تصميم قالب الصب بالضغط المنخفض لعلبة بطارية سبائك الألومنيوم للسيارات الكهربائية

البطارية هي المكون الأساسي للسيارة الكهربائية، ويحدد أدائها المؤشرات الفنية مثل عمر البطارية، واستهلاك الطاقة، وعمر خدمة السيارة الكهربائية. تعد علبة البطارية الموجودة في وحدة البطارية هي المكون الرئيسي الذي يؤدي وظائف الحمل والحماية والتبريد. يتم ترتيب حزمة البطارية المعيارية في علبة البطارية، ويتم تثبيتها على هيكل السيارة من خلال علبة البطارية، كما هو موضح في الشكل 1. نظرًا لأنها مثبتة في الجزء السفلي من جسم السيارة وبيئة العمل القاسية، فإن علبة البطارية يجب أن يكون لديه وظيفة منع تأثير الحجر وثقبه لمنع تلف وحدة البطارية. تعد علبة البطارية جزءًا هيكليًا مهمًا للسلامة في السيارات الكهربائية. فيما يلي نقدم عملية التشكيل وتصميم القالب لصواني بطارية سبائك الألومنيوم للسيارات الكهربائية.

الشكل 1 (علبة البطارية المصنوعة من سبائك الألومنيوم)
1 تحليل العمليات وتصميم القوالب
1.1 تحليل الصب
صينية بطارية سبائك الألومنيوم للسيارات الكهربائية موضحة في الشكل 2. الأبعاد الإجمالية هي 1106mm×1029mm×136mm، سمك الجدار الأساسي 4mm، جودة الصب حوالي 15.5kg، وجودة الصب بعد المعالجة حوالي 12.5kg. المواد هي A356-T6، قوة الشد ≥ 290MPa، قوة الخضوع ≥ 225MPa، الاستطالة ≥ 6٪، صلابة Brinell ≥ 75 ~ 90HBS، تحتاج إلى تلبية متطلبات ضيق الهواء ومتطلبات IP67 وIP69K.

الشكل 2 (علبة البطارية المصنوعة من سبائك الألومنيوم)
1.2 تحليل العملية
يعتبر الصب بالضغط المنخفض طريقة صب خاصة بين صب الضغط وصب الجاذبية. إنها لا تتمتع بمزايا استخدام القوالب المعدنية لكليهما فحسب، بل تتميز أيضًا بخصائص التعبئة المستقرة. يتميز الصب بالضغط المنخفض بمزايا التعبئة المنخفضة السرعة من الأسفل إلى الأعلى، وسهولة التحكم في السرعة، وتأثير صغير وتناثر الألومنيوم السائل، وخبث أكسيد أقل، وكثافة أنسجة عالية وخصائص ميكانيكية عالية. تحت الضغط المنخفض يموت الصب، يتم ملء الألومنيوم السائل بسلاسة، ويصلب الصب ويتبلور تحت الضغط، ويمكن الحصول على الصب بهيكل عالي الكثافة، وخصائص ميكانيكية عالية ومظهر جميل، وهو مناسب لتشكيل مصبوبات كبيرة ذات جدران رقيقة .
وفقًا للخصائص الميكانيكية التي تتطلبها عملية الصب، فإن مادة الصب هي A356، والتي يمكن أن تلبي احتياجات العملاء بعد معالجة T6، ولكن سيولة صب هذه المادة تتطلب عمومًا تحكمًا معقولًا في درجة حرارة القالب لإنتاج مصبوبات كبيرة ورقيقة.
1.3 نظام الصب
في ضوء خصائص المسبوكات الكبيرة والرقيقة، يجب تصميم بوابات متعددة. في الوقت نفسه، من أجل ضمان التعبئة السلسة للألمنيوم السائل، تتم إضافة قنوات تعبئة عند النافذة، والتي يجب إزالتها عن طريق المعالجة اللاحقة. تم تصميم مخططين لعملية نظام الصب في المرحلة المبكرة، وتمت مقارنة كل مخطط. كما هو موضح في الشكل 3، يقوم المخطط 1 بترتيب 9 بوابات وإضافة قنوات تغذية عند النافذة؛ مخطط 2 يرتب 6 بوابات تصب من جهة الصب المراد تشكيلها. يظهر تحليل محاكاة CAE في الشكل 4 والشكل 5. استخدم نتائج المحاكاة لتحسين هيكل القالب، وحاول تجنب التأثير السلبي لتصميم القالب على جودة المسبوكات، وتقليل احتمالية عيوب الصب، وتقصير دورة التطوير من المسبوكات.

