A bateria é o componente principal de um veículo elétrico e seu desempenho determina 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. O conjunto modular de baterias é disposto na bandeja da bateria, fixado ao chassi do carro através da bandeja da bateria, conforme mostrado na Figura 1. Como é instalada na parte inferior da carroceria do veículo e o ambiente de trabalho é hostil, a bandeja da bateria precisa ter a função de evitar impactos de pedras e perfurações para evitar que o módulo de bateria seja danificado. A bandeja da bateria é uma importante parte estrutural de segurança dos veículos elétricos. A seguir, apresentamos o processo de conformação e o projeto do molde de bandejas de bateria de liga de alumínio para veículos elétricos.
Figura 1 (Bandeja de bateria de 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 totais são 1106 mm × 1029 mm × 136 mm, a espessura da parede básica 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, com resistência à tração ≥ 290 MPa, limite de escoamento ≥ 225 MPa, alongamento ≥ 6%, dureza Brinell ≥ 75~90HBS, e deve atender aos requisitos de estanqueidade e IP67 e IP69K.
Figura 2 (Bandeja de bateria de liga de alumínio)
1.2 Análise de processo
A fundição sob pressão é um método especial de fundição, entre a fundição sob pressão e a fundição por gravidade. Além de apresentar as vantagens de utilizar moldes metálicos para ambos, a fundição sob pressão também apresenta características de enchimento estável. A fundição sob pressão apresenta as vantagens de enchimento de baixo para cima em baixa velocidade, fácil controle de velocidade, baixo impacto e respingos de alumínio líquido, menor escória de óxido, alta densidade de tecido e elevadas propriedades mecânicas. Na fundição sob pressão, o alumínio líquido é preenchido suavemente, e a peça fundida solidifica e cristaliza sob pressão, resultando em uma peça fundida com alta densidade estrutural, elevadas propriedades mecânicas e bela aparência, adequada para a formação de peças fundidas de grandes dimensões e 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 controle razoável da temperatura do molde para produzir peças fundidas grandes e finas.
1.3 Sistema de vazamento
Considerando as características de peças fundidas grandes e finas, múltiplos pontos de injeção precisam ser projetados. Ao mesmo tempo, para garantir o enchimento suave do alumínio líquido, canais de enchimento são adicionados na janela, que precisam ser removidos pelo pós-processamento. Dois esquemas de processo do sistema de vazamento foram projetados no estágio inicial, e cada esquema foi comparado. Conforme mostrado na Figura 3, o esquema 1 organiza 9 pontos de injeção e adiciona canais de alimentação na janela; o esquema 2 organiza 6 pontos de injeção vazando do lado da peça fundida a ser moldada. A análise da simulação CAE é mostrada nas Figuras 4 e 5. Use os resultados da simulação para otimizar a estrutura do molde, tentar evitar o impacto adverso do projeto do molde na qualidade das peças fundidas, reduzir a probabilidade de defeitos de fundição e encurtar o ciclo de desenvolvimento das peças fundidas.
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 de preenchimento paralelo do alumínio líquido como um todo, e as partes de porosidade de contração simuladas da fundição são resolvidas pelo reforço do 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 apresenta maior uniformidade do que a do esquema 2, o que favorece o enchimento da cavidade. A peça fundida formada pelo esquema 2 não apresenta o resíduo de ponto de injeção como no esquema 1. A porosidade de retração é melhor do que a do esquema 1.
Desvantagens dos dois esquemas: Como o canal de entrada é disposto na peça fundida a ser formada no esquema 1, haverá um resíduo de canal de entrada na peça fundida, que aumentará cerca de 0,7 ka 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 sob o estado ideal da temperatura do molde, portanto, a capacidade de fluxo do alumínio líquido pode ser insuficiente no estado real, e haverá um problema de dificuldade na moldagem por fundição.
Combinando a análise de vários fatores, o esquema 2 foi escolhido como sistema de vazamento. Considerando as deficiências do esquema 2, o sistema de vazamento e o sistema de aquecimento foram otimizados no projeto do molde. Conforme mostrado na Figura 6, o tubo de transbordamento foi adicionado, o que é benéfico para o enchimento de alumínio líquido e reduz ou evita a ocorrência de defeitos em peças fundidas moldadas.
Figura 6 (Sistema de vazamento otimizado)
1.4 Sistema de refrigeração
As peças e áreas de alta resistência às tensões das peças fundidas, com altos requisitos de desempenho mecânico, precisam ser resfriadas ou alimentadas adequadamente para evitar porosidade por retração 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 peças importantes, um sistema de resfriamento é instalado, conforme mostrado na Figura 7. Após a conclusão do enchimento, passe água para resfriar, e o tempo de resfriamento específico precisa ser ajustado no local de vazamento para garantir que a sequência de solidificação seja formada da extremidade oposta à extremidade do ponto de injeção até a extremidade do ponto de injeção, e o ponto de injeção e o riser sejam solidificados no final para atingir o efeito de alimentação. A peça com espessura de parede mais espessa adota o método de adicionar resfriamento a água ao inserto. Este método tem um melhor efeito no processo de fundição real e pode evitar porosidade por retração.
Figura 7 (Sistema de refrigeração)
1.5 Sistema de exaustão
Como a cavidade do metal fundido sob pressão é fechada, não possui boa permeabilidade ao ar como os moldes de areia, nem a exaustão ocorre através de tubos ascendentes na fundição por gravidade em geral. A exaustão da cavidade de fundição sob pressão afetará o processo de enchimento de alumínio líquido e a qualidade das peças fundidas. O molde fundido sob pressão pode ser exaurido através de aberturas, ranhuras de exaustão e tampões de exaustão na superfície de separação, haste de pressão, etc.
O projeto do tamanho do escapamento no sistema de escapamento deve ser propício para o escapamento 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 escapamento. Tendo em vista que o alumínio líquido flui facilmente para a abertura do bujão de escapamento no processo real de fundição sob pressão de baixa pressão, o que leva à situação de que o bujão de ar é puxado para fora quando o molde é aberto, três métodos são adotados após várias tentativas e melhorias: O Método 1 utiliza bujão de ar sinterizado de metalurgia do pó, como mostrado na Figura 8(a), a desvantagem é que o custo de fabricação é alto; O Método 2 utiliza um bujão de escapamento do tipo costura com uma abertura de 0,1 mm, como mostrado na Figura 8(b), a desvantagem é que a costura de escapamento é facilmente bloqueada após a pulverização de tinta; O Método 3 utiliza um tampão de escape com corte de arame, com uma folga de 0,15 a 0,2 mm, conforme mostrado na Figura 8(c). As desvantagens são a baixa eficiência de processamento e o alto custo de fabricação. Diferentes tampões de escape precisam ser selecionados de acordo com a área real da peça fundida. Geralmente, os tampões de escape sinterizados e com corte de arame são utilizados para a cavidade da peça fundida, e o tipo com costura é utilizado para a cabeça do núcleo de areia.
Figura 8 (3 tipos de plugues de exaustão adequados para fundição sob pressão de baixa pressão)
1.6 Sistema de aquecimento
A peça fundida é grande em tamanho e fina em espessura de 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 é muito longo 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 de 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 porosidade de contração, resultando em furos planos excessivos após o processamento da fundição. Portanto, é necessário selecionar uma temperatura de alumínio líquido apropriada e uma temperatura de molde apropriada. De acordo com a experiência, a temperatura do alumínio líquido é controlada em cerca de 720 ℃, e a temperatura do molde é controlada em 320 ~ 350 ℃.
Considerando o grande volume, a fina espessura da parede e a baixa altura da peça fundida, um sistema de aquecimento é instalado na parte superior do molde. Conforme mostrado na Figura 9, a chama é direcionada para o fundo e as laterais do molde para aquecer o plano inferior e as laterais 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 o tubo ascendente. Em 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, combinado com as características da peça fundida e a estrutura do equipamento, para garantir que a peça fundida formada permaneça no molde superior, as estruturas de extração de machos frontal, traseira, esquerda e direita são projetadas no molde superior. Após a fundição ser moldada e solidificada, os moldes superior e inferior são abertos primeiro e, em seguida, o macho é puxado em quatro direções. Por fim, a placa superior do molde superior empurra a peça fundida formada para fora. A estrutura do molde é mostrada na Figura 10.
Figura 10 (Estrutura do molde)
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Data de publicação: 11 de maio de 2023
