البطارية هي المكون الأساسي للسيارة الكهربائية، ويحدد أداؤها المؤشرات الفنية مثل عمر البطارية، واستهلاك الطاقة، وعمر خدمة السيارة. يُعدّ حامل البطارية في وحدة البطارية المكون الرئيسي الذي يؤدي وظائف الحمل والحماية والتبريد. تُركّب حزمة البطارية المعيارية في حامل البطارية، مثبتةً على هيكل السيارة من خلال حامل البطارية، كما هو موضح في الشكل 1. ونظرًا لتركيبها في أسفل هيكل السيارة، ولظروف العمل القاسية، يجب أن يكون حامل البطارية قادرًا على منع ارتطام الحجارة والثقوب، وذلك لمنع تلف وحدة البطارية. يُعدّ حامل البطارية جزءًا هيكليًا مهمًا للسلامة في السيارات الكهربائية. فيما يلي شرح لعملية تشكيل وتصميم قوالب حاملات بطاريات سبائك الألومنيوم للسيارات الكهربائية.
الشكل 1 (صينية بطارية من سبيكة الألومنيوم)
1 تحليل العملية وتصميم القالب
1.1 تحليل الصب
يوضح الشكل 2 صينية بطارية من سبائك الألومنيوم للسيارات الكهربائية. الأبعاد الكلية هي 1106 مم × 1029 مم × 136 مم، وسمك الجدار الأساسي 4 مم، ووزن الصب حوالي 15.5 كجم، ووزن الصب بعد المعالجة حوالي 12.5 كجم. المادة المستخدمة هي A356-T6، وقوة الشد ≥ 290 ميجا باسكال، وقوة الخضوع ≥ 225 ميجا باسكال، ونسبة الاستطالة ≥ 6%، وصلابة برينيل ≥ 75~90HBS، وتلبي متطلبات إحكام الهواء وIP67 وIP69K.
الشكل 2 (صينية بطارية من سبيكة الألومنيوم)
1.2 تحليل العملية
صب القوالب منخفض الضغط هو طريقة صب خاصة تجمع بين صب الضغط وصب الجاذبية. يتميز هذا النوع من الصب بمزايا استخدام قوالب معدنية لكليهما، بالإضافة إلى ثبات التعبئة. يتميز بسرعات تعبئة منخفضة من الأسفل إلى الأعلى، وسهولة التحكم في السرعة، وانخفاض تأثير وتناثر الألومنيوم السائل، وانخفاض خبث الأكسيد، وكثافة نسيجية عالية، وخصائص ميكانيكية عالية. في صب القوالب منخفض الضغط، يُملأ الألومنيوم السائل بسلاسة، ويتصلب ويتبلور المسبوك تحت الضغط، مما ينتج عنه صب ذو بنية كثيفة، وخصائص ميكانيكية عالية، ومظهر جميل، وهو مناسب لتشكيل مصبوبات كبيرة رقيقة الجدران.
وفقًا للخصائص الميكانيكية المطلوبة للصب، فإن مادة الصب هي A356، والتي يمكنها تلبية احتياجات العملاء بعد معالجة T6، ولكن سيولة صب هذه المادة تتطلب عمومًا التحكم المعقول في درجة حرارة القالب لإنتاج صب كبير ورقيق.
1.3 نظام الصب
نظرًا لخصائص المسبوكات الكبيرة والرفيعة، يلزم تصميم بوابات متعددة. وفي الوقت نفسه، لضمان ملء الألومنيوم السائل بسلاسة، تُضاف قنوات ملء عند النافذة، والتي يجب إزالتها من خلال المعالجة اللاحقة. وقد صُمم مخططان لعملية نظام الصب في المرحلة المبكرة، وجرت مقارنة كل مخطط. كما هو موضح في الشكل 3، يرتب المخطط 1 9 بوابات ويضيف قنوات تغذية عند النافذة؛ ويرتب المخطط 2 6 بوابات صب من جانب المسبوك المراد تشكيله. ويوضح الشكلان 4 و5 تحليل محاكاة CAE. استخدم نتائج المحاكاة لتحسين هيكل القالب، وحاول تجنب التأثير السلبي لتصميم القالب على جودة المسبوكات، وتقليل احتمالية عيوب الصب، وتقصير دورة تطوير المسبوكات.
