลุผลได้ ผลของการให้อาหาร จากปัญหาเหล่านี้ โดยไม่ต้องเปลี่ยนความหนาและรูปร่างของผนังการหล่อ เพิ่มอุณหภูมิของอลูมิเนียมเหลวและอุณหภูมิของแม่พิมพ์ ปรับปรุงความลื่นไหลของอลูมิเนียมเหลว และแก้ปัญหาการปิดเย็นหรือการเทไม่เพียงพอ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิอะลูมิเนียมเหลวและอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่มากเกินไปจะทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อความร้อนใหม่หรือรูพรุนจากการหดตัว ส่งผลให้มีรูพรุนระนาบมากเกินไปหลังกระบวนการหล่อ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกอุณหภูมิอลูมิเนียมเหลวที่เหมาะสมและอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่เหมาะสม ตามประสบการณ์ อุณหภูมิของอลูมิเนียมเหลวจะถูกควบคุมที่ประมาณ 720°C และอุณหภูมิของแม่พิมพ์จะถูกควบคุมที่ 320~350°C
เมื่อพิจารณาถึงปริมาณมาก ผนังบาง และความสูงของการหล่อต่ำ ระบบทำความร้อนจึงถูกติดตั้งไว้ที่ส่วนบนของแม่พิมพ์ ดังแสดงในรูปที่ 9 ทิศทางของเปลวไฟหันไปทางด้านล่างและด้านข้างของแม่พิมพ์เพื่อให้ความร้อนแก่ระนาบด้านล่างและด้านข้างของการหล่อ ตามสถานการณ์การเทที่หน้างาน ให้ปรับเวลาทำความร้อนและเปลวไฟ ควบคุมอุณหภูมิของชิ้นส่วนแม่พิมพ์ด้านบนที่ 320~350 ℃ ตรวจสอบความลื่นไหลของอลูมิเนียมเหลวภายในช่วงที่เหมาะสม และทำให้อลูมิเนียมเหลวเติมเต็มช่อง และไรเซอร์ ในการใช้งานจริง ระบบทำความร้อนสามารถรับประกันความลื่นไหลของอลูมิเนียมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

รูปที่ 9 (ระบบทำความร้อน)
2. โครงสร้างแม่พิมพ์และหลักการทำงาน
ตามกระบวนการหล่อแบบความดันต่ำรวมกับลักษณะของการหล่อและโครงสร้างของอุปกรณ์ เพื่อให้แน่ใจว่าการหล่อที่ขึ้นรูปจะยังคงอยู่ในแม่พิมพ์ด้านบน โครงสร้างการดึงแกนด้านหน้า, ด้านหลัง, ซ้ายและขวา ออกแบบบนแม่พิมพ์ด้านบน หลังจากการหล่อขึ้นรูปและแข็งตัวแล้ว แม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่างจะถูกเปิดก่อน จากนั้นจึงดึงแกนใน 4 ทิศทาง และในที่สุดแผ่นด้านบนของแม่พิมพ์ด้านบนจะดันการหล่อที่ขึ้นรูปออกมา โครงสร้างแม่พิมพ์แสดงในรูปที่ 10

รูปที่ 10 (โครงสร้างแม่พิมพ์)
เรียบเรียงโดย May Jiang จาก MAT Aluminium