A bateria é o componente principal de um veículo elétrico e seu desempenho determina os indicadores técnicos como vida útil da bateria, consumo de energia e vida útil do veículo elétrico. A bandeja da bateria no módulo de bateria é o principal componente que desempenha as funções de transporte, proteção e resfriamento. A bateria modular é disposta na bandeja da bateria, fixada no chassi do carro através da bandeja da bateria, conforme mostrado na Figura 1. Por ser instalada na parte inferior da carroceria do veículo e o ambiente de trabalho ser severo, a bandeja da bateria precisa ter a função de evitar impactos e perfurações de pedras para evitar que o módulo da bateria seja danificado. A bandeja da bateria é uma importante parte estrutural de segurança dos veículos elétricos. A seguir é apresentado o processo de formação e o projeto do molde de bandejas de bateria de liga de alumínio para veículos elétricos.
Figura 1 (bandeja de bateria em liga de alumínio)
1 Análise de processo e projeto de molde
1.1 Análise de fundição
A bandeja de bateria de liga de alumínio para veículos elétricos é mostrada na Figura 2. As dimensões gerais são 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, a espessura básica da parede é de 4 mm, a qualidade da fundição é de cerca de 15,5 kg e a qualidade da fundição após o processamento é de cerca de 12,5 kg. O material é A356-T6, resistência à tração ≥ 290MPa, resistência ao escoamento ≥ 225MPa, alongamento ≥ 6%, dureza Brinell ≥ 75 ~ 90HBS, precisa atender à estanqueidade ao ar e aos requisitos IP67 e IP69K.
Figura 2 (bandeja de bateria em liga de alumínio)
1.2 Análise do processo
A fundição sob pressão é um método de fundição especial entre a fundição sob pressão e a fundição por gravidade. Não só tem as vantagens de usar moldes metálicos para ambos, mas também tem as características de enchimento estável. A fundição sob pressão de baixa pressão tem as vantagens de enchimento em baixa velocidade de baixo para cima, velocidade fácil de controlar, pequeno impacto e respingos de alumínio líquido, menos escória de óxido, alta densidade de tecido e altas propriedades mecânicas. Sob fundição sob pressão de baixa pressão, o alumínio líquido é preenchido suavemente e a peça fundida solidifica e cristaliza sob pressão, e a peça fundida com estrutura altamente densa, altas propriedades mecânicas e bela aparência pode ser obtida, o que é adequado para formar grandes peças fundidas de paredes finas .
De acordo com as propriedades mecânicas exigidas pela fundição, o material de fundição é A356, que pode atender às necessidades dos clientes após o tratamento T6, mas a fluidez de vazamento deste material geralmente requer um controle razoável da temperatura do molde para produzir peças fundidas grandes e finas.
1.3 Sistema de vazamento
Tendo em conta as características das peças fundidas grandes e finas, é necessário projetar múltiplas portas. Ao mesmo tempo, para garantir o enchimento suave do alumínio líquido, são adicionados canais de enchimento na janela, que precisam ser removidos no pós-processamento. Dois esquemas de processo do sistema de vazamento foram projetados na fase inicial e cada esquema foi comparado. Conforme mostrado na Figura 3, o esquema 1 dispõe 9 portões e adiciona canais de alimentação na janela; o esquema 2 dispõe de 6 comportas vazando do lado da peça fundida a ser formada. A análise de simulação CAE é mostrada na Figura 4 e Figura 5. Use os resultados da simulação para otimizar a estrutura do molde, tente evitar o impacto adverso do projeto do molde na qualidade das peças fundidas, reduza a probabilidade de defeitos de fundição e encurte o ciclo de desenvolvimento de fundições.
Figura 3 (Comparação de dois esquemas de processo para baixa pressão
Figura 4 (Comparação do campo de temperatura durante o enchimento)
Figura 5 (Comparação de defeitos de porosidade de contração após solidificação)
Os resultados da simulação dos dois esquemas acima mostram que o alumínio líquido na cavidade se move para cima aproximadamente em paralelo, o que está de acordo com a teoria do enchimento paralelo do alumínio líquido como um todo, e as partes simuladas de porosidade de contração da peça fundida são resolvido fortalecendo o resfriamento e outros métodos.
Vantagens dos dois esquemas: A julgar pela temperatura do alumínio líquido durante o enchimento simulado, a temperatura da extremidade distal da peça fundida formada pelo esquema 1 tem maior uniformidade que a do esquema 2, o que favorece o enchimento da cavidade . A peça fundida formada pelo esquema 2 não possui o resíduo de comporta como no esquema 1. a porosidade de retração é melhor que a do esquema 1.
Desvantagens dos dois esquemas: Como a comporta está disposta na peça fundida a ser formada no esquema 1, haverá um resíduo da porta na peça fundida, que aumentará cerca de 0,7ka em comparação com a peça fundida original. a partir da temperatura do alumínio líquido no enchimento simulado do esquema 2, a temperatura do alumínio líquido na extremidade distal já é baixa e a simulação está abaixo do estado ideal da temperatura do molde, portanto a capacidade de fluxo do alumínio líquido pode ser insuficiente em o estado real, e haverá um problema de dificuldade na moldagem por fundição.
Combinado com a análise de vários fatores, o esquema 2 foi escolhido como sistema de vazamento. Tendo em conta as deficiências do esquema 2, o sistema de vazamento e o sistema de aquecimento são otimizados no projeto do molde. Conforme mostrado na Figura 6, é adicionado o riser de transbordamento, o que é benéfico para o enchimento de alumínio líquido e reduz ou evita a ocorrência de defeitos nas peças moldadas.