الشكل 3 (مقارنة بين مخططين للعملية للضغط المنخفض
الشكل 4 (مقارنة مجال درجة الحرارة أثناء الملء)
الشكل 5 (مقارنة عيوب المسامية الانكماشية بعد التصلب)
تظهر نتائج المحاكاة للمخططين أعلاه أن الألومنيوم السائل في التجويف يتحرك للأعلى تقريبًا بالتوازي، وهو ما يتوافق مع نظرية الملء المتوازي للألومنيوم السائل ككل، ويتم حل أجزاء مسامية الانكماش المحاكاة للصب عن طريق التبريد المعزز وطرق أخرى.
مزايا المخططين: بناءً على درجة حرارة الألومنيوم السائل أثناء عملية التعبئة المُحاكية، فإن درجة حرارة الطرف البعيد للصب المُشكّل في المخطط 1 تتميز بتجانس أعلى من المخطط 2، مما يُساعد على ملء التجويف. لا يحتوي الصب المُشكّل في المخطط 2 على بقايا البوابة كما في المخطط 1. مسامية الانكماش أفضل من تلك الموجودة في المخطط 1.
عيوب المخططين: نظرًا لأن البوابة مرتبة على الصب المراد تشكيله في المخطط 1، فسيكون هناك بقايا بوابة على الصب، والتي ستزيد بنحو 0.7 كيلو أوم مقارنة بالصب الأصلي. من درجة حرارة الألومنيوم السائل في مخطط 2 محاكاة التعبئة، تكون درجة حرارة الألومنيوم السائل في الطرف البعيد منخفضة بالفعل، والمحاكاة 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.
بعد تحليل عوامل مختلفة، تم اختيار المخطط 2 كنظام صب. ونظرًا لعيوب المخطط 2، تم تحسين نظام الصب ونظام التسخين في تصميم القالب. وكما هو موضح في الشكل 6، أُضيفت رافعة الفائض، مما يُحسّن ملء الألومنيوم السائل ويُقلل أو يُجنّب حدوث عيوب في المصبوبات.
الشكل 6 (نظام الصب الأمثل)
1.4 نظام التبريد
يجب تبريد أو تغذية الأجزاء والمناطق التي تتحمل الإجهاد ذات متطلبات الأداء الميكانيكي العالية للمصبوبات بشكل صحيح لتجنب مسامية الانكماش أو التشقق الحراري. يبلغ سمك الجدار الأساسي للمصبوب 4 مم، وسيتأثر التصلب بتبديد الحرارة للقالب نفسه. بالنسبة للأجزاء المهمة، تم إعداد نظام تبريد، كما هو موضح في الشكل 7. بعد اكتمال الملء، مرر الماء للتبريد، ويجب ضبط وقت التبريد المحدد في موقع الصب لضمان تشكيل تسلسل التصلب من الطرف البعيد عن البوابة إلى طرف البوابة، ويتم تصلب البوابة والرافعة في النهاية لتحقيق تأثير التغذية. يعتمد الجزء ذو سمك الجدار الأكبر على طريقة إضافة تبريد الماء إلى الإدخال. تتمتع هذه الطريقة بتأثير أفضل في عملية الصب الفعلية ويمكن أن تتجنب مسامية الانكماش.
الشكل 7 (نظام التبريد)
1.5 نظام العادم
لأن تجويف معدن الصب بالقالب منخفض الضغط مغلق، فإنه لا يتمتع بنفاذية هواء جيدة مثل قوالب الرمل، ولا يتسرب عبر الروافع في الصب بالجاذبية بشكل عام، مما يؤثر على عملية ملء الألومنيوم السائل وجودة المسبوكات. يمكن تفريغ قالب الصب بالقالب منخفض الضغط من خلال الفجوات، وأخاديد العادم، وسدادات العادم في سطح الفصل، وقضيب الدفع، وما إلى ذلك.