الشكل 3 (مقارنة بين مخططين للعملية للضغط المنخفض

الشكل 4 (مقارنة مجال درجة الحرارة أثناء التعبئة)

الشكل 5 (مقارنة عيوب مسامية الانكماش بعد التصلب)
تظهر نتائج المحاكاة للمخططين المذكورين أعلاه أن الألومنيوم السائل في التجويف يتحرك لأعلى بشكل متوازٍ تقريبًا، وهو ما يتماشى مع نظرية الملء المتوازي للألمنيوم السائل ككل، وأجزاء مسامية الانكماش المحاكاة للصب هي يتم حلها عن طريق تعزيز التبريد وغيرها من الطرق.
مزايا المخططين: انطلاقًا من درجة حرارة الألومنيوم السائل أثناء عملية التعبئة المحاكية، فإن درجة حرارة الطرف البعيد من الصب المتكون بواسطة المخطط 1 لديها تجانس أعلى من المخطط 2، مما يساعد على ملء التجويف . لا يحتوي الصب المتكون بواسطة المخطط 2 على بقايا البوابة مثل المخطط 1. مسامية الانكماش أفضل من تلك الموجودة في المخطط 1.
عيوب المخططين: نظرًا لترتيب البوابة على الصب المراد تشكيلها في المخطط 1، سيكون هناك بقايا بوابة على الصب، والتي ستزيد حوالي 0.7ka مقارنة بالصب الأصلي. من درجة حرارة الألومنيوم السائل في مخطط 2 للملء المحاكى، تكون درجة حرارة الألومنيوم السائل في الطرف البعيد منخفضة بالفعل، وتكون المحاكاة تحت الحالة المثالية لدرجة حرارة القالب، وبالتالي فإن سعة تدفق الألومنيوم السائل قد تكون غير كافية في الحالة الفعلية، وستكون هناك مشكلة صعوبة في صب القالب.
بالاشتراك مع تحليل العوامل المختلفة، تم اختيار المخطط 2 كنظام صب. في ضوء عيوب المخطط 2، تم تحسين نظام الصب ونظام التسخين في تصميم القالب. كما هو موضح في الشكل 6، تمت إضافة رافع الفائض، وهو أمر مفيد لملء الألومنيوم السائل ويقلل أو يتجنب حدوث عيوب في المسبوكات المقولبة.

الشكل 6 (نظام الصب الأمثل)
1.4 نظام التبريد
يجب تبريد الأجزاء والمناطق التي تتحمل الضغط والتي تتطلب أداء ميكانيكيًا عاليًا للمسبوكات بشكل صحيح أو تغذيتها لتجنب مسامية الانكماش أو التشقق الحراري. سمك الجدار الأساسي للصب هو 4 مم، وسوف يتأثر التصلب بتبديد حرارة القالب نفسه. بالنسبة لأجزائه المهمة، يتم إعداد نظام تبريد، كما هو موضح في الشكل 7. بعد اكتمال التعبئة، قم بتمرير الماء ليبرد، ويجب ضبط وقت التبريد المحدد في موقع الصب لضمان تسلسل التصلب. يتم تشكيلها من نهاية البوابة بعيدًا إلى نهاية البوابة، ويتم ترسيخ البوابة والناهض في النهاية لتحقيق تأثير التغذية. الجزء ذو سمك الجدار السميك يعتمد طريقة إضافة تبريد الماء إلى الإدخال. هذه الطريقة لها تأثير أفضل في عملية الصب الفعلية ويمكن أن تتجنب مسامية الانكماش.