Figura 6 (Sistema de vazamento otimizado)
1.4 Sistema de refrigeração
As peças que suportam tensões e as áreas com altos requisitos de desempenho mecânico das peças fundidas precisam ser adequadamente resfriadas ou alimentadas para evitar porosidade por contração ou trincas térmicas. A espessura básica da parede da peça fundida é de 4 mm e a solidificação será afetada pela dissipação de calor do próprio molde. Para suas partes importantes, é montado um sistema de resfriamento, conforme mostrado na Figura 7. Após a conclusão do enchimento, passe água para esfriar, e o tempo específico de resfriamento precisa ser ajustado no local de vazamento para garantir que a sequência de solidificação seja formado a partir da extremidade oposta do portão até a extremidade do portão, e o portão e o riser são solidificados na extremidade para obter o efeito de alimentação. A peça com espessura de parede mais espessa adota o método de adicionar resfriamento de água à pastilha. Este método tem um efeito melhor no processo de fundição real e pode evitar a porosidade de contração.
Figura 7 (Sistema de refrigeração)
1.5 Sistema de exaustão
Como a cavidade do metal fundido sob pressão é fechada, ela não tem boa permeabilidade ao ar como os moldes de areia, nem escapa através dos risers na fundição por gravidade em geral, a exaustão da cavidade de fundição de baixa pressão afetará o processo de enchimento do líquido alumínio e a qualidade das peças fundidas. O molde de fundição sob pressão de baixa pressão pode ser exaurido através das aberturas, ranhuras de exaustão e tampões de exaustão na superfície de partição, haste de pressão, etc.
O projeto do tamanho do escapamento no sistema de escapamento deve ser propício à exaustão sem transbordamento. Um sistema de escapamento razoável pode evitar defeitos nas peças fundidas, como enchimento insuficiente, superfície solta e baixa resistência. A área de enchimento final do alumínio líquido durante o processo de vazamento, como o apoio lateral e o riser do molde superior, precisa ser equipada com gases de exaustão. Tendo em vista o fato de que o alumínio líquido flui facilmente para a abertura do tampão de exaustão no processo real de fundição sob pressão, o que leva à situação em que o tampão de ar é puxado para fora quando o molde é aberto, três métodos são adotados após diversas tentativas e melhorias: O Método 1 utiliza tampão de ar sinterizado por metalurgia do pó, conforme mostrado na Figura 8 (a), a desvantagem é que o custo de fabricação é alto; O método 2 utiliza um tampão de exaustão tipo costura com folga de 0,1 mm, conforme mostrado na Figura 8 (b), a desvantagem é que a costura de exaustão é facilmente bloqueada após a pulverização da tinta; O Método 3 usa um tampão de exaustão cortado com fio, a folga é de 0,15 ~ 0,2 mm, conforme mostrado na Figura 8 (c). As desvantagens são a baixa eficiência de processamento e o alto custo de fabricação. Diferentes bujões de exaustão precisam ser selecionados de acordo com a área real da peça fundida. Geralmente, os tampões de ventilação sinterizados e cortados com fio são usados para a cavidade da peça fundida, e o tipo de costura é usado para a cabeça do núcleo de areia.
Figura 8 (3 tipos de bujões de exaustão adequados para fundição sob pressão)
1.6 Sistema de aquecimento
A peça fundida é grande em tamanho e fina na espessura da parede. Na análise do fluxo do molde, a vazão do alumínio líquido no final do enchimento é insuficiente. A razão é que o alumínio líquido demora muito para fluir, a temperatura cai e o alumínio líquido solidifica antecipadamente e perde sua capacidade de fluxo, ocorre fechamento a frio ou vazamento insuficiente, o riser da matriz superior não será capaz de atingir o efeito da alimentação. Com base nesses problemas, sem alterar a espessura da parede e o formato da peça fundida, aumente a temperatura do alumínio líquido e a temperatura do molde, melhore a fluidez do alumínio líquido e resolva o problema de fechamento a frio ou vazamento insuficiente. No entanto, a temperatura excessiva do alumínio líquido e a temperatura do molde produzirão novas junções térmicas ou contração de porosidade, resultando em furos planos excessivos após o processamento de fundição. Portanto, é necessário selecionar uma temperatura apropriada para o alumínio líquido e uma temperatura apropriada para o molde. De acordo com a experiência, a temperatura do alumínio líquido é controlada em cerca de 720°C e a temperatura do molde é controlada em 320~350°C.
Tendo em vista o grande volume, a fina espessura da parede e a baixa altura da peça fundida, é instalado um sistema de aquecimento na parte superior do molde. Conforme mostrado na Figura 9, a direção da chama está voltada para o fundo e a lateral do molde para aquecer o plano inferior e a lateral da peça fundida. De acordo com a situação de vazamento no local, ajuste o tempo de aquecimento e a chama, controle a temperatura da parte superior do molde em 320 ~ 350 ℃, garanta a fluidez do alumínio líquido dentro de uma faixa razoável e faça com que o alumínio líquido preencha a cavidade e riser. No uso real, o sistema de aquecimento pode garantir efetivamente a fluidez do alumínio líquido.
Figura 9 (Sistema de aquecimento)
2. Estrutura do molde e princípio de funcionamento
De acordo com o processo de fundição sob pressão de baixa pressão, aliado às características da peça fundida e à estrutura do equipamento, para garantir que a peça fundida formada permaneça no molde superior, as estruturas de extração do núcleo frontal, traseira, esquerda e direita são projetado no molde superior. Depois que a peça fundida é formada e solidificada, os moldes superior e inferior são abertos primeiro e, em seguida, puxam o núcleo em 4 direções e, finalmente, a placa superior do molde superior empurra para fora a peça fundida formada. A estrutura do molde é mostrada na Figura 10.
Figura 10 (Estrutura do molde)
Editado por May Jiang da MAT Aluminium
Horário da postagem: 11 de maio de 2023