يجب أن يكون تصميم حجم العادم في نظام العادم مناسبًا للعادم دون فيضان، ويمكن لنظام العادم المعقول منع المسبوكات من العيوب مثل عدم كفاية الملء والسطح الرخو والقوة المنخفضة. يجب تجهيز منطقة الملء النهائية للألمنيوم السائل أثناء عملية الصب، مثل مسند الجانب والرافعة للقالب العلوي، بغاز العادم. ونظرًا لحقيقة أن الألومنيوم السائل يتدفق بسهولة إلى فجوة سدادة العادم في العملية الفعلية لصب القوالب منخفض الضغط، مما يؤدي إلى حالة سحب سدادة الهواء عند فتح القالب، يتم اعتماد ثلاث طرق بعد عدة محاولات وتحسينات: الطريقة 1 تستخدم سدادة هواء مسحوق المعادن، كما هو موضح في الشكل 8 (أ)، والعيب هو أن تكلفة التصنيع مرتفعة؛ الطريقة 2 تستخدم سدادة عادم من نوع التماس بفجوة 0.1 مم، كما هو موضح في الشكل 8 (ب)، والعيب هو أن التماس العادم يتم حظره بسهولة بعد رش الطلاء؛ الطريقة الثالثة تستخدم سدادة عادم مقطوعة سلكيًا، بفجوة تتراوح بين 0.15 و0.2 مم، كما هو موضح في الشكل 8(ج). من عيوبها انخفاض كفاءة المعالجة وارتفاع تكلفة التصنيع. يجب اختيار سدادات عادم مختلفة وفقًا لمساحة المسبوكة الفعلية. عادةً، تُستخدم سدادات التهوية المُلبَّدة والمقطوعة سلكيًا لتجويف المسبوكة، بينما يُستخدم نوع اللحام لرأس قلب الرمل.
الشكل 8 (3 أنواع من سدادات العادم المناسبة للصب بالقالب تحت الضغط المنخفض)
1.6 نظام التدفئة
يتميز الصب بكبر حجمه وسمك جداره. في تحليل تدفق القالب، يكون معدل تدفق الألومنيوم السائل في نهاية عملية الصب غير كافٍ. والسبب هو أن الألومنيوم السائل يتدفق لفترة طويلة جدًا، وتنخفض درجة حرارته، ويتصلب الألومنيوم السائل مسبقًا ويفقد قدرته على التدفق، مما يؤدي إلى انسداد بارد أو صب غير كافٍ، ولن يتمكن رافع القالب العلوي من تحقيق تأثير التغذية. بناءً على هذه المشاكل، دون تغيير سمك جدار وشكل الصب، يمكن زيادة درجة حرارة الألومنيوم السائل ودرجة حرارة القالب، مما يحسن سيولته، ويحل مشكلة الانسداد البارد أو الصب غير الكافي. ومع ذلك، فإن ارتفاع درجة حرارة الألومنيوم السائل والقالب سيؤدي إلى ظهور وصلات حرارية جديدة أو مسامية انكماشية، مما يؤدي إلى ثقوب دقيقة مستوية زائدة بعد معالجة الصب. لذلك، من الضروري اختيار درجة حرارة مناسبة للألومنيوم السائل والقالب. ووفقًا للتجربة، يتم التحكم في درجة حرارة الألومنيوم السائل عند حوالي 720 درجة مئوية، ويتم التحكم في درجة حرارة القالب عند 320-350 درجة مئوية.
نظرًا لحجم القالب الكبير وسماكة جداره الرقيقة وارتفاعه المنخفض، تم تركيب نظام تسخين في الجزء العلوي منه. كما هو موضح في الشكل 9، يوجه اللهب نحو أسفل القالب وجوانبه لتسخين سطحه السفلي وجوانبه. وفقًا لحالة الصب في الموقع، اضبط وقت التسخين واللهب، وتحكم في درجة حرارة الجزء العلوي من القالب بين 320 و350 درجة مئوية، لضمان سيولة الألومنيوم السائل ضمن نطاق معقول، وملء التجويف والرافعة. في الاستخدام الفعلي، يضمن نظام التسخين سيولة الألومنيوم السائل بفعالية.
الشكل 9 (نظام التدفئة)
2. هيكل القالب ومبدأ العمل
وفقًا لعملية صب القوالب منخفضة الضغط، مع مراعاة خصائص الصب وهيكل المعدات، ولضمان ثبات الصب المُشكَّل في القالب العلوي، صُمِّمت هياكل سحب اللب الأمامية والخلفية واليمنى واليسرى على القالب العلوي. بعد تشكيل الصب وتصلبه، يُفتح القالبان العلوي والسفلي أولًا، ثم يُسحب اللب في أربعة اتجاهات، وأخيرًا تدفع اللوحة العلوية للقالب العلوي الصب المُشكَّل للخارج. يظهر هيكل القالب في الشكل 10.
الشكل 10 (هيكل القالب)
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ١١ مايو ٢٠٢٣