الشكل 7 (نظام التبريد)
1.5 نظام العادم
نظرًا لأن تجويف معدن الصب بالضغط المنخفض مغلق، فإنه لا يتمتع بنفاذية هواء جيدة مثل قوالب الرمل، ولا يتم استنفاده من خلال الناهضات في صب الجاذبية العامة، فإن عادم تجويف الصب منخفض الضغط سيؤثر على عملية ملء السائل الألومنيوم ونوعية المسبوكات. يمكن استنفاد قالب الصب بالضغط المنخفض من خلال الفجوات وأخاديد العادم وسدادات العادم الموجودة في سطح الفراق وقضيب الدفع وما إلى ذلك.
يجب أن يكون تصميم حجم العادم في نظام العادم ملائمًا للعادم دون أن يفيض، ويمكن لنظام العادم المعقول أن يمنع المصبوبات من العيوب مثل الحشو غير الكافي، والسطح الرخو، والقوة المنخفضة. منطقة التعبئة النهائية للألمنيوم السائل أثناء عملية الصب، مثل المسند الجانبي ورافعة القالب العلوي، يجب أن تكون مجهزة بغاز العادم. في ضوء حقيقة أن الألومنيوم السائل يتدفق بسهولة إلى فجوة سدادة العادم في العملية الفعلية لصب القالب بالضغط المنخفض، مما يؤدي إلى حالة سحب سدادة الهواء عند فتح القالب، تم اعتماد ثلاث طرق بعد ذلك عدة محاولات وتحسينات: الطريقة الأولى تستخدم سدادة الهواء الملبدة بمسحوق المعادن، كما هو موضح في الشكل 8 (أ)، والعيب هو أن تكلفة التصنيع مرتفعة؛ تستخدم الطريقة الثانية سدادة عادم من نوع التماس مع فجوة قدرها 0.1 مم، كما هو موضح في الشكل 8 (ب)، والعيب هو أن خط العادم يتم حظره بسهولة بعد رش الطلاء؛ تستخدم الطريقة الثالثة سدادة عادم مقطوعة بالأسلاك، وتكون الفجوة 0.15 ~ 0.2 مم، كما هو موضح في الشكل 8 (ج). العيوب هي انخفاض كفاءة المعالجة وارتفاع تكلفة التصنيع. يجب اختيار سدادات عادم مختلفة وفقًا للمساحة الفعلية للصب. بشكل عام، يتم استخدام سدادات التهوية الملبدة والمقطوعة بالأسلاك لتجويف الصب، ويتم استخدام نوع التماس لرأس قلب الرمل.

الشكل 8 (3 أنواع من سدادات العادم المناسبة للصب بالضغط المنخفض)
1.6 نظام التدفئة
الصب كبير الحجم ورقيق في سمك الجدار. في تحليل تدفق القالب، يكون معدل تدفق الألومنيوم السائل في نهاية الحشوة غير كافٍ. والسبب هو أن الألومنيوم السائل يتدفق لفترة طويلة جدًا، وتنخفض درجة الحرارة، ويتجمد الألومنيوم السائل مقدمًا ويفقد قدرته على التدفق، أو يحدث إغلاق بارد أو صب غير كافٍ، ولن يتمكن رافع القالب العلوي من تحقيق تأثير التغذية. بناءً على هذه المشاكل، دون تغيير سمك الجدار وشكل الصب، يتم زيادة درجة حرارة الألومنيوم السائل ودرجة حرارة القالب، وتحسين سيولة الألومنيوم السائل، وحل مشكلة الإغلاق البارد أو الصب غير الكافي. ومع ذلك، فإن درجة حرارة الألومنيوم السائل الزائدة ودرجة حرارة القالب سوف تنتج وصلات حرارية جديدة أو مسامية انكماشية، مما يؤدي إلى ثقوب مستوية مفرطة بعد معالجة الصب. لذلك، من الضروري اختيار درجة حرارة مناسبة للألمنيوم السائل ودرجة حرارة مناسبة للقالب. وفقا للخبرة، يتم التحكم في درجة حرارة الألومنيوم السائل عند حوالي 720 درجة مئوية، ويتم التحكم في درجة حرارة القالب عند 320 ~ 350 درجة مئوية.
نظراً للحجم الكبير، سمك الجدار الرقيق والارتفاع المنخفض للصب، تم تركيب نظام التسخين على الجزء العلوي من القالب. كما هو موضح في الشكل 9، فإن اتجاه اللهب يواجه الجزء السفلي والجانبي من القالب لتسخين المستوى السفلي وجانب الصب. وفقًا لحالة الصب في الموقع، اضبط وقت التسخين واللهب، وتحكم في درجة حرارة الجزء العلوي من القالب عند 320 إلى 350 درجة مئوية، وتأكد من سيولة الألومنيوم السائل ضمن نطاق معقول، واجعل الألومنيوم السائل يملأ التجويف. والناهض. في الاستخدام الفعلي، يمكن لنظام التسخين ضمان سيولة الألومنيوم السائل بشكل فعال.

الشكل 9 (نظام التدفئة)
2. هيكل القالب ومبدأ العمل
وفقًا لعملية الصب بالضغط المنخفض، جنبًا إلى جنب مع خصائص الصب وهيكل المعدات، من أجل ضمان بقاء الصب المشكل في القالب العلوي، يتم تركيب هياكل السحب الأساسية الأمامية والخلفية واليسرى واليمنى مصممة على القالب العلوي. بعد تشكيل الصب وتصلبه، يتم فتح القوالب العلوية والسفلية أولاً، ومن ثم سحب القلب في 4 اتجاهات، وأخيرًا تقوم اللوحة العلوية للقالب العلوي بدفع الصب المشكل إلى الخارج. يظهر هيكل القالب في الشكل 10.

الشكل 10 (هيكل القالب)
حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium